JP4662981B2 - 圧力センサを備えたグロープラグのボディ - Google Patents

Description

本発明は圧力センサを備えたグロープラグに関する。

内燃機関において、とりわけ、ディーゼルエンジンにおいて、各シリンダ内の圧力の値を知ることにより、このエンジン内の燃焼の進展をより良く制御することができることは指摘されている。それゆえ、この情報は各シリンダ内の燃焼噴射を調整するために使用される。このようにして、エンジンの汚染物質排出が少なくなり、燃費が最適化される。

ディーゼルタイプのエンジンでは、各シリンダは特にエンジンスタート時に対応する燃焼室の内部を再加熱するグロープラグを有している。このグロープラグはエンジンのシリンダヘッド上部を貫く雌ねじの切られたシリンダボアの中に配置されている。圧力センサをグロープラグに組み込むことは当業者には既に公知である。このようにして、グロープラグを受け入れるシリンダヘッド上部の中に実現されたシリンダボアは、燃焼室内の圧力を測定する装置を収容するためにも使用される。したがって、シリンダヘッド上部に追加のシリンダボアを形成しなくてもよい。このようなシリンダボアの実現は、特にスペースの不足に起因する多くの問題と、コスト、気密性、アクセシビリティなどの問題を生じさせる。

一般に、グロープラグは、シリンダヘッド上部内に形成された対応するシリンダボアの中への固定を可能にする雄ねじ部分をその外面に持つ管状体を備えている。この管状体の一方の部分は燃焼室内にあり、他方の部分は燃焼室の外にある。燃焼室内にある部分は中に予熱電極が収められたフィンガーを有している。この電極はプラグの管状体を貫く心線によって給電される。燃焼室の外にある部分はプラグヘッドとも呼ばれる。このヘッドのところで、心線は電気エネルギー源と接続されている。また、このヘッドのところに圧力センサを配置することも公知である。このセンサはグロープラグのフィンガーに及ぼされる圧力を測定する。原則として、燃焼室内の圧力によってフィンガーに及ぼされる力は、プラグのボディとフィンガーとの間に存在する応力の測定によって測定される。添付した図１は、圧力センサを備えた従来技術によるグロープラグの１つの実施形態を示している。

後でより詳細に説明されるこの従来技術による実施形態では、圧力センサは、この圧力センサを支えるグロープラグのボディと予熱電極に電気エネルギーを供給する心線の上端の固定ナットとの間に配置されている。この実施形態では、心線はセンサを貫通している。

従来技術によるこのようなプラグは、グロープラグのフィンガーに及ぼされる燃焼室内の圧力の測定を可能にする。しかしながら、測定された圧力に相応する信号に他の信号が重畳してしまう。問題としているシリンダの燃焼室内の圧力の良好な測定を行うには、圧力測定を妨害する背景雑音を除去することができると有利である。この背景雑音は、例えば、中にグロープラグが取り付けられたシリンダヘッド上部の変形に起因している。

本発明の課題は、測定される圧力に対応する信号が寄生信号により妨害されないような圧力センサを備えたグロープラグを提供することである。

そのために、本発明は、
シリンダボア内への固定を可能にする手段を備えた管状体と、
予熱電極を収容する、プラグのボディの中に配置されたフィンガーと、
圧力センサ（１４）
を有する形式のグロープラグを提案する。

本発明によれば、このグロープラグは中間管状部材を有しており、フィンガーは中間管状部材の中に配置されており、中間管状部材は管状体の中に取り付けられており、センサはフィンガーとは反対側の面で中間管状部材と一体化しており、センサのフィンガーに面した面はフィンガーに支えられている。

グロープラグに以下に示すように取り付けられた中間管状部材を備え付けることにより、フィンガーとプラグボディとの切り離しの実現が可能になる。圧力センサは、中にグロープラグが固定されているシリンダボアに存在する応力によって妨害されることなく、対応する燃焼室内の圧力によって及ぼされる圧力から生じた応力を測定することができる。なお、このシリンダボアに存在する応力は部分的にプラグボディに中継される。

本発明はまた、中間管状部材をエンジンの対応する燃焼室の中にあるべき管状体の端部の近傍において管状体と一体化させることを提案する。管状体のこのゾーンは一般に外部応力の下に置かれないので、中間管状部材はこのような応力を受けない。

