KR20070028383A

KR20070028383A - 유동 플러그 상에 장착된 압력 센서에 작동하는 장치

Info

Publication number: KR20070028383A
Application number: KR1020067024850A
Authority: KR
Inventors: 미첼 보우카르드; 베른트 라스트; 시릴레 파트리; 알랭 라몬드; 존 버로우스; 산드로 고레티
Original assignee: 지멘스 파우데오 오토모티브; 페더럴-모걸 이그니션 에스알엘
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2007-03-12
Also published as: US7444973B2; EP1747404A1; CN100532945C; WO2005111503A1; FR2869393A1; JP2007534920A; FR2869393B1; CN1954178A; US20070228030A1

Abstract

본 발명은 내연 기관내의 글로 플러그와 결합되는 압력 센서(14)용 힘전달 장치로서 사용되는 장치에 관한 것이며, 단면이 실질적으로 고리 모양인 관형부 형상으로 구현된다. 본 발명은 외경이 일단부를 향하여 증가하는 영역(40)을 포함한다. 상기 벌어진 단부에 대응하는 장치의 전면은 압전 압력 센서를 수용하는 지지면 형태로 구현된다. 상기 힘전달 장치를 일체화하는 글로 플러그가 또한 개시된다.

Description

유동 플러그 상에 장착된 압력 센서에 작동하는 장치{DEVICE FOR ACTING UPON A PRESSURE SENSOR MOUNTED ON A FLOW PLUG}

본 발명은 글로 플러그에 장착되는 압력 센서에 작용하는 장치에 관한 것이다.

내연기관, 특히 디젤 엔진에서 글로 플러그에 압력 센서를 일체화하는 것은 공지되어 있다. 이러한 센서는 엔진의 내부 압력을 측정할 수 있게 한다. 이러한 압력을 알면 엔진 내에서의 연소의 진행을 보다 우수하게 제어할 수 있다. 따라서, 보다 우수한 엔진 효율이 획득되며, 연료 소비는 물론 오염물질 방출을 제한할 수 있다.

일반적으로 글로 플러그는 외측 표면상에 나사부를 갖는 관형 본체를 포함하며, 나사부는 실린더 헤드 내에 형성되는 대응 보어 내부에 관형 본체가 고정될 수 있게 한다. 이러한 본체의 일 부분은 연소 챔버 내부에 위치되며, 다른 부분은 연소 챔버의 외부에 위치된다. 연소 챔버 내부의 부분은 내부에 가열 전극이 위치되는 핑거를 지닌다. 가열 전극은 글로 플러그의 관형 본체를 통과하는 코어에 의해 공급된다. 또한, 엔진 외부의 부분은 글로 플러그로 지칭된다. 코어는 헤드가 전기 에너지원에 연결된다. 압력 센서를 이러한 헤드 내에 배치하는 것은 또한 공지 되어 있다.

글로 플러그의 실시예의 한 형태는 본 출원서를 제출할 당시 아직 공개되지 않았던 특허 출원서에 제공되었다. 이러한 실시예는 첨부된 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시되고 하기에 보다 상세히 설명되는 실시예에서, 압력 센서는 글로 플러그 헤드의 하우징 내부에 나사 결합되는 외부 나사산을 갖는 너트, 및 내부에 가열 전극이 위치되고 관형 본체상에 장착되는 핑거에 작용하는 스페이서 사이에 장착된다.

이 실시예에서, 스페이서는 세라믹으로 형성되며, 관형의 원형 원통형 형상을 갖는다. 스페이서는 센서를 직접 지지하는 것이 아니라 압력 센서의 전체 표면에 걸쳐 스페이서로부터 압력을 분배하는데 사용되는 지지부 및 절연 부재에 의해 센서로부터 분리된다.

이러한 방법은 핑거와 글로 플러그 및 압력 센서 사이에 세 개 이상의 부품들이 배치되어야 하는 단점을 갖는다. 이는 이러한 상이한 부분들의 생산 비용 및 조립 비용을 수반한다. 또한, (압력 센서와 절연 부재 사이, 절연 부재와 지지부 사이, 및 지지부와 스페이서 사이에) 몇몇 접촉 표면이 존재하면 압력 센서의 감도에 부정적인 영향을 미친다.

따라서, 본 발명은 센서에 힘을 전달하기 위한 스페이서를 제공하지만 초기에 제공된 실시예보다 생산 비용이 더 낮은 압력 센서를 구비하는 글로 플러그에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 단면이 실질적으로 원형인 관형 부재 형상이며, 내연 기관의 글로 플러그와 결합되는 압력 센서용 힘전달 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 힘전달 장치는 일단부를 향하여 외경이 증가하는 영역을 포함하고, 상기 벌어진 단부에 대응하는 장치의 전면은 압력 센서를 수용하는 지지면이다.

