JP2005523430A - 内燃エンジンの特に燃焼室内の圧力を計測する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、室を形成している２つの部材（１２，１４）の間に介在しているジョイント（１０）によって支持されているハウジング（３８）内に配置されている検知素子（３６）を有している、室（１６）内に存在している流体の少なくとも圧力を計測する装置に関する。本発明によれば、ハウジング（３８）は室（１６）の方向に開口しており、検知素子（３６）はハウジングを充填している物質（６７）内に封入されている。

Description

本発明は、チャンバ内に存在する流体の少なくとも圧力を計測する装置に関する。

本発明は、より詳しくは、内燃エンジンの燃焼室内の圧力を計測する装置に関する。

本発明は、さらに、燃焼、特にエンジンのこの燃焼室内で発生するエンジンのノッキングの制御を可能にする装置を対象にしている。

特許文献１には、内燃室の燃焼室内の圧力を計測する装置が記載されている。

この装置は、このエンジンのシリンダヘッドとエンジンブロックとの間に介在しているシールを有しており、シリンダヘッドとエンジンブロックのそれぞれの面に密着するように接触している。マルチシートタイプのシールは、感圧素子を受け入れるハウジングを支持している中間のシートが間に配置されている、上側の金属製シートと下側の金属製シートとを有している。

シリンダヘッドの面またはエンジンブロックの面に平行に配置されている計測面に圧力をもたらす圧力入口が、燃焼室内の圧力を計測するように設けられている。
欧州特許第０，４７２，２１９号明細書

しかしながら、この計測装置は重大な欠点を有している。

実際に、燃焼によって通常生成されるコークスが堆積することにより、圧力入口が詰まったり、圧力入口の断面積が少なくとも減少したりする。そのため、加圧されている流体の燃焼室から計測面への移動がなくなったり、大きく妨げられたりすることがある。

さらに、検知素子を収容するハウジングと、シリンダヘッド、エンジンブロック、およびピストンからなるアセンブリの調整を必要とする計測入口とを作製するために、非常に厚いシールを使用することが必要になったり、あるいは、シリンダヘッドを脆くしたり、さらには、加工された位置での封止が損なわれる原因になったり、シリンダヘッドの高さで追加の封止が必要になる可能性さえある、シリンダヘッドの高さでの機械加工を行う必要がある。

最後に、そのような圧力入口が存在することで、燃焼室から伝達される圧力波のレベル、波形、周波数、および位相が変化する。

本発明は、構造が簡単で、比較的低コストで、かつ計測に関してある程度信頼性の高い計測装置によって、前述の欠点を克服することを目的としている。

したがって、本発明は、室を形成している２つの部材の間に介在しているシールによって支持されているハウジング内に位置している検知素子を有している、室内に存在している流体の少なくとも圧力を計測する装置において、ハウジングは室の方向に開口しており、検知素子はハウジングを充填している物質によって覆われていることを特徴とする、室内に存在している流体の少なくとも圧力を計測する装置を提案している。

シールは、複数の中間のシートが間に配置されている、積層された２枚の端のシートを有していてもよく、ハウジングは、２枚の端のシートと少なくとも１枚の中間のシートとによって形成されていてもよい。

少なくとも１枚の中間のシートは、室の方向に開口している切り欠きを有していてもよい。

少なくとも１枚の中間のシートは、検知素子と計測手段との間に電気的な接続手段を有していてもよい。

電気的な接続手段は、検知素子と計測手段との間に少なくとも１つの導電体を有しているプリント回路が形成されている、フィルムの形態の中間のシートによって支持されていてもよい。

