内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ
【課題】燃焼室圧力センサがハウジング１２０を有し、該ハウジングによって少なくとも部分的に包囲された内室１２８が設けられ、前記ハウジング１２０内に、圧力を検出するための少なくとも１つの機械電気式の変換エレメント１３４が支持され、前記ハウジング１２０が少なくとも１つのハウジング開口１４２を有し、該ハウジング開口１４２が少なくとも１つのダイヤフラム１１６によってシールされている形式の、内燃機関の燃焼室１１２内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ１１０を改良して、従来技術におけるようなダイヤフラムの圧力レベルに反作用として作用する、不都合な作用を十分に避けることができるような、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサを提供する。
【解決手段】ダイヤフラム１１６が、内室１２８に向かって凸状に湾曲する少なくとも１つの湾曲部１５４を有している。
【解決手段】ダイヤフラム１１６が、内室１２８に向かって凸状に湾曲する少なくとも１つの湾曲部１５４を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術によれば、内燃機関の燃焼室圧力を検出するための多くの圧力センサが公知である。これらの圧力センサは、ガソリンエンジンにも、ディーゼルエンジンにも使用することができる。このような形式の装置は、最近のエンジン制御装置の主要な構成部分を形成している。何故ならば、燃焼室圧力は、特に燃料消費及び排気ガスを減少させるために、非常に精確に検出されなければならないからである。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願人と同一出願人による例えばドイツ連邦共和国特許出願第１０２００９０２６４３６．１号明細書によれば、内燃機関の燃焼室圧力を検出するための様々な装置が公知である。このような公知の燃焼室圧力センサにおいては、センサハウジングが燃焼室側に少なくとも１つの閉鎖された開口を有しており、該開口は、少なくとも１つのダイヤフラムによって閉鎖されている。センサハウジング内に、少なくとも１つの機械電気式の変換エレメントが支持されており、少なくとも１つの、センサハウジングとは別個に構成された、ダイヤフラムの変形を機械電気式の変換エレメントに伝達するための伝達エレメントが設けられている。
【０００３】
燃焼室圧力センサのセンサハウジングを燃焼室周辺に対してシールするために、例えば前記特許文献ＤＥ１０２００９０２６４３６．１号明細書に記載されているように、一般的な形式でフレキシブルなダイヤフラム、例えば金属ダイヤフラムが使用される。この金属ダイヤフラムは、小さい剛性に基づいて、いわゆる力経路（Kraftpfad）又は力伝達経路（Kraftuebertragungspfad）の一部を形成しており、この力伝達経路（複数存在する場合は、これらの伝達経路）を介して、燃焼室圧力によって生ぜしめられる力が本来のセンサエレメント、例えば機械電気式の変換エレメントに伝達される。燃焼過程中に、火炎フロント（火炎の先端）がダイヤフラム表面に少なくとも部分的に達すると、ダイヤフラム内に、燃焼室に向いた前方側と、燃焼室とは反対側の後ろ側との間で次第に変化する温度勾配を有するオーバーヒートが発生する。それによって、火炎フロントと同期する温度分布が形成される。しかしながらこのような温度分布が存在すると、ダイヤフラムは変形され、この変形が反作用力として力伝達経路に影響を与え、ひいては誤信号として、得ようとする圧力信号にオーバーラップされる。燃焼サイクルの時定数と共に発生する誤信号は、熱衝撃又は一時的ドリフトとも称呼される。このような作用を避けるか又は減少させるために、間接的な手段が用いられる。例えば火炎フロントが遮られる。しかしながら、このような間接的な手段は、ダイヤフラムの圧力レベルに反作用として作用する危険性を有している。これは同様に誤信号を生ぜしめる。
【０００４】
従って、以上のような作用が少なくとも十分に避けられるような燃焼室圧力センサが望まれている。特に、このような作用は、測定しようとする本来の圧力変化に与える影響ができるだけ小さく、前記熱衝撃作用を有利にはダイヤフラムの幾何学的な形状によって少なくとも十分に減少させる、直接的な手段に基づいて避けるようにするべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００９０２６４３６．１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、前記のような作用を十分に避けることができるような、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサを提供することである。本発明は、ダイヤフラムに前記課題を解決するための最適な形状を付与することによって、及び有利にはダイヤフラムの単数又は複数の固定部を最適に位置決めすることによって、ダイヤフラム内の温度勾配の力作用が、信号に影響を与える軸方向の最小化された成分を有する、という認識に基づいている。温度勾配の力の反作用の、場合によっては避けることのできない半径方向成分は、大抵は不都合なものではない。何故ならば、このような半径方向成分は、大抵は、力経路方向に作用しないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃焼室圧力センサは、ハウジングと、該ハウジングによって少なくとも部分的に包囲された内室とを有している。例えばこのハウジングは、内燃機関のシリンダヘッド内に設けるために構成されていてよい。例えばこのハウジングは、完全に又は部分的に金属材料より製造されているが、原則的に別の材料、例えばセラミック材料及び／又はプラスチック材料等を選択的に又は追加的に使用してもよい。この場合、ハウジングとは、一般的に、燃焼室圧力センサに少なくとも十分な外側形状を付与し、燃焼室圧力センサの内部を、機械的な負荷に対して及び有利には化学的な負荷に対しても保護することができる部材のことである。ハウジングは、例えば円柱形の形状を有しており、この場合、有利な形式で、燃焼室に向いた側の、ハウジングの端面に、斜めにカットした縁部及び／又は単数或いは複数のその他の形式のシール面が設けられており、これらの縁部及び／又はシール面によって、ハウジングをシリンダヘッド内に設ける際にシール作用が得られる。単数又は複数の内室は、少なくとも部分的にハウジングによって包囲されているので、内室は、少なくとも十分にハウジングによって規定される。ハウジング内及び有利には内室内に、少なくとも１つの機械電気式の、圧力を検出するための変換エレメントが支持されている。この場合、基本的に、機械的な信号を電気信号に変化するように、例えば圧力及び／又は力を電圧及び／又は電流に変換するように調整された任意のエレメントであってよい。以下では、機械電気式の変換エレメントが少なくとも１つの圧電エレメント、例えば少なくとも１つの圧電セラミックを有する構成について説明されているが、このような形式の機械電気式の変換エレメントのその他の可能な構成を制限するものではない。
【発明の効果】
【０００８】
ハウジングは少なくとも１つのハウジング開口を有している。このハウジング開口は、例えば燃焼室に向いた、ハウジングの端面において、特に、燃焼室に向いていてよい。例えば前述のように、ハウジングは、ほぼ円柱形の形を有しており、この場合、縁部に円柱形の形からのずれが設けられており、ハウジング開口は、例えば燃焼室に向いた、シリンダの端面に配置されていてよい。ハウジング開口は、基本的に、燃焼室圧力を機械電気式の変換エレメントに伝達できるように、又は圧力をこのような形式で伝達できるように、調整されている。ハウジング開口は、基本的に任意の形状、例えば多角形形状又は円形の形状、有利には環状の形状を有していてよい。
【０００９】
