JP4314303B2 - Glow plug with combustion chamber pressure sensor - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関用のグロープラグであって、主としてプラグハウジングと、該プラグハウジング内に配置されたグローピンとから成っており、さらに、燃焼室圧を測定する通路が設けられている形式のものに関する。   The present invention is a glow plug for an internal combustion engine, which mainly includes a plug housing and a glow pin disposed in the plug housing, and further includes a passage for measuring a combustion chamber pressure. About things.

従来技術
ディーゼル機関は、低温時における良好な始動特性及び暖機特性を得るために、混合気又は吸気又は燃焼室を予加熱する熱源を必要とする。乗用車用のエンジンのためには通常、グロープラグが使用される。このようなグロープラグは、プラグハウジングと、このプラグハウジングから突出しているグローピンとから成っており、このグローピンはグロープラグの取り付けられた状態において、シリンダヘッドから内燃機関の燃焼室内に進入している。通常、グロープラグのグローピンは約４ｍｍ内燃機関の燃焼室内に進入し、ディーゼル燃料・空気混合物を加熱する。グロープラグによる加熱温度及び加熱時間は、内燃機関の排ガス特性及び燃費に大きな影響を与える。 Prior art Diesel engines require a heat source that preheats the mixture or intake air or combustion chamber in order to obtain good starting and warm-up characteristics at low temperatures. Glow plugs are usually used for passenger car engines. Such a glow plug includes a plug housing and a glow pin protruding from the plug housing. The glow pin enters the combustion chamber of the internal combustion engine from the cylinder head in a state where the glow plug is attached. . Usually, the glow pin of the glow plug enters the combustion chamber of an internal combustion engine of about 4 mm and heats the diesel fuel / air mixture. The heating temperature and heating time by the glow plug have a great influence on the exhaust gas characteristics and fuel consumption of the internal combustion engine.

グローピンは金属製の加熱管であってもセラミック製のグローピンであってもよい。   The glow pin may be a metal heating tube or a ceramic glow pin.

燃料をさらに節減しかつエミッションを低減するという所望の目的を達成するために、従来よりもさらに機能確実なセンサ、すなわち燃焼経過、特に発生する圧力経過に関する情報を、内燃機関の燃焼室から直接得ることができるセンサを、開発することに益々関心が高まっている。燃焼室の内部における圧力の追跡は、例えば単に局部的な情報を提供するに過ぎないイオン流測定に比べて、大きな利点を有している。それというのは、圧力測定値もしくはその変化は大きく、ゆえにより簡単に検出できるからである。これらの情報から例えば、噴射量調整を行うことができる。   In order to achieve the desired goal of further saving fuel and reducing emissions, a more reliable sensor than before, i.e. obtaining information about the combustion process, especially the generated pressure process, directly from the combustion chamber of the internal combustion engine There is increasing interest in developing sensors that can. Tracking pressure within the combustion chamber has significant advantages over ion flow measurements, for example, which merely provide local information. This is because the pressure measurement or its change is large and can therefore be detected more easily. From these pieces of information, for example, the injection amount can be adjusted.

圧力センサがグロープラグに配置されている、センサ一体化のコンセプトには、付加的な穿孔を内燃機関に設ける必要がないという利点がある。このような利点は、今日の内燃機関において付加的なセンサを取り付けるための構造空間が極めて制限されていることに基づいて、益々大きな意味を持つ。   The sensor integration concept, in which the pressure sensor is located in the glow plug, has the advantage that no additional perforations need be provided in the internal combustion engine. Such advantages are increasingly significant on the basis of the very limited structural space for mounting additional sensors in today's internal combustion engines.

例えばＤＥ４１３２８４２Ａ１に基づいて公知の従来技術では、センサエレメントとして、クォーツクリスタル式の圧力ピックアップが使用される。   For example, in the known prior art based on DE 4132842 A1, a quartz crystal type pressure pickup is used as the sensor element.