複数のシートは、板、層、または絶縁性の堆積物の形態の少なくとも１枚のシートによって、互いに電気的に絶縁されていてもよい。

検知素子の対向している２つの垂直面は、電気的な接続手段に接続されていてもよい。

検知素子の対向している２つの水平面は、電気的な接続手段に接続されていてもよい。

検知素子は、導電性の接着剤によって電気的な接続手段に接続されていてもよい。

検知素子は、少なくとも１つの導電性の部材によって電気的な接続手段に接続されていてもよい。

複数のシートは接着によって互いに接合されていてもよく、さらに、接着は接着剤の層を介在させることによって行われていてもよい。

少なくとも端のシートは金属で作られていてもよく、さらに、複数の中間のシートのうちの少なくとも中央のシートも金属で作られていてもよい。

ハウジングを充填している物質は、高温に耐える樹脂であってもよい。

室の方向のハウジングの面が保護部材によって覆われていてもよい。

保護部材は前記の面を覆っている壁を有していてもよく、壁の端部がシールの端のシートの上に折り返されていてもよい。

検知素子は圧電式またはピエゾ抵抗式のものであってもよい。

シールは、内燃エンジンのシリンダヘッドとエンジンブロックとの間に配置されるシリンダヘッドガスケットであってもよい。

シールは温度を検知する素子を有していてもよい。

本発明は、内燃エンジンの燃焼室内で、エンジンのノッキングの計測、検出、および解析に用いることが可能である。

本発明はまた、内燃エンジンの少なくとも１つの燃焼室内で、燃焼の特徴付けに用いることも可能である。

本発明はまた、内燃エンジンの燃焼室内で、エンジンのノッキングの位置を特定することに用いることも可能である。

本発明のその他の特徴と利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として説明する以下の説明を読むことで明らかになるであろう。

図１は、室内に存在している流体の圧力を計測する装置を示している。

より正確には、例示のみを目的とした以下の説明に関連して、計測された圧力は、内燃エンジンの燃焼室内における燃料混合気の燃焼に起因する圧力である。

もちろん、流体の温度などの、流体のその他の任意のパラメータを、本発明の装置によって計測することも可能である。

図１を参照すると、計測装置は、燃焼室１６が、ピストン２０の上側の面１８と、エンジンブロック１４内に配置されているシリンダ２４の円筒状の壁２２と、ピストン２０と対向しているシリンダヘッド１２の凹部２６とによって形成されている内燃エンジンの、シリンダヘッド１２などの第１の部材と、エンジンブロック１４などの第２の部材との間に介在するシール１０を有している。

通常はシリンダヘッドガスケットと呼ばれているこのシールは、一般的に、シリンダヘッド１２およびエンジンブロック１４の各々の対向面２８，３０の間の漏れを主に防止するために使用されており、燃焼室１６と同じ直径方向の寸法を有し、かつ燃焼室１６に対応している円形の開口３１を主に有している。

シール１０は、シールの開口３１を形成している少なくとも１つの円形の開口を各々が有している、複数のシート、層、板、帯、またはフィルムを互いの上に積層した形態のシールである。シール１０は、上側の端のシート３２と、上側のシートから離して配置されている下側の端のシート３４とを有しており、これらのシートは、剛性を有し、かつ有利には鋼である金属で作られていていることが好ましく、シリンダヘッド１２の面２８およびエンジンブロック１４の面３０の表面上を延びている。

燃焼室１６内の圧力を計測することが目的である、少なくとも１つの、有利には少なくとも４つである、感圧素子であることが好ましい検知素子３６が、これらの２枚のシートの間に収容されている。

そのため、各検知素子を受け入れるようになっているハウジング３８が、両端のシートの間に設けられている。このハウジングは、複数の中間のシートに設けられている、たとえば横向きのＵ字形の切り欠きのような開口面を有している切り欠き４０からなる。このハウジングは、その開口面が、燃焼室１６に向けて開口するように配置されている（図２を参照）。

中間のシートは、剛性を有し、かつ有利には鋼である金属で作られていることが好ましく、前述の端のシートと同じ延長長さを有し、横向きのＵ字形の切り欠き４０と、端のシート３２および３４と中央のシート４２との間に配置されている他の中間のシート、板、または層とを有している、中央の中間のシート４２を含んでいる。これらの他のシートの一部もＵ字形の切り欠きを有しており、他のシートと中央のシートのこの部分が積層されたときに、ハウジング３８が形成される。