ハウジング開口は、少なくとも１つのダイヤフラムによってシールされる。このシールは有利には完全に実施されるので、燃焼室ガスがハウジング開口を通って内室内に侵入することはない。このために、ダイヤフラムは単独で設けられているか、又は後述されているように、例えば単数又は複数のその他のエレメント例えば圧力伝達エレメントと協働するようになっていてもよい。この圧力伝達エレメントは、有利な形式でハウジング開口内に設けられているか、又はこのハウジング開口を貫通している。例えばダイヤフラム及び圧力伝達エレメントは一緒にハウジング開口をシールするようになっているので、燃焼室ガスが内室内に侵入することはない。
【００１０】
ダイヤフラムとは、一般的に変形可能又は可動な部材のことであり、この部材は例えば、センサハウジングの軸線に対して垂直に延在しており、この場合、ダイヤフラムの側方の伸張例えばセンサハウジングの軸線に対して垂直な方向の伸張は、ダイヤフラムの厚さ例えばセンサハウジングの軸線に対して平行な方向の厚さを著しく超過しており、例えば少なくとも係数１０だけ、特に少なくとも係数１００だけ超過している。例えばダイヤフラムは、フレキシブルなエレメント、例えばシート状のエレメント又はフレキシブルな薄い円板状のエレメントであってよい。ダイヤフラムは、例えば金属製のダイヤフラムとして構成されていて、例えば少なくとも１つの金属シートを有していてよい。複数のシートの複合体、例えば複数の金属製の材料の複合体及び／又は、少なくとも１つの金属製のシート材料と少なくとも１つの非金属性のシート材料との複合体（この場合、非金属性のシート材料によって金属製のシート材料が結合されているかかつ／またはコーティングされている）も可能である。ダイヤフラムは、例えばハウジングと一体的に構成されていてよいが、少なくとも１つのハウジング開口の領域においてハウジングと、例えば摩擦結合（kraftschluessig；摩擦による束縛）式に及び／又は形状結合（formschluessig；形状による束縛）式に及び／又は素材結合（stoffschluessig；材料同士の結合）式に、例えば以下に詳しく説明されているように単数又は複数の固定部において結合されていてもよい。
【００１１】
本発明の枠内で、力の反作用の軸方向成分が温度勾配によって減少されるか又は少なくとも十分に避けられる、ダイヤフラムの最適な形状付与は、特にダイヤフラムが内室に向かって湾曲する少なくとも１つの凸状の湾曲部を有していることによって得られる。この場合、凸状の湾曲部とは、ダイヤフラムが、ダイヤフラムの延在方向に対して垂直な断面例えば燃焼室圧力センサの軸線に対して平行な断面で見て凸状の形状を有していて、凸状の側、つまり凸状の形状の閉じた側が内室に向いている形状のことである。例えばダイヤフラムは、燃焼室圧力センサの軸線に対して平行な断面で見て、少なくとも１つの局所的な最大延在箇所又は有利には広範囲な最大延在箇所を有しており、ダイヤフラムの閉じた側は内室に向いていて、開放した側は燃焼室に向いている。これによってダイヤフラムは、内室に向かって湾曲していて、有利には湾曲凸部が内室内に突入している。
【００１２】
燃焼室圧力センサは、少なくとも１つの圧力伝達エレメントを有している。この圧力伝達エレメントは、燃焼室圧力を少なくとも部分的に機械電気式の変換エレメントに伝達するように調整されている。従って、圧力伝達エレメントは、有利な形式で力伝達経路の構成部分であり、この場合、燃焼室圧力センサは単数又は複数の（有利には１つだけの）このような形式の力伝達経路を有していてよい。圧力伝達エレメントは、有利な形式で少なくとも１つの機械的に硬い材料を有していてよい。この硬い材料を介して燃焼室圧力は、機械電気式の変換エレメント（例えば円柱形及び／又は円筒形及び／又はロッド状のエレメント）に伝達される。特に圧力伝達エレメントは、少なくとも１つのロッドを有している。圧力伝達エレメントは、少なくとも部分的に内室内に配置されているか、又は完全に内室内に収容されていてもよい。圧力伝達エレメントは、例えばもっぱら内室内に延在しており、例えば機械電気式の変換エレメントからダイヤフラムに延在する。特に有利には、以下に詳しく記載されているように、圧力伝達エレメントはダイヤフラムを貫通して、例えば燃焼室に達しており、従って圧力伝達エレメントはハウジング開口内に突入しているか、又はハウジング開口を越えて延在している。従って圧力伝達エレメントは、直接的に又は間接的に（有利には直接的に）燃焼室圧力によって負荷可能である。これによって例えば圧力伝達経路は、燃焼室圧力が圧力伝達エレメント例えばロッドの端面（例えばこの端面が燃焼室ガスに直接接触していることによって）に直接作用するように構成されている。この燃焼室圧力は、有利な形式で圧力伝達エレメント及びダイヤフラムを介して、機械電気式の変換エレメント例えば圧電エレメントの端面に伝達される。しかしながらその他の構成も原則的に可能である。例えば単数又は複数の中間エレメントを圧力伝達エレメントと機械電気式の変換エレメントとの間に介在させることも可能である。
【００１３】
燃焼室圧力センサは、少なくとも１つの（有利には１つだけの）圧力伝達エレメント、例えばロッド、有利にはダイヤフラムを例えば軸方向に貫通するロッドを有しており、従ってダイヤフラムは、特に少なくとも１つの固定部をハウジングに有し、また圧力伝達エレメントに少なくとも１つの固定部を有している。この固定部は、原則として、単数又は複数の結合部、例えば単数又は複数の摩擦結合式の及び／又は形状結合式の及び／又は素材結合式の結合部、例えば溶接結合部及び／又は緊締結合部を有している。大抵の場合、１つの固定部は、１箇所内、１つのライン上又は１つの領域内に設けられていてよい。従って、可能な実施態様を制限することなしに、以下では、固定箇所、固定ライン又は固定領域とも称呼される。例えば、ハウジングへのダイヤフラムの固定部は、例えば円環状のラインに沿って環状に構成されていてよい。圧力伝達エレメントにおける固定部は、例えば面状に構成されているか、又はライン上に構成されていてよい。
【００１４】
従って、上述のように、特に有利には、圧力伝達エレメントはダイヤフラムの例えば中央部を貫通しており、例えばダイヤフラムの中央を貫通するロッドとして構成されている。この場合、有利には、圧力伝達エレメントにおける固定部は、外周面に少なくとも１つの固定ラインを有している。例えば圧力伝達エレメントは、円柱形のロッドとして構成されており、例えば円形又は多角形横断面を有するロッドを有している。この場合、固定部は、圧力伝達エレメントの外周面を包囲する閉じたラインを形成している。その他の構成も原則として可能である。圧力伝達エレメントは、燃焼室圧力センサの軸線に沿って延在していて、例えば軸方向のロッドとして構成されており、該ロッドは、少なくとも部分的にハウジング内に配置されていて、ダイヤフラムを貫通している。この場合、ダイヤフラムは、圧力伝達エレメントを特に環状に包囲している。
【００１５】
ダイヤフラムが圧力伝達エレメントを環状に包囲するように構成されていれば、圧力伝達エレメントの軸線に対して平行な方向で見て、ダイヤフラムリングは、原則として任意の形状、有利には円環状の形状を有している。このような円環状の形状とは異なる形状、例えば外側形状が多角形に形成され、内側形状が同様に多角形に形成された形状も可能である。多角形の形状と円環状の形状との組み合わせも可能であり、またその他の円環状の形状も可能である。
【００１６】
ダイヤフラムは、有利な形式で圧力伝達エレメントを環状に包囲している。ダイヤフラムは、特に圧力伝達エレメントの軸線に対して平行な断面、有利には軸線を含む断面で見て、これらのすべての断面においてＵ字形の形状を有している。Ｕ字形の形状とは、軸線を起点として、まず軸線に対して平行な少なくとも１つの方向成分を有する第１の方向に延在し、次いでこの第１の方向の少なくとも１つの最大延在箇所から、再び、前記第１の方向とは逆方向で、しかも軸線に対して平行な少なくとも１つの方向成分を有する第２の延在方向に延在する形状のことである。この場合、Ｕ字形の形状は、有利には連続的に構成されていて、丸味を付けられた形状又は折り曲げられた形状であってよい。従って、Ｕ字形とは、Ｕ字の形状、Ｖ字の形状又は長方形の形状を含むか、又は上記延在形状を含むその他の形状であってよい。Ｕ字形の形状の閉じた側は、前記湾曲を得るために、内室に向いていてよい。
【００１７】