燃焼室とセンサエレメントとの間における圧力伝達は、長手方向においてグロープラグのハウジング全体を貫いて延びている通路を介して行われる。この通路において燃焼室圧は空気コラムを用いて、エンジンルーム側に配置された燃焼室圧センサにまで導かれる。   Pressure transmission between the combustion chamber and the sensor element takes place via a passage extending longitudinally through the entire glow plug housing. In this passage, the combustion chamber pressure is guided to a combustion chamber pressure sensor disposed on the engine room side using an air column.

圧力センサを組み込まれたグロープラグであって、ガスコラムを用いた燃焼室圧の伝達原理に基づく圧力センサは、侵入して付着もしくは堆積する微粒子が測定に影響を与えることがあるので、カーボン付着に関して敏感である。   Glow plug with built-in pressure sensor, which is based on the combustion chamber pressure transmission principle using a gas column, has the effect of carbon adhering because fine particles entering and depositing may affect the measurement. Sensitive with respect to.

発明の利点
独立請求項の特徴部に記載のように構成された、燃焼室圧センサを備えた本発明によるグロープラグは、公知のものに対して、公知の構成における上述の欠点を十分に排除できるという利点を有している。 Advantages of the invention A glow plug according to the invention with a combustion chamber pressure sensor, configured as described in the characterizing part of the independent claim, sufficiently eliminates the above-mentioned drawbacks in the known configuration over the known one. It has the advantage of being able to.

そのために通路は、少なくとも１つの加熱エレメントを用いて加熱可能であり、これによって通路のカーボン付着がグロープラグの運転時に回避されるか、又は我慢できる程度に低下され、ひいては燃焼室圧センサの機能が保証される。   For this purpose, the passage can be heated using at least one heating element, whereby carbon deposits in the passage are avoided or reduced tolerable during operation of the glow plug, and thus the function of the combustion chamber pressure sensor. Is guaranteed.

従属請求項に記載された構成によって、独立請求項に記載されたグロープラグの別の有利な構成が可能である。     The advantageous features of the glow plugs described in the independent claims are possible by means of the configurations described in the dependent claims.

本発明の有利な構成では、成形部を備えたブシュを介した通路の構成によって、製造技術的に有利な解決策を得ることができる。   In an advantageous configuration of the invention, a solution that is advantageous in terms of manufacturing technology can be obtained by the configuration of the passage through the bush with the forming part.

別の有利な構成では、ブシュが内側リングと外側リングとから成っている。この構成によって、リングの移行領域に製造技術的に有利な形式で加熱エレメントを挿入することができるという利点が得られる。   In another advantageous configuration, the bushing consists of an inner ring and an outer ring. This arrangement offers the advantage that the heating element can be inserted in the transition region of the ring in a manner that is advantageous in terms of manufacturing technology.

さらにまた、通路が触媒被覆層を有していると有利であり、このように構成されていると、付着カーボンの燃焼温度が低下され、これによって燃焼室圧センサを備えたグロープラグの耐久性が高められる。   Furthermore, it is advantageous if the passage has a catalyst coating layer, and in this way, the combustion temperature of the deposited carbon is lowered, thereby the durability of the glow plug with the combustion chamber pressure sensor. Is increased.

さらに別の有利な構成では、加熱エレメントが特性マップ調整で運転されるようになっており、このように構成されていると、エネルギをさらに節約することができる。   In a further advantageous configuration, the heating element is operated with a characteristic map adjustment, which further saves energy.

さらに別の有利な構成では、加熱エレメントの温度が温度センサによって、又は加熱エレメントの電気抵抗の検出によって監視されるようになっている。これによって、通路における温度が持続的に又は段階的に、カーボン燃焼温度の上に位置することが保証される。温度のこの調整は、温度センサとヒータとの共働によって行われる。   In a further advantageous configuration, the temperature of the heating element is monitored by a temperature sensor or by detection of the electrical resistance of the heating element. This ensures that the temperature in the passage is continuously or stepwise above the carbon combustion temperature. This adjustment of the temperature is performed by the cooperation of the temperature sensor and the heater.

