JP5679646B2 - 燃焼室圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の収容開口に挿入可能なセンサボディを備えており、センサボディは、燃焼室側において収容開口内でセンサボディをシールするためのシール装置を備えており、収容開口内で燃焼室圧力センサを固定するための固定手段が設けられている、燃焼室圧力センサに関する。

内燃機関の燃焼室に作用する圧力を検出するために燃焼室圧力センサを用いることが公知である。公知の圧力室圧力センサは、通常、縦長のセンサボディを備えており、センサボディは、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた収容開口に挿入可能である。このような燃焼室圧力センサは、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３１２１７４号明細書から公知であり、ここでは燃焼室圧力センサが開示されており、燃焼室圧力センサのハウジングは、孔を形成しており、孔に、セラミック材料から成る伝達プランジャが挿入されており、伝達プランジャは、一方の端部で、測定エレメントに載設していて、測定エレメントに作用するので、検出しようとする圧力に比例する測定信号が形成され、他方の端部で、孔を閉鎖するダイヤフラムに接触している。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０２５０６２号明細書において燃焼室圧力センサが公知であり、ここでは燃焼室圧力を検出するセンサエレメントが、グロープラグのハウジング内に組み付けられている。

公知の燃焼室圧力センサは、円錐シール座を、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた収容開口内でセンサボディをシールするためのシール装置として用いる。このためにセンサボディの鋼製外側面は、燃焼室側の端部で、円錐形のシール面を備えている。さらに外側面は、ねじ山を備えており、ねじ山によって、センサボディは、収容開口にねじ込み可能であり、これによってセンサボディの円錐シール座は、シリンダヘッドに設けられた、対応して形成された受け面に押し付けられ、シールが得られる。十分な放熱と耐振性とを得るために、円錐形のシール面は、燃焼室側でできるだけ離れて手前にセンサボディに取り付けられ、これに対してねじ山は、内燃機関への組付状況に起因して、センサボディの燃焼室側の端部からできるだけ離れて位置するのが望ましい。したがってセンサボディは、ほぼ縦延伸部分全長にわたって、ねじ込みに際して及ぼされる回転モーメントを吸収し、これによって生じる、縦延伸方向に作用する軸方向力を吸収する必要がある。

さらにセンサボディは、公知の燃焼室圧力センサでは、円錐シール座とねじ山区分との間で挟み込まれるので、シリンダヘッドの、燃焼室圧力によって生じる変形ならびに燃焼プロセスによって燃焼室に生じる熱望張は、そのまま燃焼室圧力センサの鋼製外側面に伝達される。センサボディからの、測定エレメントの不十分な分離では、変形および熱望張は、測定エレメントに伝達され、測定エレメントにおける測定エラーが生じる。したがって多くの構成手段では、測定エレメントを不都合な影響から分離するために、センサボディの内側に面倒な構造を用いている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３１２１７４号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０２５０６２号明細書

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような燃焼室圧力センサを改良することである。

この課題を解決するための本発明の装置によれば、内燃機関のための燃焼室圧力センサであって、内燃機関の収容開口に挿入可能なセンサボディを備えており、該センサボディは、燃焼室側において収容開口内でセンサボディをシールするためのシール装置を備えており、収容開口内で燃焼室圧力センサを固定するための固定手段が設けられている、燃焼室圧力センサにおいて、シール装置が、個別に製作された耐熱性で弾性的なシールエレメントを備えており、該シールエレメントは、センサボディの外側面を包囲して配置されている。

有利には、シールエレメントは、リング状に形成されている。

有利には、シールエレメントは、スリーブ状に形成されている。

有利には、シールエレメントは、高い熱伝導性を有している。

有利には、シールエレメントは、センサボディの外側面に固定されている。

有利には、シールエレメントは、センサボディの外側面に設けられたリング溝に固定されている。

有利には、シールエレメントは、センサボディの挿入状態で、収容開口の内壁に対して予荷重を掛けている。

有利には、シールエレメントは、グラファイトから製作されている。

有利には、シールエレメントは、テフロン（登録商標）から製作されている。

本発明による燃焼室圧力センサは、相当程度手前に、センサボディの、燃焼室圧力に向いた側にシール手段を配置した構造の結果として生じる利点を維持することができ、この場合同時に、内燃機関の、収容開口を包囲するシリンダヘッドへのセンサボディの良好な熱伝達が達成される。背景技術から公知の構成手段に対して、センサボディは、シール装置と固定手段との間で、軸方向に挟み込まれないので、センサボディのこれらの区分の間に有利には軸方向の緊締が生じず、ねじ込みに際して及ぼされる回転モーメントも、その結果として生じる軸方向力も測定エレメントに伝達されることはない。さらに達成される点によれば、燃焼プロセス中にシリンダヘッドに生じる力および変形が、測定エレメントの測定エラーを及ぼすことはない。したがって、燃焼室圧力センサの内室における測定エレメントとセンサボディとの面倒な機械的な分離は、不要である。