圧力伝達エレメントが、燃焼室圧力センサの軸線に沿って延在していて、ダイヤフラムが圧力伝達エレメントを環状に包囲していれば、ダイヤフラムは特に、ハウジングにおいて外側の固定部、例えば円環状又は多角形の形状を有する外側の固定部を有している。また、ダイヤフラムは、圧力伝達エレメントにおいて内側の固定部を有しており、この固定部は前述のように、例えば圧力伝達エレメントの外側形状に適合した円環状又は多角形状の固定部として構成されている。内側の固定部は有利な形式で、ｄｙ＞０だけ外側の固定部に対して内室に向かってずらして配置されている。この場合、ｄｙ＞０．１ｍｍ、有利にはｄｙ＞０．３ｍｍであって、例えばｄｙ＝０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、例えばｄｙ＝０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ、有利にはｄｙ＝０．７ｍｍである。内室へ向かって湾曲するダイヤフラムの前記湾曲部は、外側の固定部を起点として、内側の固定部を越えて内室へ向かって延在している。言い換えれば、外側の固定部と内側の固定部とは、圧力伝達エレメントの軸線に沿って互いにずらして配置されており、内側の固定部は外側の固定部に対して内室側へずらして配置されていて、外側の固定部と内側の固定部との間の湾曲部は、内側の固定部を越えて内室に突入している。このような構成は、例えば前記Ｕ字形の形状によって得られる。例えば湾曲部は、外側の固定部から、最大の軸方向寸法Ｙだけ内室に突入しており、この場合、比ｄｙ／Ｙは０．０５〜０．８、有利には０．１〜０．５、特に有利には０．３〜０．４、特に０．３５である。これは例えば、任意の横断面を有するＵ字形において、ハウジング側の、Ｕ字の長い方の脚部の長さに対する、Ｕ字のその他の脚部の長さの差が、前記比ｄｙ／Ｙの値を有していることによって、実現される。
【００１８】
外側の固定部は直径を有しているが、外側の固定部が非円形に構成されている場合は、直径に等しい寸法が定められる。直径は例えば４ｍｍ〜８ｍｍ、有利には５ｍｍ〜７ｍｍ、特に６．３ｍｍである。内側の固定部の直径は、２ｍｍ〜４ｍｍ、有利には２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３．０ｍｍである。
【００１９】
前述のように、圧力伝達エレメントは、特に内室から開口内に突入している。有利には、圧力伝達エレメントは、開口を貫通して内室から突き出して延在している。例えば、圧力伝達エレメントは端面を有しており、この端面は、燃焼室のガスに直接さらされているので、例えば燃焼室ガスの圧力が圧力伝達エレメントに直接伝達される。従って、圧力伝達エレメントによって、内室内において直接的又は間接的な圧力伝達が行われるか、又は機械電気式の変換エレメントに力が伝達される（これは本発明の枠内で区別されるべきではない）。
【００２０】
以上述べた単独又は複数の有利な実施態様に基づく本願発明の燃焼室圧力センサは、後置の燃焼室圧力センサに対して多くの利点を有している。本発明によれば、特に、前記熱衝撃効果の作用が燃焼室圧力センサの信号に悪影響を及ぼすことが少なくとも十分に避けられるような、直接的な手段が提供されている。このような直接的な手段とは、これによってダイヤフラム及び／又は圧力伝達エレメントにおける圧力変動が影響を受けることがない手段のことである。特に、ダイヤフラムを前記のように構成したことによって、燃焼室圧力センサの信号に影響する軸方向の力成分を、少なくともほぼ最小にすることができる。これに対して、半径方向の力成分は、特に有利にはＵ字形状によって、無視できるか又は少なくとも許容できる。これによって、燃焼室圧力センサの信号品質は改善され、熱衝撃効果が信号に及ぼす影響は著しく減少される。
【００２１】
本発明の可能な実施態様のその他の詳細及び特徴は、図面に概略的に示した以下の実施例の説明に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シリンダヘッド内に挿入された、本発明による燃焼室圧力センサの断面図である。
【図２】図１に示した燃焼室圧力センサのダイヤフラムの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２には、内燃機関の燃焼室１１２内の圧力ｐを検出するための本発明による燃焼室圧力センサの実施例が概略的に示されている。図面には、燃焼室圧力センサ１１０の軸線１１４に対して平行に断面した断面図が示されている。図１は、燃焼室圧力センサ１１０の全体を示しており、これに対して図２は、ダイヤフラム１１６の領域内の燃焼室圧力センサ１１０の部分図が示されている。このダイヤフラム１１６は、図１では概略的に示されている。
【００２４】
燃焼室圧力センサ１１０は、例えば図１に示されているように、内燃機関のシリンダヘッド１１８内に収容されている。燃焼室圧力センサ１１０はハウジング１２０を有しており、該ハウジング１２０は、図示の実施例では１例としてほぼ円柱形のハウジング１２０として構成されている。例えば、このハウジング１２０は円柱形のスリーブである。ハウジング１２０は、燃焼室１１２に向いた前方の端部に円錐形のシール面１２２を有している。このシール面１２２で以てハウジング１２０は、シリンダヘッド１１８内の孔１２６の対応する支承面１２４に向かって押し付けられる。
【００２５】
ハウジング１２０は内室１２８を包囲している。後ろ側、つまり燃焼室圧力センサ１１０の、燃焼室１１２と反対側では、内室１２８は、単数又は複数の固定エレメント１３０によって仕切られているか、及び／又は少なくとも部分的に閉鎖されている。例えばこれらの固定エレメント１３０は、ハウジング１２０内でねじ結合されるか、かつ／または溶接される。ハウジングの外側で、燃焼室圧力センサ１１０の後ろ側の端部は、単数又は複数の外側の固定エレメント１３２によってシリンダヘッド１１８の孔１２６内で保持されている。
【００２６】
図示の実施例では、内室１２８内に、少なくとも１つの機械電気式の変換エレメント１３４、つまり原則として任意のセンサエレメントが収容されている。この変換エレメント１３４は、燃焼室１１２内の圧力ｐを直接的に又は間接的に検出するように調整されている。この変換エレメント１３４は例えば圧電素子であってよい。この変換エレメント１３４は、内室１２８内で単数又は複数の固定エレメント１３０によって支承されている。
【００２７】
図示の実施例では、燃焼室圧力センサ１１０はさらに少なくとも１つの圧力伝達エレメント１３６を有している。この圧力伝達エレメント１３６は、例えば図示の実施例では、軸線１１４に沿って軸方向に支承されたロッド１３８として構成されており、該ロッド１３８は、圧力ｐを機械電気式の変換エレメント１３４に、直接的又は間接的に伝達するように調整されている。図１に示されているように、例えば圧力伝達エレメント１３６は、燃焼室１１２内に突入することによって燃焼室圧力に直接さらされる端面１４０を介して、燃焼室の圧力ｐによって軸方向で押圧される。押圧のために、ハウジング１２０は、その燃焼室１１２に向いた側の端部においてハウジング開口１４２例えば円形の開口を、ハウジング１２０の端面１４４に有している。図示の実施例では、圧力伝達エレメント１３６は、例えば前記ハウジング開口１４２を貫通して燃焼室１１２内まで突入している。しかしながらその他の実施態様も可能である。これによって、端面１４４は、図示の実施例では圧力伝達エレメント１３６を例えば同軸的に包囲する。
【００２８】
内室１２８をシールするために、燃焼室圧力センサ１１０は前記ダイヤフラム１１６を有しており、該ダイヤフラム１１６は図示の実施例では、例えば圧力伝達エレメント１３６を環状に包囲している。本発明によるダイヤフラム１１６の可能な構成は、図２に示されている。
【００２９】