これらの他の中間のシートのうち２枚は、検知素子を検知素子用の電源、分極、増幅、または調整用の回路（不図示）を有している外部の計測手段に接続できるように検知素子３６に対向していることが好ましい、電気回路４４および４６を支持しているフィルム４８，５４からなる。これらの一方のフィルム４８は上側のシート３２と中央のシート４２との間に位置しており、他方のフィルム５４はこの中央のシート４２と下側のシート３４との間に位置している。

これらの回路は、これらの電気回路のいずれかの側に配置されている絶縁板の形態の他の中間のシートによって、シート３２，３４および４２から電気的に絶縁されていることが有利である。

電気絶縁は、電気回路上に堆積したワニスや塗料の層のように、絶縁材を電気回路上に堆積させることによっても実現できる。この絶縁はまた、電気回路上に絶縁性表面層を形成する、陽極処理などの絶縁化表面処理によっても得ることができる。

図１からわかるように、中央のシート４２と同じ延長長さと、この中央のシートと同じ切り欠きとを有している絶縁板５０が、フィルム４８に支持されている電気回路４４と中央のシート４２との間に配置されている。同様に、板５０と同一の絶縁板５２が、中央のシート４２と、フィルム５４に支持されている電気回路４６との間に配置されている。これらのシート、板、およびフィルムは、有利には絶縁性の接着剤の層である、好ましくは接着剤の層５６によって、互いに接合されて固定される。

したがって、これらのシートと板を積層することによりハウジング３８が形成され、ハウジング３８は、中央のシート４２と板５０および５２に設けられているＵ字型の切り欠き４０からなり、かつ燃焼室に向けて開口している垂直面５７を有している。したがって、このハウジングは、端のシート３２，３４と中間のシート４８，５４とで形成される２つの水平壁と、中央のシート４２と絶縁シート５０，５２のＵ字形の切り欠きによって形成される３つの垂直壁とを有している。

電気回路は、プリント回路の形態で設けられており、図２に示しているように、シルクスクリーン印刷によるフィルム接続技術によって作製することができる。

この図を参照すると、フィルム５４上に設けられている各回路４６は、検知素子３６と一致し、検知素子３６に対向してハウジング３８内に配置されている接続ピン５８と、シリンダヘッドの縁に配置され、外部の計測手段が接続される接続プラグ５９と、ピンをプラグに接続する導体６０とを有している。

もちろん、フィルム４８上に設けられている各回路４４は、フィルム５４の回路と同一に設計され、かつ同じ技術によって作製されており、そのため、ピン６２、接続プラグ、および導体６３を有している。

薄い検知素子である検知素子３６は、１バールの数１０分の１の感度を有しており、エンジンの燃焼室内の最大圧力と最高温度に対する耐久性を有し、かつ燃焼により生成されるガスによる腐蝕などの化学的腐食に対する耐久性を有している。

この検知素子は、圧電式またはピエゾ抵抗式の検知素子であることが有利である。

図１を参照すると、検知素子３６は、シリンダ２４の表面に対してわずかに後退している一方で、いずれの垂直面も、端のシートの平面に関して、ハウジング３８のいずれの垂直面によっても支持されることがないように、ハウジング３８内に配置されている。

この検知素子は、自身の対向している２つの水平面の付近で、任意の手段によってピン５８，６２に電気的に接続されていることが好ましい。

この電気的な接続は、図１に示しているような導電性の接着剤６４等を用いた接着によって、または、図３に示しているような、検知素子の（１つまたは２つの）面と（１つまたは２つの）ピンとの間に、少なくとも１つの円筒状の導電性部材６６を介在させることによって、実現することができる。

検知素子が設置され、接続が完了すると、検知素子は、物質６７によってハウジング３８全体が充填されるようにして覆われる。本実施形態により、燃焼室に対して検知素子を密封すること、この検知素子を燃焼による化学的または熱的な腐食から保護すること、および特に高周波の圧力波を良好に伝達すること、が可能になる。この物質は、このハウジングの開口面５７上で、シリンダ２４の表面と同一面を成している。

使用される被覆物質は、高温に耐える樹脂であることが好ましい。

したがって、燃焼室内の圧力は、この検知素子の水平面、導電性の接着剤、および／または導電性の円筒状の部材を介して電気回路４４および４６によって外部の計測手段に伝達される電圧または電圧変化を発生させることにより変形する検知素子の面に、再び伝達される。

