JP2014115275A - 内燃エンジン用の圧力測定プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】すすの焼付き防止効果を有する燃焼圧センサを提供する。
【解決手段】圧力測定プラグは使用中の燃焼チャンバーに面するボディ先端部１０６と通路とを持つプラグボディ１０２と、外側の部分１０４Ａ、内側の部分１０４Ｂおよび環状ダイヤグラム１０４Ｄを含むリング形状の感知構造１０４とを有し、プラグボディは外側の部分１０４Ａに取付けられる。さらに圧力測定プラグは、円形状の薄膜１０５を含み、当該薄膜は、燃焼チャンバー内の過酷な環境から環状ダイヤグラム１０４Ｄを保護する封止を提供する。さらに圧力測定プラグは、円形状の薄膜１０５およびボディ先端部１０６により形成されたプラグチャンバー１０７を含み、ボディ先端部の通路は、プラグチャンバーと燃焼チャンバーとの間に開かれた接続を提供する。通路は、すすフィルタとして機能するチャネル構造の一部である。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃エンジンのシリンダーヘッドにプラグボディを搭載するための雄ねじ部（外側のねじ部）を含むプラグボディを有する内燃エンジン用の圧力測定プラグに関する。特に、この発明は、内燃エンジン用のピエゾ抵抗型圧力測定プラグに関する。

内燃エンジン用の圧力測定プラグは、特許文献１によりにより知られている。圧力測定プラグは、プラグボディ、環状の感知構造と円形状の薄膜（メンブラン）を含む。プラグボディは、内燃エンジンのシリンダーヘッドにプラグボディを搭載するための雄ネジ部と、使用時に燃焼チャンバーに面するボディ先端部とを含む。環状の感知構造は、外側の部分、内側の部分、および環状のダイヤグラムを含む。プラグボディは、外側の部分に取付けられる。環状の感知構造は、ダイヤグラムの変形により、環状の感知構造のシリンダー軸に沿って内側の部分を外側の部分に対し相対的に移動させる。感知構造に取付けられた歪みゲージは、感知構造の変形を検出する。その変形は、圧力測定プラグに作用する圧力と関係を持つ。

円形状の薄膜は、外側の部分に結合された外側の部分と、内側の部分に結合された内側の部分とを含む。その薄膜は、燃焼チャンバー内の過酷な環境から環状のダイヤグラムを保護する封止を提供する。

円形状の薄膜とボディ先端部は、チャンバーを形成する。ボディ先端部の通路は、プラグチャンバーと燃焼チャンバーとの間に開いた接続を提供する。このような方法で、燃焼チャンバーの圧力は、円形状の薄膜と環状の感知構造の内側の部分とに作用し得る。

将来、ディーゼルとオットーエンジン用の前進的な燃焼戦略は、全体のエンジンサイクル（圧縮−燃焼−排気サイクル）の間の各燃焼シリンダーからの正確な圧力フィードバックの存在に依存する。これらの戦略は、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼を含んでもよいし、含まなくてもよく、高速でありかつ正確な応答を必要とする高圧力開放比率（high pressure release rates）になり得る。

ＥＰ２４４４７８６Ａ１号公報

センサの寿命中の感知信号の正確さは、正確な閉ループの燃焼戦略に必須である。その感知信号のドリフトは、円形状の薄膜へのすすの堆積により発生することが知られている。堆積したすすは、圧力変化の感度を減らし、その結果として、信号の損失となる。すすの層は、その円形状の薄膜の機械特性を変化させ、内側の部分を経由する、歪みゲージの形で荷重を測定する要素が位置された感知構造のダイヤグラムへの力の伝達を減少させる。すすは、恒久的にそのセンサ特性を変化させ、それ故、エンジンの制御のための重要な耐久性と安定性の要因である。

燃焼工程の間、炭素成分、未燃の燃料、硫酸塩などであり得るすすは、燃焼ガスに直接的に露出された圧力測定プラグの界面を含む様々なエンジン部品上への凝結／堆積が観測されている。すすは、燃焼工程の間や後に、燃焼ガスにより運ばれる。燃焼ガスに接触する全ての表面やデバイスは、その機能に応じて、潜在的にすすの堆積の影響を受け、すすの堆積がその特性を変化させているとき、そのデバイス機能は、エンジンの寿命中に変化する。

熱い燃焼ガスと‘冷たい’圧力測定センサとの間の大きな温度差を生む冷却されたエンジンヘッドに接触する圧力測定センサの性質により、燃焼の凝結物質は、時間上のセンサ性能に悪影響を及ぼしかねないセンサ表面に集まる（熱泳動/拡散−泳動メカニズム）。