ダイヤフラム１１６は、その外周面において外側の固定部１４６に沿って、ハウジング１２０の内壁１４８に結合されている。この外側の固定部１４６は、例えば環状の溶接継ぎ目及び／又はその他の形式の固定手段を有している。ダイヤフラム１１６は、その内側の、圧力伝達エレメント１３６に向いた側が、該ダイヤフラム１１６の内側の固定部１５０に沿って、圧力伝達エレメント１３６の外側面１５２に結合されている。この内側の固定部は、例えば溶接継ぎ目及び／又は緊締及び／又はその他の形式の固定手段であってよい。外側の固定部１４６及び／又は内側の固定部１５０のために、原則としてすべての公知の結合形式、つまり形状結合（形状による束縛）式及び／又は摩擦結合（摩擦による束縛）式及び／又は素材結合（材料同士の結合）式の結合形式が考えられる。ハウジング１２０の内壁１４８及び／又は圧力伝達エレメント１３６の外側面１５２に設けた溝を介して、かつ例えば補助的な素材結合を用いて、簡単に係止することも考えられる。
【００３０】
図２に示されているように、図示の実施例では環状に構成されたダイヤフラム１１６が、内室１２８に向かって、つまり燃焼室１１２から離れる方向に延在する湾曲部１５４を備えたＵ字形の形状を有している。外側の固定部１４６を起点として、図２の横断面図で見て、ダイヤフラム１１６はまず、符号Ｙで示した軸方向寸法だけ、燃焼室１１２から離れる方向に内室１２８へ向かって延在する。この湾曲部１５４の最も外側に延在した領域においてダイヤフラム１１６は反転して燃焼室１１２に向かって、内側の固定部１５０まで延在する。全体的に、ダイヤフラム１１６は、Ｕ字形の閉じた側１５６が内室１２８に向いていて、これに対してＵ字形の開放した側１５８が燃焼室１１２に向いている。図２の有利な実施例に示されているように、内側の固定部１５０と外側の固定部１４６とは、軸方向で互いにずらされている。この場合、有利な形式で内側の固定部１５０は、軸方向でオフセットｄｙだけ内室１２８に向かって、つまり燃焼室１１２から離れる方向にずらされている。
【００３１】
有限要素法（Finite-Elemente-Methode）によれば、図２に符号ｗで示されたダイヤフラム１１６の壁厚に亘って温度勾配が存在する場合、「ダイヤフラム固定点」又は「ダイヤフラム固定ライン」として設けられた２つの固定部１４６、１５０を、一般的にオフセットｄｙだけずらしておけば有利であることが確認されている。また例えば有限要素法に従ってシミュレーションすることによって、所定の形状のためには、ロッド１３８とハウジング１２０とのオフセットｄｙは所定の壁厚ｗにおいて、軸方向寸法Ｙに対して、熱衝撃効果が最小となるような所定の関係になければならないことが、明らかとなる。最適な関係ｄｙ／Ｙのためには、ロッド１３８の外径Ｄ１とハウジング１２０の内径Ｄ２とが、重要となる。しかしながら、精確な寸法とは無関係に、図２に示されているように、ダイヤフラム１１６の開放した側１５８は、前方つまり熱源（図示の実施例では燃焼室１１２）に向いている。寸法の具体的な例（本願発明はこの例に限定されるものではない）は、次の通りである。
Ｄ１＝３．０ｍｍ
Ｄ２＝６．３ｍｍ
ｗ＝０．３ｍｍ
Ｙ＝２．０ｍｍ
ｄｙ＝０．７ｍｍ
これとは別の構成も、本発明の枠内で可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１１０ 燃焼室圧力センサ、 １１２ 燃焼室、 １１４ 軸線、 １１６ ダイヤフラム、 １１８ シリンダヘッド、 １２０ ハウジング、 １２２ シール面、 １２４ 支承面、 １２６ 孔、 １２８ 内室、 １３０ 固定エレメント、 １３２ 外側の固定エレメント、 １３４ 変換エレメント、 １３６ 圧力伝達エレメント、 １３８ ロッド、 １４６ 外側の固定部、 １４８ 内壁、 １５０ 内側の固定部、 １５２ 外側面、 １５４ 湾曲部、 １５６ Ｕ字形の閉じた側、 １５８ Ｕ字形の開放した側
【技術分野】
【０００１】
従来技術によれば、内燃機関の燃焼室圧力を検出するための多くの圧力センサが公知である。これらの圧力センサは、ガソリンエンジンにも、ディーゼルエンジンにも使用することができる。このような形式の装置は、最近のエンジン制御装置の主要な構成部分を形成している。何故ならば、燃焼室圧力は、特に燃料消費及び排気ガスを減少させるために、非常に精確に検出されなければならないからである。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願人と同一出願人による例えばドイツ連邦共和国特許出願第１０２００９０２６４３６．１号明細書によれば、内燃機関の燃焼室圧力を検出するための様々な装置が公知である。このような公知の燃焼室圧力センサにおいては、センサハウジングが燃焼室側に少なくとも１つの閉鎖された開口を有しており、該開口は、少なくとも１つのダイヤフラムによって閉鎖されている。センサハウジング内に、少なくとも１つの機械電気式の変換エレメントが支持されており、少なくとも１つの、センサハウジングとは別個に構成された、ダイヤフラムの変形を機械電気式の変換エレメントに伝達するための伝達エレメントが設けられている。
【０００３】
燃焼室圧力センサのセンサハウジングを燃焼室周辺に対してシールするために、例えば前記特許文献ＤＥ１０２００９０２６４３６．１号明細書に記載されているように、一般的な形式でフレキシブルなダイヤフラム、例えば金属ダイヤフラムが使用される。この金属ダイヤフラムは、小さい剛性に基づいて、いわゆる力経路（Kraftpfad）又は力伝達経路（Kraftuebertragungspfad）の一部を形成しており、この力伝達経路（複数存在する場合は、これらの伝達経路）を介して、燃焼室圧力によって生ぜしめられる力が本来のセンサエレメント、例えば機械電気式の変換エレメントに伝達される。燃焼過程中に、火炎フロント（火炎の先端）がダイヤフラム表面に少なくとも部分的に達すると、ダイヤフラム内に、燃焼室に向いた前方側と、燃焼室とは反対側の後ろ側との間で次第に変化する温度勾配を有するオーバーヒートが発生する。それによって、火炎フロントと同期する温度分布が形成される。しかしながらこのような温度分布が存在すると、ダイヤフラムは変形され、この変形が反作用力として力伝達経路に影響を与え、ひいては誤信号として、得ようとする圧力信号にオーバーラップされる。燃焼サイクルの時定数と共に発生する誤信号は、熱衝撃又は一時的ドリフトとも称呼される。このような作用を避けるか又は減少させるために、間接的な手段が用いられる。例えば火炎フロントが遮られる。しかしながら、このような間接的な手段は、ダイヤフラムの圧力レベルに反作用として作用する危険性を有している。これは同様に誤信号を生ぜしめる。
【０００４】
従って、以上のような作用が少なくとも十分に避けられるような燃焼室圧力センサが望まれている。特に、このような作用は、測定しようとする本来の圧力変化に与える影響ができるだけ小さく、前記熱衝撃作用を有利にはダイヤフラムの幾何学的な形状によって少なくとも十分に減少させる、直接的な手段に基づいて避けるようにするべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００９０２６４３６．１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、前記のような作用を十分に避けることができるような、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサを提供することである。本発明は、ダイヤフラムに前記課題を解決するための最適な形状を付与することによって、及び有利にはダイヤフラムの単数又は複数の固定部を最適に位置決めすることによって、ダイヤフラム内の温度勾配の力作用が、信号に影響を与える軸方向の最小化された成分を有する、という認識に基づいている。温度勾配の力の反作用の、場合によっては避けることのできない半径方向成分は、大抵は不都合なものではない。何故ならば、このような半径方向成分は、大抵は、力経路方向に作用しないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃焼室圧力センサは、ハウジングと、該ハウジングによって少なくとも部分的に包囲された内室とを有している。例えばこのハウジングは、内燃機関のシリンダヘッド内に設けるために構成されていてよい。例えばこのハウジングは、完全に又は部分的に金属材料より製造されているが、原則的に別の材料、例えばセラミック材料及び／又はプラスチック材料等を選択的に又は追加的に使用してもよい。