专利名称：用于检测内燃机的燃烧室压力的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于检测内燃机的燃烧室压力的装置。
背景技术：
由现有技术中已知用于柴油发动机的燃烧室压カ传感器，其中燃烧室压力传感器集成到预热销引火塞(Glilhstiftkerze)中。针对汽油发动机尽管同样原则性地讨论了集成到发动机部件、例如火花塞中，但是其中这种集成在汽油发动机中带来了明显的缺点，尤其是在传感器功能方面。在之后公开的专利申请DE 10 2009 026436.1中公开了ー种用于检测内燃机的燃烧室压力的装置，其尤其可以使用在奥托发动机或者说汽油发动机中。在那里所提出的装置中，传感器壳体的指向燃烧室的开ロ通过薄膜封闭。在传感器壳体内部容纳有机电转换器元件，并且设置有传递元件，以将薄膜的形变传递到机电转换器元件上。尽管由文献DE 10 2009 026436.1进行了改进，但如以前ー样需要能够简单制造的、灵活集成的燃烧室压カ传感器，尤其是这种不仅可用于柴油内燃机而且可用于汽油内燃机的燃烧室压カ传感器，所述燃烧室压カ传感器必要时具有微小的改型。尤其是，期望提高安装兼容能力，其明显会降低制造成本。
发明内容
利用所提出的装置实现了明显提高的安装兼容能力。此外，除了用于柴油机变型方案的预热功能的部件外，通过所提出的装置能够使相似或相同的部件不仅应用于汽油发动机而且应用于柴油发动机。以此方式，可以明显减小制造成本和存储成本以及明显减小为自点火内燃机和非自点火内燃机提供不同设计的费用。所提出的用于检测内燃机的燃烧室压力的装置具有至少ー个壳体、容纳在所述壳体中的适配器元件和布置在所述壳体中的机电转换器元件。所述适配器元件与压カ传感器并且与至少ー个传递元件形成有效连接，并且包括与所述壳体连接的位置固定的元件和可运动的元件，其中所述压カ传感器啮合在所述可运动的元件上，并且其中设置可运动的元件，以便将通过燃烧室压カ施加到所述压カ传感器的カ至少部分地传递到所述机电转换器元件上。在所述位置固定的元件与所述可运动的元件之间设计有环状地构造的弯曲弹性的接片，所述弯曲弹性的接片作为弯曲弹性的薄膜保证了所述可运动的元件的相对运动。所谓的机电转换器元件通常理解为ー种元件，所述元件可以将例如为力作用和/或压力作用和/或转换器元件的长度改变的机械作用转换为电信号。以下主要參考压电转换器元件。替代地或附加地，机电转换器元件也可以包括其他类型的、将机械信号转换为电信号的转换器元件。因为在本发明的范围中，连接到压カ传感器、例如预热塞或预热销的导线可以在侧面上从机电转换器元件旁边经过，所以机电转换器元件尤其可以整面地构造，例如构造为没有中心开ロ的整面的盘片，例如构造为圆形盘片或具有多边形横截面的盘片。所谓的传感器壳体在本发明的范围中通常理解为ー种元件，所述元件可以一体地或也可以多部分地构造，并且该元件完全或者部分地包围所述装置或者说向外封闭所述装置。所述传感器壳体尤其可以确定所述装置的外部形状并且可以通过合适的机械稳定性保护所述装置尤其免受机械损坏或机械影响和/或化学影响和/或电学影响。此外，所述传感器壳体可以包括ー个或多个固定元件、例如包括ー个或多个螺纹，以便例如将所述装置固定在内燃机的燃烧室的壁中。所谓的压カ传感器在此通常理解为ー种元件，设置所述元件以便采集由燃烧室的内部中的压カ改变和/或压カ引起的力、压カ或者形变，并且传送给该装置，尤其是直接或间接地传送给机电转换器元件。以下更为详细地描述压カ传感器的扩展方案。设置适配器元件，以便将通过燃烧室压カ施加到压カ传感器上的カ至少部分传递到机电转换器元件上。换而言之，具有容纳部的适配器元件不仅用于机械地容纳并且优选(除了由燃烧室压力引起的运动之外)固定压カ传感器，而且本身是传カ路径的组成部分，由燃烧室中的压カ引起的压力、运动、长度改变或者力经由所述传カ路径从压カ传感器传递到机电转换器元件上。