JP2006510888A - エンジンの燃焼室内の圧力を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジンの燃焼室内の圧力を検出するための装置に関し、この装置は、シリンダヘッド（５）のオリフィス（３）に取り付けられた機能的部材と、シリンダヘッドに対して固定された当付け面（１７）を介して、機能的部材に結合された１つの部分（１ｂ）に対して軸方向で押圧された圧力センサ（１９）とを有しており、これにより、センサは燃焼圧力の変化に基づく機能的部材の変位を検出することが得きる。機能的部材とシリンダヘッド（５）との間の機械的結合は、前記シリンダヘッドに定置に結合された付加的な手段（１５，１７）を介して提供され、前記付加的な手段の少なくとも一部が、センサ（１９）に圧力を加え、シリンダヘッド（５）に取り付けられた機能的部材が作動中に燃焼室内の圧力に曝されるように準備がなされている場合に、シリンダヘッドに対して定位置に前記当付け面を規定する。

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための装置に関する。

ほとんどの通常の測定方法は、燃焼室内に専用のセンサを配置することである。したがって、シリンダヘッドに既に形成されたものに加えて穿孔及びねじ切りが提供されなければならない。付加的なコストを生ぜしめ、シリンダヘッドにおいて利用可能な空間を欠如させるとすればこのことは満足できない。なぜならば、現在のエンジンは、多くの大型の弁をますます組み込んでいるからである。したがって、このような据付形式に代わるものが必要とされている。

欧州特許出願公開第１０９６１４１号明細書は既に、
−エンジンの運転において使用される機能的部材が設けられており、この機能的部材が、オリフィスの内側においてシリンダヘッドの壁部を貫通しており、オリフィスが軸線を有しておりかつ前記壁部に形成されており、機能的部材がこのオリフィスを介してエンジンの燃焼室と連通しており、かつシリンダヘッドに機械的に連結されるようになっており、この機能的な部材の一部が、燃焼室内の圧力の作用によって、シリンダヘッドに固定された機能的部材の残りの部分に対して軸方向に移動することができるようになっており、
−この燃焼室内の燃焼圧力を検出するセンサが設けられており、このセンサが、燃焼室内の圧力から独立して、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された当付け面を介して、機能的部材に連結された部分に対して、軸方向に押圧されており、これにより、センサが、燃焼室内の燃焼圧力の変化に基づき機能的部材の前記一部の変位を検出するようになっている装置を開示している。

しかしながら、このように燃焼室内の圧力を測定することは、意図した目的のために特に設計された機能的部材（欧州特許出願公開第１０９６１４１号明細書の場合にはグロープラグ）の存在を必然的に伴う。したがって、この機能的部材は、燃焼圧力の作用によって、シリンダヘッドにおけるオリフィスに螺入された外部ボディに対して軸方向に移動することができる内部コアを有しており、センサが、コアとボディとの２つの局所的領域の間に挿入されており、これにより、関連するボディの面が、上に導入された「当付け面」を規定している。

このような設計は、例えば、シリンダヘッド製造者が、グロープラグが取り付けられるオリフィスの部位においてシリンダヘッドにねじ山を形成すること及び、圧力読取りを行うための定置の基準面としてセンサのボディを使用することを義務づけるような取付け特性をも生じる。

発明の目的は、
−検出装置をシリンダヘッドに取り付けるためにシリンダヘッドを穿孔する必要がないようにし、
−シリンダヘッドへの機能的部材の取付けのより実用的な条件を提供し、
−少なくともある実施形態において、検出装置のコストを制限し、
−この装置の設計を合理化することである。

これに関して、本発明の重要な特性は、
−機能的部材とシリンダヘッドとの間の機械的な連結が、このシリンダヘッドに定置に連結された付加的な手段によって達成され、
−この付加的な手段の少なくとも一部が、センサに圧力を加え、ひいては、シリンダヘッドに取り付けられた機能的部材が作動状態において燃焼室内の圧力に曝される用意がなされている場合に、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された前記当付け面を規定する
ことを予想する。

