JPH09126934A - 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力検出器 - Google Patents
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力検出器Info
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Abstract
めの圧力検出器11において、ケーシングに設けた孔1
2内にタペット18が配置されており、このタペットは
その一方の端部で、孔12の開口13を閉鎖するダイヤ
フラム14に当接している。タペットは他方の端部で測
定エレメント19に作用しており、その結果、燃焼室内
の圧力に比例する測定信号が発生させられる。タペット
18のこの端部の形状と、タペット18の端部の表面及
び測定エレメント19の表面と、それぞれの材料とが、
ほとんどエラーのない圧力導入を可能にするように相互
規定されている。 【効果】 圧力検出器の耐用寿命中にゼロ点変動が生じ
ない。圧力検出器が比較的簡単にかつコスト的に有利に
形成される。さらに、個々のエレメントの間の結合部の
変化が生ぜず、かつタペットの予負荷の減少が生じな
い。
Description
関の燃焼室内の圧力を検知するための圧力検出器であっ
て、該圧力検出器のケーシングに孔が形成されており、
この孔内にタペットが配置されており、該タペットは一
端部が測定エレメントに作用し、これにより、規定しよ
うとする圧力に比例する測定信号が発生させられる形式
のものに関する。
トを配置する孔がケーシングに形成されている。この孔
の一方の側はダイヤフラムにより閉鎖されており、この
ダイヤフラムにタペットの一方の端部が当接している。
タペットの他方の端部は測定エレメントと協働してい
る。さらにタペットのこの端部には圧力の伝達のために
半球が接着されている。別の実施態様によれば、種々の
エレメントが互いに上下に接着されている。しかし、種
々のエレメントを接着することの欠点は、大量生産では
これらの結合性が悪く、かつ加工費用が高価であること
にある。結合部は継時的にその形を変化させ、これによ
り、絶対量を測定する圧力センサではゼロ点変動を生じ
る。特に欠点とするところは、この変動が運転中に生じ
てしまうことにある。この接着結合部の耐熱性が最適で
ないことも欠点の1つである。測定エレメントとタペッ
トとの間にスタンピング層を設けた場合でも、圧力セン
サの耐用寿命にわたりクリープ現象が生じ、これが無制
御のゼロ点変動ひいては測定値誤差を生じる原因とな
る。
ころは、圧力検出器の耐用寿命中にゼロ点ドリフト、要
するにゼロ点変動が生じないようにすることにある。
ば、請求項1の特徴概念に記載したように、タペットが
直に測定エレメントに当接しており、かつ、タペットの
材料の降伏点が測定エレメントの材料の破壊点に比して
低く、かつ、タペットの一方の端部が球状に形成されて
おり、かつ、発生する応力が所定の基準値を越えないよ
うにタペットのこの球状の端部が著しく大きな接触面で
測定エレメントに当接していることにより解決される。
れるばかりでなく、圧力検出器が比較的簡単にかつコス
ト的に有利に形成される。さらに、個々のエレメントの
間の結合部の変化が生ぜず、かつタペットの予負荷の減
少が生じない。材料の弾性モジュールにより測定曲線の
高い直線性が可能である。個々のエレメントのジオメト
リの変化が可能でないため、この測定曲線の感度の高い
安定性が得られる。さらに、圧力検出器内に緩衝性の層
又はエレメントが存在せず、これにより、測定曲線はわ
ずかなヒステリシスしか有していない。
求項1に記載の圧力検出器の有利な構成が可能である。
し、以下に詳しく説明する。
知するための圧力検出器11のケーシングが符号10で
示されている。このケーシング10は中央の貫通した段
付きの孔12を備えている。ケーシング10の、燃焼室
に向いた開口13はダイヤフラム14により閉鎖されて
いる。このダイヤフラム14は縁領域内でケーシング1
0の端面15に溶接されている。ダイヤフラム14の中
央領域、換言すればダイヤフラムのたわみ領域内にタペ
ット18がその一方の端部で当接しており、このタペッ
トの他方の端部は測定エレメント19に作用している。
ダイヤフラム14自体はかならずしも必要でなく、圧力
を直にタペットへ作用させることもできる。測定エレメ
ントとしては例えばピエゾ抵抗性の素子を使用すること
ができ、又は圧電的な素子をも使用することができる。
ここにピエゾ抵抗性の素子(pie-zoresistive element)
というのは、その抵抗値を圧力の作用下で変化せしめ
るエレメントをいう。このことのために例えば厚膜抵抗
体を使用することができる。その材料としてはサーメッ
ト(cermet)、コンタクティブプラスチック(contac-tivp
lastic)又は金属などを使用することができる。測定エ
レメント19自体は、珪素、いわゆるシリコンチップか
ら成る支持体26上にエッチング又はスタンピングによ
り配置されたこれらの複数の抵抗体25から構成されて
いる。この支持体26により測定エレメント19は、孔
12内に挿入されていてケーシング10に固定的に結合
された対向支承体20に当接している。測定エレメント
19の支持体26上には、図面には示されていないが、
評価回路の電気的な素子が取付られている。対向支承体
20に設けられた図示されていない孔を通して、評価回
路又は測定エレメント19のリード線を圧力検出器11
のケーシング10から導出して内燃機関の評価回路及び
