JP2007534920A - グロープラグに取り付けられた圧力センサに力を伝える装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のグロープラグと結合した圧力センサ（１４）に力を伝達する装置（３８’）であり、ほぼ円形の断面を有する管状部材の形態を示す。この力伝達装置は、一方の端に近づくにつれて外径が増大するゾーン（４０）を有しており、この広口端に対応する力伝達装置の前面は圧力センサ（１４）を受け入れる支持面である。本発明はまたこの力伝達装置が組み込まれたグロープラグにも関している。

Description

本発明は、グロープラグに取り付けられた圧力センサに力を伝える装置に関するものである。

内燃機関のグロープラグに、とりわけ、ディーゼルエンジンのグロープラグに圧力センサを組み込むことは公知である。このセンサはエンジン内の圧力の測定を可能にする。この圧力を知ることにより、このエンジン内の燃焼の進展をより良く制御することができる。したがって、このエンジンの効率を高め、一方ではエンジンの燃費を、他方では汚染物質排出を制限することが可能である。

グロープラグは一般に雄ねじの切られた部分を有する管状体を有しており、この管状体はこの雄ねじ部分によってシリンダヘッド上部内に実施された対応するシリンダボアの中に固定される。この管状体の一方の部分は燃焼室内にあり、他方の部分は燃焼室外にある。燃焼室内にある部分はフィンガーを有しており、このフィンガーの中に予熱電極がある。予熱電極はプラグの管状体の中を通る心線によって給電される。エンジン外にある部分はプラグヘッドとも呼ばれる。このヘッドのところで、心線は電気エネルギー源に接続されている。また、このヘッドの中に圧力センサを配置することも公知である。

このグロープラグの１つの実施形態が、本出願の提出時にはまだ公開されていない特許出願において提案されている。この実施形態は添付した図１に示されている。

後でより詳細に説明される図１に示された実施形態では、圧力センサはプラグヘッドのハウジングの中にねじ留めされたナットと管状体に取り付けられたスペーサとの間に取り付けられており、前記ナットは外側に雄ねじが切られており、前記スペーサは中に予熱電極を収容したフィンガーに支持されている。

この実施形態では、スペーサはセラミックでできており、円筒形の管の形をしている。このスペーサは直接センサに押し当てられているのではなく、一方では絶縁エレメントによって、他方ではスペーサから来る圧力を圧力センサの全面に分配する目的で使用される支持部材によって隔てられている。

この解決手段は、プラグのフィンガーと圧力センサの間に少なくとも３つの部材が配置されるという欠点を有している。このことは、一方ではこれら様々な部材を実現するための、他方ではこれらの部材を取り付ける時のコストを含意する。さらに、複数のコンタクト面（圧力センサと絶縁エレメントとの間、絶縁エレメントと支持部材との間、及び支持部材とスペーサとの間の）の存在が圧力センサの感度に否定的な影響を有することが分かっている。

したがって、本発明の課題は、圧力センサに応力を伝達するためのスペーサを使用するものの、先行実施形態に比べて原価の低い、圧力センサを備えたグロープラグを提供することである。好ましくは、このグロープラグの構造は使用される圧力センサの感度を低下させない。

この目的で、本発明は、内燃機関のグロープラグと結合した圧力センサに力を伝達する装置であって、ほぼ円形の断面を有する管状部材の形態を示すものを提案する。

本発明によれば、この装置は、一方の端に近づくにつれて外径が増大するゾーンを有しており、この広口端に対応するこの装置の前面は圧力センサを受け入れる支持面である。

この力伝達装置は支持部材としての使用にも適合している。このように、測定すべき力（圧力）の源とセンサとの間の部材を削除してもよい。

有利な変更形態では、この力伝達装置はセラミック材料でできている。したがって、この装置は圧力センサが圧電センサである場合にこのセンサの絶縁エレメントとしても使用することができる。実際には、このセンサは圧電抵抗センサや他のまったく異なるタイプの圧力センサであってもよい。

