Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
APPARATUS FOR SENSING A COMBUSTION CHAMBER PRESSURE IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/016811
Kind Code:
A1
Abstract:
An apparatus for sensing a combustion chamber pressure in a combustion chamber (112) in an internal combustion engine is proposed. The apparatus comprises at least one housing (124), an adaptor element (142) held in the housing (124) and a mechanical/electrical transducer element (136) arranged in the housing (124), wherein the adaptor element (126) is operatively connected to a pressure sensor (116) and to at least one transmission element (156). The adaptor element (16) comprises a fixed element (144), connected to the housing (124), and a moving element (146), wherein the pressure sensor (116) engages on the moving element (146), and wherein the moving element (146) is set up to transmit at least some of a force exerted on the pressure sensor (116) by the combustion chamber pressure to the mechanical/electrical transducer element (136). The moving element (146) has a holder for the pressure sensor (116) on the combustion chamber side and a holder for the transmission element (156) on the interior side. The fixed element (144) and the moving element (146) have an elastically flexible web (147) of annular design formed between them.

Inventors:
SCHOLZEN HOLGER (DE)
WOLFF JANPETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/062210
Publication Date:
February 09, 2012
Filing Date:
July 18, 2011
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SCHOLZEN HOLGER (DE)
WOLFF JANPETER (DE)
International Classes:
G01L23/10; G01L23/22
Domestic Patent References:
WO2009146565A12009-12-10
WO2006089446A12006-08-31
Foreign References:
DE102009026436A12010-12-09
Other References:
See also references of EP 2601497A1
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1. Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gehäuse (124), einem im Gehäuse (124) aufgenommenen Adapterelement (142) und einem im Gehäuse (124) angeordneten mechanisch-elektrischen Wandlerelement (136), wobei das

Adapterelement (126) mit einem Druckaufnehmer (116) und mit mindestens einem Übertragungselement (156) in Wirkverbindung steht und ein mit dem Gehäuse (124) verbundenes ortsfestes Element (144) und eine bewegliches Element (146) umfasst, wobei am beweglichen Element (146) der Druckaufnehmer (116) angreift, und wobei das bewegliche Element (146) eingerichtet ist, um eine durch den Brennraumdruck auf den Druckaufnehmer (116) ausgeübte Kraft zumindest teilweise an das mechanisch-elektrische Wandlerelement (136) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ortsfesten Element (144) und dem beweglichen Element (146) ein ringförmig ausgeführter biegeelastischer Steg (147) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der biegeelastische Steg (147) eine

Trennwand zum Innenraum (132) hin ausbildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das bewegliche Element (146) eine

brennraumseitige Aufnahme für den Druckaufnehmer (116) und eine

innenraumseitige Aufnahme für das Übertragungselement (156) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das bewegliche Element (146) im

Wesentlichen die Form einer Hülse (148) mit einer brennraumseitigen Öffnung und einer innraumseitigen Öffnung aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei an der brennraumseitigen Öffnung eine

brennraumseitige Stirnfläche und an der innenraumseitigen Öffnung eine innenraumseitigen Stirnfläche ausgebildet ist, und wobei die brennraumseitige Stirnfläche eine erste Stützfläche (152) für den Druckaufnehmer (116) und die innenraumseitige Stirnfläche eine zweite Stützfläche (155) für das

Übertragungselement (156) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Druckaufnehmer (116) eine

innenraumseitige Schulter (153) aufweist, mit der sich der Druckaufnehmer (116) an der ersten Stützfläche (152) abstützt, und wobei das Übertragungselement (156) eine brennraumdruckseitige Schulter (160) aufweist, mit der sich das

Übertragungselement (156) an der zweiten Stützfläche (155) abstützt.

7. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das

Übertragungselement (156) als Kompensationskörper zur zumindest teilweisen Kompensation thermomechanischer Spannungen ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (124) mindestens ein Außengehäuse (126) und mindestens ein von dem Außengehäuse (126) zumindest teilweise umschlossenes Innengehäuse (128) aufweist, welches mit einem Fixierelement (140 ) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Innengehäuse (128) mit einer

Innengehäusewand (130) mit dem ortsfesten Element (144) des Adapterelements (142) fest verbundnen ist, wobei das mechanisch-elektrische Wandlerelement (136) an dem Fixierelement (140) abgestützt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Sensormodul (132) zwischen dem

beweglichen Element (146) und dem Fixierelement (140) vorgespannt ist.