在可运动的元件上构造有用于压カ传感器的在燃烧室侧的容纳部和用于传递元件的在内腔室侧的容纳部。压カ传感器和传递元件与可运动的元件的连接部可以形状配合地和/或传カ配合地实现。而替代地或附加地，原则上材料配合的连接部也是可能的。特别优选的是，可运动的元件设计为具有在燃烧室侧的开ロ处构造的第一端面和在内腔室侧的开ロ处构造的第二端面的套筒，其中压カ传感器可以完全或部分插入到燃烧室侧的开ロ中，从而使得套筒包围压カ传感器或压カ传感器的一部分。例如，压カ传感器可以具有例如柱形的、尤其是圆柱形的突起部，所述突起部被容纳部或容纳部的一部分完全或部分包围。例如，在突起部与压カ传感器的其余组成部分之间的过渡部上可以设置肩部，以便实现限定地将压カ传感器插入到燃烧室侧的开口中。然而原则上其他类型的容纳部也是可能的。替代环状容纳部或除了环状容纳部之外，所述容纳部也可以具有一个或多个以其他方式构造的固定元件来固定压カ传感器。压カ传感器尤其可以包括预热�？椋佣沟盟鲎爸米芴迳峡梢怨乖煳と认鹑�。所谓的预热模块在此可理解为ー种�？椋瞿？榭墒褂迷谧缘慊鸬哪谌蓟�、例如柴油发动机中，以便例如在ー个或多个预热阶段、例如前预热阶段(Vorgliihphasen)中引起或者促进内燃机的自点火。预热�？橛绕淇梢园ī`个或多个预热电流线路(Gliihstromleitung),借助所述预热电流线路可以实现对预热�？榈募尤�。预热�？橛绕淇梢杂肴菽刹苛樱佣沟迷と饶？橥耆虿糠执尤菽刹恐猩烊氲饺忌帐抑�。替代预热�？榛蛘叱嗽と饶？橹猓鲎爸靡部梢园ㄖ辽侃`个传感器尖端作为压カ传感器。所谓的传感器尖端在此原则上理解为ー种压カ传感器，设置优选不具有其他电学类型的功能的压カ传感器，以便采集来自燃烧室的压カ和/或カ并进行其传送。传感器尖端尤其可以构造为纯粹机械的部件。传感器尖端尤其可以包括至少ー个指向燃烧室的、例如可以柱形地构造的栓塞和/或盖。尤其可以设置盲孔栓塞，其可以插入容纳部中或者说放置到容纳部上。所述栓塞尤其也可以如预热�？槟茄ㄍ黄鸩浚黄鸩靠梢圆迦肟裳〉鼗纷垂乖斓娜菽刹恐�。各种扩展方案是可能的并且以下还要详细描述。适配器元件的位置固定的元件可以是壳体的环状的部分、例如内壳体的一部分，其完全或者部分地包围该装置的内腔室和/或传感器�？榈哪谇皇摇Ｋ降目稍硕脑诖送ǔ？衫斫馕`种元件，所述元件可以实施相对于位置固定的元件，也就是说关于壳体、例如关于外壳体的位置改变，尤其是由燃烧室中的压カ的改变引起的改变。位置固定地构造的部分因此是其余壳体的组成部分，而可运动的元件可以是传カ路径的组成部分，运动、力或压カ经由该传カ路径从燃烧室传递到机电转换器元件上。形式为套筒的可运动的元件借助弯曲弹性的接片悬挂在位置固定的元件上。弯曲弹性的接片例如薄膜状地构造。在这种扩展方案中或在其他扩展方案中，如此设计可运动的元件的燃烧室侧的容纳部，从而例如容纳有机电转换器元件的内壳体并不封闭，而是保留燃烧室侧的开ロ。这种敞开的扩展方案如以下还要详细介绍的那样，尤其简化了压カ传感器的一个或多个电导线的穿透，如果这是必要的话。在内腔室侧的容纳部与机电转换器元件之间尤其可以设置至少ー个传递元件，以将カ传递到机电转换器元件上。这种カ传递原则上可以包括力、压力、运动或类似的由燃烧室压カ引起的机械状态改变的传递。传递元件尤其可以棒状地或环状地构造。特别优选地构造为一体的或多部分的V柱体，其外侧面可以柱形地或阶梯式地构造。例如传递元件可以在背离燃烧室的侧面上支撑在容纳部上，例如支撑在容纳部的可运动的元件上、尤其是容纳环上。为此目的，传递元件例如可以就其而言具有突起部，所述突起部伸入到内腔室侧的容纳部的内腔室侧的开口中。再者替代地或附加地，也可以设置凹槽或肩部，在所述凹槽或肩部上可以支撑容纳环和/或以其他方式构造的容纳部。传递元件尤其可以具有至少ー个贯通部，以实现压カ传感器的至少ー个电导线的穿透。