付加的な問題は、前記変位センサの使用を推進するために、必ずしも機能的部材をシリンダヘッドに直接に固定することなしに機能的部材をシリンダヘッドに連結する形式に関する。この連結する形式は、スパークプラグ又はインジェクタ等の、可動部品を有さない「モノブロック」機能的部材を使用することを含む。

そのために、
−シリンダヘッドにおけるオリフィスの壁部にすぐ近くで対面する、機能的部材の外周の部分が、このオリフィスの内側に自由に取り付けられており、このオリフィスの壁部に係合する取付け手段を有しておらず、
−付加的な手段が、シリンダヘッドに定置に連結されたカラーと、カラーのねじ山に螺合させられたナットとを含み、ナットが、センサと、機能的部材の肩部とを、ナットとカラーの肩部との間において軸方向に押圧しており、
−及び／又は付加的な手段が、構造的にシリンダヘッドから独立したカラーを含んでおり、カラーが、カラーをこのシリンダヘッドに取り付けるために、オリフィスに進入するようになっていて、かつ、シリンダヘッドにおけるオリフィスの壁部に形成された第２の取付け手段と係合するのに適した機械的取付けのための第１の取付け手段を含む第１の領域と、オリフィスから僅かな距離を置かれていて、かつ機能的部材とカラーとの間の機械的連結のための第３の取付け手段を有する第２の取付け領域とを有しており、
−付加的な手段が、押圧及び取付け部材をも含み、この押圧及び取付け部材が、燃焼圧力から独立してセンサに軸方向圧力を加えるために、及び機能的部材をカラーに機械的に連結するために、第３の取付け手段と係合するように設計された第４の取付け手段を含んでおり、シリンダヘッドにおけるオリフィスの壁部にすぐ近くで対面するようになった、この機能的部材の外周の部分が、このオリフィスの内側において自由に取り付けられており、このオリフィスの壁部と係合する取付け手段を有していない
ことが望ましい。

同時にセンサを保護しかつ機能的部材の有効な保持とオリフィスの軸線に沿ったセンサの確実な加圧とを保証しながら、機能的部材及びセンサをより容易に取り付けるために、
−機能的部材の外周が局所的に、この機能的部材に連結された前記部分を規定する肩部を有しており、この肩部に、センサが当付け面によって押圧されており、
−及び／又はカラーが中空の円筒状の部材を含み、この部材が、オリフィスの内側に配置される、第１の直径を有する第１の部分と、軸方向で見て燃焼室とは反対側の端部における、オリフィスの外側に配置される、第２の直径を有する第２の部分とを有しており、この第２の直径が第１の直径よりも大きく、これにより第２の部分が、機能的部材の肩部と、機能的部材の外面を局所的に取り囲んだ環状であるセンサとを収容するように設計された内部容積を有している
ことが望ましい。

別の場合、前記目的を達成するために、
−付加的な手段が、オリフィスの外側においてシリンダヘッドに固定されたカラーを含み、このカラーが局所的に、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された前記当付け面を規定しており、
−シリンダヘッドにおけるオリフィスの壁にすぐ近くで対面するようになった、機能的部材の外周の部分が、このオリフィスの内側において自由に取り付けられており、このオリフィスの壁部と係合する取付け手段を有しておらず、
−センサが、カラーの前記当付け面と、機能的部材に定置に結合された肩部との間に挿入されており、これにより、燃焼室内の圧力の作用によるシリンダヘッドに対する機能的部材の変位が、センサに対する圧力を変化させる
ことが望まれる。

発明のより詳細な説明をここで図面を参照にして説明する。

図１は、圧力センサ若しくは変位変換器に作用するためにシリンダヘッドのオリフィスに軸方向に浮遊しながら取り付けられたスパークプラグを示している。

図２は、シリンダヘッドのオリフィスに僅かに異なって取り付けられた燃料インジェクタを示している。

図３は、シリンダヘッドに取り付けられたグロープラグを示している。

図４は、シリンダヘッドへの燃料インジェクタの取付けを示す拡大図である。

図１は、参照符号２において電力を供給され、燃焼室９を有する内燃機関ブロック７のシリンダヘッド５におけるねじ山を有するオリフィス３にその基部のほうに向けて取り付けられたスパークプラグ１を示している。スパークプラグは、オリフィスと同軸的な軸線１１に沿って延びている。

