JP2007527541A - 内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関のシリンダー内圧力の検出のための装置を改善して、燃焼室圧力を正確にかつ再現可能に検出できるようにする。このために、グロープラグ（１１）の燃焼室圧力にさらされるグローピン（１７）は、グロープラグ（１１）のケーシング（１３）内に固定部材（２２）を用いて固定されている。固定部材（２２）から離間された固定要素（２９）を用いて、センサー（２６）はグロープラグ（１１）のケーシング（１３）内に固定されている。センサー（２６）は、固定部材（２２）の、センサー（２６）に向いている側の端部とケーシング（１３）への固定要素（２９）の固定箇所との間でケーシング（１３）の、燃焼室圧力に依存した縦方向の弾性的な伸長を検出する。該装置は有利には自動車に用いられる。

Description

本発明は内燃機関、殊にディーゼルエンジンの燃焼室圧力の検出のための装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第１９６８０９１２Ｃ２号明細書により公知のディーゼルエンジンの燃焼室圧力の検出のための装置は、グロープラグの発熱区分及び圧力センサーを備えている。発熱区分はディーゼルエンジンのシリンダーの内部に向けられていて、燃焼室圧力によって負荷されるようになっている。発熱区分はグロープラグのケーシングの内部で固定部材によって固定されている。固定部材と発熱区分との間に圧力センサーを配置してある。

前記装置においては、グローピンとして形成された発熱区分と圧力センサーとは、同一の固定部材を介してグロープラグのケーシングに支持されており、したがって圧力センサーは少なくともほぼ、グローピンに作用する力によって負荷される。この場合には欠点として、圧力センサーは幾つかのセンサー材料において圧力センサーの非線形特性の領域でも作動され、したがって、再現性のない測定信号を発信して、内燃機関の燃焼室圧力の検出を不正確なものにしている。

さらに、グローピンと直接に連結していてシリンダーの内部の近傍に位置する前記公知の圧力センサーは、ディーゼルエンジンの運転時に著しく高い熱負荷を受けることになり、その結果、圧力センサーの作動特性、ひいては信頼性はそこなわれる。このことは特に、圧力センサーの出力信号が高い運転温度と低い運転温度との間での変化に基づき不安定になる場合に、内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置の機能支障、ひいては内燃機関の燃焼室圧力の不正確な検出につながる。

主請求項、つまり請求項１に記載の本発明に基づく装置においては、公知技術の装置の前述の欠点を十分に排除できるという利点が得られている。

本発明では、公知技術の欠点を避けるために、センサーをグロープラグのグローピンの固定部材とグロープラグの他方（第２）の端部との間に配置してある。このような手段によってセンサーを、グローピンに作用するすべての力から遮断して、センサーをセンサーのヒステリシスのない線形の領域で作動させることができるようになっている。グロープラグ内でのセンサーの固定部分とグローピンの固定部分との間の分離によって、センサーの負荷領域は所定の箇所に画定され、その結果、センサーの測定に最適な領域を利用して内燃機関の燃焼室圧力の正確でかつ再現可能な検出を達成できるようになっている。

さらに、センサーをグローピンから離間してありかつグローピンを該グローピンの固定部分（結合部分）によってケーシングに熱伝達可能に接続してあることによって、センサーに対する熱負荷を軽減してあり、その結果、センサーの信頼性若しくは作動特性はほとんどそこなわれず、したがって内燃機関の燃焼室圧力の検出は信頼できるものになっている。

主請求項に記載の装置の有利な実施態様を、従属請求項に記載してある。

有利な実施態様では、センサーと固定部材との間の少なくとも間接的な力伝達可能な結合若しくは摩擦力結合は、初期応力（初期荷重）をかけて行われ、つまりセンサーと固定部材とは互いに締め付けた状態で連結されている。このような手段は、圧力検出の際のヒステリシスを避けるのに役立っている。