導電性心線が通ることができるように、この装置は好ましくはほぼ一定の直径の中央孔を有している。

本発明はまた上記の力伝達装置を有することを特徴とする圧電式圧力センサを備えたグロープラグにも関している。

このグロープラグにおいて、力伝達装置の広口端は、例えば圧力センサの表面に押し当てられており、ほぼ前記センサの面積に等しい。このようにして、力は完全に伝達され、センサは良好な条件の下で動作することができる。

グロープラグは、とりわけ、一方の端部に、予熱電極が組み込まれたフィンガーを有し、力伝達装置がこのフィンガーと圧力センサとの間に配置されるようにしてよい。この実施形態では、フィンガーは管状部材の一方の端部の中に固定されており、この管状部材は力伝達装置を載せる内部防壁を有している。ここで問題となっている管状部材はグロープラグのボディであってよいが、例えば、ボディと前記プラグのフィンガーの間の中間部材のような他の部材であってもよい。

フィンガーが管状部材の中に固定されているケースでは、力伝達装置の外径は、力伝達装置の外表面がとりわけ管状部材に対して自由であるように、力伝達装置を収容する管状部材の内径よりも小さい。したがって、寄生応力を伝達してしまうリスクが低減される。

同様に、導電性心線がプラグの予熱電極に電気エネルギーを供給するケースでは、心線は力伝達装置の中を自由に通る。

最後に、本発明は上記のグロープラグを有することを特徴とする内燃機関、とりわけ、ディーゼルエンジンにも関している。

本発明の詳細及び利点は添付した概略図を参照した上で、以下の記述からより明らかとなる。

図１は、本発明に先行するグロープラグを縦断面で示しており、
図２は、本発明によるグロープラグを外面図で示しており、
図３は、図２のグロープラグの縦断面図であり、
図４は、図２及び３のプアラグの様々な構成要素の分解図であり、
図５は、本発明によるスペーサの取付けを透視図及び断面図で示しており、
図６は、圧電センサを載せた本発明によるスペーサを示しており、
図７は、図１から６の圧電センサの取付けを異なる角度の下で拡大して示した図である。

図１は、本発明の先行モデル（しかし、本特許出願の最初の提出時点ではまだ公表されていない）のグロープラグを縦断面で示したものである。このプラグはエンジンのシリンダの中の圧力を測定することのできる圧力センサを備えている。このグロープラグ２はよくあるようにディーゼルタイプのエンジン４の中に、より詳細には、このエンジンのシリンダヘッド６の中に取り付けられている。グロープラグ２はボディ８、フィンガー１０、心線１２、及び圧力センサ１４を有している。

ボディ８はねじ留めによってエンジン４の中に、より詳細には、シリンダヘッド６の中に固定されるように作られる。このために、シリンダヘッド６は、このシリンダヘッド６を貫通して前記エンジン４の燃焼室内へと通じる雌ねじの切られたシリンダボアを有している。ボディ８の方はその外表面に、シリンダヘッド６に実現された雌ねじに対応する雄ねじ１６を有している。雄ねじ１６がシリンダヘッド６の雌ねじ切りシリンダボアとかみ合って、プラグ２がエンジン４内に設けられたその位置にあるとき、ボディ８の一方の部分はエンジン４の内部に向かって、すなわち、燃焼室に向かって延びており、その一方で他方の部分はエンジンの外部へ向かって延びている。ボディ８は管状体であり、例えば鋼でできている。

この実施形態では、フィンガー１０は管状体８の中に取り付けられており、管状体８の中に締付けにより嵌め合わされ、燃焼室内へと突き出ている。このフィンガー１０は予熱電極（図示せず）を収容している。心線１２はフィンガー１０の中にある電極に電気エネルギーを供給するものであり、フィンガー１０からボディ８のフィンガー１０の突き出た側とは反対の端までボディ８を貫いている。したがって、この心線１２は図示されていない手段によって給電線につながっている。

