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DE3021452A1 - Pressure sensor screw-fitting into IC engine block - has membrane moving rod acting on piezoelectric transducer - Google Patents

Pressure sensor screw-fitting into IC engine block - has membrane moving rod acting on piezoelectric transducer

Info

Publication number
DE3021452A1
DE3021452A1 DE19803021452 DE3021452A DE3021452A1 DE 3021452 A1 DE3021452 A1 DE 3021452A1 DE 19803021452 DE19803021452 DE 19803021452 DE 3021452 A DE3021452 A DE 3021452A DE 3021452 A1 DE3021452 A1 DE 3021452A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membrane
transducer
pressure sensor
pressure
engine block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19803021452
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Dipl.-Phys Kleinschmidt
Valentin Dipl.-Phys. 8000 München Magori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE19803021452 priority Critical patent/DE3021452A1/en
Priority to US06/261,283 priority patent/US4382377A/en
Priority to EP81103655A priority patent/EP0040390B1/en
Priority to AT81103655T priority patent/ATE12142T1/en
Priority to DE8181103655T priority patent/DE3169234D1/en
Priority to PT73031A priority patent/PT73031B/en
Priority to ES502233A priority patent/ES502233A0/en
Priority to BR8103046A priority patent/BR8103046A/en
Publication of DE3021452A1 publication Critical patent/DE3021452A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
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    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type

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Abstract

A piezo-electric transducer (20) is connected via a rod (26) to a membrane (15). The sensor is fot fitting into the engine block (13) and detects knocking. The pressure in the piston chamber acts on the membrane, whose resulting movement is transferred by the rigid rod to the piezo-electric transducer where it is converted into an electrical signal. The transducer consists of a piezo-electric plate on a metal plate (24). The rod is made of steel and may be hollow. The bimorphous transducer has an external thread (18) that allows it to screw into a threaded hole in the engine block. The metal plate faces the piston chamber and is in good thermal contact with the sensor's casing (17), which acts as a heatsink. The membrane has a built-in curvature that does not change sign when the membrane is heated by the burning gases. The membrane consists of a thin sheet of titanium, tantalum or tungsten. A ring may be located between the rod and the membrane. The advantage lies in simplicity and in the sensor's being fitted permanently into the engine.

Description

Verbesserung an einem Drucksensor für Verbrennungs-Improvement on a pressure sensor for combustion

motor.engine.

Zusatz zu Patent . ... ... (P 30 18 856) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an einem Drucksensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.Addendum to patent. ... ... (P 30 18 856) The present invention relates to an improvement in a pressure sensor according to the preamble of the claim 1.

Im Hauptpatent ist ein Drucksensor, insbesondere als Klopfsensor für Verbrennungsmotore zu verwenden, beschrieben. Das vordere Ende dieses Drucksensors ragt in den Zylinderinnenraum herein, um über dieses vordere Ende die momentanen im Zylinderinnenraum herrschenden Druckwerte mit dem Drucksensor aufnehmen zu können.In the main patent is a pressure sensor, in particular as a knock sensor for To use internal combustion engines, described. The front end of this pressure sensor protrudes into the interior of the cylinder to access the current to be able to record the pressure values prevailing in the cylinder interior with the pressure sensor.

Dieses vordere Ende dieses Drucksensors steht unter hoher thermischer Belastung und hoher mechanischer Wechselbelastung. Bei einer im Hauptpatent beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung steht die an dem in den Zylinderinnenraum ragenden Ende des Drucksensors vorgesehene Membran unter einer mechanischen Vorspannung.This front end of this pressure sensor is under high thermal Load and high mechanical alternating load. With one described in the main patent The embodiment of the invention is at the end protruding into the cylinder interior of the pressure sensor provided membrane under a mechanical preload.

