JP2008541075A - Sheath type glow plug with combustion chamber pressure sensor - Google Patents
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Abstract
本発明は、燃焼室圧信号に基づく機関制御を目的として、燃焼室圧を測定するために、一体に組み込まれた燃焼室圧センサを備えた自己着火式の内燃機関用のシース形グロープラグ(110)に関する。本発明の構成では、このようなシース形グロープラグが、加熱体(112)とプラグハウジング(114)とプラグ軸線(124)とを備えており、プラグハウジング(114)が、加熱体(112)を受容するための受容領域(116)と、ハウジング体(120)と、該ハウジング体(120)と受容領域(116)との間に配置された少なくとも1つのフレキシビリティ領域(118)とを有しており、さらにプラグハウジング(114)内に少なくとも1つの力測定エレメント(136)が設けられている。 The present invention is directed to a sheath-type glow plug for a self-igniting internal combustion engine having an integrated combustion chamber pressure sensor for measuring the combustion chamber pressure for the purpose of engine control based on the combustion chamber pressure signal. 110). In the configuration of the present invention, such a sheath-type glow plug includes a heating body (112), a plug housing (114), and a plug axis (124), and the plug housing (114) includes the heating body (112). A receiving region (116) for receiving the body, a housing body (120), and at least one flexibility region (118) disposed between the housing body (120) and the receiving region (116). In addition, at least one force measuring element (136) is provided in the plug housing (114).
Description
本発明は、燃焼室圧センサを組み込まれたシース形グロープラグに関する。このようなシース形グロープラグは特に、自己着火式の内燃機関において、燃焼室圧を測定するために使用される。 The present invention relates to a sheath-type glow plug incorporating a combustion chamber pressure sensor. Such a sheath-type glow plug is particularly used for measuring the combustion chamber pressure in a self-ignition internal combustion engine.
従来の技術
排ガス規制、特にディーゼル機関に対する排ガス規制が益々厳しくなるに連れて、自己着火式内燃機関の有害物質エミッションの低減に対する要求が益々高まっている。今日のエンジンマネージメント系は、低い有害物質エミッションと共に、低い燃費を保証し、かつ同時に長い耐用寿命を有することを望んでいる。ディーゼル機関の燃焼室における燃焼最適化は特に、燃料のコントロールされた噴射の導入によって達成することができる。このコントロールされた噴射は、特に、既に今日の自動車においては確立されている電子式の機関制御装置によって制御されることができる。燃焼室圧信号に基づく機関制御(combustion signal based control system, CSC)の効果的な構成は、しかしながら、製造に適した圧力センサの調達によって左右され、この製造に適した圧力センサは、価格、信頼性、精度及び構造空間に関する高い要求を満たさなくてはならない。今日、いわゆる「スタンドアローン」形式のセンサ、つまり独立したセンサを有する測定装置が広まっている。このような測定装置を使用するためには、シリンダヘッド壁に別体の孔を設ける必要があり、このことは場合によってはスペース上の理由から不可能であり、可能であったとしても、付加的な取付け手間もしくは取付け費用を意味する。特に今日の4バルブ内燃機関において付加的な孔を設けることは、極めて狭められたスペース状況に基づいて、ほとんど不可能である。さらにまた、通常このような系の価格は比較的高価であり、このような系の耐用寿命は多くの場合、高い運転温度に基づいて、典型的な車両耐用寿命に比べて著しく短い。
2. Description of the Related Art As exhaust gas regulations, particularly exhaust gas regulations for diesel engines, become increasingly strict, there is an increasing demand for reducing harmful substance emissions in self-igniting internal combustion engines. Today's engine management systems want to ensure low fuel consumption and at the same time have a long service life with low hazardous substance emissions. Combustion optimization in the combustion chamber of a diesel engine can be achieved in particular by the introduction of a controlled injection of fuel. This controlled injection can in particular be controlled by an electronic engine control device already established in today's automobiles. The effective configuration of a combustion signal based control system (CSC) based on the combustion chamber pressure signal, however, depends on the procurement of a pressure sensor suitable for manufacturing. High requirements regarding performance, accuracy and structural space must be met. Today, so-called “stand-alone” type sensors, ie measuring devices with independent sensors, are widespread. In order to use such a measuring device, it is necessary to provide a separate hole in the cylinder head wall, which is impossible in some cases for reasons of space, and if possible Installation cost or installation cost. Particularly in today's four-valve internal combustion engines, it is almost impossible to provide additional holes due to the very narrow space situation. Furthermore, usually the price of such systems is relatively expensive and the useful life of such systems is often significantly shorter than the typical vehicle useful life based on high operating temperatures.