本発明の目的は、センサの寿命を超えてすすの焼付きに対する感度を少なくするシリンダー圧力センサを提供することである。

本発明の第１の態様によると、この目的は、請求項１の特徴を有する圧力測定プラグにより達成される。実施例の効果と本発明を実施する方法は、従属の請求工に述べられる手段により達成され得る。

本発明による圧力測定プラグは、圧力測定プラグが燃焼チャンバーとプラグチャンバーとの間に開いた接続を形成するチャネル構造を含むことを特徴とする。このチャネル構造は、使用中に、燃焼チャンバーからプラグチャンバーへの通路に沿ったガスの流れを導くように構成される。その通路は、燃焼チャンバーと、内側の部分と外側の部分との間に位置決めされたダイヤグラムとの間で、直線的な視野が形成されることを防止する曲げを含む。当該通路は、質量慣性によりすす粒子をガスの流れから離れさせ、かつボディ先端部の表面の少なくとも一部と内側の部分に衝突させる。

本発明は、内燃エンジンのサイクル中に、内燃エンジンのピストンの往復動作と燃焼チャンバー内のガスの燃焼による周期的な圧力変化によりガスがプラグチャンバーに出入りする実態に基づいている。燃焼チャンバー内のガス混合が圧縮され点火されるとき、ガスは、ボディ先端部の通路を通り、プラグチャンバーに流れる。燃焼チャンバーの圧力が減少されたとき、ガスの流れは、プラグチャンバーから燃焼チャンバーへの開いた接続内に存在する。すすは、燃焼ガスの流れにより運ばれる。しかしながら、すすは、燃焼ガスの中で、相対的に大きくかつ重い粒子である。粒子は、流れの方向を変化させることによって、空気の流れから取り除くことができることが知られている。相対的に大きくかつ重い粒子は、それらの質量慣性が原因となり、方向の変化に追従できず、空気の流れから離されるだろう。通路内のこの原理を、円形状の薄膜に適用することによって、すす粒子は、薄膜に到達できないだろう。しかしながら、粒子は、デバイスの他の表面に衝突し、そこに堆積するだろう。燃焼ガスの気体の流れが熱いので、その空気の流れは、通路の表面を熱し、その表面上に堆積したすすは、燃焼シリンダーの圧力の減少中に、圧力センサから排出されるより細かい粒子に燃焼される。こうして、圧力センサ内に簡易な機械的な粒子フィルタを作成することが可能である。燃焼エンジンから圧力センサ内のチャンバーへのガスの流れを曲げるように強いる通路構造を提供することにより、すすは、粒子がより細かい粒子に燃焼させる熱い表面上に堆積される。

言い換えれば、この発明は、シリンダー圧力センサ用のすす粒子フィルタを提供する。基本的アイディアは、燃焼チャンバーと薄膜の曲げ部分、すなわち、感知構造の内側の部分と外側の部分との間に位置決めされた薄膜（メンブレイン）の一部との間に直線的な視野を防止することである。

実施例では、円形状の薄膜は、内側の部分の遠位端を覆う。この特徴は、薄膜の封止特性を向上させる。円形状の薄膜を感知構造の内側の部分へ取り付けるための完全な円形状の溶接は必要とされない。

ある実施例では、ボディ先端部は、シリンダー軸に対し角度のあるチャネル軸を持つ少なくとも１つのチャネル部分を含む。このような特徴は、燃焼チャンバーからプラグチャンバーへのガスの流れのためにＺ形状の通路を提供する。ガスの流れが通路に入る前に、流れが曲げられる。少なくともすす粒子のいくらかは、ガスの流れから離れ、ボディ先端部の外側表面に衝突する。具体的な実施例では、少なくとも１つのチャネル部分のチャネル軸は、シリンダー軸に垂直である。より鋭い曲がりでは、より多くの粒子は、流れから離され、プラグボディの熱い表面に衝突し得る。

他の実施例では、ボディ先端部は、中央通路を含む。プラグチャンバーに接続する中央通路の第１の部分は、円錐形状を持つ。この実施例では、すす粒子は、感知構造の内側の部分の遠位端部に衝突する。このような特徴は、簡易かつ簡単に製造できる、非常に効果的な構造のすす粒子フィルタを提供する。円錐形状は、通路に、燃焼されたすす粒子をプラグチャンバーから排出することを可能にする。

更なる実施例では、中央通路は更に、中間部分と第２の部分とを含み、第２の部分は、使用中に、燃焼チャンバーに接続する。中間部分は、第１の直径を持ち、第２の部分は、第２の直径を持つ。第２の直径は、第１の直径より大きい。これらの特徴は、通路構造のフィルタ特性を向上させる。第２の部分に入るすす粒子は、中間部分への開口に隣接する表面に少なくとも部分的に付着する。中間部分を通る流れは、質量慣性により残存する粒子を加速させ、それらは、感知構造の内側の部分に衝突する。

