用于压力测量预热棒塞的传感器模块的制作方法
【专利说明】用于压力测量预热棒塞的传感器模块现有技术
[0001]本发明涉及一种用于压力测量预热塞或压力测量预热棒塞的传感器模块，和更确切地说一种燃烧室压力传感器模块，具有结构空间优化的、用于压力测量预热塞的绝缘体，用于将压力测量预热塞布置在自燃式内燃机的一个室中，例如空气压缩的自燃式柴油机、自燃式HCC1-汽油机的预燃室、涡流室或燃烧室中或者也用于“正常的”汽油机。本发明此外涉及一种具有这种传感器模块的压力测量预热塞，或对此备选地，一种具有这种传感器模块的独立燃烧室压力传感器。
[0002]由于对内燃机的耗油量和由此形成的有害物质排放的法规变得越来越严格，特别是在机动车领域中，必需进一步开发燃烧控制系统以及所属的控制部件。作为燃烧的一个决定性的因素，其需要被优化，在最近的几年中燃烧室压力被识别，它在自燃式内燃机的燃烧室中或者在奥托过程(循环)中实现最佳的燃烧中起到决定性的作用。为了能够测量燃烧室压力，必须在内燃机的燃烧室中设置燃烧室压力传感器。
[0003]用于汽油机的独立燃烧室压力传感器的一个示例可以由DE102009026436A1中获得，其中描述一种用于探测汽油机的燃烧室压力的装置，其中与燃烧室面对的燃烧室压力传感器外壳的开口用膜片封闭。在膜片后面在传感器外壳内部布置机电转换器元件，也称为压电式转换器元件，其中，在膜片上的燃烧室压力借助于传递元件传递到转换器元件上，传递元件至少部分地由热绝缘材料制成，以便防止或减小通过燃烧室高温对转换器元件和所属的电导线的热损坏。
[0004]但是独立地布置的燃烧室压力传感器如前所述需要对已知的内燃机燃烧室进行结构上的改造措施并且其需要附加的结构空间。但是优选的是尽可能少地通过这种改造措施影响燃烧室中的燃烧。在已知的柴油机的燃烧室中作为冷起动辅助已经分别存在至少一个可电加热的预热塞，也称为GLP(来自英文专业术语“glowplug”)，借此柴油机在起动阶段被预热。预热塞可以具有由金属或陶瓷制成的加热元件，也称为预热棒。这种预热塞此外在预热塞点火发动机中或者作为冷起动辅助在起动用煤油运行的燃气透平和以油为燃料的暖气设备时得到广泛应用。现在为了解决上述问题，在过去建议了一些解决方案，其中燃烧室压力传感器被集成到燃烧室中的预热塞中。这种所谓的压力测量预热塞的一个示例可以从DE102011088474A1中获知，其中在压力测量预热塞的一个预热模块中，燃烧室压力由一个布置在圆柱体形的传递元件中的热管接受并且由传递元件经由一个圆的压力件传递到一个圆形的、压电式转换器元件形式的压力传感器上。压力传感器在此情况下通过一个固定的支座被固定在预热模块外壳中。热管在此通过连接销和所属的电导线进行接通，电导线通过在压力传感器和压力件中的中心孔延伸。
[0005]但是上述借助于压力测量预热塞的解决方案由于中央触头由于中央孔的钻孔和压力传感器的圆形形状的制造步骤在制造上是非常复杂的，这在安装预热棒塞时产生高的费用。
[0006]本发明的公开按照本发明建议一种具有权利要求1的特征的压力测量预热塞的传感器模块，最好用于自燃式内燃机或也用于外源点燃式内燃机。更确切地说，按照本发明的传感器模块在此具有传感器外壳以及至少一个布置在传感器外壳中的压电式转换器元件和至少一个绝缘体等等，绝缘体也布置在传感器外壳中，位于转换器元件旁边。绝缘体被设置用于作为防热隔离体使转换器元件免受燃烧室温度的高温影响以及作为电绝缘体使转换器元件具有提高的击穿安全性和高的表面电阻。绝缘体可以尤其由陶瓷材料制成，最好由氧化铝(αι203)制成。为了能够接通转换器元件，即与压电式转换器元件的电连接，用于测量作用于转换器元件上的力，在绝缘体中在它的外周面上设置至少一个凹部，转换器元件的电触头在凹部中延伸，电触头最好是一个或多个电缆的形式，借此接通转换器元件。