スパークプラグ１の頭部１ａは、オリフィスを貫通しており、電極を備えた端部を有している。この端部は、燃焼室９に通じているので、燃焼室内の圧力に曝される。

燃焼室９内の圧力は圧電センサ１３によって記録される。

スパークプラグをシリンダヘッド５に対して取り付けかつセンサ１３を加圧するために、カラー１５及びナット１７が設けられている。

カラーは中空の円筒状の部材であり、オリフィス３のねじ山３ａに係合したねじ山を有する第１の部分１５ａと、軸方向で見て燃焼室とは反対側の端部に設けられた、オリフィスの外側に配置された、より大きな直径を有する第２の部分１５ｂとを有している。部分１５ａ及び１５ｂは肩部１５ｃによって結合されており、この肩部１５ｃはシリンダヘッド５に当て付けられている。

第２の部分１５ｂは、スパークプラグの肩部１ｂとセンサ１３とを収容するように設計された内部容積を規定しており、この内部容積は、環状であり、局所的にスパークプラグの外面を包囲している。

ナット（若しくはねじ山付きリング）１７は第２の部分１５ｂのねじ山１６に螺入されている。

変位変換器（若しくは圧力センサ）は、圧電材料（セラミック）から形成された感知素子１９を有しており、この感知素子１９は、２つの導電性コンタクトリング２１ａ，２１ｂの間に挿入されており、絶縁リング２３ａ，２３ｂによって肩部１ｂ及びナット１７から電気的に絶縁されている。

したがって、カラー１５がシリンダヘッド５に定置に取り付けられ（この例の場合オリフィス３に螺入され）、スパークプラグ１がカラーに取り付けられ、センサ１３がナット１７の圧力に曝されると、スパークプラグはシリンダヘッドに対して保持される。さらに、燃焼室９内の圧力変化によって生ぜしめられる（軸線１１に沿った）プラグ１のあらゆる変位は、センサ１３の圧電素子によって検出される。

エンジンの運転を改良することを目的としてこれらの圧力変化を検出するために、センサの導電性リングが、インジェクタ２７の動作を管理する電子コンピュータ２５に接続されている。

したがって、コンピュータは、導電性リング間の電圧差を測定し、そこから、燃焼室内に噴射されるべき燃料の量及び噴射時期を導き出す。

より具体的には、内部燃焼の間、燃焼室９内の圧力は増大し、スパークプラグ１はこの圧力に曝される。スパークプラグはオリフィス３内に螺合させられていないので、この圧力はスパークプラグを程度の差こそあれ軸線１１に沿って燃焼室９の外側に向かって移動させる傾向があり、これに対応して、肩部１ｂとナット１７との間のセンサ１３を圧縮する。圧電素子１９に加えられる圧力の変化は、コンタクトリング２１ａ，２１ｂのポテンシャルの差を生ぜしめる。この情報はコンピュータ２５によって処理され、コンピュータ２５は、特にメモリに記憶された動作モデルに関して噴射条件を決定し、このことは、作動履歴が何であろうと、エンジンの状態を考慮に入れることを可能にする。

図２は、オリフィス３のねじ山３ａに１５ａにおいて螺入されたカラー１５によって、自動車エンジンのシリンダヘッド５のオリフィス３に、軸線１１に沿って、自由に取り付けられた燃料インジェクタ１′を示している。カラー１５の拡開した後部と係合した、押圧及び取付け手段１７は変位変換器１３を加圧する。

図面を混乱させないように、燃焼室９とは反対側の端部における、後部における、インジェクタ１′への供給部は示されていない。

この形式において、インジェクタ１′の周囲半径方向肩部２５とカラー１５の肩部１５ｃとの間に変位変換器１３が挿入されている。

図１に示したように、装置の全てのエレメントがシリンダヘッドに取り付けられ、カラーの部分１５ａ，１５ｂの間に配置されていると、カラーの肩部１５ｃは取付軸線１１に対して半径方向である。

