[go: up one dir, main page]

DE10234773A1 - Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches - Google Patents

Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches Download PDF

Info

Publication number
DE10234773A1
DE10234773A1 DE2002134773 DE10234773A DE10234773A1 DE 10234773 A1 DE10234773 A1 DE 10234773A1 DE 2002134773 DE2002134773 DE 2002134773 DE 10234773 A DE10234773 A DE 10234773A DE 10234773 A1 DE10234773 A1 DE 10234773A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure sensor
injection system
pzt
ceramic layers
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002134773
Other languages
English (en)
Inventor
Ulrich Dipl.-Ing. Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE2002134773 priority Critical patent/DE10234773A1/de
Publication of DE10234773A1 publication Critical patent/DE10234773A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/003Measuring variation of fuel pressure in high pressure line
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/08Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen in ein Einspritzsystem integrierbaren Drucksensor (1), der mehrere Keramikschichten (2) und Ableitungen (5) für das Sensorsignal aufweist. Auf den Keramikschichten (2) ist eine flächig ausgebildete PZT-Anordnung (3) angebracht und mit den Ableitungen (5) elektrisch verbunden. Daneben betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem mit einer Wandung, mit einer darin angeordneten Ausnehmung zur Aufnahme eines Drucksensors und mit einem darin angeordneten erfindungsgemäßen Drucksensor.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein in ein Einspritzsystem integrierbaren Drucksensor.
  • Aus der DE 197 16 521 C2 und der DE 198 24 778 A1 sind Drucksensoren für niedrige Drücke bekannt, die einen Aufbau mit mehreren Keramikschichten und elektrischen Ableitungen zeigen. Die Keramikschichten haben einen im Inneren angeordneten Hohlraum. In diesem Hohlraum sind mehrere Elektroden angeordnet, die einen oder mehrere Kondensatoren bilden. wird der Sensor mit Druck oder Kraft beaufschlagt, so biegt sich die oberste Keramikschicht durch, der Abstand der Kondensatorelektroden verändert sich und die Kapazität des Sensors wird dadurch verändert. Anhand der Kapazitätsänderung kann auf den Druck oder die einwirkende Kraft zurückgeschlossen werden. Diese Sensoren sind nur für geringe Drücke und damit nicht für Einspritzsysteme mit hohen Einspritzdrücken insbesondere für Commonrail-Dieselmotoren geeignet. Die Keramikschichten werden mittels der LTCC-Technologie, wie sie auch aus der DE 196 15 787 A1 bekannt ist, hergestellt.
  • Aus der DE 199 45 677 C1 ist eine elektronische Durchführung für einen Sensor und ein in ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor mit derartiger elektronischer Durchführungen beschrieben, der mehrere Keramikschichten und Ableitungen für das Sensorsignal aufweist. Der Aufbau und die besondere Wirkungsweise des drucksignalermittelnden Elementes ist nicht beschrieben. Die Patentschrift DE 199 45 677 C1 wird zur Bildung des Oberbegriffs herangezogen.