従って従来技術では、燃焼室圧センサを既に存在するシリンダヘッドの構成要素に組み込むための付加部が設けられている。例えば、シース形グロープラグに燃焼室圧センサを組み込むための付加部が存在している。例えばDE19680912C2には、ディーゼル機関におけるシリンダ圧を検出する装置及び方法が開示されている。この装置は圧力センサと、ディーゼル機関のシリンダの内室に受容されていてシリンダ圧によって負荷されるグロープラグの加熱区分と、該加熱区分をグロープラグの本体に固定するための固定部材とを有している。この場合圧力センサは加熱区分とグロープラグの固定部材との間に配置されている。そして加熱区分を介してシリンダ圧は圧力センサに伝達される。 Therefore, in the prior art, an additional portion is provided for incorporating the combustion chamber pressure sensor into an existing cylinder head component. For example, there is an additional portion for incorporating a combustion chamber pressure sensor into a sheath-type glow plug. For example, DE 19680912C2 discloses an apparatus and method for detecting cylinder pressure in a diesel engine. This device has a pressure sensor, a heating section of a glow plug that is received in the inner chamber of a cylinder of a diesel engine and is loaded by the cylinder pressure, and a fixing member for fixing the heating section to the body of the glow plug. is doing. In this case, the pressure sensor is arranged between the heating section and the fixing member of the glow plug. The cylinder pressure is transmitted to the pressure sensor through the heating section.
DE19680912C2に開示された装置にはしかしながら実地において多くの欠点がある。特にこの公知の装置では、シース形グロープラグのハウジングが実質的にシリンダヘッドと堅く結合されているのに対して、加熱区分は力を導入し、僅かではあるが、ハウジングに対して相対運動を行う。このことはまた、摩擦を生ぜしめ、ひいては燃焼室圧信号を劣化させることがあり、さらに、(例えばシリンダヘッドと堅く結合された)位置固定のシース形グロープラグ部分と可動のシース形グロープラグ部分との間におけるガイドにカーボンの付着するおそれを生ぜしめる。DE19680912C2に開示された装置の別の欠点としては、ハウジングと力を伝達する構成部材とが互いに異なった値で膨張するということが挙げられる。内燃機関の使用時における温度差と、関与する構成部材の熱膨張特性の相違とに基づいて生じる、異なった膨張によって、挿入されたセンサの予負荷は大きく変動してしまい、これにより耐久性に関して問題の生じることがある。DE19680912C2に開示された装置における別の欠点としては、圧力センサが加熱区分と直接接触していて、これにより高い熱負荷と温度変動にさらされる、ということが挙げられる。さらにこのような公知の装置の組付けもしくは組立てはかなり面倒でコストがかかる。 However, the device disclosed in DE 19680912C2 has many disadvantages in practice. In particular in this known device, the sheath of the glow glow plug is substantially tightly coupled to the cylinder head, whereas the heating section introduces a force and, to a slight extent, moves relative to the housing. Do. This can also cause friction and thus degrade the combustion chamber pressure signal, and in addition, a fixed sheath-type glow plug portion and a movable sheath-type glow plug portion (eg, tightly coupled to the cylinder head). This may cause carbon to adhere to the guide between the two. Another disadvantage of the device disclosed in DE 19680912C2 is that the housing and the component transmitting the force expand at different values. Due to the different expansions caused by the temperature difference when using the internal combustion engine and the difference in thermal expansion characteristics of the components involved, the preload of the inserted sensor will fluctuate greatly, which in terms of durability Problems can arise. Another disadvantage of the device disclosed in DE 19680912C2 is that the pressure sensor is in direct contact with the heating section and is thus exposed to high heat loads and temperature fluctuations. Furthermore, the assembly or assembly of such known devices is quite cumbersome and expensive.
発明の利点
ゆえに本発明の課題は、燃焼室圧センサが組み込まれていて、従来技術に基づいて公知の装置における上述の欠点を排除することができる、自己着火式内燃機関用のシース形グロープラグを提供することである。特に、本発明によるシース形グロープラグは、上述のように、従来技術の比較可能な装置において問題を生じさせるような、運転時におけるシース形グロープラグの個々の構成部材の機械的な摩擦や、温度に関連したセンサ予負荷の変動を、最小にすることができる。自己着火式内燃機関用の本発明によるシース形グロープラグは、加熱体とプラグハウジングとプラグ軸線とを備えている。本発明の根本思想は、プラグハウジングと加熱体との間における堅固で不動の、有利には完全に気密な結合部が生ぜしめられることである。燃焼室圧センサの機能は、シリンダヘッドにおける螺合部と燃焼室側の端部との間の領域におけるプラグハウジングの可撓性によって、得られる。
Advantages of the invention The object of the present invention is therefore to provide a sheath-type glow plug for self-igniting internal combustion engines, which incorporates a combustion chamber pressure sensor and eliminates the above-mentioned drawbacks of known devices according to the prior art. Is to provide. In particular, the sheath-type glow plug according to the present invention, as described above, causes mechanical friction of the individual components of the sheath-type glow plug during operation, which causes problems in comparable devices of the prior art, Variations in sensor preload associated with temperature can be minimized. A sheath-type glow plug according to the present invention for a self-igniting internal combustion engine includes a heating element, a plug housing, and a plug axis. The basic idea of the invention is that a solid, stationary, preferably completely airtight connection between the plug housing and the heating element is produced. The function of the combustion chamber pressure sensor is obtained by the flexibility of the plug housing in the region between the threaded portion of the cylinder head and the end portion on the combustion chamber side.