１つの有利な実施形態では、中間部材はぴったりした嵌め合いにより管状体上に固定されている。このように、管状体への固定は優れている。また、ここで、溶接による固定も考えられる。同様に、ぴったりした嵌め合い又は溶接によってフィンガーを中間部材に固定してもよい。

圧力センサにおける圧力測定の感度をより高くするために、中間管状部材は、フィンガーが中間管状部材と一体化している箇所である第１の固定ゾーンと中間管状部材が管状体と一体化している箇所である第２の固定ゾーンとの間に変形ゾーンを有している。この変形ゾーンはフィンガーに運動の自由を与え、中間管状部材とフィンガーとの間に、この２つの部材間の圧力測定にとって有害となる応力が生じるのを防ぐ。

燃焼室の圧力によりプラグのフィンガーに及ぼされる応力を伝達するために、１つの実施形態では、フィンガーと中間管状部材の中にあるセンサの対応する面との間にスペーサが配置されている。大きな応力を中継するには、このスペーサは硬質でなければならない。さらに、スペーサは振動により圧力測定を妨害してはならない。したがって、スペーサは圧力センサの通過帯域から非常に離れた固有振動周波数を有している。これらの要求を満たすために、スペーサは例えばセラミック材料でできている。

上で触れたスペーサは細長い管状のスリーブの形状であってよく、このスリーブの外径は中間管状部材の内径よりも小さく、スペーサは、ほぼセンサの表面に対してセンサの側の対応する支持面を見せるように、円錐台ゾーンを介して圧力センサと接触する側で終端している。この実施形態では、フィンガーとセンサとの間にはただ１つの部材しか配置されていない。これはもちろん応力の良好な伝達にとって好都合であるだけでなく、グロープラグの取付けもより簡単になる。

本発明によるグロープラグでは、センサは、好ましくは、中間管状部材の中にこの目的で設けられたハウジングの中で、中間管状部材のフィンガーを受け入れるための端部とは反対側の端部の近傍に配置されており、センサは例えば外面に雄ねじの切られたナットにより中間管状部材と一体化しており、このナットは中間管状部材の内部端に施された雌ねじとかみ合う。スペーサがフィンガーとセンサの間に設けられている場合には、ナットがセンサをこのスペーサに締め付けてしまいかねない。

本発明は、上記のグロープラグを有することを特徴とする内燃機関、とりわけディーゼルタイプのエンジンにも関している。

本発明の詳細及び利点は以下の説明と添付図面の参照からより明らかとなる。

図１は、従来技術によるグロープラグを示しており、
図２は、本発明によるグロープラグを側面図で示しており、
図３は、図２のグロープラグを縦断面図で示しており、
図４は、図２及び３に示されているプラグを分解図で示している。

図１は、エンジンのシリンダの中の圧力を測定することのできる圧力センサを備えた従来技術によるグロープラグを縦断面図で示している。このグロープラグ２は、ディーゼルタイプのエンジン４の中に、より詳細には、このエンジンのシリンダヘッド６の中に、周知の方法で取り付けられている。このグロープラグは、ボディ８、フィンガー１０、心線１２、及び圧力センサ１４を有している。

ボディ８はねじ留めによってエンジン４に固定されるように適合させられている。このために、シリンダヘッド６は、このシリンダヘッド６を貫通して前記エンジン４の燃焼室内へと通じる雌ねじの切られたシリンダボアを有している。ボディ８の方はその外面に、シリンダヘッド６に実現された雌ねじに対応する雄ねじ１６を有している。雄ねじ１６がシリンダヘッド６の雌ねじ切りシリンダボアとかみ合って、プラグ２がエンジン４内に設けられたその位置にあるとき、ボディ８の一方の部分はエンジン４の内部に向かって、すなわち、燃焼室に向かって延びており、その一方で他方の部分はエンジンの外部へ向かって延びている。

ボディ８は鋼製の管状体であり、その内部には、特に、フィンガー１０と心線１２が収められている。フィンガー１０は管状体８から燃焼室内へと突き出ている。フィンガー１０は締付けによりボディ８の内部にはめ込まれており、予熱電極（図示せず）を受け入れる。心線１２はフィンガー１０の中にある電極に電気エネルギーを供給するものであり、したがって、この電極と接触しており、フィンガー１０と共にボディ８の中へ、さらにはボディ８を貫通して延びており、その自由端は給電線との電気的接続を可能にしている。

