(57)【要約】【課題】圧力センサを改良して、当該圧力センサの精度を向上させることである。【解決手段】少なくとも１つの変向部が設けられており、該変向部により、圧力測定室から接続通路を通ってダイヤフラム室に流入するガス圧波が冷却されるようにした。【選択図】図２
2009031291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムを取り付けるダイヤフラム支持体の配置されたセンサ支持体から成る圧力センサであって、前記センサ支持体が、ダイヤフラムの手前に配置されたダイヤフラム室を圧力測定室に接続するための接続通路を有している形式のものにおいて、
少なくとも１つの変向部が設けられており、該変向部により、圧力測定室から接続通路を通ってダイヤフラム室に流入するガス圧波が冷却されることを特徴とする、圧力センサ。
【請求項２】
接続通路（１１）の方向で、ダイヤフラム（４）が変向部（９）により遮蔽されている、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
変向部（９）が、接続通路（１１）の圧力測定室とは反対の側の端部（２２）に位置している、請求項１又は２記載の圧力センサ。
【請求項４】
変向部（９）がセンサ支持体（２）の部分である、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項５】
変向部（９）がダイヤフラム支持体（３）の部分である、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項６】
変向部（９）が、接続通路（１１）を部分的に閉鎖する構成部材（８）として、特に接続通路（１１）に対して所定の角度で配置された少なくとも１つの側方開口（１２）を備えて形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項７】
ダイヤフラム室（７）と接続通路（１１）との間に接続室（１０）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項８】
接続室（１０）が、一方ではダイヤフラム支持体（３）により制限されており且つ他方ではセンサ支持体（２）の部分、特に構成部材（８）により制限されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項９】
接続室（１０）の幅が、接続通路（１１）の直径又は幅よりも小である、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１０】
ダイヤフラム支持体（３）、特にダイヤフラム支持体（３）のダイヤフラムとは反対の側の領域が、ガス圧波の冷却に役立つ、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記構成部材（８）がガス圧波（１４）の冷却に役立つ、請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１２】
ダイヤフラム支持体（３）とセンサ支持体（２）との間の結合領域（１３）の長さが、接続室（１０）の幅よりも大である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１３】
ダイヤフラム室（７）の少なくとも一方の側がダイヤフラム室（４）により制限されており、ダイヤフラム室（７）の高さが、ダイヤフラム支持体（３）とセンサ支持体（２）との間の接続室（１０）の間隔よりも大である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１４】
ダイヤフラムの、有利にはダイヤフラム室（７）とは反対の側に、圧力に起因するダイヤフラム変形の測定装置（５）が設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１５】
ダイヤフラム支持体（３）が鉢状に形成されており、ダイヤフラム（４）が鉢の底部によって形成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１６】
鉢状のダイヤフラム支持体（３）の周面（１６）がガス圧波（１４）の冷却に役立つ、請求項１から１５までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムを取り付けるダイヤフラム支持体が配置されたセンサ支持体から成る圧力センサであって、前記センサ支持体が接続通路を有しており、これにより、ダイヤフラムの手前に配置されたダイヤフラム室が圧力測定室に接続されている形式のものに関する。
【０００２】
本発明による圧力センサは、例えば内燃機関における圧力測定用に使用される。この場合の内燃機関の作業室は圧力測定室である。但し、本発明はこの特別な用途に限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