他の実施例では、ボディ先端部は、ガスの流れがその後に第１の通路と第２の通路をて通過するチャネル通路を提供するように構成される。第１の通路と第２の通路は、それぞれ第１の通路軸と第２の通路軸を持ち、第１の通路軸は、第２の通路軸に対して平行である。第１の通路と第２の通路の断面は重複しない。こうして、ボディ先端部を通る空気の流れの通路は、すす粒子フィルタを形成するいくつかの曲がりを含む。更なる実施例では、チャネル構造は、通路を持つ２枚の平行な板状の構造によって形成される。２枚の平行な板状の構造は、予め決められた相互の距離を持つ。それらの特徴は、部品の製造が容易である組み立て可能な構造として提供する。

ある実施例では、ボディ先端部は、封止するボディ部である。この特徴は、燃焼ガスと接触するプラグボディの外側の表面を最小限にする。これは、感知構造の動作温度の減少を可能にする。

他の実施例では、内側の部分は、ボディ先端部の通路を通り突き出る。圧力測定プラグはさらに、内部の部分に取付けられたディスク状のボディを含む。ディスク状のボディは、ボディ先端部の外側の部分から所定の距離にある。これらの特徴は、すす粒子がプラグチャンバーに到達する可能性を減少させる構造を提供する。

更なる実施例では、ボディ先端部の外側の表面は、隆起されたエッジを含み、封止ボディ部と面するディスク状のボディの表面はもう１つの隆起を含み、これらは、グースネック型の通路となる。これらの特徴は、すす粒子が通路の熱い表面に衝突し、燃焼され、すす粒子の堆積を減少させるので、通路のフィルタリング特性を向上させる。

更なる実施例では、ディスク状のボディは、内部の部分の遠位端に取付けられる。この特徴は、ディスク状のボディとボディ先端部との間で最小の距離を保証する簡単な構造を提供する。

ある実施例では、プラグチャンバー１０７及び／またはチャネル構造の表面は、厚さ５０ｎｍより大きいプラチナコーティングにより覆われる。プラチナコーティングは、未燃の燃料凝縮物、長鎖炭化水素、元素状態の炭素などを酸化させる触媒である。これは、圧力測定プラグ内のすすの堆積を減少させる。

他の特徴と利点は、例えば、様々な実施例の特徴を例示する添付の図面との関係において、以下の詳細な記載から明らかにされる。

これらのおよび他の態様、特性および効果は、図面を参照して以下の記載に基づき以下に説明される。同様の参照番号は、同様のまたは匹敵する部分を示す。
図１は、圧力測定プラグの第１の実施例の断面図を概略的に示す。 図２は、図１に示される第１の実施例の断面図の詳細を概略的に示す。 図３は、第２の実施例を概略的に示す。 図４は、第３の実施例を概略的に示す。 図５は、第４の実施例を概略的に示す。 図６は、第５の実施例を概略的に示す。 図７は、圧力測定プラグの第７の実施例の断面図を概略的に示す。

図１は、内燃エンジン用の圧力測定プラグ１００の第１の実施例の断面図を概略的に示す。圧力測定プラグ１００は、内燃エンジンのシリンダーヘッドにプラグボディ１０２を搭載するための雄ネジ部１０２Ａと、使用中に燃焼チャンバーに面するボディ先端部１０６とを含むプラグボディ１０２とを含む。環状の感知構造１０４は、雄ネジ部１０２Ａとボディ先端部１０６との間に位置され、プラグボディの一部を形成する。圧力測定プラグ１００は更に、レンチを用いて圧力測定装置の搭載を可能にする六角形の周辺が設けられたハウジング１０８を含む。センサ電子部品（図示されていない）は、プラグボディ１０２とハウジング１０８により形成された空間内に提供される。更に、コネクタ（図示されていない）がハウジング１０８に一体化される。図２は、参照ＩＩの円によって示された、環状の感知構造１０４と、ボディ先端部の詳細を図示する。

ボディ先端部１０６は、燃焼チャンバー側に円錐状の封止面１０６Ｅが提供され、これにより圧力測定プラグがシリンダーヘッドで燃焼圧力を封止する。

リング形状の感知構造１０４は、管状の外側の部分１０４Ａ、ロッド状の内側の部分１０４Ｂおよび環状のダイヤグラム１０４Ｄを含む。外側の部分１０４Ａは、プラグボディ１０２に取付けられる。その部分は、溶接により互いに機械的に接続される。環状のダイヤグラム１０４Ｄは、内側の部分１０４Ｂを外側の部分１０４Ａに機械的に結合する。環状の感知構造は、ダイヤグラム１０４Ｄの変形により、環状の感知構造１０４のシリンダー軸１０４Ｅに沿って内側の部分１０４Ｂを外側の部分１０４Ａに対し相対的に移動させる。ピエゾ抵抗素子の形態であり得る感知素子１０９、ワイヤ歪みゲージまたは、表面の応力を測定するのに適した同様の測定素子は、ダイヤグラム１０４Ｄの環状の表面に取付けられる。その環状の表面は、感知構造１０４のシリンダー軸１０４Ｅに垂直な平面内にある。感知素子は、ダイヤグラムの応力の大きさを示す電気信号を発生するように構成される。センサ電子部品は、圧力測定プラグ１００の先端に作用する圧力を表す信号を決定する。

