JP2008026326A - 圧力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力測定装置の内室に対するシール作用を高めて、耐用寿命にわたって圧力測定を確実に行うことができる圧力測定装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の室内に配置される圧力測定装置１において、ハウジング３と、該ハウジングにおける室側の開口５において部分的にハウジング３から突出している力伝達体２と、圧力センサ１５とが設けられており、該圧力センサが、ハウジング３の内室４内に配置されていて、少なくとも間接的に力伝達体２と作用結合しており、少なくとも１つの弾性変形可能なシールエレメント２８が設けられており、該シールエレメントがハウジング３の内部に配置されていて、ハウジング３の内室４をハウジング３における室側の開口５に対してシールしており、さらに、室側における熱の影響に対してシールエレメント２８を保護するために働く火炎シールド２９が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の室内に配置される圧力測定装置、特に、空気圧縮型自己着火式内燃機関の燃焼室内に配置される圧力測定グロープラグに関する。

ＤＥ１０３４３５２１Ａ１に基づいて公知のディーゼル機関用の圧力測定グロープラグは、ディーゼル機関のシリンダ内に進入するプラグ体と、このプラグ体内に配置された加熱ロッドとを有している。さらに加熱ロッドとプラグ体との間には圧力センサが、シリンダの燃焼室内における圧力によって影響を受けるように、配置されている。加熱ロッドは軸方向において滑動可能及び移動可能にプラグ体内に配置されており、ダイヤフラム又はＯリングがプラグ体をシールするために設けられている。

ＤＥ１０３４３５２１Ａ１に基づいて公知の圧力測定グロープラグには幾つかの欠点がある。プラグ体の燃焼室側の端面にダイヤフラムが配置されている構成には、ダイヤフラムを介して、圧力測定に不都合な影響を及ぼす二次的な力伝達経路が形成されるという欠点がある。圧力測定グロープラグの構成部材の長さが熱によって変化すると、前記影響はさらに変化し、圧力測定は信頼できないものになる。Ｏリングが設けられている構成では、Ｏリングが高温の燃焼ガスにさらされ、これによってＯリングの弾性は圧力測定グロープラグの耐用寿命にわたって減じられ、ひいては圧力測定グロープラグの耐用寿命にわたって圧力測定の信頼が失われてしまう。
ＤＥ１０３４３５２１Ａ１

ゆえに本発明の課題は、圧力測定装置の内室に対するシール作用を高めて、耐用寿命にわたって圧力測定を確実に行うことができる圧力測定装置を提供する。

この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関の室内に配置される圧力測定装置、特に、空気圧縮型自己着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグにおいて、ハウジングと、該ハウジングにおける室側の開口において部分的にハウジングから突出している力伝達体と、圧力センサとが設けられており、該圧力センサが、ハウジングの内室内に配置されていて、少なくとも間接的に力伝達体と作用結合しており、少なくとも１つの弾性変形可能なシールエレメントが設けられており、該シールエレメントがハウジングの内部に配置されていて、ハウジングの内室をハウジングにおける室側の開口に対してシールしており、さらに、室側における熱の影響に対してシールエレメントを保護するために働く火炎シールドが設けられているようにした。

請求項１の特徴部記載のように構成された本発明による圧力測定装置には、次のような利点がある。すなわち本発明による圧力測定装置では、シールエレメントによって得られる、圧力測定装置の内室に対するシール作用の確実性が、内燃機関の室における高温時においても保証され、これによって圧力測定装置の耐用寿命にわたる確実な圧力測定が可能になる。