  • Aus der DE 195 03 517 C1 ist der Aufbau einer PZT-Dickschicht und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. PZT-Werkstoffe (Blei-Zirkonium-Titanate) werden als piezoelektrische Werkstoffe in verschiedenen Strukturen und Formen verwendet. Beispielsweise ist es bekannt, Fasern unter Verwendung von PZT-Werkstoffen herzustellen und mit diesen die Spannung der Fasern in einem Faserverbund zu detektieren. Die PZT-Werkstoffe werden in einer Vielzahl von Anwendungen als Sensor oder Aktor verwendet. Darüber hinaus sind auch Anwendungen als Resonatoren oder als Speicher für Informationen bekannt. Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung der PZT-Werkstoffe bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzsystem bzw. einen dafür vorgesehenen Drucksensor anzugeben, welche eine sichere Aussage über den Druck bzw. Druckverlauf auch bei hohen Einspritzdrücken ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen in ein Einspritzsystem integrierbaren Drucksensor mit dem Merkmal des Anspruchs 1 und ein Einspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der erfindungsgemäße Drucksensor, der in ein Einspritzsystem insbesondere für Commonrail-Dieselmotoren integrierbar ist zeigt mehrere Keramikschichten, die insbesondere mittels LTCC-Technologie realisiert sind. Diese Keramikschichten werden übereinander angeordnet, zusammengefügt, ggf. verklebt, und am Ende bei einer niedrigen Temperatur gesintert und dadurch fest und unlöslich miteinander verbunden. Hierdurch entsteht ein sogenannter Keramikchip. Dieser Keramikchip zeichnet sich aus durch seine chemischen und mechanische und thermische Widerstandsfähigkeit. Er erweist sich für den Einsatz in einem Einspritzsystem mit den dort vorhandenen Stoffen und Zuständen als sehr geeignet. Beispielsweise zeigen die verwendeten Kraftstoffe eine nicht unbeachtliche chemische Aggressivität; auch die verwendeten Drücke insbesondere im Bereich von über 1000 bar und die damit verbundenen mechanischen Belastungen sowie die Vibrations- und Temperaturbelastungen im Bereich eines Verbrennungsmotores machen das besondere Anforderungsprofil für einen derartigen Drucksensor deutlich. Auf die Keramikschichten wird eine flächig ausgebildete PZT-Anordnung aufgebracht. Mit Hilfe der flächigen PZT-Anordnung ist möglich, sehr aussagekräftige Signale zu Druck, Kraft bzw. Spannungsveränderungen in der PZT-Anordnung, die einen Aufbau aus einer Blei-Zirkonat-Titanat-Struktur zeigt, zu gewinnen. Hierbei wird der piezoelektrische Effekt der PZT-Werkstoffe verwendet. Durch die flächige Ausbildung sind große Mengen an PZT-Materialien dem Einfluß der einzuspritzenden Kraftstoffe ausgesetzt, so daß ein beachtliches und leicht auszuwertendes Signal entsteht. Dies um so mehr, da durch die flächige Ausbildung der PZT-Anordnung ein sicheres Verbinden der PZT-Anordnung mit den Keramikschichten erreicht werden kann. Dieser Aufbau ist auch für hohe Drücke geeignet, weshalb der Meßbereich gerade auch hohe Drücke und Druckunterschiede mit umfassen kann bzw. umfaßt. Dabei ist die PZT-Anordnung mit zwei Elektroden und Ableitungen bzw. Ableitungen versehen, die das durch die PZT-Anordnung sensierte Drucksignal an eine Auswerteeinheit, die mit dem Drucksensor verbunden ist, weiterleiten.
  • Durch die erfindungsgemäße Abkehr von Hohlräumen im Inneren der Keramikschichten mit den darin angeordneten Sensorelementen sowie durch die den Übergang zur Verwendung von flächigen PZT-Anordnung gelingt es sehr sicher hohe Drücke zu messen. Darüber hinaus zeigt dieser Drucksensor einen sehr sicheren und widerstandsfähigen Aufbau.
  • Nach einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung wird die flächige PZT-Anordnung sandwichartig von zwei Elektroden umklammert. Die eine Elektrode ist auf der Deckfläche der PZT-Anordnung aufgebracht und bildet die Deckelektrode, während die andere Elektrode zwischen der PZT-Anordnung und der obersten Keramikschicht angeordnet ist und mit beiden flächig und dauerhaft verbunden ist. Durch diese besondere Anordnung der Elektroden zur Ableitung des Sensorsignals in Verbindung mit den Ableitungen des Drucksensors gelingt es, gerade bei der Verwendung von widerstandsfähigem metallischem Elektrodenmaterial, einen besonderen Schutz der PZT-Werkstoffes zu erreichen, indem der mechanische, chemische oder thermische zersetzende oder schädigende Einfluß des Kraftstoffes auf den Sensor wesentlich abgeschwächt ist. Zusätzlich gelingt es, durch die großflächige Ausbildung der Elektroden, die die ganze PZT-Fläche ganz oder weitgehend umfaßt, ein sehr wirksames Abgreifen der elektrischen Signale zu erreichen. Zudem sind die elektrischen Signale durch das vollflächige Krafteinbringen, Druckeinbringen der Kraftstoffe in die PZT-Anordnung besonders ausgeprägt. Dies führt zu einer sehr aussagekräftigen und verläßlichen Information über die Druckverhältnisse in dem Einspritzsystem.
  • Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung wird das elektrische Signal der PZT-Anordnung durch zwei voneinander beabstandete Bodenelektroden abgegriffen. Die beiden Bodenelektroden sind zwischen der PZT-Anordnung und der obersten Keramikschicht angeordnet und durch diese von den störenden Einflüssen des Kraftstoffes oder anderer Umgebungen geschützt. Diese Ausbildung ist für empfindliche Elektrodenmaterialien sehr vorteilhaft, da diese zwar aus elektrischer oder elektrochemischer Sicht als sehr vorteilhaft und nützlich für derartige Sensoranordnungen ist, sie aber umgekehrt nicht die vorteilhaften mechanischen, chemischen, robusten Eigenschaften aufweist, die ein Aussetzen der Elektroden in die Umgebungen des Kraftstoffes oder der Umgebungsluft ermöglicht. Dies führt zu einer sehr wirksamen PZT-Anordnung in einem er findungsgemäßen Drucksensor, der eine ausreichende Widerstandsfähigkeit aufweist.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die flächig ausgebildete PZT-Anordnung mit der obersten Keramikschicht flächig zu verbinden. Durch diese flächige Verbindung ist eine sehr wirksame, widerstandsfähige und dauerhafte Verbindung geschaffen. Diese Verbindung wird vorzugsweise durch Verkleben, flächiges Verkleben oder durch Sintern insbesondere in Verbindung mit dem Zusammensintern der einzelnen Keramikschichten erreicht. Gerade durch diese Art des sinternden Verbindens gelingt es, ein einheitliches zusammenhängendes robustes und fertigungstechnisch einfach mit wenigen Fertigungsschritten herzustellendes Modul als integrierbaren Drucksensor zu realisieren.
  • Es hat sich besonders bewährt, die PZT-Anordnung in Form einer Folie oder einer PZT-Dickschicht oder als Film aufzubringen und mit den Ableitungen elektrisch zu verbinden. Dabei wird die Folie als Halbfertigprodukt auf den fertiggestellten Keramikschichten aufgebracht und mit diesen dauerhaft verbunden, insbesondere durch Verklebung mit diesen verbunden. Dieses Herstellungsverfahren erweist sich als sehr einfach und sicher. Vorzugsweise sind die Elektroden ebenso als Folienelektroden ausgebildet. Darüber hinaus hat es sich besonders bewährt, die PZT-Werkstoffe in Form eines Sprays, das PZT-Kristalle aufweist, als gesprühten Film auf die Keramikschichten aufzubringen und mit den entsprechenden Elektroden zu verbinden. Durch dieses Verfahren des Aufbringens mittels eines Sprays wird es möglich, nicht nur ebene Flächen mit einer PZT-Anordnung zu versehen, sondern auch gekrümmte keramische Oberflächen damit zu versehen. Durch diese Form des Aufbringens gelingt es auch, fertigungstechnisch bedingte Unebenheiten ohne zusätzlichen Aufwand auszugleichen und dadurch die Herstellung zu vereinfachen. Die PZT-Dickschichtanordnungen werden vorzugsweise durch Bedrucken der Keramikoberfläche mittels einer pastösen PZT kristallhaltigen Substanz unter Verwendung von Masken durchgeführt und anschließend durch Ausheizen bzw. durch Sintern ausgehärtet. Diese Form der Ausbildung hat sich als sehr nützlich erwiesen, da sie einerseits sehr flexibel einsetzbar ist und zum andern unterschiedlichste Dicken der PZT-Anordnung durch die Menge des pastösen Auftrages einfach realisiert werden können. Hierdurch gelingt es, die Form und die Stärke der piezoelektrischen Signale geeignet einzustellen, so daß ein sehr effizientes und wirkungsvolles Auswerten der Drucksensorsignale gegeben ist.