圧力測定プラグは更に、円形状の薄膜（メンブレイン）１０５を含む。円形状の薄膜１０５の外側の部分またはエッジは、感知構造１０４の外側の部分１０４Ａに結合される。内側の部分、すなわち、薄膜１０５の中央部分は、内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１に結合される。本明細書の文脈では、結合の用語は、結合された部品が、使用中に、互いに等しい距離を実質的に維持し、かつ互いに直接的にまたは他の構造を介して間接的に取り付けられ得ることを意味する。薄膜１０５は、好ましくは、金属材料から作られ、薄膜１０５は、放射状の円周方向の隅肉溶接または放射状の円周方向のスルー溶接によって感知構造の各部分に機械的に接続される。接続はまた、レーザー溶接、圧接、かしめ、はんだ付け、圧入などを用いることによっても達成され得る。薄膜１０５は、燃焼チャンバー内の過酷な環境から環状のダイヤグラム１０４を保護する封止を提供する。更に、薄膜は、高温の燃焼ガスから感知構造上に搭載された感知素子１０９を保護する。薄膜１０５は更に、内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１の半径方向の移動を減少させる。これは、圧力測定プラグの測定特性を向上させる。

円形状の薄膜１０５とボディ先端部１０６との間の空間は、プラグチャンバー１０７を形成する。ボディ先端部１０６の通路は、プラグチャンバー１０７と燃焼チャンバーとの間に開いた接続を提供する。図２では、破線１０１は、内燃エンジンのシリンダーヘッドの開口の壁を示す。

第１の実施例では、ボディ先端部１０６は、燃焼チャンバーとプラグチャンバー１０７との間に開いた接続を形成するチャネル構造を含む。チャネル構造は、中央通路１０６Ａを含む。中央通路の端部は、プラグチャンバー１０７に結合する。中央通路は、シリンダー軸１０４Ｅと一致する軸を持つ。チャンネル構造はさらに、軸１０６Ｂ１を含む４つのチャンベル部分１０６Ｂを含み、字句１０６Ｂ１は、シリンダー軸１０４Ｅに対して垂直である。チャネル部分１０６Ｂの端部は、中央通路１０６に結合する。チャネル部分１０６Ｂの対向する端部は、ボディ先端部１０６の外側の表面に開口を形成する。

チャネル構造は、
使用中に、通路１２０に沿って、燃焼チャンバーからプラグチャンバー１０７へガスの流れを導くように構成され、質量慣性によりすす粒子を通路１２１に沿ってガスの流れから離れさせ、かつボディ先端部１０６の表面の少なくとも一部と内側の部分１０４に衝突させる。

使用中、圧力測定プラグは、以下の方法で機能する。内燃エンジン内で圧力が増加するとき、チャンネル構造を通るガスの流れは、燃焼チャンバーからプラグチャンバーへと発生する。破線１２０は、ガスの流れの通路と方向を示す。すす粒子は、ガスの流れによって搬送される。しかしながら、ガスの流れの速度とすす粒子の質量慣性により、すす粒子は、ガスの流れの通路１２０に従うことができず、ガスの流れから離れる。点線１２１は、ガスの流れの通路１２０から離れるすす粒子の通路を示す。粒子は、質量慣性により、ボディ先端部１０６の外側の表面に衝突し、さらにチャネル構造の内側の表面または内側の部分１０４Ｂの終端１０４Ｂ１の表面に衝突する。図２では、内側の部分１０４Ｂの遠位端は、薄膜１０５によって覆われる。

チャネル構造を通るガスの流れにより、ボディ先端部１０６と内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１は、高い温度を得る。その結果、前記部分の表面上に付着されたすすは、燃焼シリンダーの圧力の減少中に、圧力センサから噴出されるより小さな粒子に燃焼される。更に、より小さなすす粒子は、圧力測定プラグにすす粒子の堆積への感度を低下させるように急速な速度で堆積されない。