ブシュが温度センサを有していて、同時に燃焼室の近傍に位置していることに基づいて、燃焼室における温度を一緒に検出することが可能である。このことは、燃焼の経過の付加的な推定を可能にし、ひいてはエミッション改善のために使用される。   Based on the fact that the bush has a temperature sensor and is located in the vicinity of the combustion chamber at the same time, it is possible to detect the temperature in the combustion chamber together. This allows an additional estimation of the course of combustion and thus is used to improve emissions.

ブシュの加熱によって、グロープラグのハウジングへの熱伝達も行われ、その結果グロープラグとシリンダヘッドとの間における付着もしくは堆積が回避される。これによってシリンダヘッドにおけるグロープラグの固着が回避され、保守作業時におけるグロープラグの取外しが容易になる。   Heating of the bushing also causes heat transfer to the glow plug housing so that adhesion or accumulation between the glow plug and the cylinder head is avoided. This prevents the glow plug from sticking to the cylinder head and facilitates removal of the glow plug during maintenance work.

更なる有利な実施形態は以下の記述並びに請求項から明らかである。   Further advantageous embodiments are evident from the following description and the claims.

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、本発明によるグロープラグを概略的に示す斜視図であり、
図２は、グロープラグのハウジングを部分的に示す断面図であり、
図３は、グロープラグのブシュの一部を示す図であり、
図４は、グロープラグのブシュ及びハウジングを示す横断面図であり、
図５は、ヒータもしくは加熱体を焼結されたブシュの内側リングを示す図である。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a glow plug according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view partially showing a glow plug housing;
FIG. 3 is a view showing a part of a bush of a glow plug,
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the bush and housing of the glow plug,
FIG. 5 is a view showing an inner ring of a bush in which a heater or a heating body is sintered.

実施例の説明
図１には、ハウジング１３とグローピン（Gluehstift）１７と燃焼室圧センサ１９とを備えたグロープラグ１１が断面図で略示されている。 Description of Embodiments FIG. 1 schematically shows a glow plug 11 having a housing 13, a glow pin 17 and a combustion chamber pressure sensor 19 in a sectional view.

グロープラグ１１は、金属製の管状のハウジング１３の雄ねじ山１２を用いて、内燃機関特にディーゼル機関の略示されたシリンダヘッド１４に挿入されている。シリンダヘッド１４は内燃機関の燃焼室１６を画成している。燃焼室１６には、グロープラグ１１のグローピン１７が部分的に進入していて、このグローピン１７は、図３に示されたブシュ１８を用いてハウジング１３に固定されている。ブシュ１８の、燃焼室１６とは反対の側の後ろにおいて、ハウジング１３には、燃焼室圧センサ１９が配置されている。燃焼室圧センサ１９は、図３及び図４に示されている通路２１を介して、燃焼室１６と接続されているので、内燃機関の運転時に燃焼室１６のガスは燃焼室圧センサ１９を負荷することが、つまり燃焼室圧センサ１９に供給されることができる。通路２１はハウジング１３の内壁に沿ってほぼグローピン１７に対して平行に延びているので、通路２１内における堆積もしくは付着のおそれは始めから小さく保たれる。   The glow plug 11 is inserted into a schematically shown cylinder head 14 of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, using a male thread 12 of a metal tubular housing 13. The cylinder head 14 defines a combustion chamber 16 of the internal combustion engine. A glow pin 17 of the glow plug 11 partially enters the combustion chamber 16, and this glow pin 17 is fixed to the housing 13 using a bush 18 shown in FIG. 3. A combustion chamber pressure sensor 19 is disposed in the housing 13 behind the bush 18 on the side opposite to the combustion chamber 16. Since the combustion chamber pressure sensor 19 is connected to the combustion chamber 16 via the passage 21 shown in FIGS. 3 and 4, the gas in the combustion chamber 16 passes through the combustion chamber pressure sensor 19 during operation of the internal combustion engine. The loading can be applied to the combustion chamber pressure sensor 19. Since the passage 21 extends substantially parallel to the glow pin 17 along the inner wall of the housing 13, the risk of deposition or adhesion in the passage 21 is kept small from the beginning.