所述贯通部在此尤其可以是至少ー个孔、优选是至少ー个偏心孔。所述孔可以平行于该装置的轴线设置，然而也可以原则上相对于轴线以例如以在5度到70度之间的角度、尤其是以在30度到60度之间的角度设置。以这种方式可以实现例如能够在中心从压カ传感器、例如预热�？樵谄浔忱肴忌帐业牟嗝嫔弦龅牡枷呖梢栽诓嗝嫔显谟叛〔贾迷谒鲎爸玫闹嵯呱系幕缱黄髟呐员吆�/或在传递元件的一部分的旁边经过。如果不需要贯通部并且容纳部朝向燃烧室打开，则可以通过压カ传感器、尤其是通过传感器尖端(优选栓塞)相对于燃烧室封闭贯通部，从而没有燃烧室气体可以直接通过贯通部达到机电转换器元件。贯通部可以穿透整个传递元件延伸或也可以仅仅穿透其一部分例如仅穿透传递元件的可选补偿体延伸，以下还要对所述补偿体进行详细阐述。传递元件尤其可以一体地或者也可以多部分地构造。特别优选的是，传递元件包括ー个或多个用于至少部分补偿热机械应カ的补偿体。这样，通常在该装置内、尤其在该装置的传感器�？槟诖嬖谟糜讠�/或长度伸长的不同传递路径。除了上面所描述的、经由其直接将力、运动或压カ从压カ传感器传递到机电转换器元件的力路径之外，也考虑通过壳体的路径。因为在传递路径中能够容纳可具有不同热伸长的不同材料，所以在该装置可能经受较大的温度波动时会出现由于不同伸长引起的热机械应力。热机械应カ会导致测量结果的扭曲(Verfjilschung)或也会导致该装置的损坏。例如可以通过适当选择其长度和/或其热伸长系数来设置补偿元件，从而使得至少在该装置可能经受的典型的温度范围内不同传递路径的热伸长至少尽可能地相同，例如在不超过20%的可容忍的偏差的范围中、尤其是在不超过10%、并且优选不超过5%的范围中至少尽可能地相同。例如温度波动可以在一 40摄氏度到150摄氏度之间，其中尖峰温度也可以更高。在所述的温度范围之内，其中一个或多个补偿元件可以引起上面所述的类型的补偿。例如这通过选择合适的材料来进行，例如方法是使用具有相应特性的陶瓷材料。所述壳体尤其能够多部分地构造，并且具有至少ー个外壳体和至少ー个由外壳体至少部分包围的内壳体。适配器元件可以相应地至少部分是内壳体的组成部分。该内壳体尤其可以包括内壳体壁，其中适配器元件在燃烧室侧布置在内壳体壁中。这包括如下情况适配器元件本身完全或部分地是内壳体壁的组成部分，例如利用其相对于壳体位置固定地构造的部分。例如在燃烧室侧，内壳体可以通过适配器元件、尤其是其位置固定的部分并且优选也通过压カ传感器来闭合，因为如上面所介绍的那样优选适配器元件朝向燃烧室开打并且可以通过压カ传感器闭合。内壳体壁可以在背离燃烧室的侧面上通过至少ー个固定部闭合。机电转换器元件可以支撑在该固定部上。这种多部分的设计方案尤其可以实现上面所描述的多个传递路径的方案。这样，实际的传カ路径从压力传感器经过适配器元件和可选地传递元件引导至机电转换器元件。第二传递路径可以通过压カ传感器和内壳体以及固定部引导至机电转换器元件，然而经由所述第二传递路径优选没有或者极小地传递カ和/或长度伸长。以上所描述的补偿体可以引起在传递路径之间的热机械应カ的补偿。内壳体壁尤其可以具有柱形、尤其是空心柱形的形状。可运动的元件、例如容纳环尤其可以从内壳体壁延伸至内壳体的内部中并且在那里形成容纳部或容纳部的一部分。容纳环尤其可以在平行于该装置的轴线的截面中具有T形状，其中T的基底(Basis)将容纳环与内壳体壁连接，并且其中T的水平线(Querstrich)形成实际容纳部。
在附图中示出了本发明的实施例并且在以下的说明中对其进行详细解释。其中 图1示出了使用在自点火的内燃机、尤其是柴油发动机中的根据本发明的用于检测在
内燃机的燃烧室中的燃烧室压力的装置的第一实施例；以及
图2示出了使用在非自点火的内燃机、尤其是汽油发动机中的装置的相对于图1替代的实施例。