[0007]压电式转换器元件一般地应该理解为一种元件，它可以将机械的作用，例如力作用，其引起转换器元件的长度改变，转变成电信号。转换器元件在此处最好是压电陶瓷或石英材料例如二氧化硅(Si02)。但是备选地或附加地，压电式转换器元件也可以包括其它类型的机械的-电的转换器元件，它们被设置用于将机械信号转换成电信号。因为在本发明的范围内通到压力接受器(压力指示器)，例如压力测量预热塞的预热棒，的输入线由于至少一个凹部而可以在侧面上从传感器模块旁边，尤其在压电式转换器元件旁边引导通过，因此转换器元件尤其可以全面地构造成，例如构造成没有中央孔的全面的长方体元件，或对此备选地构造成具有多边形横截面的盘或类似结构。在压力接受器和转换器元件之间的力传递最好如此地实施，即在预热棒的接受部件和压电式转换器元件之间此外布置至少一个用于从接受部件到转换器元件上的力传递的传递元件，例如形式为另一个绝缘体。这种力传递原则上可以包括传递力、压力、运动或类似项、通过燃烧室压力产生的机械的状态改变。传递元件可以尤其棒形地或环形地构造。
[0008]通过借助于至少一个凹部从旁边引导压力接受器的输入导线，可以使用一种压电式转换器元件，它的制造比例如具有中央孔的圆形转换器元件的制造要成本有利得多。此外通过建议的传感器模块可以实现在传感器模块中的各单独部件以及传感器模块本身和相应的压力测量预热塞的其它的部件在其中的显著提高的安装协调性。
[0009]通过从属权利要求的特征实现本发明的有利的扩展方案。
[0010]按照本发明的传感器模块的一个优选的扩展方案，绝缘体具有基本上方形的形状，其在每一侧处具有一个凹部。由此产生绝缘体的一种对称的形状，其优点在于，实现绝缘体的相应的制造并且可以防止将绝缘体无意地错误地安装到传感器模块中，因为绝缘体的方形的形状的每一侧都是相同构造成的。绝缘体的这种形状满足Poka Yoke (防误防错)原理的前提，它包括立刻揭示和防止故障的技术预防措施或装置。最好借助于这种对称的形状，转换器元件的触头在绝缘体的两个凹部中延伸。在使用导电的电缆作为触头的情况下这意味着，与压电式转换器元件的正侧连接的电缆可以在绝缘体的一个凹部中延伸并且与压电式转换器元件的负侧连接的电缆可以在绝缘体的另一个凹部中延伸。由此在对称构造成的绝缘体情况下，即一个具有四个凹部的绝缘体有两个凹部不被占据，在该凹部中可以延伸其它的导线，例如已经在上面提及的通向压力测量传感器的压力接受器的输入导线。此外基本上长方体形的绝缘体最好具有倒圆的角部，由此绝缘体可以以仅仅很小的间隙插入中空圆柱体形的传感器外壳的圆形内部中，其中，在绝缘体的长方体侧面的直的部分和传感器外壳的内周面之间保留间距。绝缘体的倒圆的角部的倒圆曲线。即角部的相应的倒圆部的曲线变化的弯曲，最好位于同一个圆周上，这优化了绝缘体在中空圆柱体形的传感器外壳中的最佳的适配。
[0011]此外优选地，至少一个凹部具有倒圆的形状，例如一个半圆的下部的形状。在此，在半圆形的凹部和长方体形的绝缘体的直的侧面之间的过渡部也可以是倒圆的，以便避免可能出现的锐边。对此备选地，凹部也可以具有角形的形状，其相对于倒圆的形状可以具有功能上的优点。绝缘体通过上述形状特征具有基本上X形的形状。由此绝缘体的外轮廓如此地构造，即不仅与传感器模块外部的而且与传感器模块内部的相邻部件的配合作用都是位置优化的。同时绝缘体的外轮廓如此