Description:
Beschreibung Titel

Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks einer Brennkraftmaschine Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind für Diesel- Motoren Brennraumdrucksensoren bekannt, bei welchen der Brennraumdrucksensor in eine Glühstiftkerze integriert ist. Für Otto- Motoren wird grundsätzlich die Integration in Motorbauelemente zwar ebenfalls diskutiert, beispielsweise in eine Zündkerze, wobei eine derartige Integration jedoch bei Otto-Motoren mit deutlichen Nachteilen, insbesondere bei der

Sensorfunktion, verbunden ist. Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10

2009 026436.1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks einer Brennkraftmaschine bekannt, die insbesondere in Otto-Motoren bzw. Benzin-Motoren einsetzbar ist. Bei der dort vorgeschlagenen Vorrichtung ist eine dem Brennraum zuweisende Öffnung eines Sensorgehäuses durch eine Membran verschlossen.

Innerhalb des Sensorgehäuses ist ein mechanisch-elektrisches Wandlerelement aufgenommen, und es ist ein Übertragungselement zur Übertragung einer Verformung der Membran auf das mechanisch-elektrische Wandlerelement vorgesehen.

Trotz der Verbesserungen durch die DE 10 2009 026436.1 besteht nach wie vor ein Bedarf an einfach herstellbaren, flexiblen integrierten Brennraumdrucksensoren, insbesondere derartigen Brennraumdrucksensoren, welche-gegebenenfalls mit geringfügigen Modifikationen-sowohl für Diesel-Brennkraftmaschinen als auch für Otto-Brennkraftmaschinen einsetzbar sind. Insbesondere wäre eine erhöhte

Einbaukompatibilität wünschenswert, welche die Herstellkosten deutlich senken würde.

Offenbarung der Erfindung

Mit der vorgeschlagen Vorrichtung wird eine deutlich erhöhte Einbaukompatibilität erzielt. Weiterhin wird durch die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht, abgesehen von Bauteilen, die die Glühfunktion für eine Diesel-Variante betreffen, sowohl für Otto-

Motoren als auch für Diesel-Motoren gleichartige oder identische Bauteile zu verwenden. Auf diese Weise lassen sich Herstellungskosten und Lagerhaltungskosten sowie der Aufwand für die Bereitstellung unterschiedlicher Konstruktionen für selbstzündende Brennkraftmaschinen und nicht-selbstzündende Brennkraftmaschinen deutlich verringern.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks einer

Brennkraftmaschine weist mindestens ein Gehäuse, ein im Gehäuse aufgenommenes Adapterelement und ein im Gehäuse angeordnetes mechanisch-elektrisches

Wandlerelement auf. Das Adapterelement steht mit einem Druckaufnehmer und mit mindestens einem Übertragungselement in Wirkverbindung und umfasst ein mit dem Gehäuse verbundenes ortsfestes Element und eine bewegliches Element , wobei am beweglichen Element der Druckaufnehmer angreift, und wobei das bewegliche Element eingerichtet ist, um eine durch den Brennraumdruck auf den Druckaufnehmer ausgeübte Kraft zumindest teilweise an das mechanisch-elektrische Wandlerelement zu übertragen. Zwischen dem ortsfesten Element und dem beweglichen Element ist ein ringförmig ausgeführter biegeelastischer Steg ausgebildet, der als biegelastische Membran die Relativbewegung des beweglichen Elements gewährleistet.

Unter einem mechanisch-elektrischen Wandlerelement ist allgemein ein Element zu verstehen, welches mechanische Einwirkungen, beispielsweise eine Krafteinwirkung und/oder eine Druckeinwirkung und/oder eine Längenänderung des Wandlerelements, in elektrische Signale umwandeln kann. Im Folgenden wird im Wesentlichen Bezug genommen auf piezoelektrische Wandlerelemente. Alternativ oder zusätzlich kann das mechanisch-elektrische Wandlerelement jedoch auch andere Arten von

Wandlerelementen umfassen, die zur Umwandlung mechanischer in elektrische Signale eingerichtet sind. Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Zuleitung zu einem Druckaufnehmer, beispielsweise einer Glühkerze oder einem Glühstift, seitlich an dem mechanisch-elektrischen Wandlerelement vorbeigeführt werden kann, kann das mechanisch-elektrische Wandlerelement insbesondere vollflächig ausgestaltet sein, beispielsweise als vollflächige Scheibe ohne zentrale Öffnung, beispielsweise als Kreisscheibe oder als Scheibe mit polygonalem Querschnitt.

