JP2009520941A - シース形グロープラグ - Google Patents

Abstract

シース形グロープラグ（１）が、内燃機関の室内に配置するために働く。該シース形グロープラグ（１）はハウジング（３）と、ロッド状のヒータエレメント（２）と、圧力センサ（２１）とを有している。ロッド状のヒータエレメント（２）はハウジング（３）に設けられた端部側の開口（４）でハウジング（３）から突出している。さらに、圧力センサ（２１）はハウジング（３）に設けられた内室（１６）に配置されている。室内に形成された圧力により、ヒータエレメントの負荷が生ぜしめられ、この負荷は、室内に形成された圧力を測定するために圧力センサ（２１）に伝達される。この検出は、端部側の開口（４）における沈積物、特にカーボン残分により損なわれる恐れがあり、このことは望ましくない。このような不都合を阻止するために、ハウジング（３）内に、端部側の開口（４）に隣接したシール室（１７）が設けられており、このシール室（１７）が、シール材（３５）で満たされている。

Description

背景技術
本発明は、内燃機関の室内に配置するためのシース形グロープラグに関する。特に本発明は、空気圧縮型の自己着火式の内燃機関の予燃焼室、渦流室または主燃焼室内に配置するためのシース形グロープラグに関する。

欧州特許出願公開第１５１７０８６号明細書に基づき、ディーゼルエンジンのシリンダ内に挿入するためのプラグボディと、このプラグボディに配置されたヒータロッドと、このヒータロッドとプラグボディとの間に配置された圧力センサとを備えたディーゼルエンジンのための圧力測定グロープラグが公知である。この場合、圧力センサには燃焼室内の圧力によって影響が与えられる。この圧力はヒータロッドから圧力センサに伝達される。ヒータロッドは軸方向にスライド式に移動可能に配置されており、この場合、シールのためにはダイヤフラムと、Ｏリングとして形成されたシール部材とが設けられている。

欧州特許出願公開第１５１７０８６号明細書に基づき公知の圧力測定グロープラグには、次のような欠点がある。すなわち、プラグボディに設けられた、ヒータロッドをプラグボディから突出させている開口の範囲に燃焼生成物が沈積する恐れがあり、これによりプラグボディに対して相対的なヒータロッドの移動可能性が悪化されてしまう。移動可能性が悪化した結果、ヒータロッドを介して行われる圧力センサへの圧力の伝達に不都合な影響が与えられてしまうので、圧力センサにより測定された圧力は燃焼室内の実際の圧力から偏倚してしまう。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明によるシース形グロープラグ、すなわちハウジングと、ロッド状のヒータエレメントとが設けられており、該ヒータエレメントが、ハウジングに設けられた端部側の開口で部分的にハウジングから突出しており、圧力センサが設けられており、該圧力センサが、ハウジングに設けられた内室に配置されており、ロッド状のヒータエレメントが、少なくともある程度の範囲内でハウジングに対して相対的に移動可能であり、室内に形成された圧力を測定するために、室内に形成された圧力に基づき生ぜしめられた、ヒータエレメントの負荷を検出するために、圧力センサが、少なくとも間接的にヒータエレメントに作用結合されている形式のシース形グロープラグにおいて、ハウジングがシール室を有しており、該シール室が、ハウジングの端部側の開口に隣接しており、該シール室内に少なくとも前記端部側の開口の範囲でシール材が設けられていることを特徴とする、内燃機関の室内に配置するためのシース形グロープラグには、ハウジングに対して相対的なヒータエレメントの可動性が、特にコークス化生成物もしくはカーボン堆積物によって生ぜしめられた汚染に関して改善されているという利点がある。特に、ハウジング内への燃焼残分の部分的な侵入や、ハウジングに設けられた、ヒータエレメントをハウジングから突出させる端部側の開口の範囲における燃焼残分の沈積が阻止される。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載のシース形グロープラグの有利な改良が可能となる。