セラミック材料から製造されている、又は択一的に金属部品として構成されていてもよい、図３に示されてブシュ１８は、外側にその全長にわたって、エンボス加工部（Sicken）２２の形の成形部（Profilierung）を有しており、これらのエンボス加工部２２はグロープラグ１１の長手方向軸線２３に対して平行に延びている。ハウジング１３の平滑な壁である内壁２４に対してエンボス加工部２２によって形成される自由な横断面は、全体として通路２１を形成する。   The bushing 18 shown in FIG. 3, which may be made of a ceramic material or alternatively configured as a metal part, is formed in the form of an embossed part (Sicken) 22 over its entire length on the outside. These embossed portions 22 extend parallel to the longitudinal axis 23 of the glow plug 11. The free cross section formed by the embossed portion 22 with respect to the inner wall 24 which is a smooth wall of the housing 13 forms the passage 21 as a whole.

択一的にハウジング１３の内壁２４が相応な成形部を有していて、ブシュ１８の外側が円筒形にかつ平滑に形成されているような構成も可能であり、このような構成によって、製造装置に関連してコスト上の利点が得られる。   Alternatively, the inner wall 24 of the housing 13 may have a corresponding molded part, and the outer side of the bush 18 may be formed cylindrically and smoothly. There are cost advantages associated with the device.

内燃機関の運転時におけるカーボン付着を阻止するために、ブシュ１８は図４に示されているように、加熱エレメント２６を有しており、この加熱エレメント２６は少なくとも５００℃の燃焼温度を通路２１内において生ぜしめることができる。   In order to prevent carbon adhesion during operation of the internal combustion engine, the bushing 18 has a heating element 26, as shown in FIG. 4, which heats the combustion temperature of at least 500 ° C. in the passage 21. Can be born inside.

燃焼室１６からの攻撃的なガスに対して加熱エレメント２６を保護するために、加熱エレメント２６は図５に個別に示されているように、ブシュ１８内に焼結されている。そのためにブシュ１８は図４に示されているように、内側リング２７と、成形部を有する外側リング２８とを有している。両方のリング２７，２８の間には、図５に示されているように有利にはジグザグに曲げられた加熱体（Heizmaeander）２９として形成された加熱エレメント２６が、埋め込まれ、かつ場合によっては、ブシュ１８が導電材料である場合には、両方のリング２７，２８に対して電気的に絶縁されている。加熱エレメント２６をジグザグに曲げられた加熱体２９として形成することによって、加熱エレメント２６の熱放射をさらに均一にすることができる。   In order to protect the heating element 26 against aggressive gases from the combustion chamber 16, the heating element 26 is sintered in the bushing 18, as shown individually in FIG. For this purpose, the bushing 18 has an inner ring 27 and an outer ring 28 having a molded part, as shown in FIG. Between both rings 27, 28, a heating element 26, which is advantageously formed as a heating element 29, preferably zigzag bent as shown in FIG. 5, is embedded and possibly When the bush 18 is made of a conductive material, it is electrically insulated from both the rings 27 and 28. By forming the heating element 26 as a heating element 29 bent in a zigzag manner, the heat radiation of the heating element 26 can be made more uniform.

択一的に、ジグザグに曲げられた加熱体２９を厚膜技術で、２つのシートの間に挟んでラミネートすることも可能である。これによって、コスト上の利点を得ることができる択一的な製造技術が示されている。   Alternatively, the heating element 29 bent in a zigzag manner can be laminated between two sheets by a thick film technique. This shows an alternative manufacturing technique that can provide cost advantages.