Mit Rücksicht auf diese mechanische Vorspannung ist diese Membran angepaßt zu bemessen, nämlich angepaßt an die zu übertragenden Druckwerte und angepaßt an die vorgesehene mechanische Vorspannung. Die mechanische Vorspannung, die auf der Membran liegt, kann auch zusammen mit der thermischen Belastung derselben deren Lebensdauer in erheblicher Weise einschränken.With regard to this mechanical preload, this membrane is adapted to be dimensioned, namely adapted to the pressure values to be transmitted and adapted to the intended mechanical preload. The mechanical preload that is on the membrane lies, can also be together with the thermal load of the same Significantly reduce the service life.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor nach dem Hauptpatent anzugeben, bei dem eine verbesserte Ausgestaltung des vorderen Endes des in den Zylinderraum des Motors ragenden Anteils des Drucksensors vorliegt. Mit dieser Verbesserung soll insbesondere eine Vereinfachung für die Bemessung der Membran und/oder noch höhere Lebensdauer erreicht werden.It is an object of the present invention to provide a pressure sensor to indicate according to the main patent, in which an improved design of the front End of Part of the pressure sensor protruding into the cylinder chamber of the engine is present. This improvement is intended in particular to simplify the dimensioning the membrane and / or even longer service life can be achieved.

Diese Aufgabe wird mit einem Drucksensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out with a pressure sensor according to the generic term of Claim 1 according to the invention with the features of the characterizing part of the claim 1 solved.

Aus den Unteransprüchen gehen weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.Further refinements and developments emerge from the subclaims of the invention.

Der vorliegenden Verbesserung des Drucksensors nach dem Hauptpatent liegt der Gedanke zugrunde, die den Druck aus dem Zylinderinnenraum auf den Wandler übertragende Membran, die den Abschluß des vorderen Endes des Drucksensors im Zylinderinnenraum bildet, von dem Druck der vorgesehenen mechanischen Vorspannung im Drucksensor bzw. des Wandlers zu entlasten. Diese Entlastung wird dadurch erreicht, daß der den Druck von der Membran auf den Wandler übertragende Stössel an einem Ansatz des vorderen, dem Wandler gegenüberliegenden Endes des Drucksensors anliegt bzw. sich gegen diesen Ansatz abstützt.The present improvement of the pressure sensor according to the main patent is based on the idea that the pressure from the cylinder interior on the converter transmitting membrane, which closes the front end of the pressure sensor in the cylinder interior forms, from the pressure of the intended mechanical preload in the pressure sensor or to relieve the converter. This relief is achieved by the fact that the pressure plungers that transmit from the diaphragm to the transducer at a shoulder of the front one, the transducer opposite end of the pressure sensor rests or against this Approach based.

Die Membran ist dann frei von einer solchen Vorspannung und liegt lediglich an dem vorderen Ende des druckübertragenden Stössels an. Gegebenenfalls kann noch zwischen Membran und vorderem Ende des Stössels ein Zentrierring oder dergleichen vorgesehen sein. Die Membran liegt an der Druckaufnahmefläche an und biegt sich bei entsprechendem Druck im Zylinderraum etwas durch, so daß der Stössel mit die Vorspannung übersteigendem Druck gegen den Wandler gedrückt wird und dieser Wandler das dem Druck im Zylinderinnenraum entsprechende elektrische Signal abgibt.J Weitere Erläuterungen gehen aus der nach- folgenden Beschreibung eines in der Figur dargestellten Ausührungsbeistiels hervor.The membrane is then free of such a pretension and lies only at the front end of the pressure-transmitting plunger. Possibly a centering ring or between the membrane and the front end of the plunger can also be used the like may be provided. The membrane rests against the pressure receiving surface and bends slightly with the corresponding pressure in the cylinder space, so that the plunger is pressed against the transducer with the pressure exceeding the bias and this Converter emits the electrical signal corresponding to the pressure in the cylinder interior. J. Further explanations can be found in the following following description one Ausührungsbeistiels shown in the figure.

Mit 11 ist der verbesserte Drucksensor in seiner Gesamtheit bezeichnet. Mit dem Gewinde 12 ist dieser Drucksensor 11 in den Zylinderkopf 13 eines Verbrennungsmotors gasdicht, und zwar insbesondere unter Verwendung eines relativ harten Dichtringes 14, eingeschraubt. Dieser Dichtring 14 kann ein Kupferring sein.With 11 the improved pressure sensor is referred to in its entirety. With the thread 12, this pressure sensor 11 is in the cylinder head 13 of an internal combustion engine gastight, in particular using a relatively hard sealing ring 14, screwed in. This sealing ring 14 can be a copper ring.