Unter einem Sensorgehäuse ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein kann und welches die Vorrichtung vollständig oder teilweise umschließt bzw. nach außen abschließt. Das Sensorgehäuse kann insbesondere die äußere Form der Vorrichtung bestimmen und kann die Vorrichtung durch eine geeignete mechanische Stabilität insbesondere vor mechanischen Beschädigungen oder mechanischen und/oder chemischen und/oder elektrischen Einflüssen schützen. Das Sensorgehäuse kann weiterhin eine oder mehrere Befestigungselemente umfassen, um die Vorrichtung beispielsweise in einer Wand eines Brennraums der Brennkraftmaschine zu fixieren, beispielsweise ein oder mehrere Gewinde.

Unter einem Druckaufnehmer ist dabei allgemein ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um eine Kraft, einen Druck oder eine Verformung, welche durch den Druck und/oder durch Druckänderungen im Inneren des Brennraums verursacht werden, aufzunehmen und an die Vorrichtung, insbesondere direkt oder indirekt an das mechanisch-elektrische Wandlerelement, weiterzuleiten. Ausgestaltungen des

Druckaufnehmers werden unten noch näher beschrieben. Das Adapterelement ist eingerichtet, um eine durch den Brennraumdruck auf den

Druckaufnehmer aufgeübte Kraft zumindest teilweise an das mechanisch-elektrische Wandlerelement zu übertragen. In anderen Worten soll das Adapterelement mit der Aufnahme nicht nur zur mechanischen Aufnahme und vorzugsweise (mit Ausnahme von durch den Brennraumdruck hervorgerufenen Bewegungen) Fixierung des

Druckaufnehmers dienen, sondern auch selbst Bestandteil eines Kraftpfades sein, über welchen Drücke, Bewegungen, Längenänderungen oder Kräfte, welche durch den Druck im Brennraum bedingt sind, von dem Druckaufnehmer auf das mechanischelektrische Wandlerelement übertragen werden. Am beweglichen Element ist eine brennraumseitige Aufnahme für den Druckaufnehmer und eine innraumseitige Aufnahme für das Übertragungselement ausgebildete. Die Verbindungen des Druckaufnehmens und des Übertragungselements mit dem beweglichen Element können formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch prinzipiell auch eine stoffschlüssige Verbindung möglich. Besonders bevorzugt ist es, wenn das bewegliche Element als Hülse mit einer an einer brennraumseitigen Öffnung ausgebildeten ersten Stirnfläche und mit einer an einer innenraumseitigen Öffnung ausgebildeten zweiten Stirnfläche ausgeführt ist, wobei in die brennraumseitige Öffnung der Druckaufnehmer vollständig oder teilweise einfügbar ist, so dass die Hülse den Druckaufnehmer oder einen Teil des Druckaufnehmers umschließt. Beispielsweise kann der Druckaufnehmer einen Vorsprung, beispielsweise einen zylindrischen Vorsprung, insbesondere einen kreiszylindrischen Vorsprung, aufweisen, welcher von der Aufnahme oder einem Teil der Aufnahme ganz oder teilweise umschlossen wird. Beispielsweise kann am Übergang zwischen dem

Vorsprung und dem übrigen Bestandteil des Druckaufnehmers eine Schulter vorgesehen sein, um ein definiertes Einfügen des Druckaufnehmers in die

brennraumseitige Öffnung zu bewirken. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Art der Aufnahme möglich. Alternativ oder zusätzlich zu einer ringförmigen Aufnahme kann die Aufnahme auch ein oder mehrere auf andere Weise gestaltete

Befestigungselemente zum Befestigen des Druckaufnehmers aufweisen.

Der Druckaufnehmer kann insbesondere ein Glühmodul umfassen, so dass die Vorrichtung insgesamt als Glühstiftkerze ausgestaltet werden kann. Unter einem Glühmodul ist dabei ein Modul zu verstehen, wie es in selbstzündenden

Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, beispielsweise in Diesel-Motoren, um eine Selbstzündung der Brennkraftmaschine zu bewirken oder zu fördern,

beispielsweise in einer oder mehreren Glühphasen, beispielsweise Vorglühphasen. Das Glühmodul kann insbesondere eine oder mehrere Glühstromleitungen umfassen, mittels derer eine Aufheizung des Glühmoduls bewirkbar ist. Das Glühmodul kann insbesondere derart mit der Aufnahme verbunden sein, dass das Glühmodul vollständig oder teilweise aus der Aufnahme heraus in den Brennraum hineinragt.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Glühmodul kann die Vorrichtung als