したがって、検知素子は、検知素子の付近で、燃焼室内の圧力または圧力の変動幅のリアルタイム計測が可能になる。

さらに、得られるシールには、０．５から１．５ｍｍまでの範囲の、有利には０．８から１ｍｍまでの間である、１ｍｍであることが好ましい厚さの、非常に薄いシールであるという利点がある。

有利なことに、図４を参照すると、開口３１の周囲縁と、したがってハウジング３８の開口面５７とは、燃焼室内の高温から検知素子３６と電気的な接続とを保護し、また燃焼ガスに対してシートの積層を封止する保護部材６８によって覆うことが可能である。

防火帯と呼ばれるこの保護部材は、Ｕ字状の断面を有する輪であり、Ｕ字の基部は開口３１の周囲縁全体に支持されている一方で、各ハウジングの開口面５７を覆い、Ｕ字の柄は上側のシート３２と下側のシート３４によってそれぞれ支持されている。

この防火帯は、銅を含有した金属、または、形成が容易で、検知素子への圧力波の伝達が妨げないように剛性が低い、任意のその他の金属で作られることが有利である。

本発明の変形例を示しており、そのため図１と同じ参照番号を有している図５を参照すると、検知素子３６は、この素子の後部の垂直面が絶縁板７０によって中央のシート４２の縁に支持されるように、ハウジング３８内に配置されている。その後部の面は、燃焼室に面している面に対向している、検知素子の面と考えることができる。

この場合、検知素子３６の水平面とピン５８，６２との間の電気的な接続は、図１に関連して述べたように導電性の接着剤６４によって、または、図３に示したような少なくとも１つの導電性の円筒状の部材によって行われる。

図６は、検知素子３６をハウジング３８内へ取り付ける他の変形例を示している。

この変形例では、ピン５８，６２に接続されている検知素子３６の面は、ハウジング３８の開口面５７の延長部を形成している２つの対向した垂直面である。

電気的な接続を行うために、常に互いに対向しているピン５８および６２は、導体６０，６３に対して垂直であり、導電性の接着剤６４によって検知素子の両方の垂直面に接続されている。

この図の例では、電気回路４４を支持しているフィルム４８の形態の中間のシートは、図１に関連して説明した中間のシートと同じ位置に位置しており、かつ、開口面５７の近くに、検知素子３６に面し、接続ピン６２を支持している垂直部分を有している。この場合、絶縁板５０は、中間のシート４８によって支持されている回路４４と中央のシート４２との間に配置されており、中央のシート４２と同じ延長長さを備え、かつこの中央のシートと同一の切り欠きを有している。

電気回路４６を支持している中間のシート５４も、中央の中間のシート４２と下側の端のシートとの間に配置されており、かつ、フィルム４８の垂直部分から離れた位置の、中間のシート４２の縁の近くに、検知素子３６に面し、接続ピン５８を支持している垂直部分を有している。絶縁板５２は、このシールの構成内において、中間のシート５４に支持されている回路４６と下側の端のシート３４との間に位置している。

もちろん、前述したように、シート、板、およびフィルムは、好ましくは接着剤の層５６によって、互いに接合されて固定されている。

本発明は、室内に存在している気体または液体の形態の流体の温度の計測などの多くの分野に適用できることがわかっている。

圧力計測の場合、本発明は、図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）や最大シリンダ圧力の評価などの正常な燃焼の特徴付けおよび制御、または異常燃焼の特徴付けおよび制御に主として適用可能である。

２０００年１０月３１日に出願された特許出願第００／１４，０８８号明細書に記載されているように、特定の用途としては、エンジンのノッキングやその位置の検出および解析がある。

本発明は、前述した例に限定されず、あらゆる均等の変形例を含んでいる。

特に、検知素子は、半導体素子を備えた検知素子などの別のタイプとすることができる。

本発明の計測装置の、部分的な断面内の大縮尺の概略図である。 図１の２ａ−２ａ線に沿った局部断面を含む、図１の２−２線に沿った部分断面内の概略図である。 図１の変形例の図である。 図１の他の変形例の図である。 本発明の他の変形例の図である。 本発明のさらに他の変形例の図である。