Über diesen Ring 14 stützt sich das Wandlergehäuse schlüssig gegen die Zylinderkopfaußenwend ab. Das Gewinde 12 ist Anteil eines am vorderen Ende 15 geschlossenen Rohrstückes 16, das wiederum eine Fortsetzung des Drucksensor-Gehäuses 17 ist. Mit 18 ist ein weiteres Gewinde bezeichnet, das sich rückseitig in einer Ausnehmung 19 des Drucksensor-Gehäuses 17 befindet. Dieses Gewinde i dient dazu, den insgesamt mft 20 bezeic.hreten Sensorwandler in dem Gehause 17 in technisch einfacher zeine zu befestigen.The converter housing is positively supported against this ring 14 the cylinder head outside turn away. The thread 12 is part of one at the front end 15 closed pipe section 16, which in turn is a continuation of the pressure sensor housing 17 is. At 18, another thread is referred to, which is at the back in a Recess 19 of the pressure sensor housing 17 is located. This thread i serves to the total of 20 marked sensor transducers in the housing 17 in technical easier to attach zeine.

Der Sensorwandler 20 hat bei dem dargestellten AusftLkrungsbeispiel der Erfindung als Keramikkörper eine Platte 21 aus permanent polarisierbarer p ezoeleLtrischer Keramik, wie z.B. Bleizirkonat-Titanat. Dieses Keramikmaterial hat eine Curie-Temperatur von beispielsweise über 3000C und kann somit ohne weiteres 3etriebs-.In the illustrated embodiment, the sensor transducer 20 has According to the invention, a plate 21 made of permanently polarizable p ezoeltric as a ceramic body Ceramic, such as lead zirconate titanate. This ceramic material has a Curie temperature of, for example, over 3000C and can therefore easily be operated.

temperaturen bis 1500C ertragen. Es hat einen hohen piezoelektrischen Effekt, d.h. hohen Kopplungsfektor.tolerate temperatures up to 1500C. It has a high piezoelectric Effect, i.e. high coupling factor.

Auf ihrer einen Oberfläche hat die Platte 21 eine die für Keramik übliche Elektrodenbeschichtung 22, an der eine Anschlußleitung 23 befestigt ist. Mit der der Elektrodenschicht 22 gegenüberliegenden Plattenseite ist diese Platte 21 mit einer wie aus der Figur ersichtlichen, in wesentlichen scheibenformigen .retallplaçte 24 fest verbunden. Die Keramikplatte 21 und die Metall- platte 24 bilden damit zusammen einen bimorphen oder bilamlnaren piezoelektrischen Biege-Sensorwandler 20.On its one surface, the plate 21 has one for ceramics Usual electrode coating 22 to which a connecting line 23 is attached. This plate is with the plate side opposite the electrode layer 22 21 with an essentially disc-shaped .retallplaçte as can be seen from the figure 24 firmly connected. The ceramic plate 21 and the metal plate 24 together form a bimorph or bilaminal piezoelectric bending sensor transducer 20th

Der Sensorwandler 20 ist vorzugsweise an seinem äußeren Rand, und zwar vorzugsweise mit der Mettallplatte, in dem Gehäuse 17 eingebaut. Vorteilhaft ist der wie dargestellte Einbau mit Hilfe eines Gewindes 25 an äußeren Rand der Metallplatte 24. Der ganze Wandler läßt sich damit leicht in das Gehäuse 17 einschrauben. Damit läßt sich auch die Metallplatte 24 über den Gewinderand 25 von dem Gehäuse 17 her gut kühlen, so daß von dem vorderen Ende 15 des Drucksensors her in diesen gelangende Wärme vor Erreichen der Keramikplatte 21 weitestgehend abgeleitet werden kann.The sensor transducer 20 is preferably on its outer edge, and although preferably with the metal plate, built into the housing 17. Advantageous is the installation as shown with the help of a thread 25 on the outer edge of the Metal plate 24. The entire converter can thus be easily screwed into the housing 17. The metal plate 24 can thus also be removed from the housing via the threaded edge 25 17 cool well so that from the front end 15 of the pressure sensor in this Any heat received can be largely dissipated before it reaches the ceramic plate 21 can.