Druckaufnehmer auch mindestens eine Sensorspitze umfassen. Unter einer

Sensorspitze ist dabei grundsätzlich ein Druckaufnehmer zu verstehen, welcher, vorzugsweise ohne sonstige Funktionen elektrischer Art aufzuweisen, zur Aufnahme von Drücken und/oder Kräften aus dem Brennraum zu deren Weiterleitung eingerichtet ist. Die Sensorspitze kann insbesondere als rein mechanisches Bauelement ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Sensorspitze mindestens einen dem

Brennraum zuweisenden Stopfen und/oder Deckel umfassen, welcher beispielsweise zylindrisch ausgestaltet sein kann. Insbesondere kann ein Blindstopfen vorgesehen sein, welcher in die Aufnahme und/oder auf die Aufnahme eingesetzt bzw. aufgesetzt werden kann. Der Stopfen kann insbesondere, wie auch das Glühmodul, einen Vorsprung umfassen, welcher in eine optional ringförmig ausgestaltete Aufnahme eingefügt werden kann. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich und werden unten noch näher beschrieben. Das ortsfeste Element des Adapterelements kann ein ringförmiges Teil des Gehäuses sein, beispielsweise ein Teil eines Innengehäuses, welcher einen Innenraum der Vorrichtung und/oder eines Sensormoduls der Vorrichtung vollständig oder teilweise umschließt. Unter dem beweglichen Element ist dabei allgemein ein Element zu verstehen, welches eine Lageänderung relativ zum ortsfesten Element, d.h. hinsichtlich des Gehäuses, beispielsweise hinsichtlich eines Außengehäuses, durchführen kann, insbesondere bedingt durch eine Änderung eines Drucks im Brennraum. Während der ortsfest ausgestaltete Teil somit Bestandteil des übrigen Gehäuses ist, kann das bewegliche Element Bestandteil eines Kraftpfades sein, über welchen eine Bewegung, eine Kraft oder ein Druck von dem Brennraum auf das mechanisch-elektrische

Wandlerelement übertragen wird. Das bewegliche Element in Form der Hülse ist mittels eines biegeelastischen Steges am ortsfesten Element aufgehängt. Der biegeelastische Steg ist beispielsweise membranartig ausgestaltet. In diesem oder auch in anderen Ausgestaltungen kann die brennraumseitige Aufnahme des beweglichen Elements derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise das

Innengehäuse, in welchem das mechanisch-elektrische Wandlerelement

aufgenommen ist, nicht verschlossen wird, sondern dass die brennraumseitige Öffnung verbleibt. Eine derartig geöffnete Ausgestaltung erleichtert, wie unten noch näher ausgeführt wird, insbesondere die Durchführung einer oder mehrerer elektrischer Zuleitungen des Druckaufnehmer, falls dies erforderlich ist.

Zwischen der innraumseitigen Aufnahme und dem mechanisch-elektrischen

Wandlerelement kann insbesondere mindestens ein Übertragungselement zum Kraftübertrag auf das mechanisch-elektrische Wandlerelement angeordnet sein. Ein derartiger Kraftübertrag kann grundsätzlich den Übertrag von Kräften, Drücken,

Bewegungen oder ähnlichen, durch den Brennraumdruck hervorgerufenen

mechanischen Zustandsänderungen umfassen. Das Übertragungselement kann insbesondere stabförmig oder auch ringförmig ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung als einteiliger oder mehrteiliger V-Zylinder, dessen Außenseite zylindrisch oder auch gestuft ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das

Übertragungselement auf der dem Brennraum abgewandten Seite auf der Aufnahme, beispielsweise auf dem beweglichen Element der Aufnahme, insbesondere dem Aufnahmering, abgestützt sein. Zu diesem Zweck kann das Übertragungselement beispielsweise seinerseits einen Vorsprung aufweisen, welcher in die innenraumseitige Öffnung der innraumseitigen Aufnahme hineinragt. Wiederum kann alternativ oder zusätzlich, auch eine Nut oder eine Schulter vorgesehen sein, auf welcher der Aufnahmering und/oder die auf andere Weise ausgestaltete Aufnahme abgestützt sein kann.

Das Übertragungselement kann insbesondere mindestens eine Durchführung zum Durchführen mindestens einer elektrischen Zuleitung des Druckaufnehmers aufweisen.