制御装置へ案内することができる。開口13の領域内に
は切欠21が形成されており、この結果、開口13は段
状の形状を有している。
隙間23が存在している。この隙間23はケーシング1
0とタペット18との間の良好な熱伝達を可能ならしめ
るために可能な限り小さくなければならない。その上、
孔12内でのタペット18の側方案内が得られるように
も考慮がはらわれなければならない。
18を支持させる領域が詳細に示されている。タペット
18の端部は半球24として形成されている。この半球
24の半径は、この半球24と測定エレメント19との
接触範囲、要するに支持面が、測定エレメント19、要
するに支持体26の材料(シリコンチップ)の弾性度を
考慮して所定の機械的な応力にしか達しないような大き
さを有している。この接触範囲29内には不純物が存在
してはならないのはいうまでもない。なぜならば、この
不純物が応力ピークひいては構成エレメントの損傷を生
じる可能性があるからである。この場合、不純物という
のは、タペット18及び測定エレメント19の材料内部
の不純物ばかりでなく、タペット18と測定エレメント
19との間に存在する粒子をも指す。さらに留意すべき
点は、測定エレメント19の表面粗さがタペット18の
半球24の表面粗さにほぼ対応していることである。換
言すれば、半球24の表面粗さと測定エレメント19の
表面粗さとの差が1ミクロンより小さくなければならな
いということである。さらに、タペット18の降伏点は
測定エレメント19の破壊点より低くなければならな
い。1実施例においてタペット18の半球24が半径R
20(半径20mmのこと)を有するとすれば、接触範
囲29の直径はほぼ0.3mmである。この結果生じる
応力はほぼ300N/mm2 である。さらに、測定エレ
メント19の支持体26の材料である珪素の表面粗さは
数ナノメートル(nm)の範囲内にある。この場合、例
えば金属又はセラミックから成ることのできるタペット
18の半球24の表面粗さは100ナノメートル(n
m)である。さらに、珪素はタペットの材料の降伏点に
比して著しく高い破壊点、要するにほぼ500〜600
N/mmの破壊点を有している。
トストンブリッジの形状で正方形に測定エレメント19
の支持体26上に取付けられている。抵抗体25は接触
範囲29の外部に位置している。さらに、抵抗体25は
不働態層27(Si3N4)の下方に位置している。この
不働態層27がわずかな強度しか有していないため、接
触範囲内では不働態層27が取り除かれている。珪素、
又は支持体26が積層構造を有する場合には、珪素と珪
素酸化物は不働態層27に比して高い強度を有してい
る。さらに、タペット18の端部はゲル28により囲わ
れており、その結果、半球24と測定エレメント19と
の間の隙間内へ汚れが侵入できない。
図である。
面図である。
13 開口、 14ダイヤフラム、 15 端面、
18 タペット、 19 測定エレメント、20 対向
支承体、 21 切欠、 23 隙間、 24 半球、
25 抵抗体、 26 支持体、 27 不働態層、
28 ゲル、 29 接触範囲、30 隙間
Claims (9)
- 【請求項1】 特に自動車の内燃機関の燃焼室内の圧力
を検知するための圧力検出器であって、該圧力検出器の
ケーシング(10)に孔(12)が形成されており、こ
の孔(12)内にタペット(18)が配置されており、
該タペット(18)は一端部が測定エレメント(19)
に作用し、これにより、規定しようとする圧力に比例す
る測定信号が発生させられる形式のものにおいて、 タペット(18)が直に測定エレメント(19)に当接
しており、かつ、タペット(18)の材料の降伏点が測
定エレメント(19)の材料の破壊点に比して低く、か
つ、タペット(18)の一方の端部が球状に形成されて
おり、かつ、発生する応力が所定の基準値を越えないよ
うにタペット(18)のこの球状の端部が著しく大きな
接触面で測定エレメント(19)に当接していることを
特徴とする、内燃機関の燃焼室内の圧力を検知するため
の圧力検出器。 - 【請求項2】 タペット(18)の一方の端部の表面粗
さと測定エレメント(19)の表面粗さとの差が2ミク
ロン以下(≦2μm)である請求項1記載の圧力検出
器。 - 【請求項3】 前記差が1ミクロン以下である(≦1μ
m)請求項1記載の圧力検出器。 - 【請求項4】 測定エレメント(19)が、ホイートス
トンブリッジとして接続された抵抗体(25)を内部に
配置したシリコンチップ(26)から成る請求項1から
3までのいずれか1項記載の圧力検出器。 - 【請求項5】 抵抗体がピエゾ抵抗性の抵抗体(25)
から成る請求項4記載の圧力検出器。 - 【請求項6】 タペット(18)がケーシング(10)
の孔(12)内に案内されている請求項1から5までの
いずれか1項記載の圧力検出器。 - 【請求項7】 孔(12)の一方の端部がダイヤフラム
(14)により閉鎖されており、かつタペット(18)
の他方の端部がこのダイヤフラム(14)に当接してい
る請求項1から6までのいずれか1項記載の圧力検出
器。 - 【請求項8】 タペット(18)と測定エレメント(1
9)との接触範囲(29)が、抵抗体を覆う不働態層
(27)を備えていない請求項1から7までのいずれか
1項記載の圧力検出器。 - 【請求項9】 測定エレメント(19)の表面と、タペ
ット(18)の表面との間の隙間内に、かつ少なくとも
部分的に不働態層(27)上に、ゲル状の物質(28)
が存在している請求項1から8までのいずれか1項記載
の圧力検出器。
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