Claims (23)

1. 室を形成している２つの部材（１２，１４）の間に介在しているシール（１０）によって支持されているハウジング（３８）内に位置している検知素子（３６）を有している、室（１６）内に存在している流体の少なくとも圧力を計測する装置において、
   前記ハウジング（３８）は前記室（１６）の方向に開口しており、前記検知素子（３６）は前記ハウジングを充填している物質（６７）によって覆われていることを特徴とする、室内に存在している流体の少なくとも圧力を計測する装置。
2. 前記シール（１０）は、複数の中間のシート（４２，４８，５０，５２，５４）が間に配置されている、積層された２枚の端のシート（３２，３４）を有しており、前記ハウジング（３８）は、前記２枚の端のシートと少なくとも１枚の中間のシートとによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
3. 少なくとも１枚の中間のシートは、前記室（１６）の方向に開口している切り欠き（４０）を有していることを特徴とする、請求項２に記載の計測装置。
4. 少なくとも１枚の中間のシート（４８，５４）は、前記検知素子（３６）と計測手段との間に電気的な接続手段（５８，５９，６０）を有していることを特徴とする、請求項２または３に記載の計測装置。
5. 前記電気的な接続手段（５８，５９，６０）は、前記検知素子（３６）と前記計測手段との間に少なくとも１つの導電体（６０，６３）を有しているプリント回路が形成されている、フィルム（４８，５４）の形態の中間のシートによって支持されていることを特徴とする、請求項４に記載の計測装置。
6. 前記複数のシートは、板、層、または絶縁性の堆積物（５０，５２）の形態の少なくとも１枚のシートによって、互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の計測手段。
7. 前記検知素子（３６）の対向している２つの垂直面は、前記電気的な接続手段に接続されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の計測装置。
8. 前記検知素子（３６）の対向している２つの水平面は、前記電気的な接続手段に接続されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の計測装置。
9. 前記検知素子（３６）は、導電性の接着剤（６４）によって前記電気的な接続手段に接続されていることを特徴とする、請求項４から８のいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記検知素子（３６）は、少なくとも１つの導電性の部材（６６）によって前記電気的な接続手段に接続されていることを特徴とする、請求項４から９のいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記複数のシートは接着によって互いに接合されていることを特徴とする、請求項２から６のいずれか１項に記載の計測装置。
12. 接着は接着剤の層（５６）を介在させることによって行われていることを特徴とする、請求項１１に記載の計測装置。
13. 少なくとも端のシート（３２，３４）は金属で作られていることを特徴とする、請求項２に記載の計測装置。
14. 前記複数の中間のシートのうちの少なくとも中央のシート（４２）は金属で作られていることを特徴とする、請求項２から６のいずれか１項に記載の計測装置。
15. ハウジング（３８）を充填している前記物質（６７）は、高温に耐える樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
16. 前記室の方向の前記ハウジングの面（５７）が保護部材（６８）によって覆われていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の計測装置。
17. 前記保護部材（６８）は前記面を覆っている壁（５７）を有しており、該壁の端部が前記シールの前記端のシート（３２，３４）の上に折り返されていることを特徴とする、請求項１６に記載の計測装置。
18. 前記検知素子（３６）は圧電式またはピエゾ抵抗式のものであることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
19. 前記シール（１０）は、内燃エンジンのシリンダヘッド（１２）とエンジンブロック（１４）との間に配置されるシリンダヘッドガスケットであることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか１項に記載の計測装置。
20. 前記シールは温度を検知する素子を有していることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
21. 請求項１から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの計測装置を、内燃エンジンの燃焼室内で、エンジンのノッキングの計測、検出、および解析に用いる方法。
22. 請求項１から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの計測装置を、内燃エンジンの少なくとも１つの燃焼室内で、燃焼の特徴付けに用いる方法。
23. 請求項１から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの計測装置を、内燃エンジンの燃焼室内で、エンジンのノッキングの位置を特定することに用いる方法。
    
    
    

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