Das Einschrauben des Wandlers 20 mit Hilfe des Gewindes 18/25 ermöglicht es, den als Übertragungsverbindung vorgesehenen Stössel 25 zwischen dem Wandler 20 und dem vorderen Ende 15 des Rohratückes 16 fest einzuspannen,woMu dieses Ende als wie dargestellter Ansatz 116 ausgebildet ist, so daß der Wandler 20 und der Stössel 26 unter einer mechanischen Vorspannung stehen können. Diese druckvorspannung wird so hoch gewählt, daß bei jeglicher thermischer Ausdehnung eines Teils des gesamten Sensors der Wandler 20 gegenüber dem Ende 15 stets unter Vorspan nung bleibt. Mit 130 ist eine zusätzliche, gegebenenfalls vorzusehende Zentrierscheibe bezeichnet.The screwing in of the transducer 20 with the help of the thread 18/25 is made possible it, the plunger 25 provided as a transmission connection between the converter 20 and the front end 15 of the pipe piece 16 firmly clamped, woMu this end is designed as a projection 116 shown, so that the converter 20 and the The plunger 26 can be under a mechanical bias. This compressive bias is chosen so high that any thermal expansion of part of the total Sensor of the transducer 20 with respect to the end 15 always remains under bias voltage. With 130 is an additional centering disk, which may be provided.

Das vordere Ende 15 des Drucksensors 11 hat als-gasdichten Abschluß eine-wie dargestelle druckübertragende Membran 115 aus z.B. Tifen. Im Zylinderinnenraum 28 mit den Pfeilen 27 angedeutet herrschender Druck kann über diese Druckmembran 115 auf die- Drkickaufnahmefläe- 230 der Scheibe 130 und über den-Stössel 26 auf den Sensoniandler 20 übertragen werden. Diese über die Mem- 230 und bran 116 auf die -Fläche-/auf den Wendler 20 übertragene Druckkraft 27 wird in der sich unter dieser Kraut biesender piezokerazischen Platte 21 des Wardlers 20 in ein zwischen dem Anschluß 23 und dem Gehause 17 abzunehmendes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird dann elektronisch (wie bei dem eingangs beschriebenen bekannten Druckgeber) in der jeweils gewünschten Weise ausgewertet; Zum Beispiel läßt sich mit einem solchen neu gestalteten Drucksensor 11 augenblicklich feststellen, ob sich der Lauf des Motors in einem als "Klopfen" oder "Klingeln" bekannten netriebszustand befindet, der für die Lebensdauer des Motors sehr abträglich Ist. Das Auftreten eines solchen Elopfens oder Klingelns kann durch entsprechend Verstellung auf Spätzündung behoben werden.The front end 15 of the pressure sensor 11 has a gastight seal a pressure-transmitting membrane 115, as shown, made of, for example, Tifen. Inside the cylinder 28, indicated by the arrows 27, the prevailing pressure can over this pressure membrane 115 on the push-receiving surface 230 of the disc 130 and over the plunger 26 the Sensoniandler 20 are transmitted. This about the mem- 230 and pressure force 27 transmitted to the surface / to the Wendler 20 is bran 116 in Wardler's piezokerazic plate 21, which is tucked under this herb 20 to be removed between the terminal 23 and the housing 17 electrical Signal converted. This electrical signal then becomes electronic (as in the known pressure transducer described at the outset) evaluated in the respective desired manner; For example, with such a newly designed pressure sensor 11 can be instantaneously determine whether the engine is running in a "knocking" or "ringing" manner known operating condition, which is very detrimental to the life of the engine Is. The occurrence of such a knocking or ringing can be caused by accordingly Adjustment to delay ignition can be corrected.

Ansonsten läßt man den rotor zwecks Kraftstoffeinsparung mit angemessen relativ starker Frtihzündung arbeiten.Otherwise, the rotor is left with a reasonable amount in order to save fuel relatively strong pre-ignition work.

