JP2007507681A - 弾性的に支承されたグローチューブを備えたシース形グロープラグ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用のシース形グロープラグ（１）であって、主としてプラグハウジング（２）と、該プラグハウジング（２）に電気的に接続されたグローチューブ（３）と、一体的に組み込まれた圧力センサとから成っている形式のものに関する。
このような形式のシース形グロープラグにおいて本発明の構成では、シース形グロープラグ（１）が、少なくとも１つの弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）を有していて、該弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）がプラグハウジング（２）の内面（１０）とグローチューブ（３）との間に位置しており、さらに弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が、プラグハウジング（２）の内面（１０）の一部への電気的なコンタクトと、チューブ表面（７）の一部への電気的なコンタクトとを形成しており、さらにまた弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が、グローチューブ（３）への力作用時に変形可能であり、グローチューブ（３）とプラグハウジング（２）との間における相対運動を可能にするようになっている。

Description

本発明は、内燃機関用のシース形グロープラグであって、主としてプラグハウジングと、該プラグハウジングに電気的に接続されたグローチューブと、一体的に組み込まれた圧力センサとから成っている形式のものに関する。

従来の技術
ディーゼル機関は、低温時における良好な始動特性及び暖機運転特性のために、混合気、給気又は燃焼室を予加熱する熱源を必要とする。乗用車用のエンジンのためには通常、シース形グロープラグの使用が提案されている。このシース形グロープラグはプラグハウジングと、このプラグハウジングから突出しているグローチューブとから成っており、このグローチューブはその取り付けられた状態において内燃機関の燃焼室内に進入している。通常、シース形グロープラグのグローチューブは４ｍｍほど内燃機関の燃焼室に進入していて、ディーゼル燃料と空気との混合物を加熱する。得られる加熱温度及びシース形グロープラグの始動後の加熱時間（Nachgluehzeit）は、始動後におけるアイドリング特性及び内燃機関の排ガス特性並びに燃費に対して大きな影響を与える。

燃料をさらに節約しかつ有害物質の放出を低下させるという所定の目的を達成するために、燃焼経過に関する情報を直接的にエンジンの燃焼室から供給することができる安価なセンサを開発することに益々関心が高まっている。燃焼経過に関する情報に基づいて例えば噴射量調整を行うことができる。燃焼室の内部における圧力の追跡は、単に局部的な情報を供給するイオン電流測定（Ionenstrommessung）に比べて著しく有利である。それというのは圧力測定値もしくはその変化は大まかに、ゆえに簡単に検出することができるからである。

１つの圧力センサがシース形グロープラグに接してもしくは該プラグ内に配置されているというセンサインテグレーションの構想には、次のような利点、すなわち付加的な穿孔を内燃機関に設ける必要がないという利点がある。このような利点は、今日の内燃機関では燃焼室が付加的なセンサを取り付けるために極めて制限されていることに基づいて、益々大きな意味を持つようになっている。

従来技術に基づいて公知の解決策では、シース形グロープラグのシリンダにおける螺合部とハウジングとの間に圧電素子を設けることが提案されている（例えばヨーロッパ特許公開第１０９６１４１号明細書）。さらに国際公開第９７０９５６７号パンフレットに開示された構成では、シース形グロープラグに付加的な圧力センサが設けられていて、この付加的な圧力センサは、シース形グロープラグの本体におけるシリンダ圧受信部材と固定部材との間に配置されている。

従来技術によれば、良好なアース接続とシール作用とを保証するために、シース形グロープラグにおいてグローチューブはプラグハウジングと堅固にプレス嵌めされている。

シース形グロープラグの内部に設けられたセンサは、高圧負荷時に、グローチューブの最小の長さ変化（μｍの範囲）を検出しなくてはならず、そのためにはピエゾセンサが問題になる。

発明の課題
ゆえに本発明の課題は、圧力センサを一体的に組み込まれたシース形グロープラグを改良して、十分なＳＮ比を有する明瞭な測定が可能になるようにすることである。