Insbesondere kann es sich hierbei um mindestens eine Bohrung handeln,

vorzugsweise um mindestens eine exzentrische Bohrung. Diese Bohrung kann parallel zu einer Achse der Vorrichtung angeordnet sein, kann jedoch auch grundsätzlich unter einem Winkel zu der Achse angeordnet sein, beispielsweise in einem Winkel zwischen 5 Grad und 70 Grad, insbesondere einem Wnkel zwischen 30 Grad und 60 Grad. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Zuleitung, welche beispielsweise zentral aus dem Druckaufnehmer, beispielsweise der dem Glühmodul, auf der dem

Brennraum abgewandten Seite desselben herausgeführt werden kann, seitlich an dem vorzugsweise auf der Achse der Vorrichtung angeordneten mechanisch-elektrischen Wandlerelement und/oder an Teilen des Übertragungselements vorbeigeführt werden kann. Wrd die Durchführung nicht benötigt und ist die Aufnahme zum Brennraum hin geöffnet, so kann durch den Druckaufnehmer, insbesondere durch die Sensorspitze (vorzugsweise den Stopfen), die Durchführung gegenüber dem Brennraum

abgeschlossen werden, so dass keine Brennraumgase unmittelbar durch die

Durchführung zu dem mechanisch-elektrischen Wandlerelement gelangen können. Die

Durchführung kann sich durch das gesamte Übertragungselement hindurch erstrecken oder auch lediglich durch Teile desselben, beispielsweise lediglich durch einen optionalen Kompensationskörper der Übertragungselements, welcher im Folgenden noch näher beschrieben wird.

Das Übertragungselement kann einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Übertragungselement einen oder mehrere Kompensationskörper zur zumindest teilweisen Kompensation thermomechanischer Spannungen umfasst. So bestehen in der Regel innerhalb der Vorrichtung,

insbesondere innerhalb des Sensormoduls der Vorrichtung, unterschiedliche

Übertragungspfade für Kräfte und/oder Längenausdehnungen. Abgesehen von dem oben beschriebenen Kraftpfad, über welchen unmittelbar Kräfte, Bewegungen oder Drücke von dem Druckaufnehmer auf das mechanisch-elektrische Wandlerelement übertragen werden, sind auch Pfade durch das Gehäuse zu berücksichtigen. Da in den Übertragungspfaden unterschiedlichen Materialien aufgenommen sein können, welche unterschiedliche thermische Ausdehnungen aufweisen können, kann es bei den hohen Temperaturschwankungen, denen die Vorrichtung ausgesetzt sein kann, zu thermomechanischen Spannungen aufgrund dieser unterschiedlichen Ausdehnungen kommen. Diese thermomechanischen Spannungen können zu einer Verfälschung von Messergebnissen führen oder auch zu einer Beschädigung der Vorrichtung. Das Kompensationselement kann beispielsweise eingerichtet sein durch eine geeignete Wahl seiner Länge und/oder seines Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass zumindest innerhalb typischer Temperaturbereiche, denen die Vorrichtung ausgesetzt werden kann, die Wärmeausdehnungen der unterschiedlichen Übertragungspfade zumindest weitgehend identisch sind, beispielsweise im Rahmen einer tolerierbaren Abweichung von nicht mehr als 20 %, insbesondere bei nicht mehr als 10 % und vorzugsweise von nicht mehr als 5 %. Beispielsweise können

Temperaturschwankungen zwischen -40 Grad Celsius und 150 Grad Celsius vorliegen, wobei Spitzentemperaturen auch höher liegen können. Innerhalb der genannten Temperaturbereiche können die ein oder mehreren

Kompensationselemente für eine Kompensation der oben beschriebenen Art sorgen. Beispielsweise kann dies durch geeignete Materialauswahl erfolgen, z. B. indem keramische Werkstoffe mit entsprechenden Eigenschaften verwendet werden.

Das Gehäuse kann insbesondere mehrteilig ausgestaltet sein und mindestens ein Außengehäuse und mindestes ein von dem Außengehäuse zumindest teilweise umschlossenes Innengehäuse aufweisen. Das Adapterelement kann

dementsprechend zumindest teilweise Bestandteil des Innengehäuses sein. Dieses Innengehäuse kann insbesondere eine Innengehäusewand umfassen, wobei das Adapterelement brennraumseitig in der Innengehäusewand angeordnet ist. Dies umfasst den Fall, dass das Adapterelement selbst ganz oder teilweise, beispielsweise mit seinem ortsfest zu dem Gehäuse ausgestalteten Teil, Bestandteil der