圧力センサ１４は対応する燃焼室の中の圧力を測定するために設けられている。図１の実施形態では、この圧力センサ１４は導電性材料でできた２つのコンタクトエレメント２０の間に配置された圧電エレメント１８を有している。さらに、センサ自体は絶縁エレメント２２によりグロープラグ２の残りの部分から電気的に絶縁されている。

この実施形態では、圧力センサ１４はまた支持部材２４を介してボディ８に支えられている。圧力センサ１４は、その上面でボディ８に一体化され、また、フィンガー１０に及ぼされる圧力によってフィンガー１０がボディ８に押しつけられるようにフィンガー１０に押し当てられる。その目的で、圧力センサ１４は、ボディ８と接触せずに、ボディ８の中に配置され且つフィンガー１０の上に載せられたスペーサ３８に支えられる。このスペーサ３８は心線を包んでおり、心線とも接触していない。

フィンガー１０に対しての（スペーサ３８と支持部材２４とを介した）圧力センサ１４の圧迫とボディ８への一体化は、雄ねじナット３８によって堅固になる。このナットはもちろん心線１２とは接触していないが、圧力センサ１４を収容するためにボディ８に実現されたハウジン３４の側壁４６の内面に施された雌ねじとかみ合う。

図２から４の実施形態では、図１に示されているエレメントと同一のエレメントには同じ参照記号が付されている。

図２の外面図では、プラグボディ８の外表面に雄ねじ１６が見られ、また、この雄ねじ１６の近く、グロープラグ２のヘッドの側に、把持ゾーン２８が見られる。よくあるように、この把持ゾーン２８は六角形の横断面を有している。

図２から４の実施例では、フィンガーに参照記号１０’が付されている。フィンガー１０’はセラミックでできたフィンガーであるから、図１に示されているフィンガーとは異なるタイプのフィンガーである。他の違いは、電気接続を絶縁し、センサを保護するために、プラグヘッドが合成物質の鋳込み４４を有していることである。

図２から４では、フィンガー１０’をボディ８から絶縁するために、ボディ８とフィンガー１０’の間に中間管状部材３０が設けられている。

フィンガー１０’と圧力センサ１４の間にはスペーサ３８’がある。ここでは、支持部材２４も、スペーサ３８’と圧力センサ１４の間の絶縁エレメント２２も、より詳細にはこのセンサのコンタクトエレメント２０も見られない。

スペーサ３８’は管状部材であり、その中心を心線１２が通っている。図１の実施形態の場合と同じく、スペーサ３８’はこの心線の周りに自由に取り付けられている。同様に、スペーサ３８’は中間管状部材３０の中に自由に取り付けられており、したがって、スペーサ３８’の外径はこの中間管状部材３０の内径よりも小さい。

スペーサ３８’の上部では、スペーサ３８’の直径は圧力センサ１４の下面の直径に合わせてある。このように、スペーサ３８’はその上部に円錐台ゾーン４０を有しており、この円錐台ゾーン４０において、スペーサ３８’の外径は、圧力センサ１４を支えるスペーサ３８’の端部に近づくにつれ、ほぼフィンガー１０’の直径に相当する直径から圧力センサ１４の直径まで漸次変化する。

上述のように、円錐台部分４０のおかげで、スペーサ３８’は図１の実施形態において支持部材２４が果たしている機能を保証する。スペーサ３８’が図１の絶縁エレメントの機能を満たすようにするため、このスペーサ３８’は例えばセラミックのような絶縁材料でできている。

図２から４の実施形態では、中間管状部材３０は固定ゾーン３２において締め付けによりボディ８の下端に嵌め合わされている。この固定ゾーン３２と中間管状部材３０の中にフィンガー１０’が締め付けによって嵌め合わされているゾーンとの間には、変形ゾーン４２が存在している。この変形ゾーン４２は、燃焼室内の圧力によって圧力センサ１４のフィンガー１０’に及ぼされる応力の伝達を助ける。

図５は本発明によるグロープラグの第３の実施形態を示している。このプラグには、本発明によるスペーサ３８’が見られる。この図及び以降の図では、同じエレメントには先行図面の参照記号が使用される。