シールエレメントは、有利には耐熱性で弾性的な材料から製作されているので、一方では、シールに必要なシール力をシリンダヘッド内でのシールエレメントの半径方向の緊締から及ぼすことができ、他方では、シールエレメントは燃焼室内の温度に対して良好に耐えることができる。有利には、収容開口の内側のシールエレメントの、燃焼室に向いた側の面における燃焼残留物の堆積は、シリンダヘッドにおけるセンサボディのシール作用と熱伝達とを高める。

本発明の有利な形態および改良形は、従属請求項に記載した構成によって実現される。

有利な形態では、シールエレメントは、リング状に形成されていて、たとえばセンサボディに簡単に被せ嵌めることができる。

シールエレメントの外径が、シリンダヘッドにおける収容開口の内径よりも大きな直径を有していることによって、シールエレメントは、センサボディを収容開口に挿入した状態で、収容開口の内壁に対して予荷重を掛けられ、これによって効果的なシールが達成される。

有利には、シールエレメントは、高い熱伝導性を有しているので、燃焼室圧力センサは、熱的に極めて良好にシリンダヘッドに接続されていて、燃焼室圧力センサの効果的な冷却は、内燃機関のシリンダに設けられた冷却手段によって行うことができる。特に有利には、シールエレメントは、グラファイトまたはテフロンから形成されている。なぜならばこれらの材料は、同時に高い熱伝導性と共に必要な弾性を有しているからである。

特に簡単には、シールエレメントは、センサボディの外側面に固定されている。シールエレメントは、たとえばスリーブ状に形成することができ、センサボディの外側面に設けられたリング溝に固定することができる。

内燃機関の収容開口に組み入れた位置で、本発明による燃焼室圧力センサの第１形態を示す概略横断面図である。 内燃機関の収容開口に組み入れた位置で、本発明による燃焼室圧力センサの第２形態を示す概略横断面図である。

本発明の実施の形態を図示して、以下に詳しく説明する。

図１には、本発明による燃焼室圧力センサの第１形態を簡略化して示した。燃焼室圧力センサは、縦軸線２に沿って延びる、概ね円筒形のセンサボディ１を備えており、センサボディ１は、同時に燃焼室圧力センサのセンサハウジングを成している。燃焼室圧力センサの内部構造は、図１には示しておらず、本発明を理解する上で重要ではない。燃焼室圧力センサは、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３１２１７４号明細書に示した、伝達プランジャと、燃焼室圧力に向いた側にダイヤフラムとを備えた内部構造を有している。別の任意のセンサタイプも考えられる。公知の半導体圧力センサ素子の他に、圧電式のセンサ素子、メタルダイヤフラムセンサ、光エレクトロニクスセンサ素子および別のセンサ素子を用いてもよい。図１に示した燃焼室圧力センサは、燃焼室圧力を、燃焼室に向いた側の端面６で記録する。このためにその箇所にたとえばダイヤフラム、圧力伝達ピンまたは別の適切な素子を配置することができ、これらの素子の変形または変位は、燃焼室に作用する圧力の作用下で、センサボディ１の内側に配置されたセンサエレメントに伝達される。センサボディ１の、燃焼室とは反対側の端部７で、燃焼室圧力センサは、有利には、センサボディ１の内側でセンサエレメントを接触するための、図示していない電気接続エレメントを備えている。

センサボディ１は、外側面３を有しており、外側面３の直径は、内燃機関１００のシリンダヘッドに設けられた収容開口１０１の内径よりも小さく形成されているので、センサボディは、端面６で、収容開口１０１に挿入可能である。センサボディ１の、燃焼室とは反対側の端部において、センサボディ１は、固定手段であるねじ山区分９で、収容開口１０１の内壁に設けられた、対応して形成された対向ねじ山にねじ込まれる。ねじ山区分９は、燃焼室側の端面６からできるだけ離れて、しかも収容開口１０１の縦延伸部分の内側でセンサボディ１に設けられている。縦軸線２の方向でみて、センサボディ１の外側面３は、端面６の直前にリング溝５を備えており、リング溝５に、耐熱性で弾性的なシールエレメント４が嵌め込まれている。シールエレメント４は、センサボディ１をリング状に包囲していて、内側孔の設けられた、スリーブ状で円筒の形状を有しており、内側孔を通ってセンサボディが係合する。シールエレメント４の外径は、収容開口１０１の内径よりも大きな寸法を有しているので、弾性的なシールエレメント４は、センサボディ１を収容開口１０１に挿入する際に、半径方向に圧縮され、これによって燃焼室をシールするのに必要な半径方向の緊締力または予荷重が及ぼされ、緊締力は、収容開口１０１の内周面に支持される。図１に示した形態とは異なって、シールエレメントは、必ずしもスリーブ状に形成する必要はない。さらに、リング溝５を省略して、シールエレメント４を別の構成でセンサボディ１に取り付けるか、またはシールエレメントを収容開口１０１に取り付けて、次いでセンサボディ１を収容開口１０１に固定されたシールエレメントを通って挿入することもできる。

