Title:
Pressure sensor for pressure measuring heater plug of internal combustion engine, has piezoelectric sensor units with substrative circuits, where one sensor unit is loaded with pressure signal and delivers electrical output signal
Kind Code:
B3


Abstract:
The sensor has piezoelectric sensor units (1, 1a) axially arranged in series. The sensor units have substrative circuits and same output characteristics. The sensor units are axially arranged in series. The sensor unit (1a) is loaded with a pressure signal by combustion pressure of an internal combustion engine and delivers an electrical output signal that corresponds to a mechanical pressure signal.



Inventors:
Hrepevnik, Andrej (Stuttgart, 70174, DE)
Marto, Arno (71263 Weil der Stadt, DE)
Pechhold, Frank (Ludwigsburg, 71642, DE)
Application Number:
DE102004056749A
Publication Date:
05/04/2006
Filing Date:
11/24/2004
Assignee:
BERU AG (Ludwigsburg, 71636, DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10346295A1N/A
DE69304835T2N/A
DE69409788T2N/A



Foreign References:
EP1096141
Attorney, Agent or Firm:
Wilhelms, Kilian & Partner (München)
Claims:
1. Drucksensor für eine Druckmessglühkerze einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch zwei Sensorelemente (1, 1a) mit gleicher Ausgangscharakteristik, die bezüglich ihrer Ausgangssignale elektrisch subtraktiv geschaltet sind und von denen nur ein Sensorelement (1a) mit dem Drucksignal (F) vom Verbrennungsdruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt ist.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (1, 1a) axial hintereinander angeordnet sind.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (1, 1a) über federnde Elemente (3, 3a) beaufschlagt in Sensorkäfigen (4, 4a) angeordnet sind, die ineinander angeordnet und mechanisch miteinander verbunden sind.

4. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (1, 1a) bezüglich der Druckmessglühkerze radial zueinander angeordnet sind.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die mechanisch die axial anliegende Druckkraft in eine radiale Druckkraft umwandelt, die an dem einen Sensorelement (1a) liegt.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor für eine Druckmessglühkerze einer Brennkraftmaschine.

Aus der EP 1096141 A2 ist eine Druckmessglühkerze einer Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Drucksensor zum Messen des Verbrennungsdruckes im Zylinder der Brennkraftmaschine ausgerüstet ist. Der Drucksensor ist an der Anschlussseite der Druckmessglühkerze angeordnet und wird mit einer Druckkraft aus dem Verbrennungsdruck im Zylinder beaufschlagt, die über den Glühstab der Druckmessglühkerze übertragen wird.

Bei dieser bekannten Druckmessglühkerze erzeugt der Drucksensor dann, wenn er mit einer Kraft vom Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer beaufschlagt wird, ein dementsprechendes elektrisches Signal.

Dieses Signal ist bei der bekannten Druckmessglühkerze jedoch nicht allein ein Signal, das den Verbrennungsdruck wiedergibt, sondern von Störsignalen überlagert, die beispielsweise aus Vibrationen der Brennkraftmaschine oder sonstigen Einflüssen stammen. Diese Störsignale, die das eigentliche Drucksignal überlagern, beeinträchtigen die Messgenauigkeit.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Drucksensor für eine Druckmessglühkerze einer Brennkraftmaschine anzugeben, der ein Signal liefern kann, das mit hoher Genauigkeit den Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine wiedergibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Anspruch 1 angegeben ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor neben dem Sensorelement, das vom Drucksignal aus dem Verbrennungsdruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, ein zweites Sensorelement vorgesehen ist, das durch dieses Drucksignal nicht beaufschlagt wird, liefert das zweite Sensorelement ein Ausgangssignal, das ein reines Störsignal ist, während das andere Sensorelement ein Ausgangssignal liefert, das aus dem eigentlichen Messsignal und dem Störsignal besteht. Durch die elektrisch subtraktive Schaltung beider Drucksensoren ergibt sich ein Differenzsignal, das störsignalfrei ist.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Drucksensors sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen be- sonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drucksensors,

2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drucksensors und

3 und 4 Schaltbilder der elektrischen Schaltung der Sensorelemente bei den in 1 und 2 dargestellten Drucksensoren.

In 1 ist der anschlussseitige Teil einer Druckmessglühkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt.

Der anschlussseitige Teil der Druckmessglühkerze, die einen Glühkerzenkörper 6a und einen Stößel 6 umfasst, sitzt in einem Sensorkäfig 4a, der mit dem Glühkerzenkörper 6a mechanisch verbunden ist und in dem ein piezoelektrisches Sensorelement 1a angeordnet ist, das im Sensorkäfig 4a über ein federndes Element, beispielsweise eine Tellerfeder 3a abgestützt ist. Über den Stößel 6 wird eine Kraft F auf das Sensorelement 1a übertragen, die aus dem Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine stammt, in die die Druckmessglühkerze eingesetzt ist.