Das Gehäuse 17 ist wie nicht dargeStellt - beispielsweise als Sechskant ausgebildet, um mit einem entsprechenden Schraubenschlüssel in den Zylinderkopf 13 dicht eingeschraubt zu werden.The housing 17 is not shown - for example, as a hexagon designed to be inserted into the cylinder head with an appropriate wrench 13 to be screwed in tightly.

Im Betrieb als Drucksensor liefert der Wandler 20 die dem zeitlichen Druckverlauf 27 entsprechenden Signale, die bei Vorliegen des Klopfens bestimmte charakteristische Form haben. Die Frequenz des Klopfen liegt zwischen 5 und 10 kHz, insbesondere bei 7 kHz. Der ganze Drucksensor 11 ist so aufgebaut und bemessen, daß seine Eigenfrequenz vergleIchsweise zu den als Drucksignal auftretenden Frequenzen hoch liegt, d.h. erheblich oberhalb 10 kHz. Für eine Resensnzfrequenz von 10 kHz muß die maximale Länge lo des Stössels 26 kleiner sein als ein Viertel der Wandlerlänge, mit der sich eine Welle mit 10 kHz Frequenz auf Ihm ausbreiten kann. Für eine Schallgeschwindigkeit im Stössel von 5000 m/s und eine obere Grenzfrequenz von 10 kHz ergibt sich eine Wellenlänge von @ = 50 cm. Die maximale Stössellänge ist damit auf 7 = 12,5 cm begrenzt. Durch Bemessung von Durchmesser und Dicke der Keramik 21 und der Metallplatte 24 soll ferner die Biegeresonanz dieses Verbundes so festgelegt werden, daß sie oberhalb und größenordnungsmäßig in der Nähe der oberen Grenzfrequenz (10 kHz) liegt. Wird sie wesentlich höher gewählt (zu dicker Bieger oder zu kleiner Durchmesser), nimmt die Empfindlichkeit des Drucksensors ab. Liegt sie tiefer, treten unerwünschte Resonanzerseheinungen:.aul.In operation as a pressure sensor, the transducer 20 supplies the time Pressure curve 27 corresponding signals that determined when knocking occurred have characteristic shape. The frequency of knocking is between 5 and 10 kHz, especially at 7 kHz. The entire pressure sensor 11 is constructed and dimensioned in such a way that that its natural frequency compares to the frequencies occurring as a pressure signal is high, i.e. significantly above 10 kHz. For a frequency of 10 kHz the maximum length lo of the plunger 26 must be less than a quarter of the transducer length, with which a wave with a frequency of 10 kHz. For a speed of sound in the ram of 5000 m / s and an upper limit frequency of 10 kHz results in a wavelength of @ = 50 cm. The maximum ram length is thus limited to 7 = 12.5 cm. By dimensioning the diameter and thickness of the Ceramic 21 and the metal plate 24 should also the bending resonance of this composite be set so that they are above and of the order of magnitude of the top Cut-off frequency (10 kHz). If it is chosen much higher (too thick bender or diameter that is too small), the sensitivity of the pressure sensor decreases. Lies if they go deeper, unwanted resonance sensations occur: .aul.

Die 3iegeresonanz läßt sich mit ausreichender Genauigkeit nach der Formel abschätzen, wobei d die Gesamtdicke von Keramik 21 und Metallplatte 24 bedeutet und D den Durchmesser der ii-etallplatte 24 bis zum Rand 25 gemessen bedeutet.The three-way resonance can be calculated with sufficient accuracy according to the formula estimate, where d means the total thickness of ceramic 21 and metal plate 24 and D means the diameter of the metal plate 24 measured up to the edge 25.

Für ein D von 20 = und ein d von 2 mm ergibt sich eine Resonanzfrequenz von fres = 25 kHz Die elastische Nachgiebigkeit der Membran 15 bezüglich der Stösselkräfte soll in gle-cher Größenordnung wie die elastische Nachgiebigkeit des Verbundes aus keramik 21 und Metallplatte 24 liegen.A resonance frequency results for a D of 20 = and a d of 2 mm von fres = 25 kHz The elastic resilience of the membrane 15 with respect to the ram forces should be in the same order of magnitude as the elastic resilience of the composite ceramic 21 and metal plate 24 are.