燃焼プロセス時に支配的な圧力に関する知識に基づき、燃焼プロセスを適宜最適化し、特に使用されるエネルギ担体をより有効に使用することが可能である。
【０００４】
燃焼プロセス時に発生する圧力波は、爆発的に進行する燃焼プロセスに基づき、温度波を伴う。この場合、この温度衝撃波は圧力波と共にセンサ、即ち特にセンサのダイヤフラムに衝突する。ダイヤフラムは、圧力に起因する該ダイヤフラムの変形を測定し、これに基づき適当な圧力を規定するために、適当な測定装置を有している。
【０００５】
今、ダイヤフラムは圧力波に基づく機械的負荷のみならず、温度衝撃波に基づいても機械的に負荷されている。温度に関連した縦方向膨張に基づき、ダイヤフラムは温度レベルにのみ基づいてもやはり機械的に変形され、測定誤差を招く。それというのも、この作用は圧力には関連していないからである。
【０００６】
一般に、センサは圧力測定室の近くに、例えば冷却水で良好に冷却されたエンジンブロックに組み込まれている。従って、センサも一般にはエンジンブロックと熱的に良好に結合されているので、良好に冷却されてもいる。
【０００７】
通常の運転温度において、例えば８０℃に保持されるセンサは、定期的なサイクルで燃焼プロセスに対応して、ダイヤフラムに数百℃の熱的なピーク負荷を被る。このことは、ダイヤフラム支持体及び特にダイヤフラムにおける大きな温度勾配をもたらすと共に、測定装置を形成し且つホイートストーンブリッジ回路に従って互いに接続された、複数の異なる抵抗線ひずみゲージが、それぞれ異なる温度レベルを有しているので、やはり著しい測定誤差に寄与する恐れがあるという危険も生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、冒頭で説明した圧力センサを改良して、当該圧力センサの精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために本発明では、少なくとも１つの変向部が設けられており、該変向部により、圧力測定室から接続通路を通ってダイヤフラム室に流入するガス圧波が冷却されるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
従来技術において、ダイヤフラムと圧力測定室との間のなるべく直線的な接続を、例えば孔として形成された接続通路によって供与することが公知である。但し、ダイヤフラムは同時にその測定課題に基づき、熱伝導の少ない脆弱な構成部材として構成されているので、熱導出は温度衝撃の衝突に基づき最適ではない。
【００１１】
本発明により設けられた変向部の効果は、２つの点において生ぜしめられる。
【００１２】
まず最初に、当該変向部により、流入するガス圧波がダイヤフラムに直接に押し寄せるのではなく、別個の構成部材としての変向部に沿って案内され且つこの変向部において勿論冷却もされる。更に、当該変向部により、ガス圧波は直接にダイヤフラムに押し寄せるのではなく、まず最初に例えばダイヤフラム支持体に沿って流過し且つこのダイヤフラム支持体において適宜冷却もされる。この場合有利には、接続通路内を上方に向かって進むガス圧波が、まず最初にダイヤフラム支持体に到達してから初めてダイヤフラムに到達し、このようにして、ガス圧波に付随する不可避の温度衝撃に基づく、ダイヤフラム支持体とダイヤフラムとの間の加熱ができるだけ均等に行われるような配置形式が選択される。
【００１３】
その結果、最終的にはダイヤフラム支持体及びダイヤフラムの均一な若しくは小さな温度勾配を有する加熱が得られ、この加熱により、ダイヤフラムに設けられた抵抗線ひずみゲージ若しくは測定装置の異なる温度に基づく測定誤差が適宜回避される。
【００１４】
つまり、前記変向部自体が本発明による構成に基づきダイヤフラム室に向かって進むガス圧波を冷却するか、若しくは当該変向部は、ガス圧波がまず最初に、例えばダイヤフラム支持体の別の領域において変向され且つここでも温度を低下させるために役立つか、若しくはダイヤフラム支持体に小さな温度勾配が生じるように、該ダイヤフラム支持体を加熱するために役立つ。
【００１５】
本発明の有利な構成では、接続通路の方向でダイヤフラムは変向部により遮断されている。圧力測定を実施できるようにするために空間的には接続しているが、変向部によってダイヤフラムは、例えば接続通路に流入する粒子等から機械的に保護されてもいる。
【００１６】