課題を解決するための手段
この課題を解決するために本発明の構成では、少なくとも１つの弾性エレメントが設けられていて、該弾性エレメントがプラグハウジングの内面とグローチューブとの間に位置しており、さらに弾性エレメントが、プラグハウジングの内面の一部への電気的なコンタクトと、チューブ表面の一部への電気的なコンタクトとを形成しており、さらにまた弾性エレメントが、グローチューブへの力作用時に変形可能であり、グローチューブとプラグハウジングとの間における相対運動を可能にするようになっている。

発明の利点
本発明の大きな利点のうちの１つは、グローチューブがプラグハウジングに対して巨視的な運動を実施できることにある。導電性の弾性エレメントの変形は同時に、この弾性エレメントがいつでもグローチューブ及びハウジングと接続もしくは結合されていることを保証しており、これによって電気的な接続が常に保証されている。

例えばグローチューブが進入している燃焼室における圧力上昇によって、グローチューブに対して力が作用すると、グローチューブはプラグハウジングに対して運動することができる。この運動は、シース形グロープラグが圧力作用時にその材料特性に基づいて被る長さ変化よりも著しく大きい。

このような運動可能性によってグローチューブは、燃焼室における圧力変化によって該グローチューブに加えられた力を、シース形グロープラグに組み込まれた又はシース形グロープラグに後置された圧力センサへと伝達することができる。

プラグハウジングとグローチューブとの間における大きな相対運動によって、容易に検出可能な測定信号が得られ、最適化されたＳＮ比が得られ、さらに、微視的な値の測定に制限されていないことに基づいて、多種多様の測定技術を使用することが可能になる。

弾性エレメントが可能な限りヒステリシスのない弾性を有していると有利である。このようになっていると、グローチューブの相対運動は、力の方向に依存することなく、プラグハウジングに対するグローチューブのシフトから、燃焼室における圧力が上昇するのか又は低下するのかとは無関係に、直接的に力を読み取ることが可能になる。

良好な導電性を有していて、弾性変形可能であり、しかも弾性変形の最小のヒステリシスを示す材料としては、例えば銅合金が挙げられる。このような材料はさらにシール部材として適しているのみならず、耐食性にも優れている。

グローチューブ自体が配属される測定系のキャリブレーションもしくは調整は、グローチューブがその出発ポジションを再び占めることを必要とする。弾性エレメントは従ってその固定のハウジングに対して規定されたポジションを占めることが望ましい。

弾性エレメントのポジションの調整が、プラグハウジングの内部における支持部もしくは接触部を介して行われると、有利である。

支持面もしくは接触面は、燃焼室側に向いていることができる。組立て時に、有利にはリング形状を有している弾性エレメントは、燃焼室に向いた側からグローチューブを取り囲んでハウジング内に押し込まれ、そしてハウジングの縁曲げによってハウジングからの弾性エレメントの滑り落ちを阻止することができる。

択一的な構成では、支持面もしくは接触面は、シース形グロープラグの接続側を向いている。このような場合には組立て時に、弾性エレメントは接続側からグローチューブを取り囲んでハウジング内に押し込まれることができる。この場合有利には接続側において、弾性エレメントのポジションの調整が、プラグハウジングの内部に設けられたプレスリングを介して行われる。

本発明の択一的な別の構成では、弾性エレメントのポジションの調整が、プラグハウジングに設けられた溶接ポイントを介して行われる。このような固定形式は、溶接可能な弾性エレメントのために適している。

弾性エレメントの位置決めは、上に述べた各固定形式の組合せによっても実施することができる。

本発明の別の有利な構成では、グローチューブが、半径方向に張り出した少なくとも１つのカラーを有しており、該カラーの両側に、弾性エレメントが設けられている。このようなカラーはハウジングと接触していて、導電を改善することができる。

カラーは力を変向させる。弾性エレメントとグローチューブの外面との間における純然たる面接触時には、弾性エレメントに対して剪断力が加えられるのに対して、カラーから弾性エレメントに伝達される力は、軸方向において行われる。さらに、カラーの両側に弾性エレメントが設けられていると、グローチューブに対する軸方向力の作用時に、一方の弾性エレメントは圧縮され、他方の弾性エレメントは伸ばされる。圧縮と伸長とのヒステリシスに基づく偏差は、このようにして調整もしくは平均化することができる。

