JP5542799B2 - 燃焼室圧力の決定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室、特に、内燃機関の燃焼室圧力を決定するための装置及び方法に関する。

このタイプの燃焼室圧力センサは、例えば特許文献１から知られている。この特許文献１には、ディーゼルエンジンのシリンダ中に挿入するためのプラグベースと、該プラグベース中に配置された加熱ロッドと、シリンダの燃焼室内の圧力が作用するように、前記加熱ロッドとプラグベースの間に、予め圧力をかけて配置された圧力センサとを備え、前記加熱ロッドがプラグベース中で軸方向にスライド変位して、シリンダの燃焼室内の圧力を前記圧力センサに伝え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、このタイプの燃焼室圧力センサは、特許文献２にも開示されている。この特許文献２は、一端側がエンジンの燃焼室に近接し、エンジンと係合するねじ部を含む筒状ハウジングと、該ハウジングの内側に保持されたパイプ部材であって、該パイプ部材の一端側が前記筒状ハウジングの一端側から外に延びるようにされたパイプ部材と、該パイプ部材の内側に配置され、供給電流に応じて熱を発生する発熱部材と、該発熱部材と電気的に接続された一端側、及び、前記ハウジングの他端側から外に延びる他端側を有する金属製の中軸と、圧力が発生したときに、前記パイプ部材に作用する軸方向力として該中軸を経由して伝達されるエンジンの燃焼圧力を検出するための燃焼圧センサとを有し、前記パイプ部材の内側に配置される中軸の部分が、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３は、自己着火式内燃機関用のシース型グロープラグであって、加熱体とプラグハウジングとを有する第１のモジュールと、圧力測定モジュールとを備え、該圧力測定モジュールが前記加熱体とは反対の側において、前記第１のモジュールと接続しており、少なくとも１つの力測定エレメントが前記圧力測定モジュール中に組み込まれており、該少なくとも１つの力測定エレメントが、力に関連した電気信号を発生するように設計され、更に、前記少なくとも１つの力測定エレメントが、前記加熱体を介して力が該少なくとも１つの力測定エレメントに伝達されるように、前記加熱体と結合されているシース型グロープラグを開示している。

特許文献４は、自己着火式内燃機関用のシース型グロープラグであって、加熱体とプラグハウジングとを備え、該プラグハウジングが少なくとも１つの力測定エレメントを含み、該少なくとも１つの力測定エレメントが加熱体と結合されていて、該加熱体を介して前記少なくとも１つの力測定エレメントに力を伝達可能であり、このシース型グロープラグが更に前記加熱体と結合された少なくとも１つのシールエレメントを含み、該少なくとも１つのシールエレメントが弾性特性を有する少なくとも１つのエレメントを含み、該少なくとも１つのシールエレメントが前記加熱体をプラグハウジングに対してシールするようにされたシース型グロープラグを公知にしている。

ドイツ特許ＤＥ １０３ ４３ ５２１号公報（日本の特開２００５−９０９５４号公報に対応） ドイツ特許ＤＥ １０３ ４６ ２９５号公報（日本の特開２００４−１２４９１０号公報に対応） ドイツ特許ＤＥ １０ ２００５ ０１６ ４６３号公報（日本の特表２００８−５３７０４６号公報に対応） ドイツ特許ＤＥ １０ ２００５ ０１７ ８０２号公報（日本の特表２００８−５３８４０５号公報に対応）

圧力測定グロープラグを製造するために、ねじを用いた入念な予圧プロセスが必要なのは不利である。特に寸法が小さいので、要求される大きな予圧を適用するのは機械的に困難である。予圧を避けることはできず、適用されなければならない。同様に部品の特定の形からの逸脱を補償することは非常に困難である。この方法で外部の影響から圧力測定を切り離すことは可能でない。

従って、本発明が解決しようとする課題は、前記の問題点を避けると同時に、横方向振動への感度を減らし、加熱ロッドとボディ間の同軸度が大きい時に、外部の変形から測定エレメントを切り離すようにされた燃焼室圧力の決定方法を創り出すことにある。

この課題は、請求項１中で示された要件を有する装置、及び、請求項７中に示された要件を有する方法によって解決される。本発明の好適な発展が、従属クレームの主題である。

本発明の利点は、実施が単純な点にある。このタイプの装置は、製造するのにコストが安価である。それにもかかわらず、主に、外部の影響を補償することができる。本発明の圧力測定グロープラグは、２つのスプリングダイヤフラムによる加熱ロッドの二重ガイド、及び、測定エレメントと参照エレメントの中立面への配置によって、横方向振動及び他の変形から分離される。