  • Die Verwendung von Keramikschichten, die unter Verwendung der LTCC-Technologie geschaffen wurden, hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da diese Keramiken sehr einfach hergestellt werden können, ohne daß hohe Temperaturen für die Keramikbildung notwendig sind. Diese LTC-Keramiken erweisen sich auch als sehr druckresistent, als sehr chemisch inert und als mechanisch sehr stabil. Dies führt dazu, daß der Drucksensor auch in sehr schwierigen Umgebungen, wie sie in einem Einspritzsystem mit den hohen Temperaturen und den aggressiven Lösungsmitteln insbesondere Kraftstoffen vorliegen, dauerhaft seine Aufgaben als Drucksensor insbesondere für hohe Drücke erfüllen kann.
  • Es hat sich besonders bewährt, die Ableitungen, soweit sie durch die Keramikschichten geführt sind, mäanderförmig auszubilden. Diese mäanderförmige Struktur wird dadurch erreicht, daß durch die einzelnen Keramikschichten Verbindungen mittels Via-Holes oder durch metallgefüllte Hohlräume oder mit dotiertem Material gefüllte Hohlräume verwendet werden, während zwischen den Keramikschichten flächige elektrische Verbindungen zur elektrischen Verbindung der Durchkontaktierungen durch die Keramikschichten verwendet werden. Diese mäanderförmige Struktur gewährleistet eine druckdichte elektrische Verbindung der PZT-Anordnung auf der einen Seite der Keramikschichten zu den elektrischen Anschlüssen auf der anderen Seite der Keramikschichten. Diese elektrischen Anschlüsse werden typischerweise als Bondpads realisiert, die mit externen elektrischen Leitungen beispielsweise durch Löten oder Anschweißen verbunden werden können.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Einspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Drucksensor, der in eine Ausnehmung einer Wandung des Einspritzsystems integriert bzw. dafür vorgesehen ist. Das Einspritzsystem, das hohe Einspritzdrücke realisiert, benötigt zur sicheren Regelung des Einspritzverhalten, d. h. beispielsweise des Einspritzdruckes, des Einspritzzeitpunktes, der Einspritzmenge, usw. eine sehr sichere verläßliche Information über die Druckverhältnisse in dem Einspritzsystem. Diese Information wird durch den in das Einspritzsystem integrierten Drucksensor zur Verfügung gestellt. Die Voraussetzungen bzw. Anforderungen des Einspritzsystems mit den hohen Temperaturen im Bereich des Verbrennungsmotors, die hohen Drücke, beispielsweise über 1000 bar Einspritzdruck oder auch von 1500 bar Einspritzdruck bedingen eine starke mechanische Belastung des gesamten Einspritzsystems insbesondere des oder der darin integrierten Drucksensoren zur Bestimmung des Drucks. Darüber hinaus erweist sich der Kraftstoff als chemisch aggressiv. Er stellt ein gängiges Lösungsmittel für eine Vielzahl von Stoffen dar, und bewirkt somit ein Zerstören empfindlicher Sensorbestandteile oder einzelner Komponenten des Drucksensors. Dies führt zu einem schwierigem Umfeld des Drucksensors, und somit zu erhöhten Anforderungen an die Beständigkeit, die der erfindungsgemäße Drucksensor und das Einspritzsystem, das mit einem entsprechenden Drucksensor versehen ist, gewährleistet.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzsystems sind zwischen der Hochdruckpumpe und der Einspritzdüse bzw. der Düse der Einspritzdüse mehrere erfindungsgemäße Drucksensoren angeordnet. Hierdurch gelingt es, nicht nur den jeweiligen Einspritzdruck eindeutig und sicher zu sensieren, sondern es gelingt auch, den Druckabfall über den Druckvergleich insbesondere eine Differenzdruckbildung zu gewinnen. Durch diese Information des Druckverlaufes gelingt es, das Einspritzsystem zu optimieren. Auch ist es möglich, Bereiche besonderer Belastung beispielsweise durch starke Druckabfälle durch eine entsprechende Änderung der Konstruktion des Einspritzsystems dahingehend anzupassen, daß diese Belastung reduziert ist. Darüber hinaus gelingt es, auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs und der Druckverhältnisse im Kraftstoff zu erfassen und für die Auslegung eines Einspritzsystems zu verwenden. Hierdurch gelingt es, das Einspritzsystem dauerhaft zu optimieren.