通路２１におけるカーボン付着のための燃焼温度を下げるために、通路２１は触媒被覆層３１を有することができる。   In order to lower the combustion temperature for carbon deposition in the passage 21, the passage 21 can have a catalyst coating layer 31.

基本的に加熱エレメント２６は、持続的に又は周期的に運転されることができる。この両方の運転形式は、温度が決定されている場合には静的に行うことができ、又は時間的に決定される加熱サイクルに応じて動的に行うことができる。これによって、内燃機関用の制御装置の運転形式への適合が可能である。   In principle, the heating element 26 can be operated continuously or periodically. Both modes of operation can be performed statically when the temperature is determined, or dynamically depending on the heating cycle determined in time. This makes it possible to adapt the operation mode of the control device for the internal combustion engine.

択一的にまた、加熱エレメント２６は特性マップ調整で運転することも可能であり、これによって例えば機関温度又は内燃機関の目下の運転ポイントを、通路２１の加熱のために考慮することができる。   As an alternative, the heating element 26 can also be operated with a characteristic map adjustment, so that, for example, the engine temperature or the current operating point of the internal combustion engine can be taken into account for the heating of the passage 21.

さらにまた加熱エレメント２６の温度は、ブシュ１８の外側リング２８内に焼結された温度センサ３２（図４参照）によって監視することもできる。   Furthermore, the temperature of the heating element 26 can also be monitored by a temperature sensor 32 (see FIG. 4) sintered in the outer ring 28 of the bushing 18.

択一的にまた、この監視を、加熱エレメント２６の電気抵抗のコントロールによって行うことも可能である。この場合加熱エレメント２６は、タイミング制御された電流によって運転され、加熱エレメント２６の電気抵抗を監視するための温度測定は、加熱段階の間における休止期間において行われ、その結果温度測定は加熱エレメント２６の運転から切り離されて、正確になる。   Alternatively, this monitoring can also be performed by controlling the electrical resistance of the heating element 26. In this case, the heating element 26 is operated by a time-controlled current, and the temperature measurement for monitoring the electrical resistance of the heating element 26 is performed during the rest period during the heating phase, so that the temperature measurement is performed. It is cut off from driving and becomes accurate.

通路２１の加熱によって、通路２１の横断面は閉鎖されずに一定に保つことができるので、燃焼室圧の圧力測定をシステム正確に実施することができる。燃焼室圧センサ１９の敏感なダイヤフラムにおける微粒子付着を防止することによって、燃焼室圧センサ１９の機能を長時間安定的に保証することができる。   By heating the passage 21, the cross section of the passage 21 can be kept constant without being closed, so that the pressure measurement of the combustion chamber pressure can be accurately performed in the system. By preventing fine particles from adhering to the sensitive diaphragm of the combustion chamber pressure sensor 19, the function of the combustion chamber pressure sensor 19 can be stably guaranteed for a long time.

本発明によるグロープラグを概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a glow plug according to the present invention. グロープラグのハウジングを部分的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the housing of a glow plug partially. グロープラグのブシュの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of bush of a glow plug. グロープラグのブシュ及びハウジングを示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the bush and housing of a glow plug. ヒータもしくは加熱体を焼結されたブシュの内側リングを示す図である。It is a figure which shows the inner ring of the bush which sintered the heater or the heating body.