従って本発明によるシース形グロープラグは、加熱体を受容するための受容領域と、ハウジング体と、該ハウジング体と受容領域との間に配置された少なくとも1つのフレキシビリティ領域とを有している。フレキシビリティ領域の有利な構成では、このフレキシビリティ領域は、プラグハウジングが、プラグ軸線に対して平行な方向において、ハウジング体の領域におけるよりも小さな剛性を有する少なくとも1つの領域を備えている。本発明の構成ではさらに、プラグハウジング内に少なくとも1つの力測定エレメントが設けられており、この力測定エレメントは特に、該少なくとも1つの力測定エレメントに際して加えられる力に関連して電気信号を生ぜしめることができる力測定エレメントである。基本的には、当業者に周知の任意の原理の任意の力測定エレメントを使用することができ、例えばほぼ任意の形状の圧電式の力測定エレメントや、容量性の力測定エレメント、又はストレーンゲージを用いた力測定を使用することができる。この少なくとも1つの力測定エレメントは有利にはハウジング体内に受容されている。 Accordingly, the sheath-type glow plug according to the present invention has a receiving region for receiving a heating body, a housing body, and at least one flexibility region disposed between the housing body and the receiving region. . In an advantageous configuration of the flexibility region, this flexibility region comprises at least one region in which the plug housing has a smaller stiffness in the direction parallel to the plug axis than in the region of the housing body. The arrangement of the invention further comprises at least one force measuring element in the plug housing, which in particular generates an electrical signal in relation to the force applied during the at least one force measuring element. It is a force measuring element that can. Basically, any force measuring element of any principle known to a person skilled in the art can be used, for example a piezoelectric force measuring element of almost any shape, a capacitive force measuring element or a strain gauge Force measurement using can be used. The at least one force measuring element is preferably received in the housing.
燃焼室内における圧力は、少なくとも1つの力測定エレメントに力として伝達されねばならない。この力伝達は例えば加熱体から少なくとも1つの力測定エレメントに直接的に行うことも、又は、例えばプラグハウジング又はプラグハウジングの一部を介して間接的に行うこともできる。択一的に又は付加的に、本発明によるシース形グロープラグは圧力伝達のために、燃焼室圧を少なくとも1つの力測定エレメントに伝達するための、特に力を加熱体から少なくとも1つの力測定エレメントに伝達するための少なくとも1つの別体の力伝達エレメントを有していることができる。この少なくとも1つの別体の力伝達エレメントは例えば、押圧ロッド、有利にはほぼ円筒形の押圧ロッド、及び/又は押圧スリーブ、有利にはほぼ円筒スリーブ状の押圧スリーブである。この場合「ほぼ」というのは、円筒形状もしくは円筒スリーブ形状とは幾分異なった形状も可能であり、例えば、シース形グロープラグの形状やシース形グロープラグの内室の形状に合わせられた幾分円錐形の形状も可能であることを意味している。加熱体は内燃機関の燃焼室内に進入していて、そこで受圧面、例えば端面において、燃焼室圧に相当する圧力を負荷される。この圧力は、加熱体によって、該加熱体からシース形グロープラグに伝達される力に変換される。そして少なくとも1つの力測定エレメントはこの力を直接又は間接的に(つまり付加的な中間エレメントなしに又は中間エレメントを介して)、加熱体から少なくとも1つの力測定エレメントに伝達し、そこでこの力は電気信号に変換され、この電気信号は相応な電子機器によって読み取られて、例えば機関制御のために利用されることができる。このようにして燃焼室圧に関する情報を得ることができる。 The pressure in the combustion chamber must be transmitted as a force to at least one force measuring element. This force transmission can be effected directly, for example, from the heating element to the at least one force measuring element, or indirectly, for example via a plug housing or part of the plug housing. As an alternative or in addition, the sheath-type glow plug according to the invention is used for transmitting pressure, for transmitting the combustion chamber pressure to at least one force measuring element, in particular for measuring the force from the heating element to at least one force. There may be at least one separate force transmission element for transmitting to the element. This at least one separate force transmission element is, for example, a pressure rod, preferably a substantially cylindrical pressure rod, and / or a pressure sleeve, preferably a pressure sleeve that is substantially cylindrical. In this case, “substantially” can be a shape somewhat different from the cylindrical shape or the cylindrical sleeve shape. For example, the shape of the sheath-type glow plug or the shape of the inner chamber of the sheath-type glow plug is somewhat different. This means that a minute conical shape is also possible. The heating element enters the combustion chamber of the internal combustion engine, and is loaded with a pressure corresponding to the combustion chamber pressure on the pressure receiving surface, for example, the end surface. This pressure is converted by the heating body into a force transmitted from the heating body to the sheath-type glow plug. The at least one force measuring element then transmits this force directly or indirectly (ie without or through an additional intermediate element) from the heating body to the at least one force measuring element, where the force is It is converted into an electrical signal, which can be read by a corresponding electronic device and used, for example, for engine control. In this way, information regarding the combustion chamber pressure can be obtained.