シールエレメント４が耐熱性で弾性の材料から製作されている、ということが重要である。耐熱性とは、本発明に関しては、高温における材料の耐性と解される。このための材料として、たとえばグラファイトまたはテフロンが特に適切である。

図２には、本発明による燃焼室圧力センサの第２形態を示した。本形態では、センサボディ１は、円筒形の基本体として形成されており、基本体の長さは、収容開口１０１の長さに対応する。センサボディ１の、燃焼室側の端面６とは反対側の端部７に、固定手段であるヘッド部分８が設けられており、ヘッド部分８は、収容開口１０１をカバーするので、ヘッド部分８は、センサボディ１を挿入する際に、内燃機関１００の、燃焼室とは反対側に当接する。ヘッド部分８は、本形態では、緊締爪部１０２により、内燃機関１００のシリンダヘッドに押し付けられる。このために、緊締爪部１０２は、ヘッド部分８をカバーし、たとえばねじ止め可能な固定手段１０２によって内燃機関に固定される。

本発明による燃焼室圧力センサは、ガソリン機関またはディーゼル機関において、燃焼室圧力を表す信号を、内燃機関の調整のために伝達するか、または様々な燃焼特性を有する様々な燃料品質に機関を適合させるために用いることができる。

１ センサボディ、 ２ 縦軸線、 ３ 外側面、 ４ シールエレメント、 ５ リング溝、 ６ 端面、 ７ 端部、 ８ ヘッド部分、 ９ ねじ山区分、 １００ 内燃機関、 １０１ 収容開口、 １０２ 緊締爪部

Claims (7)

1. 内燃機関のための燃焼室圧力センサであって、
   内燃機関（１００）の収容開口（１０１）に挿入可能なセンサボディ（１）を備えており、該センサボディ（１）には、燃焼室側において前記収容開口（１０１）内で前記センサボディ（１）をシールするためのシール装置と、前記収容開口（１０１）内で燃焼室圧力センサを固定するための固定手段（８）とが設けられ、シール装置が、個別に製作された耐熱性のシールエレメント（４）を備えており、該シールエレメント（４）は、前記センサボディ（１）の外側面（３）を包囲して配置されている、燃焼室圧力センサにおいて、
   前記センサボディ（１）は、前記収容開口（１０１）内において、前記シールエレメント（４）と前記固定手段（８）との間に、軸方向に緊締されずに配置されており、前記シールエレメント（４）は、弾性的であり、グラファイト又はテフロン（登録商標）から製作されており、
   前記固定手段（８）は、前記センサボディ（１）の前記シールエレメント（４）とは反対側において前記収容開口（１０１）よりも径が大きいヘッド部分（８）として形成され、
   前記ヘッド部分（８）は、前記センサボディ（１）を挿入する際に、内燃機関（１００）の燃焼室とは反対側に当接して前記収容開口（１０１）をカバーし、前記ヘッド部分（８）は、前記内燃機関（１００）に固定された緊締爪部（１０２）により、前記内燃機関（１００）のシリンダヘッドに押し付けられる、内燃機関のための燃焼室圧力センサ。
2. シールエレメント（４）は、センサボディ（１）の外側面（３）に固定されている、請求項１記載の燃焼室圧力センサ。
3. シールエレメント（４）は、センサボディ（１）の外側面（３）に設けられたリング溝（５）に固定されている、請求項２記載の燃焼室圧力センサ。
4. シールエレメント（４）は、センサボディ（１）の挿入状態で、収容開口（１０１）の内壁に対して予荷重を掛けている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ。
5. シールエレメント（４）は、リング状に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ。
6. シールエレメント（４）は、スリーブ状に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ。
7. シールエレメント（４）は、高い熱伝導率を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃焼室圧力センサ。

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