請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載した圧力測定装置の別の有利な構成が可能となる。

弾性変形可能なシールエレメントは、種々の多様な使用例に対する適合を可能にし、ひいては、その都度の使用例に合わせられた特性を有すること、及び機能を満たすことができる。シールエレメントの確実な保護は、火炎シールドによって保証することができる。特にエラストマパッキンによって形成することができる弾性変形可能なシールエレメントは、以下に記載の機能のうちの１つ又は複数を満たすことができる。シールエレメントは、例えば高い圧力又は腐食作用のような、燃焼室媒体の影響、力伝達経路の弾性的な伸縮、力伝達経路のセンタリング、力伝達経路の軸方向における案内、又は力伝達体、特にグローピンの固有振動の減衰を、保証することができる。さらにシールエレメントは、薄壁の鋼ダイヤフラムに比べて良好な耐食性を保証することができる。さらに、特に鋼ダイヤフラムの使用時に生じる不都合なサーモショック効果を排除することができる。シールエレメントは、シールエレメントを介して生じる二次的な力伝達経路が排除又は少なくとも減じられるように、構成されていることができる。さらにシールエレメントは、２つの固定軸受が設けられている鋼ダイヤフラムとは異なり、１つの固定軸受だけで固定されることができ、これによって力伝達経路内に組み込まれたエレメントの自由な長さ補償が可能になり、その結果、特に、アプリケーションとは無関係な力伝達経路に関してもしくは圧力センサの１つの規定の特性線だけに関して、力伝達経路の軸方向力又はトルクが遮断されるという利点、温度補償が場合によっては不要である又は簡単に保証することができるという利点、並びに特に、構成部材の強度に対する僅かな要求に関して、力伝達経路の負荷が僅かであるという利点が得られる。さらに、リング状のジオメトリを有するエラストマパッキンの製造コストはその都度の使用例において、極めて小さな寸法と薄い壁厚と小さな許容誤差とを有することしか許されない鋼ダイヤフラムにおける製造コストに比べて、低くすることができる。さらにエラストマパッキンの組付けは通常、複数の溶接結合部を必要とする鋼ダイヤフラムの面倒な組付けに比べて、簡単かつ安価である。さらにまた、エラストマパッキンによって、簡単に取り付けることができる圧力測定装置を得ることができる。それというのは、場合によっては行われるハウジングの据込み及びこれに類した加工のことを配慮する必要がないからである。

火炎シールドが耐熱性の高い材料が形成されていると有利である。特に、火炎シールドは１つ耐高熱性のプラスチックから成っていても、又は複数の耐高熱性のプラスチックを有する混合体から成っていてもよい。このようなプラスチックは例えば、ポリエーテル・エーテルケトン又はポリテトラフルオロエチレンをベースに形成されていると有利である。このようになっていると、例えば約３００℃までの高い耐熱性のみならず、付加的に極めて良好なヒステリシス特性を得ることができる。シール作用はこの場合少なくともほぼ、特にまた完全に、シールエレメントによって引き受けられることができるので、その結果場合によっては、高い温度に起因して圧力測定装置の耐用寿命にわたって、火炎シールドの特性の劣化の生じることがなくなり、圧力測定装置の内室のシール特性が損なわれなくなり、ひいては圧力測定装置の耐用寿命にわたる圧力測定の高い確実性が保証されることになる。火炎シールドは、セラミック材料から製造されていても、金属製材料から製造されていても、又は複数の異なった材料から成る複合材料として構成されていてもよい。

本発明の特に有利な構成では、シールエレメントが、高い耐熱性を有する材料、特に、ペルフルオロエラストマの材料種のうちの１つの材料から形成されている。この場合シールエレメントの材料はしかしながら有利には、火炎シールドによって減じられる熱負荷に関連して、適宜に構成されており、そしてこれにより場合によっては、シール部材の有利な弾発特性を保証するために高い弾性を有する、低い温度のために開発されたエラストマを、使用することが可能になる。このようにして、保証されたシール部材の弾性に基づいて、測定精度を高めるために相応に敏感な圧力センサの使用を可能にする、十分な耐熱性を備えたシールエレメントを選択することができる。

シールエレメント及び火炎シールドの組付けを簡単化するために、ハウジングは有利には複数部分から構成されており、シールエレメントと火炎シールドとは管状の第１のハウジング部分の内部に配置されていて、この第１のハウジング部分は第２のハウジング部分とレーザ溶接によって結合されていることができる。組付け状況に応じて、この場合シール部材は半径方向及び／又は軸方向においてシール作用を有することができる。

有利には、ハウジングの内部に支持プレートが設けられており、この支持プレートにおいてシールエレメントがハウジングに対して、特に、ハウジングの内部に形成されたハウジングの段部に対して、支持されている。特に、高圧下における使用時には、シールエレメントの材料に関して場合によっては、材料流れに関する大きなおそれがある。特に支持リングとして形成することができる支持プレートによって、このような材料の流れが阻止される。さらに、材料の流れを阻止するためにシールエレメントを、管状又はブシュ状もしくはスリーブ状に形成することも可能である。このように構成されていると、シールエレメントの変形は主に横断面の中央領域において行われ、材料の流れに関して臨界的なシールエレメント領域に対する負荷が軽減される。これによってさらに、力伝達体との摩擦力結合式の結合を、大きな接触面を介して行うことができる。