  • Nach einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist die äußere Gestalt des Drucksensors mit der Ausnehmung abgestimmt. Die Abstimmung erfolgt dahingehend, daß der Drucksensor in die Ausnehmung formschlüssig dichtend eingebracht werden kann. Hierdurch ist sichergestellt, daß bei der Druckbeaufschlagung durch das einzuspritzende Kraftstoffgemisch eine Einpressung in einen insbesondere dichtenden Sitz, der durch die Wandung um die Ausnehmung für den Drucksensor gebildet wird, bewirkt wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß der Drucksensor keilförmig verjüngend ausgebildet ist bzw. eine stufenförmig verjüngende Gestalt dahingehend aufweist, daß Dichtflächen geschaffen werden, die eine Abdichtung zwischen der äußeren Gestalt des Drucksensors und der Wandung im Bereich der Ausnehmung bewirkt wird.
  • Es hat sich besonders bewährt neben der Anpassung der äußeren Gestalt im Bereich zwischen der Wandung und dem Drucksensor ein Dichtmittel zu verwenden. Als Dichtmittel hat sich die Verwendung eines Klebers insbesondere eines Epoxidharzklebers bewährt. Dieser sorgt einerseits für eine dichtende Verbindung aber auch für eine dauerhafte mechanische Verbindung des Drucksensors mit der Wandung.
  • Neben der Anordnung der PZT-Materialien auf der Innenseite der Wandung des Einspritzsystems, welche direkt mit dem Kraftstoff bzw. Kraftstoffgemisch in Kontakt steht, hat es sich bewährt, die PZT-Anordnung auf der Außenseite anzuordnen. Hierdurch gelingt es die Einflüsse des Kraftstoffs bzw. des Kraftstoffgemisches auf die PZT-Anordnung zu reduzieren und dadurch eine noch haltbare Anordnung zu schaffen. Dies ist in aggressiven Umgebungen bedeutsamer als der Nachteil, daß der Druck mittels der PZT-Anordnung nicht direkt gemessen werden kann, sondern nur indirekt durch eine Verbiegung der Keramikschichten, was dazu führt, daß die Auflösung der Drucksensorik geringer ausfällt und somit die Verläßlichkeit der gemessenen Druckwerte geringer ist. Beim Einsatz des Drucksensors in sehr aggressiven Kraftstoffen beispielsweise wie Kerosin oder Flugbenzin oder ähnliches, hat sich diese Anordnung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Darstellung eines Einspritzsystems mit erfindungsgemäßen beispielhaften Sensor erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese in 1 dargestellte Ausführung der Erfindung begrenzt.
  • In 1 ist ein Ausschnitt einer Wandung 10 eines Einspritzsystems, hier als Wandung einer Common-Rail dargestellt. Die Wandung 10 zeigt eine Ausnehmung, in die der erfindungsgemäße Drucksensor 1 eingebracht ist. Die äußere Gestalt des Drucksensors 1 ist der Form der Ausnehmung angepaßt. Sie zeigt einen keilförmigen, sich verjüngende äußere Gestalt. Die äußere Gestalt des Drucksensors 1 ermöglicht im Zusammenwirken mit der die Ausnehmung umgebenden Wandung 10 eine formschlüssige, dichtende Verbindung zwischen den beiden Komponenten des Einspritzsystems.
  • Zur besseren Abdichtung wird der Sensor 1 in die Wandung 10 mittels eines hier nicht dargestellten Epoxidharzklebers eingeklebt. Dieser Epoxidharzkleber stellt eine sichere und dichte Verbindung zwischen der Wandung 10, welche aus einem hochlegierten Stahl besteht, und den Keramikschichten 2 des Drucksensors 1 sicher. Dabei hat sich die stufige Ausbildung der äußeren keilförmigen Gestalt des Drucksensors 1 bzw. der Ausnehmung besonders bewährt.