上記圧力センサは圧電センサである。この圧力センサは、導電性材料でできた２つのコンタクトエレメント２０の間に配置された圧電エレメント１８を有している。センサ自体は絶縁エレメント２２によりプラグの残りの部分から電気的に絶縁されている。圧力センサ１４は支持部材２４を介してボディ８の上に支持される。センサの他方の面は心線１２の上端部の固定ナット２６に押し当てられる。エンジンの外部に位置し、圧力センサ１４が配置されている高さにあるグロープラグ２の部分はプラグヘッドとも呼ばれる。ボディ８は、このヘッドの高さに、シリンダヘッド６へのプラグ２の取付け／取外しに使用される把持ゾーン２８を有している。通常、この把持ゾーン２８は六角形の横断面を有する柱体である。このようにして、レンチを使用してシリンダヘッド６の外部からアクセスすることで、グロープラグ２の取付け及び取外しが可能である。この把持ゾーン２８の直径は、典型的には、ボディ８の残りの部分の直径よりも大きい。

図２は、本発明によるグロープラグを外面図で示している。図１のプラグに比べると、ボディ８はその外表面に雄ねじ１６を有している。また、ボディ８のヘッドの側には把持ゾーン２８が見られる。グロープラグの他方の端にはフィンガー１０’がある。図示された実施例では、フィンガー１０’はセラミック製である。このようなプラグは、第１の利点として、従来技術のプラグで一般に見られるよりもフィンガーの寿命が長い。また、形状もよりコンパクトである。このように、フィンガー１０’は図１のフィンガー１０よりもはるかに小さい。

図２から４のグロープラグも圧力センサ１４を有している。圧力センサ１４はここでも圧電センサであり、図１に示されているグロープラグのセンサと同タイプであってもよい。

図１ではフィンガー１０はボディ８に嵌め合わされているが、本発明による図２から４の実施形態では、ボディ８とフィンガー１０’との間に中間管状部材３０が設けられている。この中間管状部材３０の目的はフィンガー１０’をボディ８から切り離すことである。

従来技術によるセンサとここに記載された本発明によるセンサの重要な違いは、圧力センサがもはやボディ８とフィンガー１０との間に配置されておらず、フィンガー１０’と中間管状部材３０との間に配置されていることである。このことは特に図３の断面図で強調されている。

以下の記述では、グロープラグをエンジンに固定する際に燃焼室の側にあるエレメントは、燃焼室外でグロープラグのヘッドの側にあるエレメントよりも下にあると見なす。

フィンガー１０’は中間管状部材３０の下端に締付けによって嵌め合わされている。一般に行われているように、フィンガー１０’の上部のみが中間管状部材３０の中にあり、フィンガー１０’の下部は中間管状部材３０の外へ突き出ている。ここで、中間管状部材３０は、フィンガー１０’の下部が燃焼室の中にあって燃焼室内の混合気を加熱することができるように、フィンガー１０’の下部を支えている。

フィンガー１０’に電気エネルギーを供給する心線１２は中間管状部材３０全体を貫通している。

中間管状部材３０自体は締付けによる嵌め合いによって固定ゾーン３２においてボディ８の下端に固定されている。プラグのこの端部はプラグコーンと呼ばれることもある。ボディ８における中間管状部材３０の固定ゾーン３２の下では、中間管状部材３０はボディ８の中へ自由に延びている。固定ゾーンより上の部分では、中間管状部材３０の口が広がり、センサ１４のハウジング３３４として使用されるより大きな直径を持ったゾーンが存在している。プラグにおいて、このセンサ１４はプラグヘッドに、すなわち、プラグヘッド上部の中に存在している。

このハウジング３４の上部には、雄ねじの切られたナット３６を受け入れるように雌ねじが切られている。このナット３６はセンサ１４の上面を押しつけるために設けられている。センサ１４の下面の方はスペーサ３８の上に載っている。このスペーサ３８はフィンガー１０’をセンサ１４につないでいる。

センサ１４は、例えば、図１に関連して説明したタイプのセンサである。したがって、ここではこのセンサの説明を繰り返さない。図１のセンサ１４と図２から４のセンサ１４の重要な違いは、図１では、センサ１４が引張力で動作するのに対して、図２から４では、圧縮力で動作することである。しかしながら、これによってセンサの構造は変わらない。とりわけ、圧電エレメントは再び、電線路が接続された２つのコンタクトエレメントの間に配置されている。