少なくとも1つのフレキシビリティ領域は種々様々な形式で構成することができる。このフレキシビリティ領域の働きは主として次のことにある。すなわちこの場合フレキシビリティ領域の働きに基づいて、燃焼室圧による圧力によって加熱エレメントが負荷された場合に、シース形グロープラグのすべての前方部分、つまりシース形グロープラグの、受容領域と加熱体とを有していて内燃機関の燃焼室に向けられた部分が、プラグ軸線に沿って移動することができ、ひいては少なくとも1つの力伝達エレメントに相応な力、ひいては予負荷を加えることができる。これに対してハウジング体はこの場合まったく又はほとんど伸長されず、シース形グロープラグ前方部分の弾性的な移動中に実質的に剛性のままである。そして少なくとも1つの力伝達エレメントを介してシース形グロープラグに導入されるこの圧力は、少なくとも1つの力測定エレメントによって検出されることができる。この圧力は、燃焼室圧によってシース形グロープラグに導入される力全体から、僅かしか異なっておらず、シース形グロープラグのフレキシビリティ領域及び受容領域におけるプラグハウジングの剛性に関連したほぼコンスタントな係数の分しか異なっていない。少なくとも1つの力伝達エレメントの剛性もまた、このほぼコンスタントな係数に算入される。 The at least one flexibility region can be configured in a wide variety of forms. The function of this flexibility area is mainly as follows. That is, in this case, when the heating element is loaded by the pressure of the combustion chamber based on the function of the flexibility region, all the front portions of the sheath type glow plug, that is, the receiving region and the heating body of the sheath type glow plug The part of the internal combustion engine that is directed to the combustion chamber can move along the plug axis and thus apply a corresponding force and thus a preload to at least one force transmission element. In contrast, the housing body in this case does not extend at all or hardly and remains substantially rigid during the elastic movement of the sheath-shaped glow plug front part. This pressure introduced into the sheath-type glow plug via at least one force transmission element can then be detected by at least one force measuring element. This pressure differs only slightly from the overall force introduced to the sheathed glow plug by the combustion chamber pressure, and is a nearly constant factor related to the rigidity of the plug housing in the flexibility region and the receiving region of the sheathed glow plug. Only the difference is. The stiffness of the at least one force transmission element is also included in this substantially constant factor.
本発明の特に有利な構成では、少なくとも1つのフレキシビリティ領域が、以下に記載のエレメント、すなわち波形部、プラグハウジングの内部に又は外方に向かって湾曲された少なくとも1つのくびれ部又は折り目部を有している。択一的に又は付加的に少なくとも1つのフレキシビリティ領域は、プラグハウジングの少なくとも1つの薄壁の領域を有すること、特にプラグハウジングの隣接領域に比べて薄壁の領域、又は残りのすべてのプラグハウジングに比べて薄壁の領域を有することができる。このような構成によっても、フレキシビリティ領域においてプラグ軸線に対して平行なプラグハウジングの剛性が減じられる。さらにまた択一的に又は付加的に、例えばばねエレメント、特にコイルばね又は同様なばねエレメントのような弾性エレメントや、又は金属製材料又はプラスチック(例えばエラストマ)から成る弾性エレメントを使用することが可能であり、このような弾性エレメントは、少なくとも1つのフレキシビリティ領域においてプラグ軸線に対して平行なフレキシビリティを保証する。また一般的に、小さな弾性係数をもつ材料のようなエレメントも使用することができる。この場合小さな弾性係数というのは特に、プラグハウジング全体又は周囲の壁領域の弾性係数よりも小さな弾性係数のことを意味する。 In a particularly advantageous configuration of the invention, the at least one flexibility region comprises at least one constriction or crease that is curved inwardly or outwardly in the elements described below, namely corrugations, plug housings. Have. Alternatively or additionally, the at least one flexibility region has at least one thin wall region of the plug housing, in particular a thin wall region relative to the adjacent region of the plug housing, or all remaining plugs. It can have a thin-walled area compared to the housing. Such a configuration also reduces the rigidity of the plug housing parallel to the plug axis in the flexibility region. Furthermore, alternatively or additionally, it is possible to use elastic elements such as spring elements, in particular coil springs or similar spring elements, or elastic elements made of metal material or plastic (for example elastomer) Such an elastic element ensures flexibility parallel to the plug axis in at least one flexibility region. In general, an element such as a material having a small elastic modulus can also be used. In this case, a small elastic modulus means in particular an elastic modulus smaller than that of the entire plug housing or the surrounding wall region.
加熱体は有利には、不動かつ堅固にしかも圧力に対するシール作用をもって受容領域においてプラグハウジングと、有利にはプレス嵌めによって結合されている。プラグハウジングはシリンダヘッドと、有利には螺合によって結合される。そのためにシース形グロープラグは有利には付加的に、内燃機関のシリンダヘッドとシース形グロープラグとを結合するために付加的に少なくとも1つの雄ねじ山を有している。この少なくとも1つの雄ねじ山は有利にはシース形グロープラグのハウジング体の一構成部分である。加熱体を受容するための受容領域とシリンダヘッドへの接続部との間に、少なくとも1つのフレキシビリティ領域が、例えば金属ベローズの形で配置されており、この金属ベローズもしくはフレキシビリティ領域において、プラグハウジングは、プラグ軸線に対して平行な方向に可能な限り小さな剛性を有している。 The heating element is preferably fixedly and firmly connected to the plug housing in the receiving area with a sealing action against pressure, preferably by a press fit. The plug housing is connected to the cylinder head, preferably by screwing. For this purpose, the sheath-type glow plug preferably additionally has at least one external thread for connecting the cylinder head of the internal combustion engine and the sheath-type glow plug. This at least one male thread is preferably a component of the housing body of the sheathed glow plug. At least one flexibility region is arranged, for example in the form of a metal bellows, between the receiving region for receiving the heating element and the connection to the cylinder head, in which the plug The housing has as little rigidity as possible in a direction parallel to the plug axis.