また、図１に示したように、オリフィス３の外側に配置されたカラーの部分１５ｂの、より大きな直径を有する内部容積は、肩部２５を有するインジェクタのボディの部分と、このボディを取り囲むように配置された環状のセンサとを収容するのに十分である。

この形式では、センサ１３は肩部１５と２５との間に挿入されており、これらの２つの部材は加圧及び取付け手段１７の軸方向圧力を受け、加圧及び取付け手段１７は、この場合にもカラーの外側部分１５ｂのねじ山１６と係合したナットから成っている。

図２に示された実施形態が働く形式は、図１に示されたものと同じである。

図３は、シリンダヘッド５のオリフィス３の内側に自由に取り付けられたグロープラグ１０を示している。

プラグ１０は、軸線１１の方向に延びた、ディーゼルエンジンのグロープラグであってよい。プラグは、外側のボディ２７と、ボディ内に延びた中央のコア２９と、ボディとコアとの間に配置された、概してエラストマ材料から形成されたシールから成る絶縁リング３１とを有している。

コアは、燃焼室９内へ延びたシース３５によって保護された電気抵抗素子３３と、シース３５と一体的でありかつ抵抗素子３３を電流供給部（図示せず）に接続したロッド２９とを有しており、この電流供給部に、抵抗素子の電流供給部が接続されている。

シリンダヘッド５の後側、すなわち燃焼室９とは反対側の端部において、スパークプラグ１０の外側ボディ２７は半径方向に突出した肩部４１を有している。

さらに、前の図面と同様に、カラー若しくはフランジ４３は、後方の押圧及び取付け手段４７によって提供される圧力及び保持力の下で、プラグ及びプラグの肩部４１と結合された変位変換器４５（環状であり、センサ１３と同じである）の取付け及び作動のためにシリンダヘッド５に定置に結合されている。押圧及び取付け手段４７は、この場合にも、燃焼室９とは反対側の端部において、オリフィス３の外側に配置されたカラー４３の部分の後部ねじ山５３に係合したナットから成っている。

しかしながら、欧州特許出願公開第１０９６１４１号明細書の内容とは異なり、センサ４５に加えられる圧力を変化させるためにここで使用されるのは、エンジンの運転中にコア２９とボディ２７との間に生じる僅かな軸方向変位ではなく、燃焼室内の圧力によるプラグ１０全体の変位（通常数ミクロンの変位）である。

したがって、２つの前の実施形態の場合のように、燃焼室内の圧力に従って、肩部４１の軸方向変位がセンサ４５に対する圧力を変化させ、逆の圧力がナット４７によって提供される。ナットは、位置に関して固定されており、カラー４３と係合させられている。カラー４３自体はシリンダヘッド５に対して固定されている。

もちろん、関連するセンサがセンサ１３と同じ環状の部材と共に形成されることができるならば、コンピュータ２５及びインジェクタ２７を備えた図１における構成が、図３又は図２において再生されてよい。

図４は、インジェクタ３０（“燃料噴射手段”とも呼ばれる）への発明の適用を示している。

噴射ノズル３０ａは燃焼室９へ開放しており、インジェクタは、シリンダヘッド５におけるオリフィス３の内側に、オリフィスに直接に固定されることなく取り付けられている、すなわち、図１、図２及び図３の形式のように、オリフィス３の壁部にすぐ近くで対面する機能的部材の外周の部分は、このオリフィスの内側において自由に取り付けられており、このオリフィスの壁部と係合する取付け手段を有していない。

