DE4022742A1

DE4022742A1 - Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4022742A1
Application number: DE4022742A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Stecher; Werner Dipl Ing Dr Herden; Wolfgang Schmidt; Manfred Dipl Ing Moser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-01-23
Also published as: EP0493541A1; KR920702490A; WO1992001913A1; JPH05501307A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem derartigen, aus der US-PS 46 20 438 bekannten Druckgeber sind die elektronischen Bauteile auf einer keramischen Platte angeordnet, die in Längsrichtung des Drucksensors nach dem Gegenlager im Gehäuse befestigt ist. Die Piezoelemente befinden sich auf der anderen Seite des Gegenlagers. Dadurch müssen die Piezoele mente und die elektronischen Bauteile mit Hilfe von isolierten Drahtstücken aufwendig miteinander verbunden werden. Die Baugröße des Drucksensors wird dadurch ferner verlängert.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Sensor beson ders platzsparend baut. Durch die Verwendung eines Hybrids, bei dem auf dem Träger auf der einen Seite die Druckaufnehmerelemente und auf der anderen Seite die elektronischen Bauteile angeordnet sind, ist nur ein geringer Platzbedarf notwendig. Bei Verwendung einer Drucktechnik kann mit Hilfe von Durchkontaktierungen durch den Trä ger hindurch die Schaltung minimiert werden. Durch die Aussparungen im Gegenlager ist genügend Platz für die Anordnung der elektroni schen Bauteile und ferner kann im montierten Zustand ein leichter Abgleich insbesondere durch Lasertrimmen vorgenommen werden. Dadurch wird verhindert, daß bei im vormontierten Zustand abgeglichenen elektronischen Bauteilen eine durch die Montage bedingte Offsetdrift die Signale verfälscht werden. In besonders einfacher Weise können die Kabel zu den Anschlüssen der elektronischen Bauteile geführt werden. Die Haltbarkeit der Kontaktierungen wird dadurch auch ver bessert. Durch die Auflage des Hybrids am Gegenlager mit Hilfe eines Dichtrings ist eine spannungsarme Lagerung möglich. Ferner ist es möglich, in der Praxis erprobte Standardbondtechniken zur Verbindung der elektronischen Bauteile und der Aufnehmerelemente zu verwenden. Der gesamte Hybrid, einschließlich der elektronischen Bauteile und der Aufnehmer kann auch bereits vor dem Einbau in das Sensorgehäuse überprüft werden. Dadurch ist eine einfache Montage des Drucksensors möglich. Der Sensor ist somit kostengünstig herstellbar. Aufgrund der räumlichen Anordnung herrscht bei den elektronischen Bauteilen und den Aufnehmern nahezu die gleiche Temperatur. Aufwendige Maßnah men zur Temperaturkompensation können dadurch entfallen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drucksensor, die Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II nach Fig. 1, die

Fig. 3 und 4 jeweils eine Abwandlung einer Einzelheit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Drucksensors 11 zur Be stimmung des Drucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine bezeich net. Es weist eine mittige, durchgehende, abgesetzte Bohrung 12 auf. Die dem Brennraum zugewandte Öffnung 13 des Gehäuses 10 wird von ei ner Membran 14 abgeschlossen. Die Membran 14 ist als sogenannte Kappenmembran ausgebildet, wobei der Rand der Membran 14 umgebogen ist und über das Ende des Schafts 15 des Gehäuses 10 geschoben ist. Die Membran 14 sitzt dadurch fest am Gehäuse 10, liegt aber, um die Beweglichkeit der Membran 14 zu gewährleisten, nicht direkt an der Innenseite 16 des Schafts 15 an. Der Biegebereich der Membran 14 kann sich dadurch frei bewegen. Die Membran 14 ist im Bereich des Randes am Schaft 15 angeschweißt. Besonders vorteilhaft ist die Mem bran 14 aus einer Superlegierung, das heißt aus einer Legierung von z. B. ca. 50% Ni, 20% Cr, 20% Fe ausgebildet. Am mittleren Bereich der Membran 14 liegt ein Stempel 18 mit seinem einen Ende an, der mit seinem anderen Ende an einem Aufnehmer 19 anliegt. Der Stempel 18 kann aus Glaskeramik bestehen, um eine gute Wärmeiso lierung zwischen dem Brennraum und dem Aufnehmer 19 zu gewähr leisten. Als Aufnehmer kann, wie in der Fig. 1 dargestellt, z. B. ein piezoresistives Element verwendet werden. Hierzu sind auf dem Träger 21 des Hybrids 22 Dickschichtwiderstände aufgedruckt. Es kön nen z. B. Cermet oder Plastic-Widerstände verwendet werden. Als Ma terial für den Träger 21 eignet sich dann besonders Al₂O₃ als Substrat. Als Aufnehmer kann aber z. B. auch ein piezokeramisches Element, z. B. eine Quarzscheibe, das zwischen zwei elektrischen Kontaktscheiben angeordnet ist, verwendet werden. Die Kontaktflä chen zwischen den Kontaktscheiben und dem piezokeramischen Element und dem Stempel sind dann geklebt, wobei z. B. ein hochtemperatur fester Leitkleber verwendet werden kann. Auch hier kann die Kontakt scheibe auf einem keramischen Träger aus Al₂O₃ des Hybrids auf geklebt sein. Auf der anderen Seite des Trägers 21 können auch elek tronische Bauteile 23, wie z. B. Transistoren, Widerstände, etc. einer Auswerteschaltung angeordnet sein. Die elektronischen Bauteile 23 sind untereinander mit Dickschichtleiterbahnen oder Bonddrähten 24 verbunden. Durch Bohrungen im Träger wird mit Hilfe von Durchkon taktierungen die Verbindung zum Aufnehmer 19 hergestellt. Der Träger 21 liegt im Bereich des Aufnehmers 19 mit seiner Unterseite an einem in die Bohrung 12 eingepreßten Gegenlager 25 an. Das Gegenlager 25 weist im Bereich der elektrischen Bauteile durchgehende Bohrungen 26 auf. Durch diese Bohrungen 26 können die Abschlußleitungen 27 der elektronischen Bauteile 23 geführt werden. Die Leitung 27 ist in einer Tülle 29 des die Bohrung 12 abschließenden Deckels 30 befe stigt. Über die Leitung 27 werden die Meßwerte zu einer nicht darge stellten Auswerteschaltung und Steuereinrichtung der Brennkraftma schine geführt. Um den Aufnehmer 19 und die elektronischen Bauteile 23 vor Umwelteinflüssen zu schützen, ist das Gehäuse mindestens im Bereich der elektronischen Bauteile 23 mit einer Vergußmasse 31 aus gegossen.