変位測定を備えた圧力測定グロープラグを示す正面図 他の変位測定を備えた圧力測定グロープラグを示す正面図 燃料ガス圧力が作用した圧力測定グロープラグを示す正面図 ダイヤフラムの変形測定を伴う、燃料ガス圧力が作用した圧力測定グロープラグを示す正面図 外乱が作用した圧力測定グロープラグを示す正面図 ダイヤフラムの変形測定を伴う、外乱が作用した圧力測定グロープラグを示す正面図

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

加熱ロッド中に組み込まれ、例えば図１に示される圧力センサの目的は、燃焼室内の燃料ガス圧力を測定することにある。加熱ロッド５は、軸方向に変形可能で、同じばね剛性を有し、加熱ロッド５が軸方向に移動するのを許容する２つのスプリングダイヤフラム１、２によって、ボディ６の中心に支持されている。参照エレメント３、例えば磁石が、加熱ロッド５上に取付けられている。変位測定エレメント４、例えば誘導コイルが、ボディ６上に取付けられている。変位測定のもう１つの方法は、図２中に示されるように、ダイヤフラムの変形を測定することである。歪みゲージ（ＤＭＳ）又は容量センサのような１以上の弾性感知エレメント４が、２つのスプリングダイヤフラム１、２のそれぞれの上に取付けられ、内燃機関の燃焼室内に存在する圧力による加熱ロッドの変位を通し、ＣＡＮバス経由で自動車の制御ユニットに信号を送る。

図３に示すように、燃焼圧力が加熱ロッド５の有効面及び燃焼室側スプリングダイヤフラム１に作用すると、加熱ロッドは燃焼室に対して移動し、ダイヤフラム１、２も同じ方向に変形する。測定エレメント４は元の位置にとどまり、参照エレメント３は加熱ロッド５と共に移動する。燃焼圧力は、測定エレメント４と参照エレメント３間の相対移動から導き出される。

図４は、ダイヤフラム変形の測定を伴う、燃料ガス圧力が作用した圧力測定グロープラグを示す。燃焼圧力が加熱ロッド５の有効面及び燃焼室側ダイヤフラムに作用すると、加熱ロッド５は燃焼室に対して移動し、ダイヤフラム１、２も同じ方向に変形する。燃焼圧力は、弾性感知エレメント４によって決定されるダイヤフラムの変形から導き出され、車両の制御ユニットに伝達される。

図５に示すように、測定中に発生する実質的な妨害信号は、ボディ６の変形によって外部から導入され、参照エレメント７と測定エレメント４間で相対移動を発生させる。この妨害を切り離すため、参照エレメント７と測定エレメント４は、変形の間、相対移動が発生しない「中立面」８に配置されなければならない。ボディの形状が均一で対称であれば、中立面８は、例えば変形ゾーンの中央に位置する。

図６は、ダイヤフラム変形の測定を伴う、外部変形が作用した状態の圧力測定グロープラグを示す。スプリングダイヤフラム１と２が同じばね剛性と形状を持てば、２つのダイヤフラムは、同じ量だけ反対方向に変形する。この変形は、測定エレメントを、これに従って設置し、接続することによって完全に補償される。

１…スプリングダイヤフラム
２…スプリングダイヤフラム
３…参照エレメント
４…測定エレメント
５…加熱ロッド
６…筒状ボディ
７…参照エレメント
８…中立面

Claims (7)

1. １つの加熱ロッド（５）と、
   少なくとも２つのスプリングダイヤフラム（１、２）と、
   各スプリングダイヤフラム（１、２）の上にそれぞれ配置された、少なくとも１つの測定エレメント（４）及び／又は参照エレメント（３、７）と、
   １つの筒状ボディ（６）と、
   を備えた燃焼室圧力の決定装置。
2. 請求項１に記載の燃焼室圧力の決定装置において、
   前記筒状ボディ（６）が、前記加熱ロッド（５）の周りに同芯で配置されていることを特徴とする燃焼室圧力の決定装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃焼室圧力の決定装置において、
   前記スプリングダイヤフラム（１、２）が、前記加熱ロッド（５）の周りに同芯で配置されていることを特徴とする燃焼室圧力の決定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼室圧力の決定装置において、
   前記スプリングダイヤフラム（１、２）が、互いに実質的に平行に配置されていることを特徴とする燃焼室圧力の決定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼室圧力の決定装置において、
   前記少なくとも２つのスプリングダイヤフラム（１、２）が同じばね剛性を有することを特徴とする燃焼室圧力の決定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼室圧力の決定装置において、
   参照エレメント（３、７）及び／又は測定エレメント（４）が非作動状態で配置された中立面（８）を含むことを特徴とする燃焼室圧力の決定装置。
7. 燃焼室、特に内燃機関の燃焼室圧力の決定方法において、
   請求項１乃至６のいずれかに記載された装置を用いることを特徴とする燃焼室圧力の決定方法。

Images