  • Der Drucksensor 1 zeigt fünf Keramikschichten 2, die nach der LTCC-Technologie hergestellt und verbunden wurden. Die Dicke der fünf Schichten bzw. des Drucksensors beträgt etwa 850 μm. Die Keramikschichten 2 sind miteinander flächig fest verbunden. Diese Verbindung wird durch einen Sinterprozeß bei niedrigen Temperaturen realisiert. Auf der dem Kraftstoff zugewandten Seite des Drucksensors 1 ist eine Bodenelektrode 4b als metallischer, elektrischer Kontakt aufgebracht. Auf diesen ist die PZT-Folie 3 großflächig aufgebracht und fest mit dieser, einen elektrischen Kontakt bildend verbunden. Auf die PZT-Folie 3 ist eine flächig aufgebrachte Deckelektrode 4a befestigt. Die beiden Elektroden 4a, 4b nehmen das piezoelektrische Signal der PZT-Folie auf und leiten es über die Ableitungen 5 durch die Keramikschichten 2 an die gegenüberliegende Seite des Drucksensors 1 weiter. Auf der anderen Seite sind Bondpads 6 angeordnet, die mit flexiblen elektrischen Leitungen 7 zum Abgreifen der PZT-sensierten Drucksignale verbunden werden. Diese Signale werden einer Auswerteeinheit zugeführt. Diese Auswerteeinheit setzt die piezoelektrischen Signale in Druckinformationen um.
  • Durch die Deckelektrode 4a ist ein mechanischer und chemischer Schutz der PZT-Anordnung PZT-Folie 3 und der darunter liegenden Bodenelektrode 4b gewährleistet. Dadurch ist eine besonders langlebige PZT-Anordnung geschaffen. Dies um so mehr, wenn die Deckelektrode 4a aus einem sehr widerstandsfähigen Metall, wie beispielsweise Titan realisiert ist. Demgegenüber kann die Bodenelektrode 4b aus einem chemisch und mechanisch weniger widerstandsfähigen Material gebildet sein.
  • Die Ableitungen 5 sind mäanderförmig durch die Keramikschichten 2 des Drucksensors 1 geführt. Die Durchführung durch die einzelnen Keramikschichten 2 erfolgt durch Via-Holes, welche mit einer Metallisierung versehen sind. In der Zwischen schicht zwischen zwei Keramikschichten 2 ist mittels flächiger elektrischer Leitungen eine elektrische Verbindung geschaffen, die durch Siebdruck oder andere Aufbringtechniken von metallischen Leitungsleiterbahnen realisiert werden kann. Durch das mäanderförmige Durchführen der Ableitungen 5 durch die fünf Keramikschichten 2 ist eine druckdichte Ableitung der piezoelektrischen Signale gewährleistet. Ein Durchdringen des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs – beispielsweise im Bereich von 1500 bar – durch die mäanderförmig gebildete elektrische Verbindung ist weitgehend ausgeschlossen.
  • Der durch den Kraftstoff auf die Wandung 10 bzw. den Drucksensor 1 ausgeübten Druck ist durch einen Pfeil mit der Bezeichnung P angedeutet. Es wird deutlich, daß der keilförmig ausgebildete Drucksensor 1 durch den Druck, der zu messen ist, in den durch die Wandung 10 gebildeten Sitz eingepreßt wird und durch das Einpressen in Verbindung mit der äußeren Gestaltung des Sensors 1 und der Wandung 10 eine formschlüssige dichtende Verbindung geschaffen wird.