さらに有利な実施態様では、センサーは固定部材若しくは固定要素（固定エレメント）から、少なくとも１つのスペーサ部材によって分離されている。スペーサ部材の構成及び剛性によって、センサーに作用する最大力は調整される。

少なくとも１つのスペーサ部材を中間スリーブとして形成し、かつセンサーを圧電リング若しくはピエゾリングとして形成し、かつ固定要素をスリーブとして形成してあるとさらに有利である。これによって、シース形グロープラグ若しくはセンサーに対して発熱用導線及び信号導線を簡単に配線することができる。

次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図面は、内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置の概略的な縦断面図である。

内燃機関の燃焼室圧力の検出のための図示の装置は、グロープラグ１１を含んでおり、グロープラグは金属製の管状のケーシング１３の雄ねじ１２を介して、内燃機関、殊にディーゼルエンジンの部分的に示してあるシリンダーヘッド１４内に取り付けられている。

グロープラグ１１は第１（一方）の端部１６にグローピン１７を有しており、グローピン（発熱部）はケーシング１３から部分的に突出していて、かつ自由な端部１８でもって内燃機関の、燃焼室を形成する内室１９内に突入している。グローピン１７はグロープラグ１１内に固定部材２２を用いて固定されている。固定部材２２は支持管として形成されていて、グローピン１７の第２（他方）の端部の端部領域２３で、グローピンに被せ嵌められて固着されており、この場合に固定部材２２はグローピン１７の他方の端部をわずかに越えて延びている。固定部材２２自体はケーシング１３内に圧入され、つまり締まり嵌めされている。

別の実施例では固定部材２２はグラファイトスリーブによって形成されていて、素材結合、例えば溶接結合されるようになっていてよい。

固定部材２２とグロープラグ１１の第２の端部２４との間にセンサー２６を配置してある。センサー２６は、固定部材２２の相対する端部に対して図示の実施例ではスペーサ部材２７によって離間されている。別の実施例ではセンサー２６を固定部材２２の相対する端部に直接に接触させるようになっていてもよい。図示の実施例においては、センサー２６は他方の側ではスペーサ部材２８を介在してセンサーのための固定要素２９に支えられており、該固定要素（固定エレメント又は固定部品）はケーシング１３内に配置して固着され若しくは固定されていて、その結果、ケーシング１３内でのセンサーの位置を規定している。固定要素２９は図示の実施例では、ケーシング１３内にかしめ止めされたスリーブとして形成されているものの、別の実施例では直接にセンサー２６に接触するようになっていてよい。

スペーサ部材２７及びスペーサ部材２８はそれぞれ、有利にはセラミック若しくは鋼から成る中間スリーブ３１として形成されている。

グロープラグ１１の第２の端部２４からは、概略的に示す複数の接続部材、例えば導線を延在させてあり、該接続部材はグローピン１７への電流供給にため、若しくはセンサー２６から発せられた信号の伝達のために用いられる。

次に、内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置の前記各構成部材の機能について述べる。

内燃機関の運転時に燃焼室１９内に発生する燃焼ガスは、燃焼室１９内で膨張を制限されていることに基づきグローピン１７に圧力を生ぜしめる。該圧力の、グロープラグ１１の長手方向、すなわち軸線方向に向けられた力成分は、グローピン１７をグロープラグ１１の第２の端部２４に向けて移動させようとし、グローピン１７を介して、該グローピンを支える固定部材２２に伝達され、ひいてはケーシング１３に伝達され、その結果、前記力の大部分はシリンダーヘッド１４によって受け止められる。

グローピン１７に作用する圧力の一部分は、力伝達量に応じて、固定部材２２の、センサー２６に向いている側の端部とケーシング１３への固定要素２９の固定箇所との間でケーシング１３の縦方向の弾性変形を生ぜしめる。該弾性変形は、図示の実施例では圧電リング（ピエゾリング）から成る力センサー若しくは距離センサーによって実施されたセンサー２６で検出される。センサー２６から発信される信号は、燃焼室１９内の圧力に依存していて特性線で表される。理想的な状態では、センサー２６から発信される信号は、燃焼室１９内の圧力に比例した値である。