この場合、ハウジングとは、一般的に、燃焼室圧力センサに少なくとも十分な外側形状を付与し、燃焼室圧力センサの内部を、機械的な負荷に対して及び有利には化学的な負荷に対しても保護することができる部材のことである。ハウジングは、例えば円柱形の形状を有しており、この場合、有利な形式で、燃焼室に向いた側の、ハウジングの端面に、斜めにカットした縁部及び／又は単数或いは複数のその他の形式のシール面が設けられており、これらの縁部及び／又はシール面によって、ハウジングをシリンダヘッド内に設ける際にシール作用が得られる。単数又は複数の内室は、少なくとも部分的にハウジングによって包囲されているので、内室は、少なくとも十分にハウジングによって規定される。ハウジング内及び有利には内室内に、少なくとも１つの機械電気式の、圧力を検出するための変換エレメントが支持されている。この場合、基本的に、機械的な信号を電気信号に変化するように、例えば圧力及び／又は力を電圧及び／又は電流に変換するように調整された任意のエレメントであってよい。以下では、機械電気式の変換エレメントが少なくとも１つの圧電エレメント、例えば少なくとも１つの圧電セラミックを有する構成について説明されているが、このような形式の機械電気式の変換エレメントのその他の可能な構成を制限するものではない。
【発明の効果】
【０００８】
ハウジングは少なくとも１つのハウジング開口を有している。このハウジング開口は、例えば燃焼室に向いた、ハウジングの端面において、特に、燃焼室に向いていてよい。例えば前述のように、ハウジングは、ほぼ円柱形の形を有しており、この場合、縁部に円柱形の形からのずれが設けられており、ハウジング開口は、例えば燃焼室に向いた、シリンダの端面に配置されていてよい。ハウジング開口は、基本的に、燃焼室圧力を機械電気式の変換エレメントに伝達できるように、又は圧力をこのような形式で伝達できるように、調整されている。ハウジング開口は、基本的に任意の形状、例えば多角形形状又は円形の形状、有利には環状の形状を有していてよい。
【０００９】
ハウジング開口は、少なくとも１つのダイヤフラムによってシールされる。このシールは有利には完全に実施されるので、燃焼室ガスがハウジング開口を通って内室内に侵入することはない。このために、ダイヤフラムは単独で設けられているか、又は後述されているように、例えば単数又は複数のその他のエレメント例えば圧力伝達エレメントと協働するようになっていてもよい。この圧力伝達エレメントは、有利な形式でハウジング開口内に設けられているか、又はこのハウジング開口を貫通している。例えばダイヤフラム及び圧力伝達エレメントは一緒にハウジング開口をシールするようになっているので、燃焼室ガスが内室内に侵入することはない。
【００１０】
ダイヤフラムとは、一般的に変形可能又は可動な部材のことであり、この部材は例えば、センサハウジングの軸線に対して垂直に延在しており、この場合、ダイヤフラムの側方の伸張例えばセンサハウジングの軸線に対して垂直な方向の伸張は、ダイヤフラムの厚さ例えばセンサハウジングの軸線に対して平行な方向の厚さを著しく超過しており、例えば少なくとも係数１０だけ、特に少なくとも係数１００だけ超過している。例えばダイヤフラムは、フレキシブルなエレメント、例えばシート状のエレメント又はフレキシブルな薄い円板状のエレメントであってよい。ダイヤフラムは、例えば金属製のダイヤフラムとして構成されていて、例えば少なくとも１つの金属シートを有していてよい。複数のシートの複合体、例えば複数の金属製の材料の複合体及び／又は、少なくとも１つの金属製のシート材料と少なくとも１つの非金属性のシート材料との複合体（この場合、非金属性のシート材料によって金属製のシート材料が結合されているかかつ／またはコーティングされている）も可能である。ダイヤフラムは、例えばハウジングと一体的に構成されていてよいが、少なくとも１つのハウジング開口の領域においてハウジングと、例えば摩擦結合（kraftschluessig；摩擦による束縛）式に及び／又は形状結合（formschluessig；形状による束縛）式に及び／又は素材結合（stoffschluessig；材料同士の結合）式に、例えば以下に詳しく説明されているように単数又は複数の固定部において結合されていてもよい。
【００１１】
本発明の枠内で、力の反作用の軸方向成分が温度勾配によって減少されるか又は少なくとも十分に避けられる、ダイヤフラムの最適な形状付与は、特にダイヤフラムが内室に向かって湾曲する少なくとも１つの凸状の湾曲部を有していることによって得られる。この場合、凸状の湾曲部とは、ダイヤフラムが、ダイヤフラムの延在方向に対して垂直な断面例えば燃焼室圧力センサの軸線に対して平行な断面で見て凸状の形状を有していて、凸状の側、つまり凸状の形状の閉じた側が内室に向いている形状のことである。例えばダイヤフラムは、燃焼室圧力センサの軸線に対して平行な断面で見て、少なくとも１つの局所的な最大延在箇所又は有利には広範囲な最大延在箇所を有しており、ダイヤフラムの閉じた側は内室に向いていて、開放した側は燃焼室に向いている。これによってダイヤフラムは、内室に向かって湾曲していて、有利には湾曲凸部が内室内に突入している。
【００１２】
燃焼室圧力センサは、少なくとも１つの圧力伝達エレメントを有している。この圧力伝達エレメントは、燃焼室圧力を少なくとも部分的に機械電気式の変換エレメントに伝達するように調整されている。従って、圧力伝達エレメントは、有利な形式で力伝達経路の構成部分であり、この場合、燃焼室圧力センサは単数又は複数の（有利には１つだけの）このような形式の力伝達経路を有していてよい。圧力伝達エレメントは、有利な形式で少なくとも１つの機械的に硬い材料を有していてよい。この硬い材料を介して燃焼室圧力は、機械電気式の変換エレメント（例えば円柱形及び／又は円筒形及び／又はロッド状のエレメント）に伝達される。特に圧力伝達エレメントは、少なくとも１つのロッドを有している。圧力伝達エレメントは、少なくとも部分的に内室内に配置されているか、又は完全に内室内に収容されていてもよい。圧力伝達エレメントは、例えばもっぱら内室内に延在しており、例えば機械電気式の変換エレメントからダイヤフラムに延在する。特に有利には、以下に詳しく記載されているように、圧力伝達エレメントはダイヤフラムを貫通して、例えば燃焼室に達しており、従って圧力伝達エレメントはハウジング開口内に突入しているか、又はハウジング開口を越えて延在している。従って圧力伝達エレメントは、直接的に又は間接的に（有利には直接的に）燃焼室圧力によって負荷可能である。これによって例えば圧力伝達経路は、燃焼室圧力が圧力伝達エレメント例えばロッドの端面（例えばこの端面が燃焼室ガスに直接接触していることによって）に直接作用するように構成されている。この燃焼室圧力は、有利な形式で圧力伝達エレメント及びダイヤフラムを介して、機械電気式の変換エレメント例えば圧電エレメントの端面に伝達される。しかしながらその他の構成も原則的に可能である。例えば単数又は複数の中間エレメントを圧力伝達エレメントと機械電気式の変換エレメントとの間に介在させることも可能である。
【００１３】
燃焼室圧力センサは、少なくとも１つの（有利には１つだけの）圧力伝達エレメント、例えばロッド、有利にはダイヤフラムを例えば軸方向に貫通するロッドを有しており、従ってダイヤフラムは、特に少なくとも１つの固定部をハウジングに有し、また圧力伝達エレメントに少なくとも１つの固定部を有している。この固定部は、原則として、単数又は複数の結合部、例えば単数又は複数の摩擦結合式の及び／又は形状結合式の及び／又は素材結合式の結合部、例えば溶接結合部及び／又は緊締結合部を有している。大抵の場合、１つの固定部は、１箇所内、１つのライン上又は１つの領域内に設けられていてよい。従って、可能な実施態様を制限することなしに、以下では、固定箇所、固定ライン又は固定領域とも称呼される。例えば、ハウジングへのダイヤフラムの固定部は、例えば円環状のラインに沿って環状に構成されていてよい。圧力伝達エレメントにおける固定部は、例えば面状に構成されているか、又はライン上に構成されていてよい。
【００１４】