シール材が、耐熱性で流動性のシール材として形成されていると有利である。この場合、シール材は粉末状またはペースト状に形成されていてよい。このことには次のような利点がある。すなわち、ヒータエレメントが、ほぼ影響を受けることなしにハウジング内を往復スライドし得るようになるので、圧力センサへの十分に支障のない力伝達が可能となる。粉末状のシール材は、シール材をシール室内に信頼性良く保持するために適当にプレスされていてよい。ペースト状のシール材の粘度は、シール室内への良好な装入可能性が可能となりかつ有利なスライド特性が保証されると同時に、特にハウジングの端部側の開口の範囲においてシール室からの流出が阻止されるように設定されていると有利である。

シール材が、少なくとも主として黒鉛をベースにして形成されていると有利である。黒鉛は高い熱伝導率の利点を有しているので、ヒータエレメントからハウジングへの熱導出が提供されており、このような熱導出は圧力センサおよび場合によってはシース形グロープラグの別のエレメントの温度負荷を減少させる。これにより、シース形グロープラグの信頼性は一層改善されている。シール材は１種または数種の添加剤、特にフッ化カルシウムまたは酸化カルシウムを有していてよい。添加剤によって、シール材の化学的および物理的な性質を適当に調節することができる。これにより、第１にはシース形グロープラグの構造的な構成への適合が可能となり、第２にはシース形グロープラグの使用領域への適合が可能となる。特に粘度および化学的な耐性には意図的に影響を与えることができる。さらに、シール材が未結合の金属を少なくともほぼ有していないと有利である。

シール室が、端部側の開口に環状ギャップを有しており、該環状ギャップが、少なくともほぼシール材で満たされていると有利である。まず、環状ギャップを設けることによって、ハウジングに関するヒータエレメントの良好な可動性が保証されているという利点が得られる。しかし、環状ギャップによって、シース形グロープラグのハウジング内への汚れ、特に燃焼残分の侵入が容易となる。さらに、直接に環状ギャップにおける汚染はヒータエレメントの可動性を著しく損なってしまう。環状ギャップをシール材で満たすことにより、ハウジングに関するヒータエレメントの運動可能性はシース形グロープラグの作動時においても保証される。さらに、シース形グロープラグのハウジング内への燃焼残分の侵入が阻止される。

シール室が、前記内室に向かってフレキシブルである鋼ダイヤフラムによって画定されており、該鋼ダイヤフラムが、一方ではハウジングに、他方ではヒータエレメントにそれぞれ結合されていると有利である。鋼ダイヤフラムにより、付加的なシールが与えられており、このシールは、内燃機関の室からハウジングの端部側の開口を通じてシース形グロープラグのハウジングに流入するガス、特に燃焼残分にとって貫通不可能となる。さらに、シース形グロープラグの内室はシール室に対して信頼性良くシールされるので、シール材は内室に侵入することができなくなる。この場合、シール室がシール材で満たされていると特に有利である。シール材は鋼ダイヤフラムの付加的な保護を保証する。特にシール材は燃焼室媒体の腐食攻撃および燃焼室内の高い燃焼温度に対する鋼ダイヤフラムの保護を保証する。

図面
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。互いに対応する構成要素は同一の符号で示されている。

図１は、本発明によるシース形グロープラグの有利な１実施例を示す概略的な断面図であり、
図２は、前記有利な実施例のシース形グロープラグの、図１にＩＩで示した区分の拡大図である。

実施例の説明
図１には、シース形グロープラグ１の有利な１実施例が軸方向の断面図で図示されている。シース形グロープラグ１は特に、空気圧縮型の自己着火式の内燃機関に用いられるシース形グロープラグ１として形成されていてよい。シース形グロープラグ１はロッド状のヒータエレメント２を有しており、このヒータエレメント２は予燃焼室エンジンおよび渦流室エンジンの場合には内燃機関のこれらの室に突入しており、直接噴射式のエンジンの場合にはエンジンの燃焼室に突入しており、この場合、ヒータエレメント２は金属製またはセラミック製のヒータエレメント２として形成されていてよい。しかし、本発明によるシース形グロープラグ１は別の使用事例のためにも適している。