  • Der Drucksensor 1 zeigt einen typischen Durchmesser von wenigen Millimetern. Dadurch ist es möglich, den Drucksensor 1 in einer Wandung 10 einer Einspritzpumpe, einer Zuleitung, der Common-Rail oder auch in der Einspritzpumpe selbst anzuordnen. Durch die Anordnung der PZT-Anordnung 3 mit den zugeordneten Elektroden 4a, 4b auf der Kraftstoffseite ist es möglich, den Kraftstoffdruck bzw. die Druckveränderung unmittelbar zu messen, ohne daß es auf ein Verbiegen der Keramikschichten 2 ankommt. Dieses direkte Messen gewährleistet ein sehr differenziertes und sicheres piezoelektrisches Signal. Das gemessene und ausgewertete piezoelektrische Signal ermöglicht ein sehr differenziertes Bild des Drucks wie auch der zeitlichen Entwicklung des Druckes. Die beschriebene Sensoranordnung gewährleistet eine dauerhafte und aussagekräftige Sensierung der Druckverhältnisse in dem Einspritzsystem.
  • Der dargestellte Drucksensor 1 kann als eigenständiges Modul separat hergestellt werden und auf einfache Weise in entsprechende Ausnehmungen eingesetzt werden. Ein einfaches und kostengünstiges Austauschen oder Ersetzen derartiger Drucksensoren wird dadurch kostengünstig ermöglicht.

Claims (12)

  1. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor, der mehrere Keramikschichten und Ableitungen für das Sensorsignal aufweist dadurch gekennzeichnet, dass auf den Keramikschichten (2) eine flächig ausgebildete PZT-Anordnung (3) angeordnet und mit den Ableitungen (5) elektrisch verbunden ist.
  2. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die flächig ausgebildete PZT-Anordnung (3) sandwichartig von einer Deck- (4a) und einer Bodenelektrode (4b) umklammert und über diese mit den Ableitungen (5) elektrisch verbunden ist.
  3. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der flächig ausgebildeten PZT-Anordnung und den Keramikschichten zwei voneinander beabstandete Bodenelektroden angeordnet sind und über diese mit den Ableitungen elektrisch verbunden ist.
  4. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die flächig ausgebildeten PZT-Anordnung (3) mit den Keramikschichten (2) flächig insbesondere durch Verkleben oder durch Sintern verbunden ist.
  5. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass die flächig ausgebildeten PZT-Anordnung (3) als Folie, als Film oder als PZT-Dickschicht ausgebildet ist.
  6. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschichten (2) eine LTC-Keramik darstellen.
  7. In ein Einspritzsystem integrierbarer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungen (5) mäanderförmig durch die Keramikschichten (2) geführt sind.
  8. Einspritzsystem mit einer Wandung, mit einer darin angeordneten Ausnehmung zur Aufnahme eines Drucksensors und mit einem darin angeordneten Drucksensor nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  9. Einspritzsystem nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drucksensoren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–7 zwischen Hochdruckpumpe und Einspritzdüse verteilt angeordnet sind.
  10. Einspritzsystem nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung zur Aufnahme des zugeordneten Drucksensors (1) in ihrer äußeren Gestalt dahingehend abge stimmt sind, daß die Ausnehmung umschließende Wandung (10) mit dem Drucksensor (1) formschlüssig dichtend zusammenwirkt.
  11. Einspritzsystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung und der Drucksensor (1) eine sich verjüngende äußere Gestalt dahingehend aufweisen, daß die die Ausnehmung umschließende Wandung (10) als formschlüssiger dichtender Sitz für den Drucksensor (1) wirkt.
  12. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1) und die die Ausnehmung umschließende Wandung (10) miteinander verklebt sind.