図３及び４は、それぞれ第２及び第３の実施例を示す。破線１０１は、内燃エンジンのシリンダーヘッドの開口壁を示す。第２の実施例は、チャネル部分１０６Ｂがシリンダー軸１０４Ｅに関し、負の角度であるチャネル軸１０６Ｂ１を有する点で第１の実施例と異なる。負の角度は、ガスの流れ１２０の通路内のより鋭角なカーブにより、薄膜の表面へのすす粒子の搬送をより難しくさせる。ほとんどのすす粒子は、ボディ先端部１０６の外側の表面と、感知構造１０４の遠位端１０４Ｂ１の反対側の中央通路１０６Ａの内側表面に衝突する。これらボディ先端部の部分は、熱くなり、表面上に堆積されたすす粒子は、より微小な粒子へと燃やされる。図４の第３の実施例は、チャネル部分１０６Ｂがシリンダー軸１０４Ｅに関し、正の角度であるチャネル軸１０６Ｂ１を有する点で第１及び第２の実施例と異なる。その正の角度は、チャネル部分１０６Ｂを通るすす粒子の移動を容易にするが、それらは、チャネルダクト１０６Ｂ内でより高い質量慣性を得る。従って、すす粒子は、チャネル部分１０６Ｂの終端でガスの通路１２０を流れず、感知構造１０４の内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１を覆う薄膜の曲がっていない部分の表面に衝突する。この部分は、圧力変化で曲がらないので、この部分は、すす粒子の堆積を感知しない。従来の実施例と同様に、これらこの曲がっていない部分の表面は、ガスの流れによって熱せられ、表面上に堆積されたすす粒子は、より微小な粒子へと燃やされる。

第１、第２及び第３の実施例では、チャネル部分１０６Ｂの数は４つである。すす粒子が燃焼チャンバーから直接的にプラグチャンバー１０７へ到達すること防ぎ、かつ薄膜の曲がっている部分に堆積することを防ぐという所望の効果を得るためには、少なくとも１つのチャネル部分１０６Ｂが必要とされることが明らかであろう。好ましくは、チャネル部分１０６Ｂは、ボディ先端部１０６の環状の壁に沿って均等に分布される。

図５は、第４の実施例を示す。この実施例では、ボディ先端部１０６は、燃焼チャンバーから薄膜１０５へのガスの流れが実質的に第１の通路と第２の通路を通過する、チャネル構造を提供するように構成される。このチャネル構造は、通路を有する２枚の平行なプレート状の構造１０６Ｃ１、１０６Ｃ２によって形成される。プレート状の構造は、予め決められた相互の距離を持つ。第１の通路は、圧力測定プラグの先端を形成するプレート状の構造１０６Ｃ２内の通路である。第２の通路は、ボディ先端部１０６のプレート状の構造１０６Ｃ１内の中央通路である。第１の通路と第２の通路は、それぞれ第１の通路軸と第２の通路軸を持つ。第１の通路軸と第２の通路軸は、シリンダー軸１０４Ｅと平行に配置される。シリンダー軸１０４の方向で見られるように、プレート状の構造１０６Ｃ２の通路の断面とプレート状の構造１０６Ｃ１の中央通路の断面とは、重複しない。プレート状の構造１０６Ｃ１、１０６Ｃ２間の予め決められた相互の距離は、ボディ先端部１０６内の空洞によって形成される。空洞は、削られた穴であることができる。

この実施例では、第１の通路を通るガスの流れ内のすす粒子は、質量慣性によって２つのプレート状の構造１０６Ｃ１と１０６Ｃ２との間の空洞内のガスの流れから離れ、プレート状の構造１０６Ｃ１に衝突する。すす粒子は、プレート状の構造１０６Ｃ１の中央通路へ向かう空洞内のガスの流れの曲がりに従うことはできない。プレート状の構造１０６Ｃ１は、ガスの流れにより熱くなり、すす粒子は、より大きなすす粒子より堆積が容易でない微小粒子へと燃え上がる。プレート状の構造１０６Ｃ２の中央通路に到達するすす粒子は、薄膜１０５の曲がる部分に到達するようにその後に曲げられなければならない。中央通路を通るすす粒子は、内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１の表面に衝突する可能性がある。点線１２１は、ガスの流れ１２０の通路から離れるすす粒子の通路を示す。プレート状の構造１０６Ｃ１、１０６の通路の数は、少なくとも１つであり、かつ、シリンダー軸１０４Ｅの方向の通路の断面が重複しない限りあらゆる形状であることができ、２枚のプレート状の構造の間の空洞を通るガスの流れの通路１２０は、すす粒子がガスの流れから離れかつ空洞の壁の表面に衝突するのに十分な曲がりを作ることに留意すべきである。もう１つの実施例では、プレート状の構造１０２Ｃ２は、１つの中央通路を含み、プレート状の構造１０６Ｃ１は、プレート状の構造１０６Ｃ１の中央周辺に均等に分布する、２つもしくは以上の通路を含む。