スペーサ３８は、特にその中心に心線１２を通すことのできる管状部材である。スペーサ３８の外径は、中間管状部材３０の中へ自由に延びるように、中間管状部材３０の内径に合わせてある。スペーサ３８の下部では、スペーサ３８の直径はフィンガー１０’の直径に合わせてある。スペーサ３８の上部では、スペーサ３８の直径はセンサ１４の下面の直径に合わせてある。したがって、図から分かるように、スペーサの上部には、フィンガー１０’に対応する直径からセンサ１４の直径まで漸進的に変化する円錐台ゾーン４０が存在している。

ここで、圧力センサ１４は対応する燃焼室の中の圧力から生じる応力だけを測定する。中にグロープラグが取り付けられたシリンダヘッド６の上部に及ぼされるさまざまな応力、とりわけ、燃焼室内の圧力に比例しない応力は、センサ１４によって測定される圧力に影響しない。実際、中間管状部材３０は、ボディ８において、中にグロープラグ２がねじ留めされたシリンダヘッド６の上部の変形に結びつかない応力を受けないゾーンに保持されている。実際、この変形はむしろ雄ねじ１６に認められる。

センサ１４は中間管状部材３０とフィンガー１０’との間に取り付けられている。フィンガー１０’に及ぼされる圧力のより良い測定を得るには、グロープラグの構想において、中間管状部材３０の変形ゾーン４２を設けるように留意する。この変形ゾーン４２は、フィンガー１０’が締付けによって中間管状部材３０の中に嵌め合わされているゾーンと中間管状部材３０がボディ８の中に嵌め合わされているゾーンとの間にある。この変形ゾーン４２はフィンガー１０’に及ぼされる応力がセンサ１４に伝わるのを助ける。

ここではスペーサ３８の役割が重要であり、スペーサ３８の製造には大きな注意を払わなければならない。フィンガー１０’に及ぼされる応力を中継する際、スペーサ３８は寄生的な力を伝達してはならない。したがって、スペーサが、一方では、フィンガー１０’に電気エネルギーを供給する心線１２と接触せず、他方では、中間管状部材と接触しないように留意すべきである。

また、このスペーサの固有振動モードがセンサ１４の圧力測定を妨害しないようにもすべきである。したがって、このスペーサ３８の振動の固有周波数がセンサ１４の通過帯域から離れているようにしなければならない。このスペーサ３８を実現する材料としてセラミックを選択することで、この問題は解決することができる。

図３及び４に示されているように、プラグヘッドは合成物質製の鋳込み成形されたエレメント４４を有していてもよい。このエレメントはプラグヘッドの把持ゾーン２８に組み込んでもよい。合成物質を用いた鋳込みはグロープラグのヘッドの十分な気密性を保証することができ、またセンサ１４のコンタクトエレメントに接続された電線路の電気的接続の十分な保護を保証することもできる。

上記のプラグのような、圧力センサ１４を備えたグロープラグ２は、燃焼室内の圧力の優れた測定を可能にする。この圧力の測定はこの圧力の測定を妨害することのあり得る寄生雑音から完全に切り離されている。したがって、噴射器が各シリンダに配置されている場合であっても、本発明によるグロープラグの中に取り付けられた圧力センサは、これらの噴射器によって及ぼされる応力に起因するシリンダヘッド上部の変形から解放される。中間管状部材における変形ゾーンの方はセンサによって行われる測定の良好な感度を可能にする。

特に図４から分かるように、中間管状部材が挿入されるにもかかわらず、本発明によるグロープラグは依然として取付けが容易である。エレメントの積み重ねに関しては、プラグヘッドへの合成物質の鋳込みによって固着させる。

本発明は非限定的な例である上記の実施形態に限定されない。本発明は当業者に可能な範囲のすべての変更形態にも関わるものである。

したがって、例えば、従来のフィンガーを用いた本発明も完全に考えられる。その場合、グロープラグの図面はより大きなサイズのこのフィンガーに合わせなければならないが、プラグボディとフィンガー自体の分離を実現するために、中間管状部材を挿入することはもちろん依然として可能である。

上では、中間管状部材の中へのフィンガーの固定とボディの中への中間管状部材の固定は、ぴったりした嵌め合いによって行われている。別の固定の仕方（例えば溶接）も考えられる。