本発明の別の有利な構成では、弾性エレメントが緊張ばねエレメントの形で形成されている。緊張ばねエレメントによって、弾性をさらに高めることができる。それというのは、弾性モジュールは材料特性に基づくのみならず、構成ジオメトリに基づいても生ぜしめられるからである。

ばねジオメトリの選択、ひいてはばね強さの選択によって、圧力センサに最適に適合することができる弾性を得ることが可能である。

圧力センサは弾性エレメントの直ぐ近くに設けられていても、又は他の箇所においてグローチューブの運動を検出するようになっていてもよい。

さらに、センサが弾性エレメント内に組み込まれていても良く、このようになっていると、弾性エレメントのひずみを燃焼室における圧力のための基準として検出することができる。

本発明の別の構成では、グローチューブがプラグハウジングに対して予負荷されていて、無圧状態において弾性エレメントの弾性変形が生じるようになっている。この弾性変形は、圧力作用時ひいては力作用時に解消される。

本発明の別の有利な構成は、以下の記載及び請求項に開示されている。

図面
図１は、本発明によるシース形グロープラグの第１実施例を示す断面図であり、
図２は、図１に示されたシース形グロープラグの一部を拡大して示す図であり、
図３は、本発明によるシース形グロープラグの第２実施例を示す断面図であり、
図４は、本発明によるシース形グロープラグの第３実施例を示す断面図であり、
図５は、本発明によるシース形グロープラグの第４実施例を示す断面図である。

実施例の記載
本発明の、図１〜図５に示されたセラミック製のシース形グロープラグ１に関する。このシース形グロープラグ１はプラグハウジング２とセラミック製のグローチューブ３とから成っている。

プラグハウジング２とグローチューブ３との間には、導電性の弾性エレメント４が設けられており、この弾性エレメント４はリングエレメントの形で形成されている。弾性エレメント４はその内面５で、グローチューブの表面７の一部との面コンタクト６を形成しており、外面８でプラグハウジング２の内面１０の一部との別の面コンタクト９を形成している。両面コンタクト６,９は、プラグハウジング２とグローチューブ３との間における電気的な接続を保証している。

弾性エレメント４の変形可能性によって、例えば図示されていない燃焼室内における圧力上昇によって、シース形グロープラグ１に対して力が作用した場合に、グローチューブ３はプラグハウジング２に対して相対運動を実施することができる。運動の量は、同様に図示されていないセンサによって検出することができ、燃焼室内における圧力のための尺度として働く。

弾性エレメント４は接続側において、プラグハウジング２に設けられた支持面もしくは接触面１１を用いてそのポジションを保たれる。燃焼室側においては縁曲げ部（Vercrimpung）１２によって、プラグハウジング２からの弾性エレメント４の脱落もしくは滑り出しが阻止される。組立て時に弾性エレメント４はグローチューブ３に被せられ、燃焼室側１３から接続側１４に向かって支持面１１に押し付けられ、次いで縁曲げ部１２を用いて固定される。

図２には、断面図で示された図１の一部が詳細に示されている。この図２には、弾性エレメント４の外側８とプラグハウジング２の内面１０の一部との間における面コンタクト９と、弾性エレメント４の内面７とグローチューブ３の外面５の一部との間における面コンタクト６とが示されている。燃焼室における外側の圧力作用がない場合には、対応するコンタクトポイント１５,１５′は互い向かい合って位置している。しかしながら圧力が上昇すると、ひいては接続方向１６においてグローチューブ３に対して力が作用すると、弾性エレメントにずれもしくはひずみ（Scherung）が生じ、対応するコンタクトポイント１５,１５′が相対的にずれる。この際に面コンタクト６,９は影響を受けず、その結果グローチューブ３とプラグハウジング２との間においては低抵抗の接続部が保証される。

外部の圧力が低下し、もはや力が作用しなくなると、グローチューブ３は再び燃焼室の方向１７に運動し、対応するコンタクトポイント１５,１５′は再び互いに向かい合って位置するようになる（図示せず）。

図３には、プラグハウジング２とグローチューブ３と弾性エレメント４とを備えた本発明によるシース形グロープラグ１の第２実施例が部分的な断面図で示されている。

この実施例では弾性エレメント４は燃焼室側において支持面もしくは接触面１１１によって所定のポジションに保持され、接続側には固定のためにプレスリング１１８が設けられている。