センサー２６は、燃焼室１９内の圧力の測定の際にヒステリシス効果を減少させるために初期応力をかけた状態で作動されるようになっていてよい。
このためにセンサー２６は、グローピン１７を固定部材２２によってケーシング１３に固定した後に所定の力で荷重若しくは負荷をかけられており、前記所定の力は、内燃機関を運転していない状態でもセンサーを固定部材２２に向けて押圧しており、このことは図示の実施例では間接的に間に配置されたスペーサ部材２７を介して行われている。このような押し力は、ケーシング１３内に不動に支承された固定要素２９若しくはケーシング１３に固定されたスペーサ部材２８によって正確に維持される。

センサー２６に作用する最大の力は、ケーシング１３、若しくは固定部材２２、若しくは固定要素２９の剛性によって調整されるようになっていてよい。グローピン１７のための固定部材２２とセンサー２６のための固定要素２９との間の分離によって、センサー２６の圧力検出のために最適な領域を使用できるので、内燃機関の燃焼室圧力の確実かつ再現可能な検出が可能になっている。

内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置の概略的な縦断面図

符号の説明

１１ グロープラグ、 １２ 雄ねじ、 １３ ケーシング、 １４ シリンダーヘッド、 １６ 端部、 １７ グローピン、 １８ 端部、 １９ 内室、 ２２ 固定部材、 ２３ 端部領域、 ２４ 端部、 ２６ センサー、 ２７ スペーサ部材、 ２８ スペーサ部材、 ２９ 固定要素、 ３１ 中間スリーブ

Claims (12)

1. 内燃機関のシリンダー内圧力の検出のための装置であって、センサー（２６）及びグロープラグ（１１）から成っており、グロープラグ（１１）をケーシング（１３）によって内燃機関のシリンダーヘッド（１４）に取り付けてあり、グロープラグ（１）は第１の端部（１６）にグローピン（１７）を有しており、グローピン（１７）は固定部材（２２）によってグロープラグ（１１）内に固定されていて、グロープラグ（１１）をシリンダーヘッドに取り付けた状態で少なくとも部分的に内燃機関の燃焼室（１９）内に突入している形式のものにおいて、センサー（２６）は固定部材（２２）とグロープラグ（１１）の第２の端部（２４）との間に配置されていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室圧力の検出のための装置。
2. センサー（２６）はグローピン（１７）から分離されていて、少なくとも間接的に固定要素（２９）によってグロープラグ（１１）内に固定されている請求項１に記載の装置。
3. センサー（２６）は少なくとも間接的に固定部材（２２）と力伝達可能に結合されている請求項２に記載の装置。
4. センサー（２６）と固定部材（２２）との間の力伝達可能な結合は、初期応力をかけて行われている請求項３に記載の装置。
5. センサー（２６）は少なくとも間接的に固定要素（２９）と力伝達可能に結合されている請求項２に記載の装置。
6. センサー（２６）と固定要素（２９）との間の力伝達可能な結合は、初期応力をかけて行われている請求項５に記載の装置。
7. センサー（２６）は少なくとも１つのスペーサ部材（２７）によって固定部材（２２）から分離されている請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
8. センサー（２６）は少なくとも１つのスペーサ要素（２８）によって固定要素（２９）から分離されている請求項５又は６に記載の装置。
9. スペーサ部材（２７）若しくはスペーサ要素（２８）は中間スリーブである請求項７若しくは８に記載の装置。
10. スペーサ部材（２７）若しくはスペーサ要素（２８）としての中間スリーブはグラファイトから成っている請求項９に記載の装置。
11. 固定要素（２９）は、ケーシング（１３）にかしめ止めされたスリーブから成っている請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. センサー（２６）は、圧電リングから成る力センサーとして形成されている請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。

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