シース形グロープラグ１はハウジング３を有している。このハウジング３は金属材料から成っていると有利である。ハウジング３は同心的な貫通孔を有しており、この場合、ヒータエレメント２は部分的にハウジング３の内部に配置されていて、ハウジング３の端部側に設けられた開口４のところでハウジング３から内燃機関の室に突入している。さらに、ハウジング３は雄ねじ山５を有しており、この雄ねじ山５によってシース形グロープラグ１は内燃機関に設けられた孔内にねじ込み可能となる。この場合、シール円錐体６により、内燃機関に設けられた孔内でのシース形グロープラグ１の密な嵌め合いが保証される。

ロッド状のヒータエレメント２は発熱体７と支持管８とを有している。支持管８は発熱体７の外周面９に接触していて、発熱体７に結合されている。支持管８の外面１０は同時にロッド状のヒータエレメント２の外面１０をも形成している。

シース形グロープラグ１に設けられた同心的な貫通孔は、鋼ダイヤフラム１５によって内室１６とシール室１７とに分割されている。鋼ダイヤフラム１５は一方ではハウジング３に、他方では円筒環状の区分１８のところでロッド状のヒータエレメント２の支持管８に、それぞれ結合されている。鋼ダイヤフラム１５は皿形の区分１９を有しており、この皿形の区分１９は、シース形グロープラグ１のハウジング３の軸線２０の方向におけるハウジング３に対して相対的なロッド状のヒータエレメント２の移動可能性を可能にするためにフレキシブルに、特に弾性的に形成されている。

内室１６には圧力センサ２１が配置されている。この圧力センサ２１は、たとえば圧電式のセンサ素子として形成されていてよい。この圧電式のセンサ素子は機械的な負荷を受けると電荷を発生させ、この電荷は圧力センサ２１のコンタクト個所２２，２３において取り出され得る。取り出された電荷は電気的な測定線路２４，２５によってシース形グロープラグ１のハウジング３から導出される。圧力センサ２１はシース形グロープラグ１の、室から遠い方の側の端部２６に向かって、ハウジング３に結合されたスリーブ２７に支持されている。他方において、圧力センサ２１は力伝達スリーブ２８を介してロッド状のヒータエレメント２に作用結合されている。この場合、ヒータエレメント２は主としてその支持管８のところで力伝達スリーブ２８に支持されている。

シース形グロープラグ１の組み付けられた状態では、内燃機関の室内の圧力に基づいて、ロッド状のヒータエレメント２に作用する力が形成される。この力は軸方向２９で、すなわち軸線２０に沿った方向で、ヒータエレメント２に作用する。この力は、矢印３０，３１，３２により示された力伝達経路に沿って圧力センサ２１に伝達される。この圧力センサ２１は伝達された力に関連して電気的な測定線路２４，２５を介して測定信号を送出し、この測定信号から、室に形成された圧力が測定される。室内に形成された圧力の信頼性の良い測定を可能にするためには、軸方向２９におけるロッド状のヒータエレメント２と力伝達スリーブ２８との十分に自由な可動性が必要となる。この場合、圧力センサ２１の測定信号を評価する際には、たとえば鋼ダイヤフラム１５の弾性的な形成により生ぜしめられる力伝達へ与えられる特定の影響を考慮することができる。