図面を混乱させないために、燃焼室９とは反対側の端部における、後側における、インジェクタ３０への供給部は示されていない。

同じ側において、インジェクタは取付け軸線１１（この取付け軸線は、オリフィス３の軸線でもある）に対して半径方向の肩部７１を有している。

さらに同じ側において、軸線１１に対して垂直に延びたカラー７３は、ねじ７５及び７７によってシリンダヘッド５に固定されている。

インジェクタ３０の後側端部３２は、カラー７３にその目的のために形成された開口を貫通しており、この開口により、カラー７３と肩部７１との間に挿入された圧力センサ／変位変換器７９が軸方向に加圧されるのに対し、インジェクタ３０は、インジェクタ３０が肩部８３を有する部位において、スペーサ片８１によってオリフィス３の肩部３ａに対して軸方向に押圧される。

したがって、燃焼室９内の圧力Ｐの効果により、インジェクタ３０は矢印８５の方向に押し戻される傾向があり、このことが、センサ７９に付加的な圧力を加え、センサ７９はこの情報を、図１に関して既に示した形式で伝送し、必要であればコンピュータ２５が、インジェクタの動作を、センサによって伝送された応答に合わせて調整するために、逆にインジェクタ３０に作用することが可能である。

この場合にも、この例における圧力センサ／変位変換器７９は環状であり、インジェクタ３０のボディの一部を取り囲むように配置されている。

必要であれば、様々な形式で、センサは、採用された機能的部材の関連する部分を取り囲むように螺合させられてよい。

図１は、圧力センサ若しくは変位変換器に作用するためにシリンダヘッドのオリフィスに軸方向に浮遊しながら取り付けられたスパークプラグを示している。 シリンダヘッドのオリフィスに僅かに異なって取り付けられた燃料インジェクタを示している。 シリンダヘッドに取り付けられたグロープラグを示している。 シリンダヘッドへの燃料インジェクタの取付けを示す拡大図である。

符号の説明

１ スパークプラグ、 １ａ 頭部、 １ｂ 肩部、 ３ オリフィス、 ３ａ ねじ山、 ５ シリンダヘッド、 ７ 内燃機関ブロック、 ９ 燃焼室、 １１ 軸線、 １３ 圧電センサ、 １５ カラー、 １５ａ 第１の部分、 １５ｂ 第２の部分、 １５ｃ 肩部、 １６ ねじ山、 １７ ナット、 １９ 感知素子、 ２１ａ，２１ｂ コンタクトリング、 ２３ａ，２３ｂ 絶縁リング、 ２５ コンピュータ、 ２７ インジェクタ、 ２７ ボディ、 ２９ コア、 ３０ インジェクタ、 ３０ａ 噴射ノズル、 ３１ 絶縁リング、 ３３ 電気抵抗素子、 ３５ シース、 ４１ 肩部、 ４３ カラー、 ４５ 変位変換器、 ４７ 押圧及び取付け手段、 ５３ ねじ山、 ７１ 肩部、 ７３ カラー、 ７５，７７ ねじ、 ７９ 変位変換器、 ８１ スペーサ片、 ８３ 肩部