次に図面を参照しながら本発明の有利な実施の形態を説明する。

図１には、圧力測定装置１の第１実施例が軸方向の縦断面図で示されている。この圧力測定装置１は、空気圧縮型自己着火式の内燃機関用の圧力測定グロープラグ１である。図示の実施例においてセラミック又は金属製のグローピンによって形成されている力伝達体２は、前室エンジン及び渦流室エンジンでは、内燃機関の室内に進入し、直噴エンジンではエンジンの燃焼室内に進入している。本発明による圧力測定装置１はしかしながらまた、他の使用例にも適しており、特に、混合機圧縮型火花点火式内燃機関用の圧力測定噴射弁又は圧力測定点火プラグとして構成されていることもできる。

圧力測定グロープラグ１は金属製のハウジング３を有している。ハウジング３の同心的な貫通孔によって、ハウジング３の内室４が形成されている。グローピン２は部分的に内室４内に配置されていて、ハウジング３の室側の開口５においてハウジング３から内燃機関の燃焼室内に進入している。圧力測定グロープラグ１の組付けのためには、ハウジング３に設けられたねじ山６が働き、このねじ山６を用いて圧力測定グロープラグ１は内燃機関のねじ山付孔にねじ込み可能であり、この場合、ハウジング３に形成されたシール円錐７によって、燃焼室に対する内燃機関の開口のシールが達成されている。

グローピン２は支持管８を有している。燃焼室内における圧力は、グローピン２の端面９に作用し、これによって圧力測定グロープラグ１の軸線１１の方向における力１０がグローピン２に対して作用する。燃焼室における圧力を測定するために、前記力１０を測定する圧力センサ１５が設けられている。圧力センサ１５はハウジング３の内室４内に配置されている。圧力センサ１５は、有利には圧電式の圧力センサ１５の接触接続のために働くコンタクトリング１６，１７の間に配置されている。コンタクトリング１６を介して圧力センサ１５は、ハウジング３に接続された固定エレメント１８に支持されている。さらに圧力センサ１５はコンタクトリング１７と力伝達スリーブ１９とを介してグローピン２に作用結合されている。コンタクトリング１６，１７、固定エレメント１８及び力伝達スリーブ１９はハウジング３の内室４内に配置されている。力１０は、グローピン２と、このグローピン２に接触している力伝達スリーブ１９と、この力伝達スリーブ１９と圧力センサ１５との間に配置されたコンタクトリング１７とを介して、圧力センサ１５に伝達される。力１０に関連して、ある特定の圧電容量が圧力センサ１５によって生ぜしめられ、この圧電容量は、コンタクトリング１６，１７に接続された測定導線２０，２１を介して測定可能である。

さらに、有利には少なくとも幾分フレキシブルに構成されたグロー電流導体２５が内室４内に通されており、これによってグローピン２を熱する（Ausheizen）ために必要なエネルギを供給することができる。

ハウジング３は管状の第１のハウジング部分２６と第２のハウジング部分２７とを有している。シール円錐７はこの場合第１のハウジング部分２６に形成されている。さらに第１のハウジング部分２６は適宜な形式で、特にレーザ溶接によって、第２のハウジング部分２７と結合されている。複数部分から成るハウジング３の構成によって、圧力測定装置１の組付けは簡単になる。

第１のハウジング部分２６の内部には、弾性的に変形可能なシールエレメント２８が設けられており、このシールエレメント２８はハウジング３の内室４を室側の開口５に対してシールしており、これによって内燃機関の燃焼室に対するシールを達成することができる。さらに第１のハウジング部分２６の内部には火炎シールド２９が設けられており、この火炎シールド２９はシールエレメント２８と開口５との間に配置されている。従って火炎シールド２９は、ハウジング３の室側の開口５に対してシールエレメント２８の前に配置されており、これによってシールエレメント２８を、燃焼室からの熱作用に対して保護することができる。例えば、加熱されたガスが室側の開口５のところからハウジング３内に侵入することがある。火炎シールド２９によって、高温ガスによって生ぜしめられるシールエレメント２８の化学的及び物理的な負荷を少なくとも減じることができる。

シールエレメント２８は摩擦力結合式にグローピン２の支持管８と結合されている。そのためにシールエレメント２８は拡開されて支持管８に押し嵌められることができる。

火炎シールド２９は、高い耐熱性をもつ材料から形成されている。この場合特に、ポリエーテル・エーテルケトン又はポリテトラフルオロエチレンをベースにした材料が適している。火炎シールド２９によってシールエレメント２８に対する熱負荷が減じられるので、シールエレメント２８は、その都度の使用例に関連して、十分な耐熱性を保証すると共にシールエレメント２８の可能な限り高い弾性を可能にするような材料から、形成されることができる。