しかし、シース形グロープラグ１の作動時に生じる汚染、特に端部側の開口４の範囲で生じる汚染は、その量および作用に関して前もって測定しておくことは不可能であるので、このような汚染は室に形成された圧力の誤測定を招く大きな原因となり得る。特に、室内の圧力により生ぜしめられた力の一部が、端部側の開口４の範囲における汚染に基づいてシール円錐体６の範囲でハウジング３に導出されてしまい、その結果、実際に圧力センサ２１に作用する力が減じられてしまう危険が生じる。さらに、ヒータエレメント２の可動性は沈積物に基づいても減じられる恐れがある。これにより、望ましくないヒステリシス効果が生じ、このヒステリシス効果は室内に形成された圧力の遅延された検出を招く。

このような問題およびその他の問題を回避するために、シール室１７内にはシール材３５が設けられている。以下に、図２につき、シール室１７の構成ならびにシール材３５の特性および作用について詳しく説明する。

図２には、図１にＩＩで示した区分が詳細に図示されている。鋼ダイヤフラム１５の皿形の区分１９は環状の面４０を有しており、この環状の面４０はハウジング３に結合されている。さらに、鋼ダイヤフラム１５の皿形の区分１９は別の環状の面４１を有しており、この環状の面４１は環状の面４０とは逆方向に向けられていて、ハウジング３のシール円錐体６に結合されている。さらに、鋼ダイヤフラム１５の円筒環状の区分１８の内面４２は支持管８の外面１０に接合されており、この場合、鋼ダイヤフラム１５と支持管８とは、内面４２の範囲において材料接続的な接合方法、たとえばレーザ溶接によって結合されている。これにより、シール室１７と内室１６との間の信頼性の良いシールが与えられている。

ヒータエレメント２から力伝達スリーブ２８への力導入を改善するためには、支持管８の、力伝達スリーブ２８寄りの区分４３の肉厚さが、力伝達スリーブ２８の肉厚さに適合されており、この場合、支持管８は区分４３の範囲で、他の範囲よりも大きな肉厚さを持って形成されている。

ハウジング３とヒータエレメント２の外面１０との間には、シール円錐体６の範囲において環状ギャップ４４が設けられている。この環状ギャップ４４は端部側の開口４を形成している。環状ギャップ４４は軸線２０に沿った方向におけるヒータエレメント２のスムーズな摺動を可能にする。このことは、鋼ダイヤフラム１５の弾性的な形成によってアシストされ、この場合、鋼ダイヤフラム１５により生ぜしめられて支持管８を介してヒータエレメント２に作用するばね力は前もって測定されており、したがって室内に形成された圧力の測定時に場合によってはこのばね力が考慮され得る。さらに、シール室１７はシール材３５で充填されている。このシール材３５は環状ギャップ４４をも満たしている。シール材３５は、室内に生ぜしめられた温度では硬化しない耐高熱性のペーストから成っている。これにより、シール材３５はシール室１７の範囲におけるヒータエレメント２の十分にスムーズなスライドを保証する。さらに、シース形グロープラグ１のハウジング３内へのガスおよび燃焼残分の侵入も阻止される。特に、環状ギャップ４４におけるコークス化残分の堆積、つまりカーボン堆積が阻止されるので、圧力センサ２１は、実質的に、室内に形成された圧力に相当する力でしか負荷されなくなる。

シール材３５は鋼ダイヤフラム１５の保護、特に鋼ダイヤフラム１５の腐食を助成する媒体に対する保護をも保証している。さらに、シール材３５は導電性および熱伝導性のシール材３５として形成されていてよい。導電性のシール材３５は支持管８とハウジング３との電気的な接続を可能にする。その場合、たとえば多層式のセラミック製の発熱体７に電圧を印加することにより、加熱のために必要となる電気的なエネルギの供給を行うことができ、この電圧は導電性の接続エレメント４５を介して発熱体７へ案内される。ヒータエレメント２が相応して形成されている場合には、相応して接続エレメント４５を介して、ハウジング３に対して、発熱体７の発熱コイルに電圧を印加することもできる。

