JP2011520085A - 圧力測定グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】ねじを用いた複雑なプレストレス工程を用いることなく圧力測定グロープラグの製造を可能とする。
【解決手段】本発明は、燃焼室圧力決定装置に関する。該装置は、筒状ボディ（６）と、該筒状ボディ（６）から突き出したグローピン又はグローフィラメント（５）と、前記筒状ボディ（６）中に配置された少なくとも１つのセンサ素子（４）を有する。本発明は、前記センサ素子（４）が、前記グローピン（５）の前面と、前記筒状ボディ（６）にロウ付けされたプレストレス素子（３）の間に挿入されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に内燃機関の燃焼室圧力決定装置、及び、その製造方法に関する。本発明は、特に、ハウジングとしての筒状ボディと、該ボディから突き出したグローピンと、グローピンの場所に存在する燃焼室圧力を測定するための、前記ボディ中に配設されたセンサ素子を備えた圧力測定グロープラグに関する。

請求項１の前提部に記載された特徴を有するグロープラグは、特許文献１から公知である。

同様な燃焼室圧力センサは、例えば特許文献２から公知である。そこには、ディーゼルエンジンのシリンダに挿入されるプラグボディと、該プラグボディ内に配設された加熱ロッドと、シリンダの燃焼室内に存在する圧力が圧力センサに印加されるように、前記加熱ロッドとプラグボディの間にプレストレスを以って配設された圧力センサを備え、前記加熱ロッドがプラグボディ内を軸方向にスライドして変位するように配設され、シリンダの燃焼室内の圧力を前記圧力センサに伝達するようにされたディーゼルエンジン用の圧力測定グロープラグが記載されている。

更に、そのような燃焼室圧力センサが特許文献３に開示されている。これは、端部側がエンジン燃焼室の近くに位置され、エンジンと係合するねじ部を有する円筒状ハウジングと、一端側が前記円筒状ハウジングの端部側から突き出すようにハウジングの内側に保持された筒状部品と、該筒状部品の内側に位置され、供給された電流に応じて熱を発生する発熱部品と、一端側が該発熱部品に電気的に接続され、他端側が前記ハウジングの他端側から突き出すようにされた金属中央軸と、発生すると前記中央軸によって前記筒状部品に作用する軸力として伝達されるエンジン燃焼圧力を検出するための燃焼圧力センサとを備え、前記筒状部品の内側に位置する前記中央軸の部分が、１０．５×１０^-6℃以下の熱膨張係数を有するグロープラグを示している。

特許文献４は、プラグハウジングに溶接されたセンサケージ中にメンブレンがセンサとして配置された圧力測定グロープラグを開示している。このセンサは、スリーブ状の力伝達素子によりグローピンと結合されている。

特許文献５は、加熱体とプラグハウジングを含む第１のモジュールと、圧力測定モジュールを備え、該圧力測定モジュールが前記第１のモジュールに前記加熱体から離れた側で接続され、少なくとも１つの力測定素子が前記圧力測定モジュール内に組み込まれ、該少なくとも１つの力測定素子が、力の関数として電気信号を発生するように設計され、力が前記加熱体によって該少なくとも１つの力測定素子に伝達されるように、該少なくとも１つの力測定素子が前記加熱体に結合された圧縮点火式内燃機関のシース型グロープラグを開示している。

特許文献６は、加熱体とプラグハウジングを備え、該プラグハウジングは少なくとも１つの力測定素子を備え、力が前記加熱体によって該少なくとも１つの力測定素子に伝達されるように該少なくとも１つの力測定素子が前記加熱体に結合された圧縮点火式内燃機関のシース型グロープラグであって、該シース型グロープラグが、更に、前記加熱体に結合された少なくとも１つのシール素子を有しており、この少なくとも１つのシール素子が弾性特性を備えた少なくとも１つの素子を有し、該少なくとも１つのシール素子が前記加熱体を前記プラグハウジングに対してシールしているシース型グロープラグを開示している。

国際出願ＷＯ ２００５／１１４０５４ Ａ１号公報 ドイツ国ＤＥ １０３ ４３ ５２１号公報（日本の特開２００５−９０９５４号公報に対応） ドイツ国ＤＥ １０３ ４６ ２９５号公報（日本の特開２００４−１２４９１０号公報に対応） 国際出願ＷＯ ２００７／０９６２０８ Ａ１号公報（日本の特表２００９−５２７７４９号公報に対応） ドイツ国ＤＥ １０ ２００５ ０１６ ０４６３号公報（日本の特表２００８−５３７０４６号公報に対応） ドイツ国ＤＥ １０ ２００５ ０１７ ８０２号公報（日本の特表２００８−５３８４０５号公報に対応）

問題点は、圧力測定グロープラグの製造に、ねじを使った複雑なプレストレス工程が必要なことであった。

必要な高いプレストレスを機械的に発生することは、特に寸法が小さい場合に困難である。プレストレスが緩んでしまうことが避けられない。部品の形状に関連する欠陥を補償することも非常に困難である。