Die Größe des Biegeverbundes (Durchmesser D) ist durch seine träge tasse beschränkt. Die maximal zulässige Masse wtrd durch die elastische Nachgiebigkeit des Stössels begrenzt; kurze Stössel erlauben größere Massen. Wird die Stösselmasse als m bezeichnet, so soll die Masse des 3iegeverbundes einen Wert t,I- nicht über schreiten. M berechnet sich nach der Formel wobei 1 die tatsächliche Länge des Stössels, 1o die maximale Länge des Stössels (z.B. 12,5 cm bei 10 kH Freauenzgrenze) und m die Masse des Stössels bedeuten.The size of the flexure (diameter D) is limited by its inert cup. The maximum permissible mass is limited by the elastic resilience of the ram; short rams allow larger masses. If the ram mass is referred to as m, the mass of the horizontal assembly should not exceed a value t, I-. M is calculated according to the formula where 1 is the actual length of the plunger, 1o is the maximum length of the plunger (e.g. 12.5 cm at 10 kH tolerance limit) and m is the mass of the plunger.

Die absoluten Werte für die Maße ergeben sich mit obigen Gleichungen aus dem für den Einbau zur Verfügung stehenden Bohrungsdurchmessern im Zylinderkopf.The absolute values for the dimensions result from the above equations from the bore diameter available for installation in the cylinder head.

Es kann vorteilhaft sein, den Zwischenraum zwischen dem Stössel 26 und dem Metallteil 24 einerseits und dem Gehäuse 17 und dem Rohrstück 16 andererseits mIt einem außerdem auch gut wärmeleitenden Fett (nicht dargestellt) oder dergleichen zu füllen, das auch gewisse Schwgungsdämpfungseigenschaften hat. Die Wärme wird dadurch von Stössel 26 an das im gekühlten ZylInderkopf 13 eingeschraubte Rohrstück 16 abgeleitet.It can be advantageous to reduce the space between the plunger 26 and the metal part 24 on the one hand and the housing 17 and the pipe section 16 on the other hand With a fat that also conducts heat well (not shown) or the like to fill, which also has certain vibration damping properties. The heat will thereby from the plunger 26 to the pipe section screwed into the cooled cylinder head 13 16 derived.

Probleme bekannter einschlägiger Drucksensoren ergeben die Umstände, die zu einer Signalabgabe führen, die gar nicht auf dem zu messenden Druck-bzw. Druckverlauf beruhen. Durch rasch wechselnde Temperaturbeaufschlsgingen, insbesondere des Membranendes 15, werden thermaische Ausdehnungs- und/oder 3 egebewegungen desselben herbeigeführt, die zu Störanzeigen führen können. Die bemessung der Teile 15, 17 und 26 sind daher derart gewählt, daß stark unterschiedliche thermische Ausdehnungen derselben nicht verliegen. Die gewählte Vor- spannung des Wandlers gegen den Ansatz 116- verwendet ebenfalls diese Probleme.Problems with known relevant pressure sensors result in the circumstances which lead to a signal output that is not at all on the pressure or pressure to be measured. Pressure curve are based. Due to rapidly changing temperature exposure, in particular of the membrane end 15, thermal expansion and / or 3 egebewegungen are the same brought about that can lead to fault displays. The dimensioning of parts 15, 17 and 26 are therefore chosen in such a way that greatly different thermal expansions do not lie to the same. The selected pre voltage of the converter versus approach 116- also uses these problems.

Zum (weiteren) Schutz der Keramikscheibe 21 des Wandlers 2C gegen die hohen Temperaturen im Zylinderinnenraum 28 ist vorgesehen, den Stössel 26 möglichst wenig wärmeleitend auszubilden, diesen insbesondere aus V2A-Stahl herzustellen und/oder ein Hohlrohr als Stössel 26 zu verwenden.To (further) protect the ceramic disk 21 of the converter 2C against the high temperatures in the cylinder interior 28 are provided, the plunger 26 if possible to make it less thermally conductive, to produce it in particular from V2A steel and / or to use a hollow tube as the plunger 26.