従って、上述のように、特に有利には、圧力伝達エレメントはダイヤフラムの例えば中央部を貫通しており、例えばダイヤフラムの中央を貫通するロッドとして構成されている。この場合、有利には、圧力伝達エレメントにおける固定部は、外周面に少なくとも１つの固定ラインを有している。例えば圧力伝達エレメントは、円柱形のロッドとして構成されており、例えば円形又は多角形横断面を有するロッドを有している。この場合、固定部は、圧力伝達エレメントの外周面を包囲する閉じたラインを形成している。その他の構成も原則として可能である。圧力伝達エレメントは、燃焼室圧力センサの軸線に沿って延在していて、例えば軸方向のロッドとして構成されており、該ロッドは、少なくとも部分的にハウジング内に配置されていて、ダイヤフラムを貫通している。この場合、ダイヤフラムは、圧力伝達エレメントを特に環状に包囲している。
【００１５】
ダイヤフラムが圧力伝達エレメントを環状に包囲するように構成されていれば、圧力伝達エレメントの軸線に対して平行な方向で見て、ダイヤフラムリングは、原則として任意の形状、有利には円環状の形状を有している。このような円環状の形状とは異なる形状、例えば外側形状が多角形に形成され、内側形状が同様に多角形に形成された形状も可能である。多角形の形状と円環状の形状との組み合わせも可能であり、またその他の円環状の形状も可能である。
【００１６】
ダイヤフラムは、有利な形式で圧力伝達エレメントを環状に包囲している。ダイヤフラムは、特に圧力伝達エレメントの軸線に対して平行な断面、有利には軸線を含む断面で見て、これらのすべての断面においてＵ字形の形状を有している。Ｕ字形の形状とは、軸線を起点として、まず軸線に対して平行な少なくとも１つの方向成分を有する第１の方向に延在し、次いでこの第１の方向の少なくとも１つの最大延在箇所から、再び、前記第１の方向とは逆方向で、しかも軸線に対して平行な少なくとも１つの方向成分を有する第２の延在方向に延在する形状のことである。この場合、Ｕ字形の形状は、有利には連続的に構成されていて、丸味を付けられた形状又は折り曲げられた形状であってよい。従って、Ｕ字形とは、Ｕ字の形状、Ｖ字の形状又は長方形の形状を含むか、又は上記延在形状を含むその他の形状であってよい。Ｕ字形の形状の閉じた側は、前記湾曲を得るために、内室に向いていてよい。
【００１７】
圧力伝達エレメントが、燃焼室圧力センサの軸線に沿って延在していて、ダイヤフラムが圧力伝達エレメントを環状に包囲していれば、ダイヤフラムは特に、ハウジングにおいて外側の固定部、例えば円環状又は多角形の形状を有する外側の固定部を有している。また、ダイヤフラムは、圧力伝達エレメントにおいて内側の固定部を有しており、この固定部は前述のように、例えば圧力伝達エレメントの外側形状に適合した円環状又は多角形状の固定部として構成されている。内側の固定部は有利な形式で、ｄｙ＞０だけ外側の固定部に対して内室に向かってずらして配置されている。この場合、ｄｙ＞０．１ｍｍ、有利にはｄｙ＞０．３ｍｍであって、例えばｄｙ＝０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、例えばｄｙ＝０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ、有利にはｄｙ＝０．７ｍｍである。内室へ向かって湾曲するダイヤフラムの前記湾曲部は、外側の固定部を起点として、内側の固定部を越えて内室へ向かって延在している。言い換えれば、外側の固定部と内側の固定部とは、圧力伝達エレメントの軸線に沿って互いにずらして配置されており、内側の固定部は外側の固定部に対して内室側へずらして配置されていて、外側の固定部と内側の固定部との間の湾曲部は、内側の固定部を越えて内室に突入している。このような構成は、例えば前記Ｕ字形の形状によって得られる。例えば湾曲部は、外側の固定部から、最大の軸方向寸法Ｙだけ内室に突入しており、この場合、比ｄｙ／Ｙは０．０５〜０．８、有利には０．１〜０．５、特に有利には０．３〜０．４、特に０．３５である。これは例えば、任意の横断面を有するＵ字形において、ハウジング側の、Ｕ字の長い方の脚部の長さに対する、Ｕ字のその他の脚部の長さの差が、前記比ｄｙ／Ｙの値を有していることによって、実現される。
【００１８】
外側の固定部は直径を有しているが、外側の固定部が非円形に構成されている場合は、直径に等しい寸法が定められる。直径は例えば４ｍｍ〜８ｍｍ、有利には５ｍｍ〜７ｍｍ、特に６．３ｍｍである。内側の固定部の直径は、２ｍｍ〜４ｍｍ、有利には２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３．０ｍｍである。
【００１９】
前述のように、圧力伝達エレメントは、特に内室から開口内に突入している。有利には、圧力伝達エレメントは、開口を貫通して内室から突き出して延在している。例えば、圧力伝達エレメントは端面を有しており、この端面は、燃焼室のガスに直接さらされているので、例えば燃焼室ガスの圧力が圧力伝達エレメントに直接伝達される。従って、圧力伝達エレメントによって、内室内において直接的又は間接的な圧力伝達が行われるか、又は機械電気式の変換エレメントに力が伝達される（これは本発明の枠内で区別されるべきではない）。
【００２０】
以上述べた単独又は複数の有利な実施態様に基づく本願発明の燃焼室圧力センサは、後置の燃焼室圧力センサに対して多くの利点を有している。本発明によれば、特に、前記熱衝撃効果の作用が燃焼室圧力センサの信号に悪影響を及ぼすことが少なくとも十分に避けられるような、直接的な手段が提供されている。このような直接的な手段とは、これによってダイヤフラム及び／又は圧力伝達エレメントにおける圧力変動が影響を受けることがない手段のことである。特に、ダイヤフラムを前記のように構成したことによって、燃焼室圧力センサの信号に影響する軸方向の力成分を、少なくともほぼ最小にすることができる。これに対して、半径方向の力成分は、特に有利にはＵ字形状によって、無視できるか又は少なくとも許容できる。これによって、燃焼室圧力センサの信号品質は改善され、熱衝撃効果が信号に及ぼす影響は著しく減少される。
【００２１】
本発明の可能な実施態様のその他の詳細及び特徴は、図面に概略的に示した以下の実施例の説明に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シリンダヘッド内に挿入された、本発明による燃焼室圧力センサの断面図である。
【図２】図１に示した燃焼室圧力センサのダイヤフラムの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２には、内燃機関の燃焼室１１２内の圧力ｐを検出するための本発明による燃焼室圧力センサの実施例が概略的に示されている。図面には、燃焼室圧力センサ１１０の軸線１１４に対して平行に断面した断面図が示されている。図１は、燃焼室圧力センサ１１０の全体を示しており、これに対して図２は、ダイヤフラム１１６の領域内の燃焼室圧力センサ１１０の部分図が示されている。このダイヤフラム１１６は、図１では概略的に示されている。
【００２４】
燃焼室圧力センサ１１０は、例えば図１に示されているように、内燃機関のシリンダヘッド１１８内に収容されている。燃焼室圧力センサ１１０はハウジング１２０を有しており、該ハウジング１２０は、図示の実施例では１例としてほぼ円柱形のハウジング１２０として構成されている。例えば、このハウジング１２０は円柱形のスリーブである。ハウジング１２０は、燃焼室１１２に向いた前方の端部に円錐形のシール面１２２を有している。このシール面１２２で以てハウジング１２０は、シリンダヘッド１１８内の孔１２６の対応する支承面１２４に向かって押し付けられる。
【００２５】
ハウジング１２０は内室１２８を包囲している。後ろ側、つまり燃焼室圧力センサ１１０の、燃焼室１１２と反対側では、内室１２８は、単数又は複数の固定エレメント１３０によって仕切られているか、及び／又は少なくとも部分的に閉鎖されている。例えばこれらの固定エレメント１３０は、ハウジング１２０内でねじ結合されるか、かつ／または溶接される。ハウジングの外側で、燃焼室圧力センサ１１０の後ろ側の端部は、単数又は複数の外側の固定エレメント１３２によってシリンダヘッド１１８の孔１２６内で保持されている。
【００２６】