Claims (11)

燃焼室圧センサを備えたグロープラグであって、該グロープラグ（１１）がハウジング（１３）と、該ハウジング（１３）内に配置されたグローピン（１７）とを有しており、さらに、燃焼室圧を測定するために、燃焼室圧センサ（１９）に通じる少なくとも１つの通路（２１）を有している形式のものにおいて、通路（２１）が少なくとも１つの加熱エレメント（２６）によって加熱可能であり、通路（２１）が、ハウジング（１３）の内壁（２４）とハウジング（１３）に挿入されたブシュ（１８）とに沿って、グローピン（１７）に対してほぼ平行に延びていることを特徴とする、燃焼室圧センサを備えたグロープラグ。A glow plug having a combustion chamber pressure sensor, and該Gu b Puragu (11) a housing (13) has a Guropin (17) disposed in said housing (13) in further, In order to measure the combustion chamber pressure, in the type having at least one passage (21) leading to the combustion chamber pressure sensor (19), the passage (21) is heated by at least one heating element (26). possible der is, passages (21), along the inner wall (24) and the housing inserted bushing (13) (18) of the housing (13), extend substantially parallel to Guropin (17) A glow plug provided with a combustion chamber pressure sensor. 通路（２１）が、ハウジング（１３）の内壁（２４）に接触しているブシュ（１８）の成形部によって形成されている、請求項１記載のグロープラグ。Passage (21) is formed by a molding portion of the bushing (18) in contact with the inner wall (24) of the housing (13), the glow plug of claim 1, wherein. 通路（２１）が、内壁（２４）の成形部に接触している平滑な壁のブシュ（１８）によって形成されている、請求項１記載のグロープラグ。Passage (21) is formed by the inner wall (24) smooth wall of the bushing in contact with the molding part (18), the glow plug of claim 1, wherein. ブシュ（１８）が内側リング（２７）及び外側リング（２８）を有しており、両方のリング（２７，２８）の間に加熱エレメント（２６）が埋め込まれている、請求項１から３までのいずれか１項記載のグロープラグ。Bushing (18) has an inner ring (27) and outer ring (28), the heating element during both the ring (27, 28) (26) is embedded, Claims 1 to 3 The glow plug according to any one of the above. 加熱エレメント（２６）が、リング（２７，２８）に対して電気絶縁されたジグザグに曲げられた加熱体（２９）として形成されている、請求項４記載のグロープラグ。Glow plug according to claim 4 , wherein the heating element (26) is formed as a zigzag heating element (29) which is electrically insulated with respect to the rings (27, 28). 通路（２１）が触媒被覆層（３１）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載４のグロープラグ。The glow plug according to any one of claims 1 to 5 , wherein the passage (21) has a catalyst coating layer (31). 加熱エレメント（２６）が持続的に又は周期的に運転される、請求項１から６までのいずれか１項記載４のグロープラグ。Glow plug according to any one of claims 1 to 6 , wherein the heating element (26) is operated continuously or periodically. 加熱エレメント（２６）の周期的な運転形式が、時間的に決定された加熱サイクルに基づいて行われる、請求項７記載のグロープラグ。 Periodic mode of operation is divided rows based on between-determined heating cycle time, the glow plug according to claim 7, wherein the heating element (26). 加熱エレメント（２６）が特性マップに基づいて運転される、請求項７記載のグロープラグ。Glow plug according to claim 7 , wherein the heating element (26) is operated on the basis of a characteristic map. 加熱エレメント（２６）の温度が温度センサ（３２）によって監視されるか、又は加熱エレメント（２６）の電気抵抗の監視によって監視される、請求項７記載のグロープラグ。Glow plug according to claim 7 , wherein the temperature of the heating element (26) is monitored by a temperature sensor (32) or by monitoring the electrical resistance of the heating element (26). 加熱エレメント（２６）の電気抵抗の監視時に、加熱エレメント（２６）が、休止を伴って運転され、加熱エレメント（２６）の電気抵抗を監視するための温度測定が、加熱段階の間における休止期間において行われる、請求項１０記載のグロープラグ。When monitoring the electrical resistance of the heating element (26), the heating element (26) is operated with a pause, and the temperature measurement for monitoring the electrical resistance of the heating element (26) is performed during the pause period during the heating phase. The glow plug according to claim 10, wherein
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