JPH04507291A - 内燃機関の燃焼室のための圧力兼熱流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃焼室のための圧力兼熱流センサこの発明は、特に自動車の内燃機関 の燃焼室内の燃焼圧力並びに熱流を測定するためのセンサに関する。燃焼圧力の ほかに別の熱力学的量として、エンジンブロックを通る熱流並びに燃焼室内のガ ス温度が重要であり、これらの量を検出する必要がある。しかし補助的なセンサ のための補助的な孔をエンジンブロック中に設ける可能性は著しく限定されてい るので、この問題を技術的手段で解決する方策が探究されている。請求の範囲ｌ に記載の技術的方策はこの問題を解決するものである。この発明は、熱流センサ をエンジンの燃焼室中に突入する既存の圧力センサ中に組み込むということに基 づいている。その際この発明は特にドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１４１ ３１号及び同第３７２７２２１号公報から知られているような圧力センサに関す るが、しかしこれには限定されない。

この公知の圧力センサはここで特に重要な部品としてダイアフラムを有し、ダイ アフラムの一方の面がエンジンの燃焼室に接し、反対側のダイアフラム表面には 支柱などが接触し、それによりダイアフラムの一方の面上に加わる圧力を反対側 のダイアフラム面から力として圧力センサのセンサ要素上に伝達することができ る。このセンサ要素は特に望ましくは圧電材料から成り曲げることができる板又 は軸線方向に圧力を加えることができる小管の形の圧電センサである。特にジル コン酸チタン酸鉛などのような圧電セラミックが圧電材料として用いられる。

この材料は経済的でありかつ技術的に高度に開発されている。

この発明によれば、温度センサは圧力センサに関して内側のダイアフラム面にし かもダイアフラムと良好な熱的接触を保って取り付けられる。それによりこの温 度センサは圧力センサに関して反対の外側のダイアフラム面を洗流する燃焼ガス の熱に直接さらされる。

この発明に基づく熱流センサは、この発明の特に有利な実施例の添付図面が示す ような二つの感温部から成る。圧力センサはこの図では原理的にだけ示され、符 号１１によりダイアフラムが示され、符号１２によりエンジンブロック中に挿入 すべき圧力センサハウジングが示され、符号１３により圧電性小管が示され、符 号１４により圧力センサの支持座が示されている。符号１５により電気的な圧力 センサ信号のための一方の極が示され、その際この実施例では支持座１４が第２ の極である。符号１６．１７はこの発明に基づき設けられた熱流センサ２１への リード線のための接続ブッシングを示す。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２０６４３９５号公報から、どのようにして熱 流センサが単体として具体的に構成できるか、またその際どの細部が重要である かについての補助的な詳細が知られている。特にそこには温度センサ又は熱電対 とその回路の特殊な構造についての詳細な説明が記載されている。

図に示すように、この熱流センサ２１の第１の円板２２が温度的に密にダイアフ ラム１１と結合されている。温度センサの第２の円板２４は、第２の円板２４を 吸熱源に結合する特性を有する部分と熱的に結合されるのが有利である。この伝 熱性部分は例えば銅の熱伝導体５０とすることができる。この熱伝導体は円板２ ４の外側電極への導電体としての機能を有することもできる。小管１３の内部空 間にも円板２４からの熱放散がもたらされるように熱を導出する材料を充填する ことができる。しかしながら不必要に熱を圧電性小管１３に伝達しないように注 意すべきである。吸熱源はエンジンの冷却水にほぼ相応する。冷却水は内燃機関 のための基準量を供給する。

熱流センサの円板２２と２４との間には温度差が生じる。この温度差は熱流セン サの第３の円板２３の熱伝導率が小さいほど一層大きい。すなわち円板２３は熱 障壁として働く。

この発明に基づく複合式圧力兼熱流センサの構造に対しては、圧力センサ又はそ の装置からできるだけ僅かな熱しか熱流センサへ逆流しないように考慮すること が重要である。即ち熱流センサは円板２２から円板２４へ向かう方向へだけ熱流 を有するようにしなければならない。この種の熱流センサは例えば２０μｍの厚 さを有する。

円板２２．２４により熱障壁（円板２３）の両側で温度Ｔ、、Ｔ、を測定すると 、熱障壁を越える熱流密度が次式により得られる。

ここでＷは熱障壁２３の熱伝導率でありｄｗはその厚さである。ダイアフラムを 垂直に通る熱流密度は次式となる。

符号Ｔ１１は燃焼室に向かう（外側の）ダイアフラム面の温度を示し、符号Ｍは ダイアフラム１１の熱伝導率を示し、符号ｄＭはダイアフラムの厚さを示す。ダ イアフラム１１の厚さが薄いゆえにダイアフラム面上の熱流はダイアフラム面に 対し垂直な熱流に比べて小さいので、次式が成り立つ。

燃焼ガスからダイアフラムへ入る単位面積当たりの熱流は次式で与えられる。

その際符号ａは燃焼ガスからエンジン壁への熱伝達係数であり、符号Ｔ６は燃焼 ガスの温度である。式（２）と（４）との組み合わせにより式（３）を考慮して 次式が得られる。

熱伝達係数は圧力及び温度と共に著しく非線形に変化するので、この係数は動作 データ群として処理される。熱伝達係数が知られている場合に式（５）により燃 焼ガスの温度及びガスから燃焼室壁への熱流を決定することができる。

図はダイアフラム１１上に取り付けられたこの発明に基づく熱流センサの特に簡 単な一実施例を示す。それにより燃焼室壁の温度を測定することができる。

国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．壁の一部に圧力ダイアフラムを有するハウジング内に圧力センサ要素を備え た圧力センサとして構成され、ダイアフラムがエンジン中にセンサを組み込まれ た状態でハウジング内部空間を燃焼室に対し分離するようにした、内燃機関の燃 焼室内に生じる物理量のためのセンサにおいて、センサがハウジング内に組み込 まれた熱流センサ（２１）を含み、この熱流センサがダイアフラム（１１）の内 面と熱的に接触してハウジング内部に配置され、熱流センサ（２１）が第１及び 第２の感温部（２２、２４）を備える構造を有し、第１の感温部（２２）がダイ アフラム（１１）と熱接触を有し、この第１の感温部（２２）と第２の感温部（ ２４）との間に熱障壁（２３）が設けられ、この熱障壁を通って第１の感温部（ ２２）から他の感温部（２４）へ熱流が生じ、第２の感温部が燃焼ガスの温度の ための華華量としてのエンジンの冷却媒体と伝熱接触することを特徴とする内燃 機関の燃焼室のための圧力兼熱流センサ。
2. ２．圧力センサが圧電センサ要素を有することを特徴とする請求の範囲１記載の センサ。
3. ３．熱障壁が円板（２３）であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載のセ ンサ。
4. ４．熱障壁（２３）が酸化シリコン又は窒化シリコンから成ることを特徴とする 請求の範囲１ないし３の一つに記載のセンサ。
5. ５．熱流センサ（２１）に接触する熱伝体（５０）が設けられ、この熱伝導体の 接触個所（２４）と反対側の端部が吸熱源（１４）と結合されていることを特徴 とする請求の範囲１ないし４の一つに記載のセンサ。