Innengehäusewand ist. Beispielsweise kann brennraumseitig das Innengehäuse durch das Adapterelement, insbesondere dessen ortsfestem Teil, und vorzugsweise auch den Druckaufnehmer abgeschlossen sein, da, wie oben ausgeführt, vorzugsweise das Adapterelement hin zum Brennraum geöffnet ist und durch den Druckaufnehmer abgeschlossen werden kann. Die Innengehäusewand kann auf einer dem Brennraum abgewandten Seite durch mindestens eine Fixierung abgeschlossen sein. Das mechanisch-elektrische Wandlerelement kann auf dieser Fixierung abgestützt sein. Diese mehrteilige Ausgestaltung kann insbesondere das Konzept der oben beschriebenen mehreren Übertragungspfade realisieren. So kann der eigentliche Kraftpfad von dem Druckaufnehmer über das Adapterelement und optional das Übertragungselement zum mechanisch-elektrischen Wandlerelement führen. Ein zweiter Übertragungspfad, über welchen jedoch vorzugsweise keine oder eine erheblich geringere Übertragung von Kräften und/oder Längenausdehnungen erfolgt, kann über den Druckaufnehmer und das Innengehäuse sowie die Fixierung zum mechanisch-elektrischen Wandlerelement führen. Der oben beschriebene

Kompensationskörper kann für eine Kompensation thermomechanischer Spannungen zwischen diesen Übertragungspfaden sorgen. Die Innengehäusewand kann insbesondere eine Zylinderform aufweisen, insbesondere in Form eines Hohlzylinders. Das bewegliche Element, beispielsweise der Aufnahmering, kann sich insbesondere von der Innengehäusewand aus ins Innere des Innengehäuses erstrecken und dort die Aufnahme oder einen Teil der Aufnahme bilden. Der Aufnahmering kann insbesondere in einer Schnittebene parallel zu einer Achse der Vorrichtung eine T-Form aufweisen, wobei die Basis des T den Aufnahmering mit der Innengehäusewand verbindet und wobei der Querstrich des T die eigentliche Aufnahme bildet.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine für den Einsatz in selbstzündenden

Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Motoren; und Figur 2 ein zu Figur 1 alternatives Ausführungsbeispiel der Vorrichtung für den

Einsatz in nicht-selbstzündenden Brennkraftmaschinen, insbesondere in Otto- Motoren.

In den Figuren 1 und 2 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der

erfindungsgemäßen Vorrichtungen 110 zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Brennraum ist dabei in den Figuren 1 und 2 symbolisch mit der Bezugsziffer 1 12 bezeichnet und befindet sich in den Figuren 1 und 2 links der Vorrichtung 1 10. Dabei zeigt die Figur 1 ein

Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 10 für den Einsatz in selbstzündenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Motoren, wohingegen Figur 2 ein

Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 10 für den Einsatz in nicht-selbstzündenden Brennkraftmaschinen zeigt. Im Folgenden wird im Wesentlichen gleichzeitig Bezug genommen auf diese Ausführungsbeispiele, da, was einen Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt, viele Bestandteile der Vorrichtung 110 in beiden

Ausführungsbeispielen und in beiden Anwendungszwecken gleichermaßen verwendet werden können.

Die Vorrichtung 110 umfasst im Wesentlichen zwei Baugruppen, nämlich eine

Sensoreinheit 1 14 und einen die Sensoreinheit 1 14 brennraumseitig abschließenden Druckaufnehmer 116. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 für selbstzündende Brennkraftmaschinen der Druckaufnehmer 1 16 ein Glühmodul 1 18 umfasst, umfasst der Druckaufnehmer 1 16 bei dem Ausführungsbeispiel für nicht- selbstzündende Brennkraftmaschinen eine Sensorspitze 120 in Form eines Stopfens 122. Der Stopfen 122 kann insbesondere in Form eines Blindstopfens und/oder Deckels ausgestaltet sein. Die Sensoreinheit 1 14 umfasst ein Gehäuse 124, welches in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch mehrteilig ausgebildet ist. Das Gehäuse 124 umfasst dementsprechend ein Außengehäuse 126 sowie ein von diesem

umschlossenes Innengehäuse 128. Das Innengehäuse 128 umschließt mit einer in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten

Innengehäusewand 130 einen Innenraum 132 des Gehäuses 124, in welchem ein Sensormodul 134 mit einem mechanisch-elektrischen Wandlerelement 136, beispielsweise einem Piezoelement, aufgenommen ist. Dieses ist auf einem

Fixierelement 140 auf der dem Brennraum 1 12 abgewandten Seite des Gehäuses 124 abgestützt und ist durch Sensorkontakte 138 elektrisch kontaktierbar, welche beispielsweise durch das Fixierelement 140 hindurchgeführt werden.