図示の実施例では、内室１２８内に、少なくとも１つの機械電気式の変換エレメント１３４、つまり原則として任意のセンサエレメントが収容されている。この変換エレメント１３４は、燃焼室１１２内の圧力ｐを直接的に又は間接的に検出するように調整されている。この変換エレメント１３４は例えば圧電素子であってよい。この変換エレメント１３４は、内室１２８内で単数又は複数の固定エレメント１３０によって支承されている。
【００２７】
図示の実施例では、燃焼室圧力センサ１１０はさらに少なくとも１つの圧力伝達エレメント１３６を有している。この圧力伝達エレメント１３６は、例えば図示の実施例では、軸線１１４に沿って軸方向に支承されたロッド１３８として構成されており、該ロッド１３８は、圧力ｐを機械電気式の変換エレメント１３４に、直接的又は間接的に伝達するように調整されている。図１に示されているように、例えば圧力伝達エレメント１３６は、燃焼室１１２内に突入することによって燃焼室圧力に直接さらされる端面１４０を介して、燃焼室の圧力ｐによって軸方向で押圧される。押圧のために、ハウジング１２０は、その燃焼室１１２に向いた側の端部においてハウジング開口１４２例えば円形の開口を、ハウジング１２０の端面１４４に有している。図示の実施例では、圧力伝達エレメント１３６は、例えば前記ハウジング開口１４２を貫通して燃焼室１１２内まで突入している。しかしながらその他の実施態様も可能である。これによって、端面１４４は、図示の実施例では圧力伝達エレメント１３６を例えば同軸的に包囲する。
【００２８】
内室１２８をシールするために、燃焼室圧力センサ１１０は前記ダイヤフラム１１６を有しており、該ダイヤフラム１１６は図示の実施例では、例えば圧力伝達エレメント１３６を環状に包囲している。本発明によるダイヤフラム１１６の可能な構成は、図２に示されている。
【００２９】
ダイヤフラム１１６は、その外周面において外側の固定部１４６に沿って、ハウジング１２０の内壁１４８に結合されている。この外側の固定部１４６は、例えば環状の溶接継ぎ目及び／又はその他の形式の固定手段を有している。ダイヤフラム１１６は、その内側の、圧力伝達エレメント１３６に向いた側が、該ダイヤフラム１１６の内側の固定部１５０に沿って、圧力伝達エレメント１３６の外側面１５２に結合されている。この内側の固定部は、例えば溶接継ぎ目及び／又は緊締及び／又はその他の形式の固定手段であってよい。外側の固定部１４６及び／又は内側の固定部１５０のために、原則としてすべての公知の結合形式、つまり形状結合（形状による束縛）式及び／又は摩擦結合（摩擦による束縛）式及び／又は素材結合（材料同士の結合）式の結合形式が考えられる。ハウジング１２０の内壁１４８及び／又は圧力伝達エレメント１３６の外側面１５２に設けた溝を介して、かつ例えば補助的な素材結合を用いて、簡単に係止することも考えられる。
【００３０】
図２に示されているように、図示の実施例では環状に構成されたダイヤフラム１１６が、内室１２８に向かって、つまり燃焼室１１２から離れる方向に延在する湾曲部１５４を備えたＵ字形の形状を有している。外側の固定部１４６を起点として、図２の横断面図で見て、ダイヤフラム１１６はまず、符号Ｙで示した軸方向寸法だけ、燃焼室１１２から離れる方向に内室１２８へ向かって延在する。この湾曲部１５４の最も外側に延在した領域においてダイヤフラム１１６は反転して燃焼室１１２に向かって、内側の固定部１５０まで延在する。全体的に、ダイヤフラム１１６は、Ｕ字形の閉じた側１５６が内室１２８に向いていて、これに対してＵ字形の開放した側１５８が燃焼室１１２に向いている。図２の有利な実施例に示されているように、内側の固定部１５０と外側の固定部１４６とは、軸方向で互いにずらされている。この場合、有利な形式で内側の固定部１５０は、軸方向でオフセットｄｙだけ内室１２８に向かって、つまり燃焼室１１２から離れる方向にずらされている。
【００３１】
有限要素法（Finite-Elemente-Methode）によれば、図２に符号ｗで示されたダイヤフラム１１６の壁厚に亘って温度勾配が存在する場合、「ダイヤフラム固定点」又は「ダイヤフラム固定ライン」として設けられた２つの固定部１４６、１５０を、一般的にオフセットｄｙだけずらしておけば有利であることが確認されている。また例えば有限要素法に従ってシミュレーションすることによって、所定の形状のためには、ロッド１３８とハウジング１２０とのオフセットｄｙは所定の壁厚ｗにおいて、軸方向寸法Ｙに対して、熱衝撃効果が最小となるような所定の関係になければならないことが、明らかとなる。最適な関係ｄｙ／Ｙのためには、ロッド１３８の外径Ｄ１とハウジング１２０の内径Ｄ２とが、重要となる。しかしながら、精確な寸法とは無関係に、図２に示されているように、ダイヤフラム１１６の開放した側１５８は、前方つまり熱源（図示の実施例では燃焼室１１２）に向いている。寸法の具体的な例（本願発明はこの例に限定されるものではない）は、次の通りである。
Ｄ１＝３．０ｍｍ
Ｄ２＝６．３ｍｍ
ｗ＝０．３ｍｍ
Ｙ＝２．０ｍｍ
ｄｙ＝０．７ｍｍ
これとは別の構成も、本発明の枠内で可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１１０ 燃焼室圧力センサ、 １１２ 燃焼室、 １１４ 軸線、 １１６ ダイヤフラム、 １１８ シリンダヘッド、 １２０ ハウジング、 １２２ シール面、 １２４ 支承面、 １２６ 孔、 １２８ 内室、 １３０ 固定エレメント、 １３２ 外側の固定エレメント、 １３４ 変換エレメント、 １３６ 圧力伝達エレメント、 １３８ ロッド、 １４６ 外側の固定部、 １４８ 内壁、 １５０ 内側の固定部、 １５２ 外側面、 １５４ 湾曲部、 １５６ Ｕ字形の閉じた側、 １５８ Ｕ字形の開放した側
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（１１２）内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ（１１０）であって、該燃焼室圧力センサ（１１０）が、ハウジング（１２０）と、該ハウジング（１２０）によって少なくとも部分的に包囲された内室（１２８）とを有しており、前記ハウジング（１２０）内に、圧力を検出するための少なくとも１つの機械電気式の変換エレメント（１３４）が支持されており、前記ハウジング（１２０）が少なくとも１つのハウジング開口（１４２）を有していて、該ハウジング開口（１４２）が少なくとも１つのダイヤフラム（１１６）によってシールされている形式のものにおいて、
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記内室（１２８）に向かって凸状に湾曲する少なくとも１つの湾曲部（１５４）を有していることを特徴とする、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項２】
前記燃焼室圧力センサ（１１０）が少なくとも１つの圧力伝達エレメント（１３６）を有しており、該圧力伝達エレメント（１３６）は、燃焼室圧力を少なくとも部分的に前記機械電気式の変換エレメント（１３４）に伝達するように調整されており、前記ダイヤフラム（１１６）が、前記ハウジング（１２０）における少なくとも１つの固定部（１４６）と、前記圧力伝達エレメント（１３６）における少なくとも１つの固定部（１５０）とを有している、請求項１記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項３】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が前記ダイヤフラム（１１６）を貫通している、請求項２記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項４】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が、前記燃焼室圧力センサ（１１０）の軸線（１１４）に沿って延在しており、前記ダイヤフラム（１１６）が前記圧力伝達エレメント（１３６）を環状に包囲している、請求項２又は３記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項５】