具体实施例方式在图1和图2中示出了根据本发明的用于检测在内燃机的燃烧室中的燃烧室压力的装置110的不同实施例。燃烧室在此在图1和图2中象征性地用附图标记112表示并且在图1和图2中位于所述装置110左边。在此，图1示出了使用在自点火的内燃机、尤其是柴油发动机中的装置110的实施例，而图2示出了使用在非自点火的内燃机中的装置110的实施例。以下，基本上同时參考了这些实施例，因为装置110的许多组成部分在两个实施例中和在两个应用目的中可以等同地使用，这是本发明的一个优点。所述装置110主要包括两个部件，即传感器単元114和在燃烧室侧封闭传感器单元114的压カ传感器116。在根据图1的针对自点火的内燃机的实施例中压カ传感器116包括预热�？�(Gliihmodul) 118，而在用于非自点火的内燃机的实施例中压カ传感器116包括形式为栓塞122的传感器尖端(Sensorspitze) 120。栓塞122尤其能够以盲孔栓塞(Blindstopfen)的形式和/或以盖的形式设计。传感器单元114包括壳体124,所述壳体在该实施例中示例性地多部分地构造。壳体124相应地包括外壳体126以及由所述外壳体包围的内壳体128。所述内壳体128利用在该实施例中基本上柱形设计的内壳体壁130包围壳体124的内腔室132，在所述内腔室中容纳有传感器�？�134，所述传感器�？榫哂欣缪沟缲＜�(Piezoelement)的机电转换器兀件136。所述传感器�？橹С旁诳翘�124的背离燃烧室112的侧上的固定元件140上，并且通过传感器接触部138是可电接触的，所述传感器接触部138例如穿透固定元件140。在外壳体126内设置有适配器元件142。适配器元件142在所示的实施例中包括相对于壳体124布置的位置固定的元件144，所述位置固定的元件144可以是内壳体壁130的组成部分；并且适配元件142包括与位置固定的元件144间隔距离地布置的可运动的元件146。在位置固定的元件144与可运动的元件146之间构造有弯曲弹性的接片147。所述位置固定的元件144环状地构造并且固定在外壳体126的内壁上或者是外壳体126的一部分。所述可运动的元件146具有套筒148或环的形状。所述套筒148或者说环在燃烧室侧的开ロ处具有第一端面并且在对置的内腔室侧的开ロ处具有第二端面。所述第一端面形成燃烧室侧的、用于压カ传感器116的支承面152，而所述第二端面形成在内腔室侧的、用于第一传递元件156的支承面155。内腔室132通过开ロ朝向燃烧室敞开，但是通过压カ传感器116来封闭。然而另一种扩展方案原则上也是可能的。压カ传感器116在所示的实施例中具有形式为突起部150的连接元件，所述连接元件具有指向内腔室132的在内腔室侧的肩部153，所述肩部支撑在可运动的元件146的在燃烧室侧的支承面152上。替代地或附加地，可以将压力传感器116固定在燃烧侧的开ロ中，例如传カ配合地、形状配合地或材料配合地固定。各种固定方式的组合也是可能的。弯曲弹性的接片147优选构造为环状的或片状的闭合接片，并且形成了弯曲弹性的薄膜(Membran)，所述薄膜保证了可运动的元件146相对于位置固定的元件144的相对运动。闭合接片147形成了在燃烧室112与内腔室132之间气密的分隔壁。燃烧室压力和/或力由压カ传感器116传递到适配器元件142并且在那里尤其是传递到可运动的元件146的燃烧室侧的端面上。此外，指向内腔室132的第一传递元件156与可运动的元件146形成有效连接。第一传递元件156在其朝向压カ传感器116的侧面上同样构造有突起部158，所述突起部形成另ー指向燃烧室112的、在燃烧室侧的肩部160。传递元件156的燃烧室侧的肩部160啮合在可运动的元件146的内腔室侧的支承面155上。由此，由压カ传感器116采集的力通过可运动的元件146传递到第一传递元件156上，并且从那里传递到传感器�？�132的另ー传递元件154上，并且又从那里传递到传感器�？�132和在那里集成的机电转换器元件136上。