DE2002134773 2002-07-30 2002-07-30 Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches Withdrawn DE10234773A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002134773 DE10234773A1 (de) 2002-07-30 2002-07-30 Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002134773 DE10234773A1 (de) 2002-07-30 2002-07-30 Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10234773A1 true DE10234773A1 (de) 2004-02-12

Family

ID=30128535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002134773 Withdrawn DE10234773A1 (de) 2002-07-30 2002-07-30 Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10234773A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3604081A1 (de) * 1986-02-08 1987-08-13 Bosch Gmbh Robert Mengenmesssystem fuer elektronisch geregelte einspritzanlagen
DE19503517C1 (de) * 1995-02-03 1996-06-27 Fraunhofer Ges Forschung PZT-Dickschicht und Verfahren zu deren Herstellung
DE19615787A1 (de) * 1996-04-20 1997-10-23 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung eines keramischen Multilayer-Substrats
DE19824778A1 (de) * 1998-04-09 1999-10-14 Heinz Ploechinger Druck- oder Kraftsensorstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben
DE19601078C2 (de) * 1996-01-13 2000-01-05 Bosch Gmbh Robert Druckkraftsensor
DE19716521C2 (de) * 1997-04-19 2001-03-01 Bosch Gmbh Robert Kraftsensor in LTCC-Technologie
DE69610758T2 (de) * 1995-12-28 2001-05-10 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelektrisches/Elektrostriktives Element vom Dünnschicht-Typ und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10018618A1 (de) * 2000-04-14 2001-10-25 Siemens Ag Hochdrucksensor mit Piezoeffekt

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3604081A1 (de) * 1986-02-08 1987-08-13 Bosch Gmbh Robert Mengenmesssystem fuer elektronisch geregelte einspritzanlagen
DE19503517C1 (de) * 1995-02-03 1996-06-27 Fraunhofer Ges Forschung PZT-Dickschicht und Verfahren zu deren Herstellung
DE69610758T2 (de) * 1995-12-28 2001-05-10 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelektrisches/Elektrostriktives Element vom Dünnschicht-Typ und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19601078C2 (de) * 1996-01-13 2000-01-05 Bosch Gmbh Robert Druckkraftsensor
DE19615787A1 (de) * 1996-04-20 1997-10-23 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung eines keramischen Multilayer-Substrats
DE19716521C2 (de) * 1997-04-19 2001-03-01 Bosch Gmbh Robert Kraftsensor in LTCC-Technologie
DE19824778A1 (de) * 1998-04-09 1999-10-14 Heinz Ploechinger Druck- oder Kraftsensorstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben
DE10018618A1 (de) * 2000-04-14 2001-10-25 Siemens Ag Hochdrucksensor mit Piezoeffekt

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014127938A1 (de) Drucksensorsystem
WO1989008243A1 (en) Manometer
EP3351068B1 (de) Mediendichtes steuergerät für ein kraftfahrzeug und verfahren zur herstellung des steuergerätes
WO2016188662A2 (de) Vorrichtung zur erfassung eines drucks eines fluiden mediums und verfahren zur herstellung der vorrichtung
WO2001027025A1 (de) Elektromechanisches bauelement und verfahren zur herstellung desselben
EP2161559A2 (de) Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1917509A1 (de) Sensoranordnung mit einem substrat und mit einem gehäuse und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung
WO1998031998A1 (de) Halbleiter-drucksensor
EP0829003B1 (de) Drucksensor und verfahren zur herstellung eines drucksensors
WO2014033056A1 (de) Sensorbauteil
DE102014014103A1 (de) Sensormodul zur Messung eines Druckes eines Fluides mit mindestens einer auf einem Schaltungsträger angeordneten elektronischen Schaltung, insbesondere einem integrierten Schaltkreis und mindestens einem Druckmesschip
EP1858312A2 (de) Elektronische Baueinheit
DE19843471B4 (de) Druckerkennungsvorrichtung
DE10234773A1 (de) Einspritzsystem und Drucksensor für ein solches
EP3001167B1 (de) Sensoranordnung und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung
DE19902450B4 (de) Miniaturisiertes elektronisches System und zu dessen Herstellung geeignetes Verfahren
WO2009049613A2 (de) Aktorisch wirksames und/oder sensitives element, verfahren zu seiner herstellung sowie seine verwendung
WO2012100770A1 (de) Elektrische messeinrichtung zur kraft- und/oder druckmessung
EP1354155A1 (de) Metallische flachdichtung und verfahren zu deren herstellung
DE112018005685T5 (de) Durchflussmesser
DE102007042976A1 (de) Drucksensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE3610351A1 (de) Drucksensor
WO2000019178A2 (de) Druckgeber
DE19826426A1 (de) Verfahren zur Herstellung von miniaturisierten Aktuatorsystemen, Sensorelementen und/oder Sensorsystemen sowie dadurch hergestelltes System
EP3470797B1 (de) Optoelektronischer sensor

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8130 Withdrawal