少なくとも1つの力伝達エレメントは有利には、燃焼室に向かって可能な限り前方のところでプラグハウジングに支持されているか、又は加熱体に直接的に支持されている。少なくとも1つの力伝達エレメントは反対側の端部で、少なくとも1つの力測定エレメントに直接又は間接的に支持されており、その結果、上に述べたように、力を少なくとも1つの加熱体から少なくとも1つの力測定エレメントに伝達することができる。取り付けられた状態においてプラグハウジングは有利には引張り負荷を受けており、少なくとも1つの力伝達エレメントは押圧負荷されている。この負荷(予負荷)は例えば、プラグハウジング有利にはハウジング体における少なくとも1つの力測定エレメントの螺合又はかしめ固定を用いて、生ぜしめることができる。本発明によるフレキシビリティ領域の利点としては次のことが挙げられる。すなわちフレキシビリティ領域が設けられていることによって、プラグハウジングと少なくとも1つの力伝達エレメントとの異なった熱膨張を、少なくとも1つのフレキシビリティ領域におけるハウジングの可撓性によって補償することができ、ひいては、力測定エレメントに対して加えられる予負荷の変動を比較的小さくすることができる。これによって信号品質が改善され、通常は相応な温度変化を惹起する内燃機関の種々様々な運転状態における信号補正が回避される。さらにまた外部温度の変化も少なくとも部分的に補償される。内燃機関の停止状態には軸方向力が加熱体に対して作用することはなく、加熱体とプラグハウジングとの間における結合部は、機関停止状態においては負荷されない。 The at least one force transmission element is advantageously supported on the plug housing as far forward as possible towards the combustion chamber or directly on the heating element. The at least one force transmission element is supported directly or indirectly at the opposite end by the at least one force measuring element, so that, as described above, the force is at least from the at least one heating body. It can be transmitted to one force measuring element. In the mounted state, the plug housing is preferably subjected to a tensile load, and at least one force transmission element is pressed. This load (preload) can be generated, for example, by means of screw housing or preferably by screwing or caulking of at least one force measuring element in the housing body. Advantages of the flexibility region according to the present invention include the following. In other words, by providing the flexibility region, the different thermal expansion of the plug housing and the at least one force transmission element can be compensated by the flexibility of the housing in the at least one flexibility region, and thus Variations in the preload applied to the force measuring element can be made relatively small. This improves the signal quality and avoids signal correction in various operating conditions of the internal combustion engine, which usually cause a corresponding temperature change. Furthermore, changes in the external temperature are also at least partially compensated. An axial force does not act on the heating element when the internal combustion engine is stopped, and the joint between the heating element and the plug housing is not loaded when the engine is stopped.
既に上に述べたように、有利な構成では、少なくとも1つの力伝達エレメントが一端において直接又は間接的に(例えば中間エレメントを介して)少なくとも1つの力測定エレメントに支持されている。この場合少なくとも1つの力伝達エレメントは他端において、直接的に加熱体に支持されているか、又は択一的又は付加的に、少なくとも1つのフレキシビリティ領域に支持されている。少なくとも1つの力伝達エレメントは例えば、フレキシビリティ領域の、プラグハウジングの内部に向けられた波形部に支持されている。択一的又は付加的に、少なくとも1つの力測定エレメントは、少なくとも1つのフレキシビリティ領域と少なくとも1つの加熱体との間に配置されたプラグハウジング領域に配置されていてもよい。例えばそのために少なくとも1つの支持エレメントを使用することができ、このような支持エレメントは、フレキシビリティ領域と加熱体との間の領域においてプラグハウジングに少なくとも1つの力伝達エレメントを支持するために働く。例えばこの場合円形リング板を使用することが可能であり、この円形リング板はその周囲において、例えば螺合又はかしめによってプラグハウジングの壁と結合されている。少なくとも1つの力伝達エレメントをこのように支持できることによって、力伝達エレメントは、上に述べたように、可能な限り燃焼室に向かって前方で支持され、このように構成されていることにより、燃焼室とは反対の側におけるプラグハウジングの剛性領域においては、可能な限り小さな応力しか生じなくなる。この場合有利には少なくとも1つのフレキシビリティ領域は、プラグハウジング内において加熱体に直接的に支持されているか、又は、択一的又は付加的に、加熱体とフレキシビリティ領域との間における中間室が、付加的に充填材料によって満たされている。このように構成されていると、加熱体から少なくとも1つの力伝達エレメントへの力導入部の前において過度に大きな可撓性の生じることがなくなる。そのために充填材料は、例えば高い剛性と有利には小さな熱伝導率とを有する材料である。このような構成により、加熱体から少なくとも1つの力伝達エレメントへの可能な限り直接的な力伝達が可能になる。その結果、少なくとも1つの力測定エレメントへの燃焼室圧の力伝達機能がさらに改善される。 As already mentioned above, in an advantageous configuration, at least one force transmission element is supported at one end directly or indirectly (for example via an intermediate element) on at least one force measuring element. In this case, the at least one force transmission element is supported at the other end directly on the heating element or alternatively or additionally on at least one flexibility region. The at least one force transmission element is supported, for example, in a corrugated part in the flexibility region directed towards the interior of the plug housing. As an alternative or in addition, the at least one force measuring element may be arranged in a plug housing area arranged between the at least one flexibility area and the at least one heating body. For example, at least one support element can be used therefor, such a support element serving to support at least one force transmission element on the plug housing in the region between the flexibility region and the heating element. For example, it is possible in this case to use a circular ring plate, which is connected at its periphery to the wall of the plug housing, for example by screwing or caulking. By being able to support at least one force transmission element in this way, the force transmission element is supported forward as far as possible towards the combustion chamber as described above, and thus configured, In the rigid area of the plug housing on the opposite side of the chamber, only as little stress as possible is produced. In this case, the at least one flexibility region is preferably supported directly on the heating element in the plug housing, or alternatively or additionally, an intermediate chamber between the heating element and the flexibility region. Is additionally filled with a filling material. If comprised in this way, too much flexibility will not arise in front of the force introduction part from a heating body to at least 1 force transmission element. To that end, the filling material is, for example, a material having a high rigidity and preferably a low thermal conductivity. Such a configuration allows as direct a force transmission as possible from the heating element to the at least one force transmission element. As a result, the force transmission function of the combustion chamber pressure to the at least one force measuring element is further improved.