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記燃焼室圧力センサ（１１０）の軸線（１１４）に対して平行な断面で見て、該軸線（１１４）の両側にそれぞれＵ字形の形状を有しており、該Ｕ字形の形状の閉じた側（１５６）が前記内室（１２８）に向いている、請求項４記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項６】
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記ハウジング（１２０）に外側の固定部（１４６）を有しており、前記ダイヤフラム（１１６）が前記圧力伝達エレメント（１３６）に内側の固定部（１５０）を有しており、該内側の固定部（１５０）が前記外側の固定部（１４６）に対して、前記内室（１２８）に向かってオフセットｄｙ＞０だけずらして配置されている、請求項４又は５記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項７】
前記ダイヤフラム（１１６）の湾曲部（１５４）が、前記外側の固定部（１４６）を起点として、前記内側の固定部（１５０）を越えて前記内室（１２８）まで延在している、請求項６記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項８】
前記湾曲部（１５４）が、前記外側の固定部（１４６）を起点として、前記内室（１２８）に向かって最大で軸方向寸法Ｙだけ延在しており、比ｄｙ／Ｙが０．０５〜０．８、有利には０．１〜０．５、特に有利には０．３〜０．４、特に０．３５である、請求項７記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項９】
前記外側の固定部（１４６）が、４ｍｍ〜８ｍｍ、有利には５ｍｍ〜７ｍｍ、特に６．３ｍｍの直径を有しており、前記内側の固定部（１５０）が、２ｍｍ〜４ｍｍ、有利には２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３．０ｍｍの直径を有している、請求項８記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項１０】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が前記ハウジング開口（１４２）内に突入しており、有利には前記ハウジング開口（１４２）を貫通して前記内室（１２８）から突き出している、請求項２から９までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（１１２）内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ（１１０）であって、該燃焼室圧力センサ（１１０）が、ハウジング（１２０）と、該ハウジング（１２０）によって少なくとも部分的に包囲された内室（１２８）とを有しており、前記ハウジング（１２０）内に、圧力を検出するための少なくとも１つの機械電気式の変換エレメント（１３４）が支持されており、前記ハウジング（１２０）が少なくとも１つのハウジング開口（１４２）を有していて、該ハウジング開口（１４２）が少なくとも１つのダイヤフラム（１１６）によってシールされている形式のものにおいて、
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記内室（１２８）に向かって凸状に湾曲する少なくとも１つの湾曲部（１５４）を有していることを特徴とする、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項２】
前記燃焼室圧力センサ（１１０）が少なくとも１つの圧力伝達エレメント（１３６）を有しており、該圧力伝達エレメント（１３６）は、燃焼室圧力を少なくとも部分的に前記機械電気式の変換エレメント（１３４）に伝達するように調整されており、前記ダイヤフラム（１１６）が、前記ハウジング（１２０）における少なくとも１つの固定部（１４６）と、前記圧力伝達エレメント（１３６）における少なくとも１つの固定部（１５０）とを有している、請求項１記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項３】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が前記ダイヤフラム（１１６）を貫通している、請求項２記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項４】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が、前記燃焼室圧力センサ（１１０）の軸線（１１４）に沿って延在しており、前記ダイヤフラム（１１６）が前記圧力伝達エレメント（１３６）を環状に包囲している、請求項２又は３記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項５】
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記燃焼室圧力センサ（１１０）の軸線（１１４）に対して平行な断面で見て、該軸線（１１４）の両側にそれぞれＵ字形の形状を有しており、該Ｕ字形の形状の閉じた側（１５６）が前記内室（１２８）に向いている、請求項４記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項６】
前記ダイヤフラム（１１６）が、前記ハウジング（１２０）に外側の固定部（１４６）を有しており、前記ダイヤフラム（１１６）が前記圧力伝達エレメント（１３６）に内側の固定部（１５０）を有しており、該内側の固定部（１５０）が前記外側の固定部（１４６）に対して、前記内室（１２８）に向かってオフセットｄｙ＞０だけずらして配置されている、請求項４又は５記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項７】
前記ダイヤフラム（１１６）の湾曲部（１５４）が、前記外側の固定部（１４６）を起点として、前記内側の固定部（１５０）を越えて前記内室（１２８）まで延在している、請求項６記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項８】
前記湾曲部（１５４）が、前記外側の固定部（１４６）を起点として、前記内室（１２８）に向かって最大で軸方向寸法Ｙだけ延在しており、比ｄｙ／Ｙが０．０５〜０．８、有利には０．１〜０．５、特に有利には０．３〜０．４、特に０．３５である、請求項７記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項９】
前記外側の固定部（１４６）が、４ｍｍ〜８ｍｍ、有利には５ｍｍ〜７ｍｍ、特に６．３ｍｍの直径を有しており、前記内側の固定部（１５０）が、２ｍｍ〜４ｍｍ、有利には２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３．０ｍｍの直径を有している、請求項８記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【請求項１０】
前記圧力伝達エレメント（１３６）が前記ハウジング開口（１４２）内に突入しており、有利には前記ハウジング開口（１４２）を貫通して前記内室（１２８）から突き出している、請求項２から９までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ（１１０）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１４５５８０（Ｐ２０１２−１４５５８０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３９６５（Ｐ２０１２−３９６５）
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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