In der Fig. 1 weist das Gegenlager 25 einen Fortsatz 35 auf, mit dem es an der Unterseite des Trägers 21 im Bereich des Aufnehmers 19 anliegt. Eine Auflage des Trägers 21 auf dem Gegenlager 25 in diesem Bereich ist notwendig, um ein Durchbiegen des Trägers 21 im Bereich des Aufnehmers 19 zu verhindern. Dies würde sonst zu Fehlmessungen führen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn, wie in Fig. 2 darge stellt, die Bohrungen 26 segmentartige Ausnehmungen darstellen, so daß eine sternartige Ausbildung des Gegenlagers 25 entsteht. Die elektronischen Bauteile des Hybrids 22 sind dann in mehrere Baugrup pen zusammengefaßt, die jeweils im Bereich der Bohrungen 26 auf der Unterseite des Trägers 21 angeordnet sind. So können die elektroni schen Bauteile 23 des Hybrids 22 im Bereich einer Bohrung 26 zu ei nem integrierten Schaltkreis (IC) zusammengruppiert sein, und in dem anderen Bereich der Bohrung befinden sich die Abgleichwiderstände und im Bereich einer weiteren Bohrung die Anschlüsse 27.

Während beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 das Gegenlager nur mit dem Fortsatz 35 auf der Unterseite des Trägers 21 aufliegt, ist es bei der Ausführung nach der Fig. 3 möglich, den Träger 21 zu sätzlich noch auf dem Rand 37 des Gegenlagers 25 zu lagern. Hierzu ist auf dem Rand 37 ein Dichtring 38 angeordnet, auf dem der Träger 21 aufliegt. Dadurch ist eine spannungsarme Lagerung des Hybrids 22 auf dem Gegenlager 25 möglich. Statt des Dichtrings 38 kann aber auch, wie in Fig. 4 dargestellt, der Rand 37a des Gegenlagers 25a an der Unterseite des Trägers 21 anliegen. Durch die zusätzliche seitliche Auflage des Trägers 21 auf dem Rand 37a bzw. des Dicht rings 38 wird eine Bruchsicherheit des Drucksensors bei einem Herab fallen aus einer vorgeschriebenen Mindesthöhe gewährleistet. Ferner ist der Drucksensor dadurch gegenüber Stoßbelastungen gesichert.

Die Funktion eines Druckgebers ist allgemein bekannt und hier des halb nicht näher ausführlich erläutert. Die über die Membran 14 und den Stempel 18 auf den Aufnehmer 19 einwirkende Kraft erzeugt bei einem piezoresistiven Element eine Widerstandsänderung, während es bei einem piezokeramischen Element oder einem Quarzelement eine durch Polarisationsänderung hervorgerufene Oberflächenladung be wirkt. Dieses durch die Widerstandsänderung bzw. durch die Oberflä chenladung hervorgerufene Meßsignal wird den elektronischen Bautei len 23 des Hybrids 22 zugeführt. Es sind nur einfache Bondverbindun gen zwischen den Kontaktscheiben und den Bauteilen bzw. zwischen den Bauteilen untereinander notwendig. Aufgrund eines relativ langen Stempels 18 sind die elektronischen Bauteile 33 relativ weit und so mit geschützt vor Temperatureinflüssen vom Brennraum entfernt.

Claims

1. Druckgeber (11) zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftma schinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse (10) ein Aufnehmer (19), mindestens ein Stempel (18), ein Gegenlager (25), eine das Gehäuse (10) abschließende und am Stempel (18) anlie gende Membran (14) und eine elektrische Auswerteschaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (25) mindestens im Bereich des Aufnehmers (19) am Träger (21) anliegt, und daß das Ge genlager (25) im Bereich der elektronischen Bauteile (23) durchge hende Ausnehmungen aufweist.

2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (25) mehrere Ausnehmungen (26) aufweist, so daß das Gegenlager eine Sternform mit einem äußeren ringförmigen Rand (37) aufweist.

3. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (25) mit Hilfe eines Fortsatzes (35) am Träger (21) des Hybrides (22) anliegt.

4. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Rand (37) des Gegenlagers (25) eine Dichtung (38) aufliegt.

5. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (25) in das Gehäuse (10) eingepreßt ist.

6. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß durch die Bohrungen (26) des Gegenlagers (25) die elektri schen Leitungen (27) der Auswerteschaltung geführt werden.

7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß der Träger (21) des Hybrids (22) aus Al₂O₃ besteht.

8. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß der Stempel (18) aus Glaskeramik besteht.

9. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (10) im Bereich des Aufnehmers (19) und der elektronischen Bauteile (23) mit einer Vergußmasse (31) vergossen ist.