熱伝導性のシール材３５の場合には、シール円錐体６の範囲でヒータエレメント２からハウジング３に導入された熱の、ハウジング３への改善された導出が可能となる。これにより、シース形グロープラグ１の組み付けられた状態では、この熱の一部を、たとえばシール円錐体６を介して内燃機関に導出することができるので、内室１６に設けられているエレメント、特に圧力センサ２１の熱的な負荷は減じられている。

シール材３５は、たとえば黒鉛から成っているか、または黒鉛を主体にして製造されていてよい。適当な添加剤、特にフッ化カルシウムまたは酸化カルシウムにより、ある程度の範囲内で、シール材３５の物理的および化学的な性質をその都度の使用事例に適合させることが可能となる。

鋼ダイヤフラム１５は、ヒータエレメント２の調節に関連した戻し力が形成されて、この戻し力が圧力パルス後にヒータエレメント２をその元の位置へ戻し運動させるように形成されていてよい。沈積物またはこれに類するものによる調節運動への別の影響付与が阻止されるので、圧力センサ２１のために最初に求められたセンサ特性線は、シース形グロープラグ１の寿命にわたって、室内に形成された圧力を測定するために使用され得る。さらに、シール材３５は高温の燃焼ガスと鋼ダイヤフラム１５との直接的な接触を阻止するので、鋼ダイヤフラム１５により形成された戻し力も、シース形グロープラグ１の寿命にわたって少なくともほぼ不変の経過を有している。

本発明は前記実施例に限定されるものではない。

本発明によるシース形グロープラグの有利な１実施例を示す概略的な断面図である。 前記有利な実施例のシース形グロープラグの、図１にＩＩで示した区分の拡大図である。

Claims (9)

1. 内燃機関の室内に配置するためのシース形グロープラグ（１）であって、ハウジング（３）と、ロッド状のヒータエレメント（２）とが設けられており、該ヒータエレメント（２）が、ハウジング（３）に設けられた端部側の開口（４）で部分的にハウジング（３）から突出しており、圧力センサ（２１）が設けられており、該圧力センサ（２１）が、ハウジング（３）に設けられた内室（１６）に配置されており、ロッド状のヒータエレメント（２）が、少なくともある程度の範囲内でハウジング（３）に対して相対的に移動可能であり、室内に形成された圧力を測定するために、室内に形成された圧力に基づき生ぜしめられた、ヒータエレメント（２）の負荷を検出するために、圧力センサ（２１）が、少なくとも間接的にヒータエレメント（２）に作用結合されている形式のものにおいて、ハウジング（３）がシール室（１７）を有しており、該シール室（１７）が、ハウジング（３）の端部側の開口（４）に隣接しており、該シール室（１７）内に少なくとも前記端部側の開口（４）の範囲でシール材（３５）が設けられていることを特徴とする、内燃機関の室内に配置するためのシース形グロープラグ。
2. シール材（３５）が、耐熱性で流動性のシール材（３５）として形成されている、請求項１記載のシース形グロープラグ。
3. シール材（３５）が、粉末状またはペースト状に形成されている、請求項１または２記載のシース形グロープラグ。
4. シール材（３５）が、少なくとも主として黒鉛をベースにして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
5. シール材（３５）が少なくとも１種の添加剤を有している、請求項４記載のシース形グロープラグ。
6. 添加剤が、フッ化カルシウムまたは酸化カルシウムである、請求項５記載のシース形グロープラグ。
7. シール室（１７）が、端部側の開口（４）に環状ギャップ（４４）を有しており、該環状ギャップ（４４）が、少なくともほぼシール材（３５）で満たされている、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。
8. シール室（１７）が、前記内室（１６）に向かって少なくとも、少なくとも部分的にフレキシブルである鋼ダイヤフラム（１５）によって画定されており、該鋼ダイヤフラム（１５）が、一方では少なくとも間接的にハウジング（３）に、他方では少なくとも間接的にヒータエレメント（２）にそれぞれ結合されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
9. シール室（１７）が、少なくともほぼシール材（３５）で満たされている、請求項８記載のシース形グロープラグ。

Images