所述第一传递元件156例如可以用于补偿体，所述补偿体用于补偿热机械应力。在适配器元件142的位置固定的元件144上固定有带有内壳体壁130的内壳体128。内壳体128还与固定元件140连接。传感器�？�132在内壳体128内在预张紧的情况下布置在可运动的元件146与固定元件140之间。为了将力和/或燃烧室压力传递到机电转换器元件136上而使用如下传カ路径，所述传カ路径从压カ传感器116经由可运动的元件146和第一传递元件156和另外的传递元件154朝向传感器�？�134的机电转换器元件136延伸。第二传カ路径经由压カ传感器116、位置固定的元件144和固定元件140延伸。为了补偿传递路径的不同的伸长，使用设计为补偿体的第一传递元件156。
在根据图2的汽油发动机变型方案中，套筒148的开ロ在燃烧室侧仅通过形式为栓塞122的传感器尖端120来封闭，而在根据图1的柴油发动机变型方案中，压カ传感器116包括预热�？�118。所述预热模块在可运动的元件146的套筒148的燃烧室侧的容纳部上基本上关于压力传感器116或者说传感器尖端120安装兼容。预热�？�118包括实际上的预热销162，该预热销在壳体侧被支承管164包围，所述支承管164牢固地与预热销162连接，例如传カ配合地、形状配合地或材料配合地连接。支承管164具有突起部150，该突起部插入到套筒148的燃烧室侧的开口中并且在那里利用并未详细示出的、作为内腔室侧的肩部153的肩部支撑在可运动的元件146的燃烧室侧的支承面152上。预热�？�118借助ー个或多个电导线166电接触，所述电导线也称作预热电流线路。所述预热电流线路可以通过在传递元件154、例如补偿体156中的一个或多个贯通部168优选偏心地进行引导，所述贯通部例如是一个或多个孔。贯通部可以如图所示的那样轴向地实现，或者倾斜地实现。偏心的贯通部造成了 所述电导线166也偏心地穿过内腔室132进而在侧面上从传感器模块134旁伸出来。电导线166优选在传感器�？�134旁不形成干扰轮廓(St5rkontur)。尤其是由于这种电导线166所以不需要将相邻的部件设计得更小或者进行容纳在内腔室132中的部件的另外的重新设计(Neukonstrukt ion)。在传感器�？�134的背离燃烧室112的侧面上，电导线166穿透另ー贯通部(Durchfiihrung) 170、即另ー偏心孔,例如又轴向地(如在图1中所示)或相对于轴线倾斜地穿透固定元件140。当用于电导线166的贯通部168、170如在图2中所示的那样用于非自点火的内燃机、如汽油发动机时，贯通部168、170也可以存在于传感器単元114中。在这种情况下贯通部168、170尽管无功能，但能够不改变地进行使用，因为所述贯通部由于通过压カ传感器116密封内腔室132而没有阻碍。在固定元件140的背离内腔室112的侧面上，借助传感器接触部138并且可选地(在根据图1的变型方案中)借助电导线166进行传感器�？�134的电接触，如在现有技术中已知的、用于燃烧室压カ检测的装置中那样。替代地也可能的是，电导线166在侧面上从预热�？�118的支承管164的后部区域引出、例如刚刚引出补偿体。该变型方案未示出。
权利要求
1.一种用于检测在内燃机的燃烧室中的燃烧室压力的装置，所述装置具有至少一个壳体(124)、容纳在所述壳体(124)中的适配器兀件(142)和布置在所述壳体(124)中的机电转换器元件(136)，其中所述适配器元件(126)与压力传感器(116)并且与至少一个传递元件(156)形成有效连接，并且所述适配器元件包括与所述壳体(124)连接的位置固定的元件(144)和可运动的元件(146)，其中所述压力传感器(116)啮合在所述可运动的元件(146)上，并且其中设置所述可运动的元件(146)，以便将通过燃烧室压力施加到所述压力传感器(116)的力至少部分地传递到所述机电转换器元件(136)上，其特征在于，在所述位置固定的元件(144)与所述可运动的元件(146)之间构造有环状地设计的弯曲弹性的接片(147)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述弯曲弹性的接片(147)朝向内腔室(132)形成分隔壁。