加熱体への電流供給は、例えば、プラグ軸線の近傍において真ん中を延びる鋼製接続ピンを用いて行うことができる。しかしながらまた、フレキシブルなワイヤ製給電体を使用することも可能である。 The current supply to the heating body can be performed using, for example, a steel connection pin extending in the middle in the vicinity of the plug axis. However, it is also possible to use a flexible wire feeder.
燃焼室圧センサを組み込まれた本発明によるシース形グロープラグは、従来公知の装置に比べて多くの利点を有している。大きな利点の1つとしては、燃焼室圧信号が内燃機関の運転温度によって左右されないということが挙げられる。それというのは本発明によるシース形グロープラグでは、温度変化及びこれに関連した材料の種々異なった膨張が最適に補償されるからである。別の利点としては、ほぼコンスタントな力伝達機能が保証されている、ということが挙げられる。このことは特に、燃焼室圧のほぼすべての範囲において、ひいては内燃機関のほぼすべての運転範囲において、燃焼室圧が同一又は類似の形式で、少なくとも1つの力測定エレメントに伝達される、ということを意味している。少なくとも1つの力測定エレメントの電気信号を増幅して、この信号から実際の燃焼室圧を推論するために、使用される力伝達係数は、従って内燃機関の運転状態とはほとんど無関係である。そしてこれによって、計算が複雑かつ面倒で例えば相応な修正関数又はこれに類したものを要する付加的な修正を、回避することができる。その結果、少なくとも1つの力測定エレメントの電気信号を、直接、又は僅かな電子的な後処理を施すだけで、相応な機関制御のために、例えば燃焼室圧信号に基づく機関制御のために、使用することができる。 A sheathed glow plug according to the present invention incorporating a combustion chamber pressure sensor has many advantages over previously known devices. One major advantage is that the combustion chamber pressure signal is not affected by the operating temperature of the internal combustion engine. This is because the sheath-type glow plug according to the invention is optimally compensated for temperature changes and the different expansions of the material associated therewith. Another advantage is that a nearly constant force transmission function is guaranteed. In particular, this means that the combustion chamber pressure is transmitted to the at least one force measuring element in the same or similar manner in almost all ranges of the combustion chamber pressure and thus in almost all operating ranges of the internal combustion engine. Means. In order to amplify the electrical signal of the at least one force measuring element and to infer the actual combustion chamber pressure from this signal, the force transfer coefficient used is therefore almost independent of the operating state of the internal combustion engine. This makes it possible to avoid additional corrections that are complicated and cumbersome and require, for example, a corresponding correction function or the like. As a result, the electrical signal of the at least one force measuring element can be applied directly or with a slight electronic post-processing for appropriate engine control, for example engine control based on the combustion chamber pressure signal. Can be used.
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
Drawings Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、燃焼室圧センサを組み込まれた本発明によるシース形グロープラグの第1実施例を示す図であり、
図2は、種々異なったクランク軸位置における燃焼室圧との比較において、力測定エレメントのセンサ信号の経過をシミュレーションして示すグラフであり、
図3は、本発明による燃焼室圧センサの第2実施例を示す図であり、
図4は、本発明による燃焼室圧センサの第3実施例を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a sheath type glow plug according to the present invention in which a combustion chamber pressure sensor is incorporated,
FIG. 2 is a graph simulating the course of the sensor signal of the force measuring element in comparison with the combustion chamber pressure at different crankshaft positions,
FIG. 3 is a view showing a second embodiment of the combustion chamber pressure sensor according to the present invention,
FIG. 4 is a view showing a third embodiment of the combustion chamber pressure sensor according to the present invention.