本発明の別の有利な構成では、変向部が、接続通路の圧力測定室とは反対の側の端部に位置している。このような構成は、圧力測定室からの距離が増大するにつれて、周辺温度が相応に低下し、このことは測定過程のために基本的に有利であるという利点を有している。接続通路の圧力測定室に面した側の端部は、高温の爆発ガスの直近に位置しており、この領域に変向部を配置しても、あまり有効な冷却作用は得られない。それというのも、接続通路の始端部の周辺も、接続通路の圧力測定室とは反対の側の端部と比べると著しく高温だからである。これにより、本発明に基づき形成された、基本的に比較的低温の変向部と、この変向部によって得られるガス圧波の流れ変向が、ダイヤフラム支持体又はセンサ支持体の基本的に比較的低温の面で達成されることの両方が得られる。
【００１７】
本発明の更に別の有利な構成では、変向部はセンサ支持体の部分である。この場合、センサ支持体は例えば組込み部材として形成されており且つ適当な雄ねじ山を有しており、これにより、センサ支持体はエンジンブロックの対応するねじ山にねじ込まれる。センサ支持体自体は、ダイヤフラムを支持するダイヤフラム支持体を支持する。この場合、変向部は例えばセンサ支持体の一体の部分であるか、又はセンサ支持体が複数の構成部材から成る場合は、変向部はセンサ支持体の１構成部材である。
【００１８】
良好に冷却されたエンジンブロックとのセンサ支持体の大面積の結合に基づき、センサ支持体延いては変向部も良好に冷却される。
【００１９】
択一的に、変向部がダイヤフラム支持体の部分であるということも規定されている。このような変化態様も、本発明の一部である。例えば、ダイヤフラム支持体に、熱交換面として形成された領域が設けられており、これらの熱交換面が変向部として働き、このようにして、高温のガス圧波を冷却するか、若しくはダイヤフラム又はダイヤフラム支持体の温度勾配を相応に低下させる。例えば、大面積の冷却面を有しており且つ場合によってはセンサ支持体との付加的な熱結合を有する比較的複雑なダイヤフラム支持体を設けて、できるだけ小さな温度係数を形成するための、ダイヤフラムの領域の適当な冷却に寄与することが可能である。
【００２０】
本発明の更に別の有利な構成では、変向部が、接続通路を部分的に閉鎖する構成部材として、特に接続通路に対して所定の角度で側面に配置された少なくとも１つの開口を備えて形成されている。このような構成は、構造的に簡単に実現可能である。それというのも、前記構成部材は円盤又は成形区分として形成されており且つ例えば孔としてセンサ支持体に配置された接続通路の、圧力測定室とは反対の側の端部に被せ嵌められているからである。択一的に、止まり孔の端部域を成す適当なベースを、センサ支持体から切削加工により製作することは勿論可能である。この場合、前記止まり孔が接続通路を形成する。開口若しくは側方孔を配置することにより、前記止まり孔若しくは接続通路へのアクセス部が形成され且つ変向部が実現される。有利には、ダイヤフラム室、つまりダイヤフラムに直接に接する空間と接続通路との間に、更に接続室が設けられており、この接続室は、ダイヤフラム室に向かって進むガス圧波を冷却するという可能性を開く。有利には、前記接続室は最適な温度伝達を得るために最適化されて形成される、つまり、例えば大きな熱交換面及びガス圧波の比較的高い流速が考慮される。これにより、例えば小さな幅を備えて比較的細長いスリーブ状に形成された接続室の形が得られる。
【００２１】
この場合有利には、接続室は一方ではダイヤフラム支持体によって且つ他方ではセンサ支持体の部分、特に構成部材によって制限される。センサ支持体は、内燃機関全体の冷却と熱的に良好に結合されている。ダイヤフラム支持体は、流入するガス圧波によって均一に加熱され、ダイヤフラムにおける比較的小さな温度係数を生ぜしめる。それというのも、熱伝達において生じる温度レベルが低下されるからである。
【００２２】
本発明の更に別の有利な構成では、接続室の幅は、接続通路の直径又は幅よりも小さい。
【００２３】
このような構成により、接続室内のガス圧波の、接続通路内よりも高い流速が得られ、延いては接続室を制限する領域、即ち有利には前記構成部材若しくはセンサ支持体又はダイヤフラム支持体に対する改善された熱伝達が得られる。
【００２４】
有利には、ダイヤフラム支持体、特にダイヤフラム支持体のダイヤフラムとは反対の側の領域が、ガス圧波の冷却に役立つ。即ち、ガス圧波は有利には温度が低下され、冷却されたガス圧波が圧力測定用のダイヤフラムに衝突する。同時に、ダイヤフラム支持体延いてはダイヤフラム支持体を実際に支持しているダイヤフラム支持体の領域も加熱され、これにより、ダイヤフラムにおける温度勾配が相応に低下される。
【００２５】
前記構成部材若しくは変向部も、有利にはセンサ支持体と熱的に良好に結合されているので、当該構成部材若しくは変向部も、ガス圧波を冷却するために設けられており且つこのために役立つ。
【００２６】