Innerhalb des Außengehäuses 126 ist ein Adapterelement 142 angeordnet. Das Adapterelement 142 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein zu dem Gehäuse 124 angeordnetes ortsfestes Element 144, welches Bestandteil der

Innengehäusewand 130 sein kann, und ein vom ortsfesten Element 144 beabstandetes bewegliches Element 146. Zwischen dem ortsfesten Element 144 und dem

beweglichen Element 146 ist ein biegeelastischer Steg 147 ausgebildet. Das ortsfeste Element 144 ist ringförmig ausgeführt und an der Innenwand des Außengehäuses 126 befestigt oder ist selbst Teil des Außengehäuses 126. Das bewegliche Element 146 hat die Form einer Hülse 148 oder eines Ringes. Die Hülse 148 bzw. der Ring weist an einer brennraumseitigen Öffnung eine erste Stirnfläche und an der gegenüberliegenden innenraumseitigen Öffnung eine zweite Stirnfläche auf. Die erste Stirnfläche bildet eine brennraumseitige Stützfläche 152 für den Druckaufnehmer 116 und die zweite Stirnfläche eine innenraumseitige Stützfläche 155 für ein erstes Übertragungselement 156 aus. Durch die Öffnungen ist der Innenraum 132 hin zum

Brennraum offen, wird jedoch durch den Druckaufnehmer 1 16 verschlossen. Auch eine andere Ausgestaltung ist jedoch grundsätzlich möglich.

Der Druckaufnehmer 1 16 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein

Verbindungselement in Form eines Vorsprungs 150 mit einer zum Innenraum 132 weisenden innenraumseitigen Schulter 153 auf, welche sich an der brennraumseitigen Stützfläche152 des beweglichen Elements 146 abstützt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Fixierung des Druckaufnehmers 1 16 in der brennraumseitigen Öffnung erfolgen, beispielsweise eine kraftschlüssige, eine formschlüssige oder auch eine stoffschlüssige Fixierung. Auch eine Kombination verschiedener Fixierungsarten ist möglich.

Der biegeelastische Steg 147 ist vorzugweise als ein ringförmiger oder

scheibenförmiger geschlossener Steg ausgeführt und bildet eine biegeelastische Membran, die die Relativbewegung des beweglichen Elements 146 in Bezug zum ortsfesten Element 144 gewährleistet. Der geschlossene Steg 147 bildet eine gasdichte Trennwand zwischen dem Brennraum 112 und dem Innenraum 132 aus.

Von dem Druckaufnehmer 116 werden Brennraumdrücke und/oder Kräfte auf das Adapterelement 142 und dort insbesondere auf die brennraumseitige Stirnfläche des beweglichen Elements 146 übertragen. Mit dem beweglichen Element 146 in

Wirkverbindung steht weiterhin das in den Innenraum 132 weisende erste

Übertragungselement 156. Das erste Übertragungselement 156 ist auf seiner dem Druckaufnehmer 1 16 zugewandten Seite ebenfalls mit einem Vorsprung 158 ausgeführt, welcher eine weitere, zum Brennraum 1 12 weisende brennraumseitige

Schulter 160 ausbildet. Die brennraumseitige Schulter 160 des Übertragungselements 156 greift an der innenraumseitigen Stützfläche 155 des beweglichen Elements 146 an. Dadurch wird die vom Druckaufnehmer 116 aufgenommene Kraft über das bewegliche Element 146 auf das erste Übertragungselement 156 und von dort auf ein weiteres Übertragungselement 154 des Sensormoduls 132 und wiederum von dort auf das Sensormodul 132 und das dort integrierte mechanisch-elektrische Wandlerelement 136 übertragen.

Das erste Übertragungselement 156 kann beispielsweise als Kompensationskörper zur Kompensation thermomechanischer Spannungen dienen.

Am ortsfesten Element 144 des Adapterelements 142 ist das Innengehäuse 128 mit der Innengehäusewand 130 befestigt. Das Innengehäuse 128 ist weiterhin mit einem Fixierelement 140 verbundnen. Das Sensormodul 132 ist innerhalb des Innengehäuses 128 zwischen dem beweglichen Element 146 und dem Fixierelement 140 unter

Vorspannung angeordnet.