スペーサの使用に代わるものも考えられる。例えば、フィンガーに電気エネルギーを供給する心線と一体化したナットを設け、このナットの上に圧力センサの下面が載るようにしてもよい。その場合、伝達される大きな機械的応力に耐えるように、この心線を剛化させることも考えられる。このスペーサを残しておく場合、このスペーサを上で述べた形態とは異なる形態にしてもよい。上で述べた形態は、フィンガーとセンサとの間にただ１つのエレメントしか有することができないので有利である。しかしながら、スペーサとセンサとの間の境界面を成す支えのワッシャーと併せたスペーサを設けてもよい。

従来技術によるグロープラグを示す。 本発明によるグロープラグを側面図で示す。 図２のグロープラグを縦断面図を示す。 図２及び３に示されているプラグを分解図で示す。

Claims (12)

1. グロープラグ（２）であって、
   シリンダボア内への固定を可能にする手段（１６）を備えた管状体（８）、
   予熱電極を収容する、前記プラグのボディ（８）の中に配置されたフィンガー（１０’）、及び、
   圧力センサ（１４）
   を有する形式のグロープラグ（２）において、
   該グロープラグは中間管状部材（３０）を有しており、前記フィンガー（１０’）は前記中間管状部材（３０）の中に配置されており、前記中間管状部材（３０）は前記管状体（８）の中に取り付けられており、前記センサ（１４）は前記フィンガーとは反対側の面で前記中間管状部材（３０）と一体化しており、前記センサ（１４）の前記フィンガー（１０’）に面した面は前記フィンガー（１０’）に支えられている、ことを特徴とするグロープラグ（２）。
2. 前記中間管状部材（３０）は、エンジン（４）の対応する燃焼室の中にあるべき前記管状体（８）の端部の近傍において前記管状体（８）と一体化している、請求項１記載のグロープラグ（２）。
3. 前記中間部材（３０）はぴったりした嵌め合いにより前記管状体（８）に固定されている、請求項１又は２記載のグロープラグ（２）。
4. 前記中間部材（３０）は前記管状体（８）に溶接されている、請求項１又は２記載のグロープラグ（２）。
5. 前記フィンガー（１０’）はぴったりした嵌め合いにより前記中間部材（３０）に固定されている、請求項１から４のいずれか１項記載のグロープラグ（２）。
6. 前記フィンガー（１０’）は前記中間部材（３０）に溶接されている、請求項１から４のいずれか１項記載のグロープラグ（２）。
7. 前記中間管状部材（３０）は、前記フィンガー（１０’）が前記中間管状部材（３０）と一体化している箇所である第１の固定ゾーンと前記中間管状部材（３０）が前記管状体（８）と一体化している箇所である第２の固定ゾーンとの間に変形ゾーン（４２）を有している、請求項１から６のいずれか１項記載のグロープラグ（２）。
8. 前記フィンガー（１０’）と前記中間管状部材（１０）の中にある前記センサの対応する面との間にスペーサ（３８）が配置されている、請求項１から７のいずれか１項記載のグロープラグ（２）。
9. 前記スペーサ（３８）はセラミック材料で実現されている、請求項８記載のグロープラグ（２）。
10. 前記スペーサ（３８）は細長い管状のスリーブの形状を示しており、該スリーブの外径は前記中間管状部材（３０）の内径よりも小さく、前記スペーサは、ほぼ前記センサ（１４）の表面に対して前記センサ（１４）の側の対応する支持面を見せるように、円錐台ゾーン（４０）を介して前記圧力センサと接触する側で終端している、請求項８又は９記載のグロープラグ（２）。
11. 前記センサ（１４）は、前記中間管状部材（３０）の中にこの目的で設けられたハウジングの中で、前記中間管状部材（３０）の前記フィンガー（１０’）を受け入れるための端部とは反対側の端部の近傍に配置されており、前記センサ（１４）は外面に雄ねじの切られたナット（３６）により前記中間管状部材（３０）と一体化しており、前記ナットは前記中間管状部材（３０）の内部端に施された雌ねじとかみ合う、請求項１から１０のいずれか１項記載のグロープラグ（２）。
12. 請求項１から１１のいずれか１項記載のグロープラグ（２）を有することを特徴とする、とりわけディーゼルタイプの、内燃機関。

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