Ein-wie iAeiigur dargestelltes Ausführungsbeispiel hat z.B. einen 20 bis 30 mm langen Stössel 26 aus V2A-Stahl.For example, an embodiment shown as iAeiigur has a 20 to 30 mm long plunger 26 made of V2A steel.

Die Keramikplatte 21 hat etwa 10 mm und ist 1 mm dick.The ceramic plate 21 is about 10 mm and 1 mm thick.

Die Metallplatte 24 ist ebenfalls 1 mm dick. Das Gewinde 12 kann ein M14-Zündkerzengewinde sein. Der zugehörige Zylinderkopf 13 hat eine weitere, der Zündkerzenaufnahme entsprechende Gewindebohrung zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Drucksensors.The metal plate 24 is also 1 mm thick. The thread 12 can be a M14 spark plug threads. The associated cylinder head 13 has another, the Spark plug receptacle corresponding threaded hole for receiving the inventive Pressure sensor.

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Claims (4)

Patentansnrüche: Verbesserung an einem Drucksensor für Verbrennungsmotor mit einem piezoelektrischen Körper, bei dem der Sensor einen Körper aus piezoelektrischer Keramik als Sensorwandler hat, eine starre stabförmige Ubertragungsverbindung und eine Membran hat, wobei diese Teile zusammen derart in einem in den Motorblock einsetzbaren Gehäuse angeordnet sind, daß von der in dem Zylinderinnenraum befindlichen Membran über die übertragungsverbin dung im Zylinderinnenraum auftretende Druckkräfte auf den Wandler übertragen werden, wobei der Wandler als Biegewandler aus dem piezokeramischen Körper und einer Metallplatte besteht, die zu einem Bimorph-Körper zusammengesetzt sind, und wobei die Membran , die Ubertragungsverbindung und der Wandler unter mechanischer Vorspannung in dem Gehäuse eingebaut sind, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß die Membran (115) im Ruhezustand von der Vorspannung entlastet ist.Claims: Improvement on a pressure sensor for internal combustion engines with a piezoelectric body in which the sensor has a body made of piezoelectric Ceramic as a sensor transducer has a rigid rod-shaped transmission connection and has a membrane, these parts together in such a way that can be inserted into the engine block Housing are arranged that of the membrane located in the cylinder interior Pressure forces occurring in the cylinder interior via the transmission connection the transducer are transmitted, the transducer as a bending transducer from the piezoceramic Body and a metal plate, which are put together to form a bimorph body are, and wherein the membrane, the transmission link and the transducer under mechanical Preload are built into the housing that the membrane (115) is relieved of the bias in the rest state. 2. Drucksensor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß die Vorspannung von einem im vorderen Ende (15) des Gehäuses (16, 17) befindlichen Ansatz (116) aufgenommen wird, gegen den sich die übertragungsverbindung (26, 130) abstützt.2. Pressure sensor according to claim 1, g e k e n n z e i c h -n e t thereby, that the bias of one located in the front end (15) of the housing (16, 17) Approach (116) is added, against which the transmission connection (26, 130) supports. 3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß ein Zwischenring (130) zwischen der Ubertragungsverbindung (26) und der Membran (115) vorgesehen ist.3. Pressure sensor according to claim 1 or 2, g e k e n n -z e i c h n e t in that an intermediate ring (130) between the transmission connection (26) and the membrane (115) is provided. 4. Drucksensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß die Membran (115) ein dünnes Blech aus Titan, Tantal oder Wolfram ist.4. Pressure sensor according to claim 1, 2 or 3, g e k e n nz e i c h n e t in that the membrane (115) is a thin sheet of titanium, tantalum or tungsten is.
DE19803021452 1980-05-16 1980-06-06 Pressure sensor screw-fitting into IC engine block - has membrane moving rod acting on piezoelectric transducer Withdrawn DE3021452A1 (en)

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