Der Sensorkäfig 4a des Drucksensors 1a ist in einem zweiten Sensorkäfig 4 angeordnet, der ein zweites Sensorelement 1 enthält, das die gleiche Ausgangssignalcharakteristik wie das erste Sensorelement 1a hat und das über ein federndes Element, beispielsweise eine Tellerfeder 3 im Sensorkäfig 4 abgestützt ist. Elektroden 2 und 2a sind an den Sensorelementen 1, 1a angeordnet und führen das Ausgangssignal der Sensorelemente 1, 1a nach außen.

Das Sensorelement 1, das im Sensorkäfig 4 untergebracht ist, wird von dem mechanischen Drucksignal, d. h. von der Kraft F nicht beaufschlagt. Der Sensorkäfig 4 ist mit dem Sensorkäfig 4a mechanisch beispielsweise über ein Gewinde verbunden.

Die Tellerfedern 3, 3a verbinden mechanisch die jeweiligen Elektroden 2, 2a und die zugehörigen Sensoren 1, 1a mit den Sensorkäfigen 4, 4a jeweils.

Wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, sind die Sensorelemente 1 und 1a elektrisch so geschaltet, dass entweder die beiden negativen oder die beiden positiven Anschlüsse mit dem Sensorkäfig 4a verbunden sind, der an Masse liegt.

Der oben beschriebene Drucksensor arbeitet in der folgenden Weise.

Das mechanische Drucksignal, d. h. die Kraft F liegt an dem Sensorsystem des Sensorelementes 1a, das dieses als mechanische Größe anliegende Drucksignal in eine elektrische Größe umwandelt. An der Elektrode 2a tritt dann ein elektrisches Drucksignal auf, das allerdings durch Störsignale überlagert ist, die beispielsweise durch Vibrationen verursacht werden.

Das andere Sensorelement 1, an dem kein mechanisches Drucksignal liegt, erfährt nur die Vibrationen und liefert daher an seiner Elektrode 2 nur Störsignale. Dadurch, dass beide Sensorelemente 1, 1a in der in 3 oder 4 dargestellten Weise bezüglich ihrer Ausgangssignal subtraktiv geschaltet sind, können die Störsignale eliminiert werden, so dass am Ausgang des Drucksensors das reine Drucksignal auftritt.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass nicht wie in 1 die beiden Sensorelemente 1 und 1a axial hintereinander angeordnet sind, sondern bezüglich der Druckmessglühkerze radial in einem Sensorkäfig 4 vorgesehen sind.

Elektrische Schaltung und Kraftbeaufschlagung der Sensorelemente 1, 1a sind bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die gleichen wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Wie es in 2 dargestellt ist, liegt die aus dem Verbrennungsdruck herrührende Kraft F an einer Bolzenanordnung aus zwei Bolzen 5 und 5a, die dazu dienen, das axial anliegende Drucksignal in ein radiales Drucksignal umzulenken, das an dem Sensorelement 1a liegt.

Bei den Bolzen 5 und 5a handelt es sich um keilartige komplementär angeordnete Bauelemente, so dass die Kraft F, die an einem Bolzen 5a liegt, durch eine entsprechende axiale Verschiebung des Bolzens 5a zu einer radialen Versetzung des anderen Bolzen 5 und damit zur gewünschten Kraftumlenkung führt.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet in der folgenden Weise.

Über die beiden Bolzen 5 und 5a wird das axiale oder vertikale mechanische Drucksignal in ein radiales oder horizontales mechanisches Drucksignal umgelenkt. Das Sensorelement 1a wandelt das anliegende mechanische Drucksignal in ein elektrisches Drucksignal um, das an der Elektrode 2 ansteht, allerdings durch Störsignale beispielsweise aufgrund von Vibrationen überlagert ist. Das zweite Sensorelement 1a, an den kein mechanisches Drucksignal liegt, erfährt nur die Vibrationen, so dass an dessen Elektrode 2a nur ein Störsignal auftritt. Durch die entsprechende elektrische Schaltung, die in den 3 und 4 dargestellt ist, können die Störsignale eliminiert werden.

Wie es oben beschrieben wurde, hat der erfindungsgemäße Sensor den Vorteil, dass die Störsignale elektromechanisch kompensiert werden, so dass elektrische Filter nahe am Nutzsignalspektrum nicht notwendig sind. Durch den verminderten Filtereinsatz ist die Phasengenauigkeit verbessert und kann eine einfachere und günstigere Auswerteelektronik verwandt werden. Die Anordnung der Sensorelemente ist einfach und mit geringen Kosten verbunden.