図６は、第５の実施例を示す。この実施例では、ボディ先端部１０６は、中央通路を含む。この中央通路は、第１の部分１９０、中間部分１９１および第３の部分１９２を含む。中央通路の第１の部分１９０は、その一方の端部でプラグチャンバー１０７と接続する。他方の端部は、第２の部分に接続する。第１の部分の直径は、第２の部分からの距離とともに増大し、円錐の形状を形成する。この形状は、燃焼チャンバー内の圧力が低下したとき、すす粒子がプラグチャンバー１０７から離れることをより容易にする。中間部分１９１は、ボディ先端部１０６を通る通路の最小断面を持つ。すす粒子は、中間部分１９１において最も高い速度を得る。質量慣性により、それらは、第１の部分１９０内でプラグチャンバー１０７へと曲げられるとき、ガスの流れから離れる。すす粒子は、シリンダー軸１０４の方向に実質的に進み、感知構造１０４の内側の部分の遠位端１０４Ｂ１に衝突する。第２の部分１９２は、使用中に、燃焼チャンバーに接続する。第２の部分１９２は、中間部分１９１の直径よりも大きな直径を持つ。第２の部分１９２の空洞は、すす粒子がボディ先端部１０６の外側の部分に衝突し、ボディ先端部１０６の熱い表面で燃え上がることを助ける。

図７は、圧力測定プラグの第７の実施例を示す。圧力測定プラグ１００は、プラグボディ１０２と円環状の感知構造１０４とを含む。プラグボディ１０２は、ベース部分１０２Ｂ、雄ネジ部１０２Ａおよびボディ先端部１０６を含む。雄ネジ部１０２Ａは、内燃エンジンのシリンダーヘッドの開口中にプラグボディ１０２を搭載するように構成される。プラグボディ１０２のボディ先端部１０６は、燃焼チャンバー側に円錐状の封止面１０６Ｅが提供され、これによって、圧力測定プラグがシリンダーヘッドで燃焼圧力を封止する。

環状の感知構造１０４は、外側の部分１０４Ａ、内側の部分１０４Ｂと、ダイヤグラム１０４Ｄとを含む。ダイヤグラム１０４Ｄは、内側の部分１０４Ｂを移動可能に外側の部分１０４Ａに接続する。外側の部分１０４Ａは、プラグボディ１０２の隣接した端部に取付けられる。この実施例では、隣接した端部は、ベース部分１０２Ｂの一部である。ネジ付けられたプラグボディ１０２を介して、外側の部分１０４Ａは、エンジンヘッドの穴内に堅く搭載される。その内側の部分１０４Ｂは、ロッド状の素子１０６を受けるための貫通孔１０４Ｃを含む。環状の感知構造１０４の貫通孔１０４Ｃは、ネジ付きボディの部分１０２のシリンダー軸に一致されたシリンダー軸１０４Ｅを持つ。内側の部分１０４Ｂは、雄ネジが設けられたロッド状の素子（図示されていない）の配置のため雌ネジ１０４Ｂ２を含む。ロッド状の素子のいくつかの例は、点火プラグ、温度センサおよびダミーロッドである。

圧力測定プラグ１００は更に、円形状の薄膜１０５を含む。円形状の薄膜１０５は、内燃エンジンのシリンダー内の燃焼ガスからダイヤグラム１０４Ｄを保護する。円形状の薄膜の第１のリムは、プラグボディ１０２に溶接される。円形状の薄膜の第２のリムは、感知構造１０４の内側の部分１０４Ｂに溶接される。

圧力測定プラグ１００は、下記の通り機能する。環状の感知構造１０４は、環状の感知構造１０４のシリンダー軸１０４Ｅに沿って、内側の部分１０４Ｂが外側の部分１０４Ａに対し相対的に移動することを可能にする。内側の部分１０４Ｂと外側の部分１０４Ａとの間のダイヤグラム１０４Ｄは、感知構造１０４の貫通孔１０４Ｃ内に挿入されたロッド状の素子が燃焼チャンバーの燃焼ガスの圧力変化の影響下で圧力測定プラグ内を上下動することを可能する。その移動は、内側の部分１０４Ｂと剛性のある外側の部分１０４Ａとの間のブリッジであるダイヤグラム１０４Ｄに歪みを生じさせる。その歪みは、ネジ付きボディ部分と離れて面する環状の感知構造の面上に取付けられた歪みゲージ（図示されていない）により測定される。ピエゾ抵抗素子である歪みゲージは、ダイヤグラムの歪みを抵抗変化へと変換する。その抵抗は、ホイーストン・ブリッジによって電位差に変換される。その電圧は、プリント回路基板１１０上に搭載されたＡＳＩＣによって補正、増幅される。