本発明の更に別の有利な構成では、ダイヤフラム支持体とセンサ支持体との間の結合領域の長さが、接続室の幅よりも大である。このようなジオメトリックな構成により、センサ支持体におけるダイヤフラム支持体の比較的良好な熱結合が得られる。その結果、センサ支持体を介したダイヤフラム支持体の良好な冷却が得られる。この場合、前記結合領域の長さは、該結合領域の幅によってのみ規定されるのではない。つまり当該長さは、例えばダイヤフラム支持体がフランジに被せ嵌められて、端面も側面も、センサ支持体に熱的に接触している場合は、十分に曲げられていると理解される。このことは、ダイヤフラム支持体とセンサ支持体との間の相応に大きな結合面延いては改善された熱伝達をもたらす。
【００２７】
本発明の更に別の有利な構成では、ダイヤフラム室の少なくとも一方の側がダイヤフラムによって制限されており、ダイヤフラム室の高さが、ダイヤフラム支持体とセンサ支持体との間の接続室の間隔よりも大である。
【００２８】
この場合、ダイヤフラム室の高さは、前記構成部材又はセンサ支持体或いはダイヤフラム支持体の別の構成部材に対するダイヤフラムの間隔によって規定されている。この場合有利には、ダイヤフラム室は円筒状又は円盤状に形成されている。但し、本発明はこの形式に規定されている訳ではない。本実施例で選択された寸法に基づき、流入するガス圧波は減速する。これにより、熱伝達は低下される。それというのも、この熱伝達は流速に関連しているからである。ダイヤフラムの領域では正に、このダイヤフラムへの比較的高温の付加的な熱量の侵入は不都合なので、前記配置形式は有利である。
【００２９】
有利には、ダイヤフラムは殊にダイヤフラム室とは反対の側に、圧力に起因するダイヤフラム変形の測定装置を有している。この測定装置は、例えば抵抗線ひずみゲージとして形成されており且つホイートストーンブリッジ回路の形式で実現されている。圧力に起因するダイヤフラム変形は、抵抗線ひずみゲージの電気抵抗を変化させ、この電気抵抗は測定装置によって測定及び評価され得る。
【００３０】
有利には、ダイヤフラム支持体を鉢状に形成することを提案する。この場合、ダイヤフラムは鉢の底部により形成されている。このような構成は、機械的に簡単に製作可能であり且つ有利には、例えば金属、鋼、熱又は別の合金で実現される。この場合有利には、装置は一体に形成されている、つまり、ダイヤフラムは例えば切削加工により鉢から加工成形されているか、又は適当な溶接法又はそのたの結合法により、鉢の底部としてダイヤフラム支持体の環状の金属面に挿入され且つ結合されている。
【００３１】
ダイヤフラム支持体の鉢状の構成では、周面が、センサ支持体にダイヤフラム支持体を接続するための結合領域も形成している。従って有利には、ガス圧波が変向部を通って当該周面を有利には流過することにより、この周面もガス圧波の冷却に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００３３】
図１及び図２には、圧力センサ１の実施例が異なるバリエーションで示されている。考慮すべきは、図２は、図１に立体図で示した圧力センサ１の縮尺通りの断面図ではないということである。更に図１では、変向部９を形成する、複数の開口１２を備えた部材８が見えており、この部材８は図２ではダイヤフラム支持体３によって覆い隠されているということを考慮せねばならない。この場合、圧力センサ１はダイヤフラム支持体３を覆う更に別のケーシングを有しており、このことは図面を見やすくする理由から図示されていないということが考慮される。
【００３４】
圧力センサ１は主として２つの部材、即ちセンサ支持体２とダイヤフラム支持体３とから構成されている。センサ支持体２の下端部２０は、例えばフランジ２１が圧力測定室の隔壁に接触するまで圧力測定室の開口に挿入され、例えばねじ込まれる。
【００３５】
従って、下部領域２０は圧力測定室に面しており、この圧力測定室では、例えば内燃機関の場合は、ガス圧波及び温度衝撃波をもたらす燃焼プロセスが迅速に進行する。
【００３６】
センサ支持体２は、本実施例では同軸的に配置された、接続通路１１として働く孔を有している。この孔は、センサ支持体２をほぼ完全に貫通しており且つ圧力センサ１の高温の下端部とは反対の側の端部２２において、部材８により閉鎖される。
【００３７】
圧力波の経路は矢印と符号１４，１４′，１４″とで示されており、この場合、波の順序は符号１４のダッシュの数の増大により示されている。圧力波は圧力測定室から接続通路１１へ流入し、次いで上方に向かって伝搬する。
【００３８】
前記の高温の圧力波が直接にダイヤフラム４にぶつかることを防止するために、本発明では変向部９が設けられている。
【００３９】