ハウジング３の第２のハウジング部分２７は、端面３６を備えた段部３０を有しており、この端面３６にはシールエレメント２８が内室４の側に向かって支持されている。圧力測定グロープラグ１の運転中に、圧力測定グロープラグ１の構成部材の長さが熱により変化することがある。このような場合でも、シールエレメント２８の弾性的な構成はある一定の温度補償を保証するので、確実な圧力測定が保証されている。さらに、燃焼室における圧力によって生じる力１０は、シールエレメント２８の弾性的な構成に基づいて少なくともほぼ支持管８と力伝達スリーブ１９とを介して、圧力センサ１５に伝達され、この際にハウジング３を介して二次的な力伝達経路が生じることはない。

図２には、図１のＩＩで示された圧力測定グロープラグ１の区分における第２実施例が示されている。この実施例の圧力測定グロープラグ１は、支持プレート３１を有しており、この支持プレート３１はハウジング３の第１のハウジング部分２６の内部に配置されている。支持プレート３１はさらに第２のハウジング部分２７の段部３０とシールエレメント２８との間に配置されている。シールエレメント２８は、支持プレート３１を介して第２のハウジング部分２７の段部３０に支持されている。支持プレート３１は火炎シールド２９に相応して形成されることができ、特に、火炎シールド２９に相応したジオメトリを有すること、又は火炎シールド２９と類似の材料又は同じ材料から形成されることができる。

火炎シールド２９と支持プレート３１とはそれぞれプレート状に形成されており、火炎シールド２９は貫通孔３２を有し、支持プレート３１は貫通孔３３を有している。支持管８は、火炎シールド２９の貫通孔３２と支持プレート３１の貫通孔３３とを貫いて延びている。

火炎シールド２９と支持プレート３１との間に配置されたシールエレメント２８は、周方向で見て円形の横断面を有しているので、シールエレメント２８はＯリング状に構成されている。

支持プレート３１によって、第２のハウジング部分２７の段部３０におけるシールエレメント２８の有利な支持が可能になる。特に、シールエレメント２８を支持プレート３１に支持する接触面は、段部３０における直接的な支持に対して改善されており、その結果シールエレメント２８の損傷は阻止され、ハウジング３の内室４内へのシールエレメント２８の材料の流れによる押出しもしくは侵入が阻止されている。室側の開口５に対する内室４のシール作用は、火炎シールド２９とシールエレメント２８及び支持プレート３１との共働によって、高い確実性をもって圧力測定グロープラグ１の耐用寿命にわたって保証されている。例えばハウジング３の第１のハウジング部分２６を介して又は支持管８を介して一定の熱負荷が支持プレート３１に作用するような使用例では、火炎シールド２９の構成に相応して、耐熱性の高い材料から成る支持プレート３１の構成が有利である。第１のハウジング部分２６と第２のハウジング部分２７とは、例えば溶接、特にレーザ溶接によって形成された環状の溶接シーム３４を用いて結合されている。

図３には、図２のＩＩＩで示された圧力測定装置１の区分における第３実施例が示されている。この実施例ではシールエレメント２８は周方向で見て、ほぼ方形の、特に正方形の横断面を有しており、その結果火炎シールド２９及び支持プレート３１に対して大きな接触面が生ぜしめられている。さらに、グローピン２の支持管８とシールエレメント２８との間において大きな結合面３５が生ぜしめられている。このような構成により、シールエレメント２８と支持管８との間における摩擦力結合式の結合がさらに改善され、そして室側の開口５、ひいては燃焼室に対するハウジング３の内室４のシール作用が改善されている。

周方向において少なくともほぼ方形の横断面を備えたシールエレメント２８の構成によって、シールエレメント２８は管状又はブシュ状もしくはスリーブ状のシールエレメント２８として形成されている。この場合管状のシールエレメント２８では、さらに増大された結合面３５が得られ、これによってさらに高めされたシール作用が得られる。

シールエレメント２８は内方に向かって支持管８との接触部を有し、かつ外方に向かってハウジング６の第１のハウジング部分２６との接触面を有している。これによってシールエレメント２８は支持管８にもハウジング６のハウジング部分２６にも接触しているので、両側においてシール部を形成することができる。しかしながら火炎シールド２９はグロー管８又はハウジング部分２６に対して間隔をおいて配置されているので、少なくともグロー管８か又はハウジング部分２６に対しては、直接的な接触部は存在しない。これによって摩擦の影響は阻止される。相応に、支持管３１もまたグロー管８か又はハウジング部分２６に対して間隔をおいて配置されている。