第６の実施例では、内側の部分１０４Ｂは、ボディ先端部１０６の通路を介して突き出る。ディスク状のボディ１１１は、内側の部分１０４Ｂに取付けられる。本実施例では、ディスク状のボディ１１１は、内側の部分１０４Ｂの遠位端１０４Ｂ１に取付けられる。もう１つの実施例では、ディスク状のボディ１１１は、貫通孔１０４Ｃを封止する蓋の形態である。ディスク状のボディ１１１は、ボディ先端部１０６の外側の表面から予め決められた最小距離にある。予め決められた最小距離は、燃焼チャンバーの圧力変化により軸１０４Ｅに沿う内側の部分１０４Ｂの最大限の移動を少なくとも含む。

ボディ先端部１０６の外側の表面は、隆起されたエッジ１０６Ｄを含み、封止するボディ部１０６に直面するディスク状のボディ１１１の表面は、燃焼チャンバーからプラグチャンバーまでのグースネック（Ｓ字）型の通路となるもう１つの隆起されたエッジ１１１Ａを含む。

すすにより衝突される表面上の厚さ５０ｎｍより大きいプラチナコーティングは、すすの堆積およびシリンダー圧力特性への悪影響を減少するために用いられる。プラチナは、すす粒子、すなわち未燃の燃料凝縮物、長鎖炭化水素、元素状態の炭素などを酸化させる活性の触媒である。プラチナコーティングは、ボディ先端部１０６に面する薄膜１０５の表面と、ボディ先端部１０６の表面上に適用され得る。

本発明の目的は、現在利用可能な圧力センサよりもエンジンの寿命の越えて、すすの焼付けに対する感度を少なくしたシリンダー圧力センサを提供することである。すすは、センサ特性を変化させることができ、それ故耐久性と安定性の因子を変えることができる。

すべての実施例は、燃焼チャンバーの圧力が変化するとき曲がる薄膜の部分でのすすの蓄積を減少させる正味ゼロの流れとの組み合わせにおいて、燃焼チャンバーと薄膜１０５の曲げ部分との間の直接的なラインの視野を防止する原理を利用する。薄膜の曲がり部分は、感知構造の内側の部分と外側の部分との間に位置決めされる薄膜の部分に対応する。

この方法では、すす粒子フィルタは、圧力測定プラグ内に一体化され、センサの重量な要素、すなわち、薄膜の曲げ部分または移動部分上のすす粒子の蓄積を減少させる。

圧力測定プラグの先端内に一体化されたすす粒子フィルタの代わりに、すす粒子フィルタは、圧力測定プラグと燃焼チャンバーとの間の孔（ボア）内に位置され得ることに留意すべきである。これは、段差のある孔の構造によって成される。

ネジ付きボディの部分１０２Ａとボディ先端部１０６は、望ましくは、高い強度と硬度、優れた腐食抵抗および簡単な熱処理を有する析出硬化ステンレス鋼のような、高抵抗のステンレス鋼により製作される。

感知構造１０４は、金属注入成形（ＭＩＭ）工程により製造され得る。歪みゲージは、マイクロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）工程により作られたマイクロフューズシリコン歪みゲージであることができ、かつ感知構造１０４にガラス接着され得る。薄膜１０５は、好ましくは酸化物であり、かつ極度環境下での動作に良好に適した腐食抵抗材料である。インコネル合金は、そのような材料の例である。

本発明は、いくつかの実施の形態で説明されたが、それらの代替、修正、置換や均等物は、明細書や図面の解釈や検討から当業者に明らかになることが理解される。本発明の特定の実施例が発明の例示によって説明されたが、本発明は、添付の請求の範囲内に入るそれらの変形および等価を含む。

Claims (15)