実施例
図1には、本発明によるシース形グロープラグ110の第1実施例が示されており、このシース形グロープラグ110には燃焼室圧センサが組み込まれている。シース形グロープラグ110は加熱体112とプラグハウジング114とを有している。図示の実施例ではプラグハウジング114は、3つの領域に、つまり加熱体112を受容するための、燃焼室に向けられた受容領域116と、フレキシビリティ領域118と、シース形グロープラグ110の、燃焼室とは反対の側に配置されたハウジング体120とに、分割されている。
Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment of a sheath-
加熱体112は図示の実施例ではセラミック製の加熱体112として構成されている。しかしながらまた、加熱体112の別の構成も可能である。加熱体112は図示の実施例では鋼製接続ピン122によって電気エネルギを供給される。鋼製接続ピン122は図1に示された実施例では、中心を延びる中実のピンとして形成されていて、プラグ軸線124に沿って軸方向においてプラグハウジング114を貫いて案内される。シース形グロープラグ110は燃焼室とは反対側の端部に、螺合体126を有している。鋼製接続ピン122は軸方向においてこの螺合体126を貫いてプラグハウジング114から外に案内されていて、相応な電気エネルギ供給装置に通じている。さらにプラグハウジング114はハウジング体120に雄ねじ山128を有している。この雄ねじ山128を用いてシース形グロープラグ110をシリンダヘッドにねじ込むことができ、これによって加熱体112は内燃機関の燃焼室内に進入する。フレキシビリティ領域118においてプラグハウジング114はくびれ部130を備えており、このくびれ部130においてプラグハウジング114は内方に向かって狭窄部を有している。これによってこのくびれ部130は、ただ1つの折り目を備えた金属ベローズのように働き、フレキシビリティ領域118においてプラグハウジング114に、プラグ軸線124に対して平行な方向において、ハウジング体120におけるよりも小さな剛性を与えることになる。
The
加熱体112は図示の実施例では受容領域116において、プレス嵌め132によってプラグハウジング114と結合されている。これによって受容領域116においては気密な結合部が生ぜしめられ、ひいては燃焼ガスがシース形グロープラグ110の内室に侵入することを確実に阻止することができる。加熱体112はこの場合受容領域116においてプラグハウジング114内に押し込まれている。これによって加熱体112とくびれ部130との間には中間室134が存在している。この場合中間室134が可能な限り小さく保たれていると、有利には消滅していると、有利である。択一的に有利な構成ではこの中間室134は、強度が高くかつ/又は熱伝導率の低い充填材料によって満たされる。このようにして、下記の力伝達がさらに改善され、この場合同時に、加熱体12からシース形グロープラグ110の内室における他の構成部材への熱の伝達が阻止される。
The
さらにプラグハウジング114のハウジング体120内には、図示の実施例ではリング状の圧電素子の形をしたリング状の力測定エレメント136が受容されている。この力測定エレメント136の給電体は図1には示されておらず、例えば軸方向で、例えば鋼製接続ピン122に対して平行に、螺合体126を貫いてプラグハウジング114から外に案内されていて、相応な電子的な評価装置に接続されている。力測定エレメント136はこの実施例では2つのスペーサスリーブ138によって、例えば円筒スリーブ形状のスペーサスリーブによって、特に高剛性の材料(例えば鋼)から成る2つのスペーサスリーブ138によって、取り囲まれている。組立て時には初めに、燃焼室側のスペーサスリーブ138がシース形グロープラグ110の、燃焼室とは反対側の端部からプラグハウジング114内に導入され、次いで力測定エレメント136が導入され、次に第2のスペーサスリーブ138が導入される。その後でプラグハウジング114には螺合体126がねじ込まれる。これによって力測定エレメント136には予負荷もしくはプレロードが加えられる。
Furthermore, in the
さらにプラグハウジング114には力伝達エレメント140が挿入されている。この力伝達エレメント140は図示の実施例ではスリーブ状の形状を有していて、力測定エレメント136と同様に、鋼製接続ピン122の周面を取り囲んでいる。この実施例において力伝達エレメント140は幾分円錐形に形成されていて、燃焼室側に、燃焼室とは反対の側におけるよりも幾分小さな外径を有している。力伝達エレメント140は燃焼室側においてくびれ部130に支持されていて、燃焼室とは反対の側において燃焼室側のスペーサスリーブ138に支持されている。これによって力伝達エレメント140はこの実施例では、力測定エレメント136に間接的に支持されている。
Further, a
加熱体112は燃焼室に向けられた側に、液圧式の受圧面142を有している。この受圧面142を介して燃焼室圧は、加熱体112に作用する力F(図1では符号144で示されている)に変換される。力伝達エレメント140によってこの力144は力測定エレメント136に伝達され、この力測定エレメント136において力は電気信号に変換される。そしてこの電気信号から燃焼室圧を推量することができる。しかしながらこの場合加熱体112から力測定エレメント136への力144の力伝達は完全ではなく、1よりも小さな係数を掛ける必要がある。理想的にはこの伝達係数はちょうど1になる。伝達が完全ではないという事実は、力がプラグハウジング114によって受け止められるもしくは吸収されるということに基づいている。図1に示されたシース形グロープラグ110の構成の利点としては、この場合力144はフレキシビリティ領域118以外では無視できるほどしかプラグハウジング114を変形させないということが、挙げられる。実質的に力144によって単に受容領域116だけが軸方向においてハウジング体120に向かって移動させられ、この際にフレキシビリティ領域118におけるプラグハウジング114は軸方向においてばね弾性的に圧縮させられる。これによって、加熱体112から力測定エレメント136への力144の力伝達がほぼ完全に行われることが、保証される。さらに、くびれ部130によって熱応力も吸収され、その結果種々様々な運転温度においても力測定エレメント136にはほぼコンスタントな予負荷しか加えられない。