組立て時に弾性エレメント４は接続側１４から燃焼室側１３に向かって、接触面１１１に押し付けられ、そしてプレスリング１１８を用いて固定される。

図４には、プラグハウジング２とグローチューブ２０３と弾性エレメント２０４,２０４′とを備えた本発明によるシース形グロープラグ１の第３実施例が部分的な断面図で示されている。

この実施例ではグローチューブ２０３は半径方向外側に張り出したカラー２１９を有している。グローチューブ２０３はこのカラー２１９自体を介してプラグハウジング２と接触している。

図示の実施例は２つの弾性エレメント２０４,２０４′を有している。一方の弾性エレメント２０４は燃焼室側１３において、プラグハウジング２に設けられた接触面２１１に接触しており、接続側においてはグローチューブ２０３のカラー２１９と接触している。他方の弾性エレメント２０４′は燃焼室側においてグローチューブ２０３のカラー２１９に接触し、接続側においてプレスリング２１８によって固定される。

グローチューブ２０３が外的な力に基づいて接続方向１６に運動すると、一方の弾性エレメント２０４′は圧縮され、他方の弾性エレメント２０４は伸長する。弾性材料の圧縮と伸長との間における定量的な差異は、このようにして調整される。

図５には、プラグハウジング２とグローチューブ３と弾性エレメント３０４とを備えた本発明によるシース形グロープラグ１の別の実施例が部分的な断面図で示されている。

この実施例では、弾性エレメント３０４はテンションスプリングもしくは緊張ばねの形で設けられている。この弾性エレメント３０４は接続側において、プラグハウジング２に設けられた支持面もしくは接触面１１に接触しており、燃焼室側において緊張ばねは溶接３２０によって固定されている。

緊張ばねとグローチューブ３とプラグハウジング２との間における接触は、面接触を介して行われるのではなく、幾つかのコンタクトポイント３２１において行われる。そして緊張ばねは次のように、すなわち、ばね作用が半径方向３２２においても作用し、ひいては緊張ばねとグローチューブ３との間及び緊張ばねとプラグハウジング２との間において摩擦力結合部（Reibschluss）が形成されるように、設計される。

本発明によるシース形グロープラグの第１実施例を示す断面図である。 図１に示されたシース形グロープラグの一部を拡大して示す図である。 本発明によるシース形グロープラグの第２実施例を示す断面図である。 本発明によるシース形グロープラグの第３実施例を示す断面図である。 本発明によるシース形グロープラグの第４実施例を示す断面図である。

Claims (7)

1. 内燃機関用のシース形グロープラグであって、主としてプラグハウジングと、該プラグハウジングに電気的に接続されたグローチューブと、一体的に組み込まれた圧力センサとから成っている形式のものにおいて、少なくとも１つの弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が設けられていて、該弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）がプラグハウジング（２）の内面（１０）とグローチューブ（３）との間に位置しており、さらに弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が、プラグハウジング（２）の内面（１０）の一部への電気的なコンタクトと、チューブ表面（７）の一部への電気的なコンタクトとを形成しており、さらにまた弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が、グローチューブ（３）への力作用時に変形可能であり、グローチューブ（３）とプラグハウジング（２）との間における相対運動を可能にすることを特徴とする、内燃機関用のシース形グロープラグ。
2. 弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）のポジションの調整が、プラグハウジング（２）の内部における支持部もしくは接触部（１１；１１１；２１１）を介して行われる、請求項１記載のシース形グロープラグ。
3. 弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）のポジションの調整が、プラグハウジング（２）の内部に設けられたプレスリング（１１８；２１８）を介して行われる、請求項１又は２記載のシース形グロープラグ。
4. 弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）のポジションの調整が、プラグハウジング（２）に設けられた溶接ポイント（３２０）を介して行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
5. グローチューブ（３）が、半径方向に張り出した少なくとも１つのカラー（２１９）を有しており、該カラー（２１９）の両側に、弾性エレメント（２０４,２０４′）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
6. 少なくとも１つの弾性エレメント（４；２０４,２０４′；３０４）が緊張ばねエレメント（３０４）の形で形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
7. 圧力センサが、グローチューブ（３）の後ろ又はそばに配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。

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