図５の変更実施形態は、図１及び図２から４の実施形態の組合せと見なすことができる。この実施形態では、ボディは一方の側にフィンガー１０を備えており、他方の側には圧力センサ１４を備えている。このセンサは２つのコンタクトエレメント２０の間に挟まれた圧電エレメント１８である。このセンサは外側に雄ねじの切られたナット３６とスペーサ３８’との間にある。心線１２はフィンガー１０と接続されており、スペーサ３８’、圧力センサ１４、及び雄ねじナット３６を貫通している。

スペーサ３８’は図２から４を参照して説明したスペーサと同タイプのものである。したがって、スペーサ３８’は円筒形の管状部分を有しており、圧力センサ１４のがわにある円錐台部分４０で終端している。図５から、このスペーサがどのようにボディ８の中に取り付けられているかを見ることができる。スペーサ３８’は、圧力センサ１４の側に、ほぼ圧力センサ１４の面積に等しい支持面を有している。この支持面はスペーサ３８’の縦軸に対してほぼ垂直であり、リングの形状を示している。このリングの中央のくり抜き部分は心線１２の通り道に相当する。

スペーサ３８’は、そのもう一方の端部では、防壁５０の上に載っている。防壁５０は、ボディ８の内部にあるフィンガー１０の端部の近くに実現されている。したがって、円錐台ゾーン４０とは反対側のスペーサ３８’の端部はフィンガー１０の近くにあるが、フィンガー１０の上には載っていない。スペーサ３８’は、それでもやはり、対応する燃焼室の中の圧力が圧力センサに対して及ぼす応力を中継する。実際、ボディ８は、締め付けによりボディ８の中にフィンガー１０が嵌め合わされているゾーンと雄ねじ１６との間に変形ゾーン４２’を有している。雄ねじは高い剛性を有するシリンダヘッド６の中に取り付けられているため変形しないと考えられる。スペーサ３８’を載せた防壁５０は、一方ではフィンガー１０の近くにあり、他方では締め付けによりフィンガー１０がボディ８の中に嵌め合わされているゾーンの近くにあるので、圧力センサ１４はやはりフィンガー１０に及ぼされる応力を感知することができる。実際、圧力センサ１４は内側に雄ねじの切られたナット３６とスペーサ３８’の間にある。外側に雄ねじの切られたネット３６は、シリンダヘッドに固定された内壁４６と一体化されている。実際、この内壁はシリンダヘッドの外に位置しており、有意な応力をまったく受けない。ここで、スペーサ３８’のセラミックは硬質で変形しないと考えれば、フィンガー１０に及ぼされる力はスペーサ２８’によって圧力センサ１４に中継される。

上の記述から分かるように、圧力センサ１４の側では、スペーサ３８’はその外径が圧力センサの直径に合うように広口になっている。したがって、スペーサ３８’は圧力センサの全面で支えられる。この広口の形状は好ましくは圧力センサ１４の近くに実現される。実際、このようにして、スペーサ３８’の質量が制限される。さらに、この形状はボディの内側の形状に、より一般的には、中にスペーサ３８’のある管状部材の内側の形状に合わせられている。

図３及び４の実施形態では、スペーサ３８’の広口ゾーンは円錐台状であることを見た。図６及び７の例は別の実施形態を示している。

図６では、広口形は円錐台セクション５２の継続であり、トップにおける開角は圧力センサ１４に近づくにつれて大きくなる。スペーサ３８’は圧力センサ１４の側で厚さの小さな円筒形ゾーン５４（心線１２を通すための中央孔を有する）を以て終端している。このようにして、スペーサ３８’の上端を実現が難しくしかも脆い鋭角にすることから免れる。

図７では、円錐台ではなく三日月形が例として取り付けられている。ここでは、直径の増大は漸次的であり、図６の円錐台セクション５２を境界づけているようなエッジがない。しかしながら、ここでも、前と同じ理由で、圧力センサの側に円筒形セクション５４が見られる。