1. 燃焼エンジンのシリンダーヘッドに搭載するための雄ネジ部（１０２Ａ）と、使用中に燃焼チャンバーに面しかつ通路を含むボディ先端部（１０６）とを含むプラグボディ（１０２）と；
   環状の感知構造（１０４）であって、当該感知構造は、外側の部分（１０４Ａ）と、内側の部分（１０４Ｂ）と、環状のダイヤグラム（１０４Ｄ）とを含み、前記プラグボディ（１０２）が前記外側の部分に取付けられ、前記環状の感知構造は、ダイヤグラム（１０４Ｄ）の変形により、環状の感知構造（１０４）のシリンダー軸（１０４）に沿って内側の部分（１０４Ｂ）を前記外側の部分に対し相対的に移動させる、前記感知構造（１０４）と；
   円形状の薄膜（１０５）であって、当該薄膜は、前記外側の部分（１０４Ａ）に結合された外側の部分と、前記内側の部分（１０４Ｂ）に結合された内側の部分とを含み、前記薄膜（１０５）は、燃焼チャンバー内の過酷な環境から前記環状のダイヤグラム（１０４Ｄ）を保護する封止を提供する、前記薄膜（１０５）と；
   前記円形状の薄膜（１０５）と前記ボディ先端部（１０６）によって形成されたプラグチャンバー（１０７）であって、前記ボディ先端部の通路は、前記プラグチャンバーと前記燃焼チャンバーとの間に開いた接続を提供する前記プラグチャンバー（１０７）とを有する内燃エンジン用の圧力測定プラグ（１００）において、
   前記圧力測定プラグは更に、前記燃焼チャンバーと前記プラグチャンバー（１０７）の間に前記開いた接続を形成するチャネル構造を含み、前記チャネル構造は、使用中に、通路（１２０）に沿って、前記燃焼チャンバーからプラグチャンバー（１０７）へガスの流れを導くように構成され、前記通路は、前記燃焼チャンバーと、前記内側の部分と前記外側の部分との間に位置決めされたダイヤグラムの一部との間で、直線的な視野方向を防止する曲げを含む、圧力測定プラグ。
2. 前記通路（１２０）は、質量慣性によりすす粒子（１２１）をガスの流れから離れさせ、かつボディ先端部（１０６）の表面の少なくとも一部および前記内側の部分（１０４Ｂ）にすす粒子を衝突させる、請求項１による圧力測定プラグ。
3. 前記円形状の薄膜（１０５）は、前記内側の部分（１０４Ｂ）の遠位端部（１０４Ｂ１）を覆う、請求項１または２による圧力測定プラグ。
4. 前記ボディ先端部（１０６）は、前記シリンダー軸（１０４Ｅ）に対し角度のあるチャネル軸（１０６Ｂ１）を持つ少なくとも１つのチャネル部（１０６Ｂ）を含む、請求項１ないし３による圧力測定プラグ。
5. 少なくとも１つのチャネル部（１０６Ｂ）のチャネル軸（１０６Ｂ１）は、前記シリンダー軸（１０４Ｅ）に垂直である、請求項４による圧力測定プラグ。
6. 前記ボディ先端部（１０６）は、中央の通路を含み、前記プラグチャンバーに接続する前記中央の通路の第１の部分（１９０）は円錐形状を持つ、請求項１ないし３のいずれかによる圧力測定プラグ。
7. 前記中央の通路は更に、中間部分（１９１）と第２の部分と（１９２）を含み、前記第２の部分は、使用中に燃焼チャンバーを接続し、前記中間部分が第１の直径を持ち、前記第２の部分が第２の直径を持ち、第２の直径が第１の直径より大きい、請求項６による圧力測定プラグ。
8. 前記ボディ先端部（１０６）は、ガスの流れが第１の通路および第２の通路を流れるチャネル構造を提供するように構成され、第１の通路および第２の通路はそれぞれ第１の通路軸および第２の通路軸を有し、第１の通路軸は、第２の通路軸に平行であり、第１の通路と第２の通路の断面は重複しない、請求項１ないし３のいずれかによる記載の圧力測定プラグ。
9. 前記チャネル構造は、通路を有する２つの平行なプレート状の構造（１０６Ｃ１，１０６Ｃ２）によって形成され、プレート状の構造は、予め決められた相互距離を持つ、請求項８による圧力計測プラグ。
10. 前記ボディ先端部（１０６）は、封止面（１０６Ｅ）を含む、請求項１ないし９いずれかによる圧力測定プラグ。
11. 前記内側の部分（１０４Ｂ）は、前記ボディ先端部（１０６）の通路を介して突出し、圧力測定プラグは更に、前記内側の部分（１０４Ｂ）に取付けられかつ前記ボディ先端部（１０６）の外側表面から所定の距離にディスク状のボディ（１１１）を含む、請求項１または２による圧力測定プラグ。
12. 前記ボディ先端部（１０６）の外側表面は、隆起されたエッジ（１０６Ｄ）を含み、封止するボディ部（１０６）に直面するディスク状のボディ（１１１）の表面は、グースネック（Ｓ字）型の通路となるもう１つの隆起されたエッジ（１１１Ａ）を含む、請求項１１による圧力測定プラグ
13. 前記ディスク状のボディ（１１１）は、前記内側の部分（１０４Ｂ）の遠位端（１０４Ｂ１）に取付けられる、請求項１１ないし１２による圧力測定プラグ。
14. 前記ディスク状のボディ（１１１）は、前記内側の部分（１０４Ｂ）の遠位端（１０４Ｂ１）を覆う、請求項１３による圧力計測プラグ。
15. プラグチャンバー１０７及び／またはチャネル構造の表面は、厚さ５０ｎｍより大きいプラチナコーティングにより覆われる、請求項１ないし４いずれかの圧力測定プラグ。
    

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