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述可运动的元件(146)具有用于所述压力传感器(116)的、燃烧室侧的容纳部和用于所述传递元件(156)的、内腔室侧的容纳部。
4.根据权利要求1或3所述的装置，其中所述可运动的元件(146)基本上具有套筒(148)的形状，所述套筒具有燃烧室侧的开口和内腔室侧的开口。
5.根据权利要求4所述的装置，其中在燃烧室侧的开口处构造燃烧室侧的端面并且在内腔室侧的开口处构造内腔室侧的端面，并且其中所述燃烧室侧的端面形成用于所述压力传感器(116)的第一支承面(152)，并且所述内腔室侧的端面形成用于所述传递元件(156)的第二支承面(155)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述压力传感器(116)具有内腔室侧的肩部(153)，所述压力传感器(116)利用所述内腔室侧的肩部(153)支撑在所述第一支承面(152 )上，并且其中所述传递元件(156)具有燃烧室侧的肩部(160 )，所述传递元件(156)利用所述燃烧室侧的肩部(160 )支撑在所述第二支承面(155 )上。
7.根据上述两个权利要求中任一项所述的装置，其中所述传递元件(156)构造为用于至少部分地补偿热机械应力的补偿体。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述壳体(124)具有至少一个外壳体(126 )和至少一个由所述外壳体(126 )至少部分地包围的内壳体(128 )，所述内壳体(128 )与固定元件(140)连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述内壳体(128)利用内壳体壁(130)与所述适配器元件(142)的位置固定的元件(144)牢固地连接，其中所述机电转换器元件(136)支撑在所述固定元件(140)上。
10.根据权利要求9所述的装置，其中传感器�？�(132)预张紧在所述可运动的元件(146)与所述固定元件(140)之间。
全文摘要
一种用于检测在内燃机的燃烧室(112)中的燃烧室压力的装置，其具有至少一个壳体(124)、容纳在壳体(124)中的适配器元件(142)和布置在壳体(124)中的机电转换器元件(136)，适配器元件(126)与压力传感器(116)并且与至少一个传递元件(156)形成有效连接，并且适配器元件(126)包括与壳体(124)连接的位置固定的元件(144)和可运动的元件(146)，压力传感器(116)啮合在可运动的元件(146)上；并且构造可运动的元件(146)，以便将通过燃烧室压力施加到压力传感器(116)的力至少部分地传递到机电转换器元件(136)上。可运动的元件(146)具有用于压力传感器(116)的、燃烧室侧的容纳部和用于传递元件(156)的、内腔室侧的容纳部。在位置固定的元件(144)与可运动的元件(146)之间构造有环状地设计的弯曲弹性的接片(147)。
文档编号G01L23/10GK103026196SQ201180038002
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年8月2日
发明者H.朔尔岑, J.沃尔夫 申请人:罗伯特·博世有限公司
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