気付かれるように、図２から７において提案されている実施形態では、上記グロープラグのフィンガーと圧力センサとの間には、スペーサ３８’以外の部材は配置されない。このようにして、一方では、圧力センサを備えたグロープラグの製造に必要な部材の数を、他方では、燃焼室内の圧力が圧力センサに及ぼす力の伝達における中間面の数を制限することができる。

こうして、圧力センサを備えたグロープラグの原価を制限することができ、このコスト低減にもかかわらず、このグロープラグが備えているセンサは圧力測定の実行時により良い感度を示すことができる。

本発明は非限定的な例である上記の実施形態に限定されない。本発明は当業者に可能な範囲のすべての変更形態にも関わるものである。

したがって、例えば、本発明によるスペーサをセラミック以外の材料で実現してもよい。同様に、導電性材料も考慮されうる。センサが例えば圧電センサである場合には、センサをスペーサの側で絶縁するために、すべての手段が考慮されうる。例えば、圧力センサが載せられる面であるスペーサの支持面を電気的に絶縁させる表面処理を提案することもできる。

スペーサの外径の拡大は圧力センサのすぐ近くで実現される。しかしながら、この拡大をスペーサの別の場所で実現してもよい。

本発明によるスペーサは異なる２つのタイプのグロープラグに関して説明されている。もちろん、このスペーサは、例えば圧電センサのようなセンサとこのセンサに応力を伝達するためのスペーサを備えた別のタイプのグロープラグにおいて使用することもできる。

本発明に先行するグロープラグを縦断面で示す。 本発明によるグロープラグを外面図で示す。 図２のグロープラグの縦断面図を示す。 図２及び３のプアラグの様々な構成要素の分解図を示す。 本発明によるスペーサの取付けを透視図及び断面図で示す。 圧電センサを載せた本発明によるスペーサを示す。 図１から６の圧電センサの取付けを異なる角度の下で拡大して示す。

Claims (10)

1. 内燃機関のグロープラグ（２）と結合した圧力センサ（１４）に力を伝達する装置（３８’）であって、ほぼ円形の断面を有する管状部材の形態を示す形式の装置において、
   一方の端に近づくにつれて外径が増大するゾーン（４０）を有しており、この広口端に対応する前記装置の前面は圧力センサ（１４）を受け入れる支持面である、ことを特徴とする力伝達装置。
2. 前記力伝達装置はセラミック材料で実現されている、請求項１記載の力伝達装置。
3. 前記力伝達装置はほぼ一定の直径の中央孔を有している、請求項１又は２記載の力伝達装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の力伝達装置（３８’）を有することを特徴とする、圧電式圧力センサを備えたグロープラグ。
5. 前記力伝達装置（３８’）の広口端は圧力センサ（１４）の表面に押し当てられており、ほぼ前記センサの面積に等しい、請求項４記載のグロープラグ。
6. 前記グロープラグは、一方の端部に、予熱電極が組み込まれたフィンガー（１０，１０’）を有しており、前記力伝達装置（３８’）はこのフィンガー（１０，１０’）と圧力センサ（１４）との間に配置されている、請求項４又は５記載のグロープラグ。
7. 前記フィンガー（１０，１０’）は管状部材（８）の一方の端部の中に固定されており、この管状部材（８）は、前記力伝達装置（３８’）を載せる内部防壁（５０）を有している、請求項６記載のグロープラグ。
8. 前記力伝達装置（３８’）の外径は、前記力伝達装置を収容する前記管状部材（８，３０）の内径よりも小さい、請求項７記載のグロープラグ。
9. 前記グロープラグは前記グロープラグの予熱電極に電気エネルギーを供給する導電性心線（１２）を有しており、この心線（１２）は前記力伝達装置（３８’）の中を自由に通っている、請求項６から８のいずれか１項記載のグロープラグ。
10. 請求項４から９のいずれか１項記載のグロープラグを有することを特徴とする、とりわけ、ディーゼルタイプの、内燃機関。

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