The
図1に示された配置構成における力測定エレメント136への力144の伝達は、図2にシミュレーションデータの形で示されている。図2のグラフにおいて、φで示されたx軸はクランク軸位置を角度で示し、左側のy軸は任意のユニットにおける燃焼室圧pを示し、かつ右側のy軸は、任意のユニットにおける、力測定エレメント136によって表示される力Fを示している。ある特定の状況のために、2000U/minでかつ1barの平均有効作動圧(PME)における運転ポイントが想定された。この場合、左側のy軸線に関連した上側の曲線210は、燃焼室圧の経過を示している。右側のy軸線に関連した下側の曲線212は、力測定エレメント136の電気信号を示している。図2から分かるように、センサ信号212には相応な係数を掛けることができ、これによってこのセンサ信号212から燃焼室圧210を推量することができる。この係数には主として、シース形グロープラグ110の材料特性及び構成が考慮される。
The transmission of the
図3には、本発明によるシース形グロープラグ110の有利な第2実施例が示されている。このシース形グロープラグ110もプラグハウジング114を有していて、このプラグハウジング114は受容領域116とフレキシビリティ領域118とハウジング体120とに分割されている。受容領域116には加熱体112がプレス嵌め132によってプラグハウジング114内に固定されている。図1の実施例におけるように、図3の実施例においてもシース形グロープラグ110はくびれ部130を有している。このくびれ部130の構成は基本的には、図1の実施例におけるくびれ部130の構成と似ている。そしてくびれ部130と加熱体112との間には中間室134が形成されている。また、図1の実施例と同様に図3の実施例でもプラグハウジング114は、シリンダヘッドにシース形グロープラグ110を固定するための雄ねじ山128を有している。
FIG. 3 shows a second advantageous embodiment of a sheathed
図3に示された実施例と図1に示された実施例との相違は、主として、力測定エレメント136の構成及び力伝達エレメント140の構成及び支承形式にある。図3の実施例では力測定エレメント136は円筒円板の形で形成されていて、燃焼室とは反対側の端部においてハウジング体120に挿入されている。そしてこの力測定エレメント136はこの実施例においても螺合体126によって保持されかつ予負荷されている。図3に示された実施例ではスペーサスリーブ138は省かれている。
The difference between the embodiment shown in FIG. 3 and the embodiment shown in FIG. 1 lies mainly in the configuration of the
さらに図3の実施例では力伝達エレメント140はスリーブ状ではなく、ロッド状に形成されている。力伝達エレメント140はこの場合プラグ軸線124に沿ってプラグハウジング114内に挿入されている。燃焼室とは反対側の端部において力伝達エレメント140は、力測定エレメント136の燃焼室側の端面の中央に支持されている。燃焼室側の端面の端部においてロッド状の力伝達エレメント140は、中間室134の壁に支持されている。そのために付加的な円板状の支持エレメント310が受容領域116に挿入されている。この支持エレメント310は例えば、受容領域116におけるプラグハウジング114の壁とかしめ又は螺合によって結合されている。この場合他の固定形式も可能である。支持エレメント310によって力は加熱体112から、受容領域116におけるプラグハウジング114の壁と支持エレメント310とロッド状の力伝達エレメント140とを介して、力測定エレメント136に伝達される。加熱体112から力伝達エレメント140に支持エレメント310を介して間接的に力伝達をする利点としては、主として、熱が加熱体112から力伝達エレメント140に直接伝達されないということが挙げられる。もし熱が(例えば金属製である)力伝達エレメント140を通して力測定エレメント136に伝達されてしまうと、この熱伝達によって、例えば力測定エレメント136において温度変化が生じてしまい、ひいては信号品質に対して不都合な影響が及ぼされることになる。
Further, in the embodiment of FIG. 3, the
図3の実施例では加熱体112への給電体は図示されていない。プラグ軸線124に沿った領域がこの実施例ではほぼ、ロッド状の力伝達エレメント140によって満たされているので、図1の実施例におけるような鋼製接続ピン122のためのスペースは存在しない。その代わりに図3の実施例では、ワイヤ製給電体が使用され、このワイヤ製給電体は、支持エレメントにおける相応な孔又は、プラグハウジング114の壁における相応な孔又は溝を通して、エレメント310及び136のところを通過させられ、そして螺合体126を通して外に案内される。
In the embodiment of FIG. 3, the power supply to the
図4には、シース形グロープラグ110の第3実施例が示されており、このシース形グロープラグ110は別体の力伝達エレメント140を備えていない。この第3実施例では力144は加熱体112から力測定エレメント136に直接伝達される。この力伝達は有利には、加熱体112の、燃焼室とは反対の側に配置された円筒形の延長部410を用いて行われる。シース形グロープラグ110におけるその他の機能及び構造は、図3に示された実施例と同様である。
FIG. 4 shows a third embodiment of a sheath-
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