図２及び図３に示された構成では、火炎シールド２９及び支持プレート３１は、リング間隙３７もしくはリング間隙３８によって、ハウジング３のハウジング部分２６から隔てられている。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではない。

圧力測定装置１の第１実施例を示す縦断面図である。 本発明による圧力測定装置の図１においてＩＩで示された区分における第２実施例を示す図である。 本発明による圧力測定装置の図２においてＩＩＩで示された区分における第３実施例を示す図である。

符号の説明

１ 圧力測定装置（圧力測定グロープラグ）、 ２ グローピン、 ３ ハウジング、 ４ 内室、 ５ 開口、 ６ ねじ山、 ７ シール円錐、 ８ 支持管、 ９ 端面、 １０ 力、 １１ 軸線、 １５ 圧力センサ、 １６，１７ コンタクトリング、 １８ 固定エレメント、 １９ 力伝達エレメント、 ２０，２１ 測定導線、 ２５ グロー電流導体、 ２６ 第１のハウジング部分、 ２７ 第２のハウジング部分、 ２８ シールエレメント、 ２９ 火炎シールド、 ３０ 段部、 ３１ 支持プレート、３２，３３ 貫通孔、 ３４ 溶接シーム、 ３５ 結合面、 ３６ 端面、 ３７，３８ リング間隙

Claims (13)

1. 内燃機関の室内に配置される圧力測定装置（１）、特に、空気圧縮型自己着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグであって、ハウジング（３）と、該ハウジング（３）における室側の開口（５）において部分的にハウジング（３）から突出している力伝達体（２）と、圧力センサ（１５）とが設けられており、該圧力センサ（１５）が、ハウジング（３）の内室（４）内に配置されていて、少なくとも間接的に力伝達体（２）と作用結合しており、少なくとも１つの弾性変形可能なシールエレメント（２８）が設けられており、該シールエレメント（２８）がハウジング（３）の内部に配置されていて、ハウジング（３）の内室（４）をハウジング（３）における室側の開口（５）に対してシールしており、さらに、室側における熱の影響に対してシールエレメント（２８）を保護するために働く火炎シールド（２９）が設けられていることを特徴とする圧力測定装置。
2. 火炎シールド（２９）が、高い耐熱性を有する材料から形成されている、請求項１記載の圧力測定装置。
3. 火炎シールド（２９）が、ポリエーテル・エーテルケトン及び／又はポリテトラフルオロエチレンをベースにした材料から形成されている、請求項２記載の圧力測定装置。
4. シールエレメント（２８）が、高い耐熱性を有する材料から形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力測定装置。
5. シールエレメント（２８）が、ペルフルオロエラストマの材料種のうちの１つの材料から形成されている、請求項４記載の圧力測定装置。
6. シールエレメント（２８）が、力伝達体（２）と摩擦力結合式に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力測定装置。
7. ハウジング（３）の内部に段部（３０）が形成されていて、該段部（３０）にシールエレメント（２８）が支持されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力測定装置。
8. ハウジング（３）の内部に支持プレート（３１）が設けられており、シールエレメント（２８）が支持プレート（３１）を介して、ハウジング（３）の内部に形成された段部（３０）に支持されている、請求項７記載の圧力測定装置。
9. 火炎シールド（２９）がハウジング（３）の内部に配置されており、シールエレメント（２８）が火炎シールド（２９）と支持プレート（３１）との間に配置されている、請求項８記載の圧力測定装置。
10. 火炎シールド（２９）がプレート状の火炎シールド（２９）として形成されており、該火炎シールド（２９）が貫通孔（３２）、特に中心に設けられた貫通孔を有しており、力伝達体（２）が火炎シールド（２９）の貫通孔（３２）を貫いて延びている、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力測定装置。
11. ハウジング（３）が管状の第１のハウジング部分（２６）を有していて、該ハウジング部分（２６）に室側の開口（５）が形成されており、シールエレメント（２８）と火炎シールド（２９）とが管状の第１のハウジング部分（２６）の内部に配置されており、シールエレメント（２８）が少なくとも間接的に、第２のハウジング部分（２７）の端面に形成された段部（３０）に支持されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧力測定装置。
12. 管状の第１のハウジング部分（２６）が第２のハウジング部分（２７）と溶接、特にレーザ溶接によって結合されている、請求項１１記載の圧力測定装置。
13. シールエレメント（２８）が、管状又はブシュ状もしくはスリーブ状のシールエレメント（２８）として形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の圧力測定装置。

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