Zur Übertragung von Kräften und/oder Brennraumdrücken auf das mechanischelektrische Wandlerelement 136 dient somit ein Kraftpfad, welcher sich von dem Druckaufnehmer 1 16 über das bewegliche Element 146 und das erste

Übertragungselement 156 und weitere Übertragungselement 154 hin zum mechanischelektrischen Wandlerelement 136 des Sensormoduls 134 erstreckt. Ein zweiter Kraftpfad erstreckt sich über den Druckaufnehmer 1 16, das ortsfeste Element 144, und das Fixierelement 140. Zur Kompensation unterschiedlicher Ausdehnungen dieser Übertragungspfade dient das als Kompensationskörper ausgeführte erste

Übertragungselement 156.

Während bei der Otto-Motor-Variante gemäß Figur 2 die Öffnung der Hülse 148 brennraumseitig lediglich durch die Sensorspitze 120 in Form des Stopfens 122 verschlossen ist, umfasst der Druckaufnehmer 1 16 bei der Diesel-Motor-Variante gemäß Figur 1 das Glühmodul 118. Dieses ist grundsätzlich einbaukompatibel bezüglich des Druckaufnehmers 1 16 bzw. der Sensorspitze 120 an der

brennraumseitigen Aufnahme der Hülse 148 des beweglichen Elements 146. Das Glühmodul 118 umfasst den eigentlichen Glühstift 162, welcher gehäuseseitig von einem Stützrohr 164 umschlossen ist, das fest mit dem Glühstift 162 verbunden ist, beispielsweise kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig. Das Stützrohr 164 weist den Vorsprung 150 auf, welcher in die brennraumseitigen Öffnung der Hülse 148 eingefügt ist und dort sich mit einer nicht näher bezeichneten Schulter als

innenraumseitige Schulter 153 an der brennraumseitigen Stützfläche 152 des beweglichen Elements 146 abstützt. Das Glühmodul 118 wird mittels einer oder mehrerer elektrischer Zuleitungen 166 elektrisch kontaktiert, die auch als Glühstromleitung bezeichnet werden. Die Glühstromleitung kann durch eine oder mehrere Durchführungen 168, beispielsweise eine oder mehrere Bohrungen, in dem Übertragungselement 154, beispielsweise dem Kompensationskörper 156, geführt sein, vorzugsweise exzentrisch. Diese Durchführung kann entweder axial erfolgen, wie dargestellt, oder schräg. Die exzentrische Durchführung bewirkt, dass die elektrische Zuleitung 166 auch exzentrisch durch den Innenraum 132 und somit seitlich neben dem Sensormodul 134 austritt. Die elektrische Zuleitung 166 stellt vorzugsweise neben dem Sensormodul 134 keine Störkontur dar. Insbesondere ist es wegen dieser elektrischen Zuleitung 166 nicht erforderlich, die benachbarten Bauteile kleiner zu gestalten oder eine sonstige Neukonstruktion der im Innenraum 132 aufgenommenen Bauelemente vorzunehmen.

Auf der dem Brennraum 1 12 abgewandten Seite des Sensormoduls 134 kann die elektrische Zuleitung 166 durch eine weitere Durchführung 170, wiederum eine exzentrische Bohrung, durch das Fixierelement 140 hindurchgeführt sein,

beispielsweise wiederum axial (wie in Figur 1 dargestellt) oder schräg zur Achse. Die Durchführungen 168, 170 für die elektrische Zuleitung 166 können auch in der

Sensoreinheit 1 14 vorhanden sein, wenn diese, wie in Figur 2 dargestellt, für nicht- selbstzündende Brennkraftmaschinen wie Otto- Motoren dargestellt werden. In diesem Fall sind die Durchführungen 168, 170 zwar ohne Funktion, können jedoch unverändert verwendet werden, da diese aufgrund der Abdichtung des Innenraums 132 durch den Druckaufnehmer 1 16 nicht hinderlich sind.

Auf der dem Brennraum 112 abgewandten Seite des Fixierelements 140 erfolgt eine elektrische Kontaktierung des Sensormoduls 134 mittels der Sensorkontakte 138 und optional (bei der Variante gemäß Figur 1) der elektrischen Zuleitung 166 wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Brennraumdruck-Erfassung. Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Zuleitung 166 seitlich aus dem hinteren Bereich des Stützrohrs 164 des Glühmoduls 118 herauszuführen, beispielsweise kurz vor dem Kompensationskörper. Diese Variante ist nicht dargestellt.