センサ支持体２の上端部２２には鉢状のダイヤフラム支持体３が設けられており、このダイヤフラム支持体３の底部はダイヤフラム４を形成している。この場合、ダイヤフラム４を備えたダイヤフラム支持体３は、部材８を被覆している。部材８とダイヤフラム４との間にはダイヤフラム室７が形成されている。このダイヤフラム室７は、接続室１０を介して接続通路１１に接続している。センサ支持体２の上端部２２には部材８が配置されており且つ本来は内側に位置する、接続通路１１の圧力測定室とは反対の側の端部を覆い隠しているので、当該部材８は、接続室１０と接続通路１１との間の接続部を形成する複数の開口１２を有している。できるだけ一様な、回転対称的な通流を得るためには、前記開口１２が等間隔で、円盤状の部材８の周面に設けられている。考慮しなければならないのは、開口１２の面法線に角度がついており、特に接続通路１１の長手方向軸線１５に対して直角であるということである。
【００４０】
接続通路１１に関する開口１２の前記の角度をつけた配置形式（本実施例では例えば直角の配置形式）に基づき、部材８は接続通路１１内を上昇する圧力波１４のための変向部９を形成しており、このことは特に部材８の領域において変向された矢印１４″によって示されている。
【００４１】
これにより、高温のガス圧波１４″が一方では部材８の接続通路１１に面した側に沿って流過し且つセンサ支持体２に設けられた部材８の良好な熱結合に基づき、ここで冷却されるということが明らかになる。その後、既にやや冷却された圧力波が、ダイヤフラム支持体３のダイヤフラム４とは反対の側の端部にぶつかる。前記ダイヤフラム支持体３もやはり、結合領域１３を介してセンサ支持体２と熱的に良好に接続されている。
【００４２】
センサ支持体２は、既に述べたように、冷却されたエンジンブロック又は圧力測定室の隔壁に挿入されており且つ比較的低い温度レベルに保持されている。
【００４３】
今、ガス圧力波１４はダイヤフラム支持体３の周面１６に沿って流過し且つある程度冷却されてからダイヤフラム４に当たる。この領域において既に低下された温度レベル及び既に加熱されたダイヤフラム支持体３の周面に基づき、ダイヤフラム４は比較的小さな温度勾配を有している。
【００４４】
有利には、測定装置５としてダイヤフラム４のダイヤフラム室７とは反対の側に、複数の抵抗線ひずみゲージが、例えばホイートストーンブリッジ回路の枠内で配置されている。本発明により、ダイヤフラムにおける温度分布が比較的均一であるということが達成される。それというのも、温度分布勾配が、本発明による配置形式に基づき著しく低下されるからである。その結果、測定不正確性が著しく小さくなる。
【００４５】
変向部は、ガス圧波及びセンサ支持体２若しくはダイヤフラム支持体３の他の部分の変向と同様に、一方では流入するガス圧波１４″のための冷却手段を生ぜしめる。
【００４６】
ダイヤフラム支持体３は、センサ支持体２のベースにねじ被せられているか、又は被せ嵌められており且つ圧力密に結合（例えば溶接）されている。ダイヤフラム支持体３とセンサ支持体２との間には段付けされた結合領域１３が形成され、これにより良好な熱結合が、例えば冷却目的のために実現される。
【００４７】
本明細書及び請求項に記載の構成は、十分な保護を得るために先入観無しで表現しようとするものである。
【００４８】
関連する従来技術を詳細に調査した場合に、ある構成が本発明の目的のために好適ではあるが、重要ではないということが明らかになった場合は勿論、このような構成が特に独立請求項には含まれないような表現にする。
【００４９】
更に、異なる実施例で説明及び図示した本発明の構成及び変化態様は、任意で互いに組み合わせることができる。この場合、個々の特徴又は複数の特徴は任意で互いに交換可能である。これらの構成の組み合わせも一緒に開示されている。
【００５０】
従属請求項に記載の構成は、独立請求項に記載した構成の別の構成を示唆するものである。但し、これらは従属請求項に記載の構成の独立保護を放棄するものではない。
【００５１】
今まで明細書中にしか開示されていなかった構成は、手続きの流れにおいて、本発明にとって重要であるとして、例えば従来技術を限定するために請求可能である。
【００５２】
明細書中又は請求項にしか開示されていなかった構成は、このような構成が別の構成との関連において説明されたか、若しくは別の構成に関連して特に有利な成果を得たとしても、従来技術の限定のためにいつでも請求項１に入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による圧力センサのセンサ支持体の立体図である。
【図２】本発明による圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  圧力センサ、  ２  センサ支持体、  ３  ダイヤフラム支持体、  ４  ダイヤフラム、  ７  ダイヤフラム室、  ８  部材、  ９  変向部、  １０  接続室、  １１  接続通路、  １２  開口、  １３  結合領域、  １４  圧力波の経路、  １５  長手方向軸線、  １６  周面
【図１】
2009031291.tif 000003
【図２】
2009031291.tif 000004