本発明の目的は、前記で強調した問題点を避けた燃焼室圧力決定装置及び圧力測定グロープラグの製造方法を創り出すことにある。特に、連続生産に適した、適用が容易でコストが安く、プレストレス力が調整でき、部品の形状に関連する欠陥が補償され得るプレストレス工程を用いた、圧力測定グロープラグが、どのようにして与えられるかについての１つの方法が示される。

この目的は、請求項１中に与えられる様相を持つ装置、及び、請求項１１中で与えられる様相を持つ方法によって達成される。本発明の有利な改良は、従属請求項の主題である。

本発明によるグロープラグは、センサ素子とプレストレス素子が、筒状ボディによって形成されたプラグハウジング中に導入され、該グローハウジング内にグローピンが挿入されるので、容易に組み立てられ有利である。センサ素子は、このようにして、グローピンの表面と、プラグハウジングにロウ付けされるプレストレス素子の間に配設される。

ソルダは、プレストレス素子に付加され、次いでプラグハウジング内に導入される。プレストレス素子をプラグハウジングにロウ付けするために、ソルダを伴うプレストレス素子が支えられているプラグハウジングの部分のみが加熱され、ソルダを溶融することが好ましい。これに続く冷却の際に、プラグハウジングの加熱された部分が縮まる。このようにして、センサ素子上に作用するプレストレスが、単純な手段を用いて有利に発生される。

本発明によるグロープラグにおいて、センサ素子は、このようにして、プラグハウジング内で十分に保護された方法で、グローピンとプレストレス素子の間にクランプされる。燃焼室圧力が変化すると、そのようなグローピンのみが動いて、測定信号を発生する。このようにして、本発明による圧力測定グロープラグでは、燃焼室圧力によって動く質量が小さく保たれ、改良された測定を可能にするので有利である。

本発明によるグロープラグのセンサ素子は、グロープラグの表面とプレストレス素子の間にクランプされる。従って、センサ素子は、グローピンとプレストレス素子間の圧縮負荷を受ける。動作に際して、燃焼室圧力が、このプレストレスによって生じた圧縮圧力に加えられる。ピエゾ電気センサ素子のようなセンサ素子は、それに加えられた圧力に依存する強さの電気信号を供給する。

本発明の利点の１つは、特に、それが容易に実行できるということである。本発明による圧力測定グロープラグは、安いコストで製造できる。特に、プレストレス力が加熱されるプラグハウジングの表面のサイズ及びロウ付け温度によって調整されるという点でも有利である。存在しうる部品の形状に関連する欠陥は、補償され得る。本発明は、特にセラミックグロープラグで有利に用いられるが、他のグロープラグ、例えば鋼グロープラグにも適用できる。

本発明の更なる詳細及び利点が、添付図面に示された本発明の実施形態に基づいて説明される。

本発明による圧力測定グロープラグの実施形態を示す図 図１に示される圧力測定グロープラグの製造方法の概略図

図１は圧力測定グロープラグの実施形態を示す。図示された圧力測定グロープラグ１０は、ハウジングとしての筒状ボディ６と、該ボディから突き出したグローピン５を有する。前記ハウジングは、このプラグをディーゼルエンジンのねじ穴中にねじ込むための外側ねじ部１１を有する。グローピン５は筒状ボディ６内で軸方向に移動できる。燃焼室圧力が高くなるほど、グローピン５は筒状ボディ６中に深く押込まれ、ボディ６中に配置され、図２中に示されるセンサ素子を圧縮する。

図２は、圧力測定グロープラグの内側デザインの概念詳細図に基づいて、そのような燃焼室圧力決定装置の製造方法を示す。

図２に示される筒状ボディ６は、ロッド状グローピン５を取り囲んでいる。センサ素子４が、グローピン５に印加される圧力を測定するように、ボディ中に位置するグローピン５の端面に固定又は支持されている。センサ素子４は、好ましくは、例えば円盤状のピエゾ電気センサ素子である。ソルダ２を側面に有するプレストレス素子３が、ボディ６中に導入され、センサ素子４上に置かれる。必要であれば、側面の摩擦に打ち勝つため、加圧ピン８によって加圧力７がプレストレス素子３に印加され、プレストレス素子３、センサ素子４及びグローピン５が互いによりよくフィットするようにされる。

図２に示されるように、筒状ボディ６は、グローピン５、センサ素子４及びプレストレス素子３の周りに同心状に配置される。その結果、センサ素子４と筒状ボディ６の間に環状空間が形成される。

前記プレストレス素子３は、好ましくは、側面の凹所を有し、これは硬質ソルダ２によって埋められる。図示実施形態において、前記側面凹所は、センサ素子４から離れた側で縮小された直径を有するプレストレス素子３によって形成される。このようにして筒状ボディ６とプレストレス素子３の間に形成された環状空間は、ソルダ２によって充満される。