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための装置であって、
   エンジンの運転において使用される機能的部材（１，１０，３０）が設けられており、該機能的部材が、軸線（１１）を有しかつシリンダヘッド（５）の壁部に形成されたオリフィス（３３）の内側において前記壁部を貫通しており、前記機能的部材が、このオリフィスを介してエンジンの燃焼室（９）と連通しておりかつシリンダヘッドに機械的に結合されており、前記機能的部材が、燃焼室内の圧力の作用下でシリンダヘッドに対して軸方向に移動することができるようになっており、
   前記燃焼室内の燃焼圧力を検出するセンサ（１９，４５，７９）が設けられており、該センサが、燃焼室内の圧力から独立して、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された当付け面（１７，４７，７３）を介して、機能的部材に結合された部分（１ｂ、２５，４１）に対して軸方向に押圧されるようになっており、これにより、センサが、燃焼室内の圧力変化による機能的部材の変位を検出するようになっている形式のものにおいて、
   機能的部材（１，１０，３０）とシリンダヘッド（５）との間の機械的連結が、該シリンダヘッドに定置に結合された付加的な手段（１５，１７，４３，４７，７３）によって達成されており、
   シリンダヘッド（５）に取り付けられた機能的部材が、作動状態において、燃焼室内の圧力に曝される用意がなされた場合に、前記付加的な手段の少なくとも一部（１７，４７，７３）が、センサ（１９，４５，７９）に圧力を加え、これにより、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された前記当付け面を規定す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装置。
2. シリンダヘッド（５）におけるオリフィスの壁部にすぐ近くで対面する、機能的部材の外周の部分（１ａ）が、前記オリフィス（３）の内側に自由に取り付けられており、かつ前記オリフィスの壁部に係合する取付け手段を有しておらず、
   付加的な手段が、シリンダヘッドに定置に結合されたカラー（１５，４３）と、該カラーのねじ山に螺合させられたナット（１７，４７）とを含み、該ナットが、センサと、機能的部材の肩部（１ｂ、２５，４１）とを、ナットと、カラーの肩部（１５ｃ）との間において軸方向に押圧している、請求項１記載の装置。
3. 前記付加的な手段が、シリンダヘッドから構造的に独立したカラー（１５，４５）を含んでおり、
   −該カラーが、機械的な取付けのためにオリフィス（３）に挿入される第１の領域（１５ａ）を有しており、該第１の領域が、カラーをオリフィスにおいてシリンダヘッドに取り付けるために、シリンダヘッドにおけるオリフィス（３）の壁部に形成された第２の取付け手段（３ａ）と係合するのに適した第１の取付け手段を含んでおり、
   −前記カラーが、オリフィスから僅かな距離を置いて配置された、第２の取付け領域（１６）を有しており、該第２の取付け領域が、機能的部材（１，１０）とカラーとの間の機械的連結のための第３の取付け手段を有しており、
   前記付加的な手段が、押圧及び取付け部材（１７，４７）を含んでおり、該押圧及び取付け部材が、燃焼圧力から独立してセンサ（１３，４５）に軸方向に圧力を加えかつ機能的部材をカラーに機械的に連結するために、第３の取付け手段と係合するように構成された第４の取付け手段を含んでおり、
   シリンダヘッドにおけるオリフィス（３）の壁部にすぐ近くで対面するための、機能的部材の外周の部分（１ａ）が、オリフィスの内側に自由に取り付けられており、オリフィスの壁部と係合する取付け手段を有していない、請求項１記載の装置。
4. 機能的部材の外周が局所的に、該機能的部材に結合された前記部分を規定する肩部（１ｂ、２５，４１）を有しており、
   センサ（１３，４５）が、カラーの肩部（１５ｃ）と、前記押圧及び取付け部材（１７，４７）の間に挿入されている、請求項３記載の装置。
5. カラーが中空の円筒状の部材を含んでおり、該円筒状の部材が、オリフィスの内側に配置される、第１の直径を有する第１の部分（１５ａ）と、軸方向で見て燃焼室（９）とは反対側の端部において、オリフィスの外側に配置される、第２の直径を有する第２の部分（１５ｂ）とを有しており、前記第２の直径が第１の直径よりも大きく、これにより、第２の部分が、機能的部材（１，１０）の肩部とセンサ（１３，４５）とを収容するための内部容積を有しており、該内部容積が、機能的部材の外面を局所的に取り囲んだ環状である、請求項２から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 付加的な手段が、オリフィスの外側においてシリンダヘッドに固定されたカラー（７３）を含んでおり、該カラーが、シリンダヘッドに対して位置に関して固定された前記当付け面を局所的に規定しており、
   シリンダヘッドにおけるオリフィス（３）の壁部にすぐ近くで対面するようになっている、機能的部材（３０）の外周の部分が、前記オリフィスの内側において自由に取り付けられており、かつオリフィスの壁部と係合する取付け手段を有しておらず、
   センサ（７９）が、カラーの前記当付け面と、機能的部材に定置に結合された肩部（７１）との間に挿入されており、これにより、燃焼室内の圧力差の作用による、シリンダヘッドに対する機能的部材の変位が、センサに対する圧力を変化させるようになっている、請求項１記載の装置。

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