ボディの一部が、アクティブなソルダ２のレベルで、熱源１により加熱される。アクティブなソルダ２及びその近傍に位置するボディ６の領域は、熱伝導或いは対流によって同様に加熱される。ソルダ２の温度が融点に到達すると、ソルダ２は液化し、プレストレス素子３は、その死重の結果、加圧力７を伴うことなく、又は、加圧力７によりセンサ素子４上に加圧されて、センサ素子４上に落ちる。

前記加圧ピン８は点接触面を備えており、その結果、加圧力７により、プレストレス素子３は無背隙でセンサ素子４上に落ち着き、センサ素子４は無背隙でグローピン５上に落ち着く。

加熱工程が終了すると全システムが冷却される。ボディ６の加熱部分の収縮の結果、センサ素子４上にプレストレスが創り出される。プレストレスの量は、ボディ６の加熱面の位置及び大きさ、及びロウ付け温度によって調整される。

前記センサ素子４及びプレストレス素子３は、ボアホールのような通路をもち、これを通してグローピン５の結線が案内されるようにすることができる。この結線は、グローピン５の内側導体と接触するようにセンサ素子４とプレストレス素子を通って配置される、例えば金属ロッドであることができる。他の選択肢として、結線は線であることもできる。この結線は、内側導体に好ましくはロウ付けされる。これは、上記のプレストレス素子３のボディ６へのロウ付けと共に、或いは、その後のステップで行うことができる。

１…熱源
２…ソルダ
３…プレストレス素子
４…センサ素子
５…グローピン
６…筒状ボディ
７…加圧力
８…加圧ピン
１０…グロープラグ
１１…ねじ部

Claims (15)

1. 筒状ボディ（６）と、
   該筒状ボディ（６）から突き出したグローピン（５）と、
   前記筒状ボディ（６）中に配設されたセンサ素子（４）を有する燃焼室圧力決定装置であって、
   前記センサ素子（４）が、前記グローピン（５）の表面と、前記筒状ボディ（６）中に配設され、該筒状ボディ（６）にロウ付けされたプレストレス素子（３）の間でクランプされていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
2. 請求項１に記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記センサ素子（４）が前記グローピン（５）の表面に支えられていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記プレストレス素子（３）が、完全に前記筒状ボディ（６）中に配設されていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記センサ素子（４）と筒状ボディ（６）の間に環状空間が形成されていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記プレストレス素子（３）が、前記筒状ボディ（６）の側面に支えられていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記プレストレス素子（３）が、ソルダ（２）で埋められた側面の凹所を有することを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記プレストレス素子（３）が、前記センサ素子（４）から離れた側で縮小された直径を有し、
   これにより前記筒状ボディ（６）と前記プレストレス素子（３）の間に形成された環状空間がソルダ（２）で充填されていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記センサ素子（４）が、前記グローピン（５）の結線が案内される通路を有することを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
   前記センサ素子（４）が、前記筒状ボディ（６）によって同心状に囲まれていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置において、
    前記装置がグロープラグであり、そのハウジングが前記筒状ボディ（６）によって形成されていることを特徴とする燃焼室圧力決定装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置の製造方法であって、
    センサ素子（４）を、筒状ボディ（６）中の、グローピン（５）の面と、前記筒状ボディ（６）中に配置され、ソルダ（２）が備えられたプレストレス素子（３）の間に配置するステップと、
    前記ソルダ（２）が与えられた前記プレストレス素子（３）のゾーンを加熱することによって、前記ソルダ（２）を溶融するステップとを有し、
    前記ソルダ（２）を溶融し、加熱された部分が冷却中に縮むことによって、前記センサ素子（４）に作用するプレストレスが発生するように、前記筒状ボディ（６）の部分が加熱されることを特徴とする燃焼室圧力決定装置の製造方法。
12. 請求項１１に記載の燃焼室圧力決定装置の製造方法において、
    前記プレストレスの量が、前記筒状ボディ（６）加熱面の位置と大きさにより調整されることを特徴とする燃焼室圧力決定装置の製造方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の燃焼室圧力決定装置の製造方法において、
    前記プレストレス素子（３）に、加圧ピン（８）により加圧力（７）が印加されることを特徴とする燃焼室圧力決定装置の製造方法。
14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置の製造方法において、
    前記プレストレス素子（３）に、加熱中に加圧力（７）が印加されることを特徴とする燃焼室圧力決定装置の製造方法。
15. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の燃焼室圧力決定装置の製造方法において、
    前記プレストレス素子（３）の側面に前記ソルダ（２）が付加された後、前記プレストレス素子（３）が前記筒状ボディ（６）中に導入されることを特徴とする燃焼室圧力決定装置の製造方法。

Images