따라서, 이러한 힘전달 장치는 지지부로도 제공된다. 이에 따라, 측정을 위한 힘(압력)의 근원과 센서 사이의 부분을 제거할 수 있다.

유리한 실시예에서, 이러한 힘전달 장치는 세라믹 재료로 생산된다. 따라서, 힘전달 장치는 압력 센서가 압전 센서일 때 압력 센서용 절연 부재로서 기능할 수 있다. 이는 압력 센서가 저항성 압전 센서 또는 임의의 다른 유형의 압력 센서일 수 있기 때문이다.

전도성 코어를 통과할 수 있도록 하기 위해, 바람직하게 이 장치는 직경이 실질적으로 일정한 중심공(central hole)을 갖는다.

또한, 본 발명은 압전 압력 센서를 포함하는 글로 플러그에 관한 것이며, 전술한 바와 같은 힘전달 장치를 포함하는 특징을 갖는다.

이러한 글로 플러그에서, 힘전달 장치의 벌어진 단부는 예를 들면 압력 센서의 표면을 지지하며, 실질적으로 센서의 표면에 대응한다. 이에 따라, 전달하는 힘이 완전히 전달되며 센서는 우수한 상태로 작동할 수 있다.

글로 플러그는 특히 가열 전극을 일체화하는 핑거를 일단부에 포함하는 유형일 수 있으며, 힘전달 장치는 예를 들면 핑거와 압력 센서 사이에 배치된다. 이 실시예에서, 핑거는 일단부가 관형부 내에 고정될 수 있으며, 관형부는 힘전달 장치가 놓이는 내측 숄더를 가질 수 있다. 여기서 관계된 관형부는 글로 플러그의 본체일 수 있지만, 상기 글로 플러그의 본체 및 핑거 사이의 중간부와 같이, 다른 부분일 수도 있다.

핑거가 관형부 내부에 고정되는 경우, 힘전달 장치의 외경은 바람직하게 내부에 수용되는 관형의 내경보다 더 작아서, 힘전달 장치는 그 외주가 특히 관형부에 대해 구속되지 않는다. 따라서, 외력을 전달하는 위험이 감소된다.

유사하게, 전도성 코어가 글로 플러그의 가열 전극에 전기 에너지를 공급할 때, 바람직하게 코어는 힘전달 장치 내에서 자유로이 통과한다.

마지막으로 본 발명은 내연기관, 특히 디젤형 엔진에 관한 것이며, 하나 이상의 전술한 바와 같은 글로 플러그를 포함하는 특징을 갖는다.

본 발명의 세부사항 및 이점들은 첨부 도면에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명백해 질 것이다.

도 1은 종래 기술의 글로 플러그의 종방향 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 글로 플러그의 외부도,

도 3은 도 2의 글로 플러그의 종방향 단면도,

도 4는 도 2 및 도 3의 글로 플러그의 복수의 구성요소들의 분해도,

도 5는 본 발명에 따른 스페이서의 장착을 투시 단면도로 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 압전 센서가 놓이는 스페이서를 나타낸 도면, 및

도 7은 상이한 각도에서 본 도 6의 압전 센서 장착에 대한 확대도이다.

도 1은 (본 특허 출원서의 최초 제출시 개시되지 않은)종래 기술의 글로 플러그 모델의 종방향 단면도를 나타낸다. 이러한 글로 플러그는 압력 센서를 포함하여 엔진 실린더 내의 압력을 측정할 수 있다. 이 글로 플러그(2)는 통상적인 방법으로 디젤형 엔진(4), 보다 상세하게는 엔진의 실린더 헤드(6)에 장착된다. 글로 플러그는 본체(8), 핑거(10), 코어(12) 및 압력 센서(14)를 포함한다.

본체(8)는 나사 결합에 의해 엔진(4)에 고정된다. 이를 위해 실린더 헤드(6)는 실린더 헤드를 관통하는 나사 보어 및 상기 엔진의 연소 챔버 내부로의 개구를 포함한다. 본체(8)에 대해서, 본체(8)는 실린더 헤드(6)에 형성된 보어에 대응하는 타측 표면상에 나사산(16)을 갖는다. 나사산(16)이 실린더 헤드(6)의 나사 보어와 협력할 때, 글로 플러그는 엔진(4)의 장착 위치에 있고, 본체(8)의 일부는 엔진의 내측으로, 즉, 연소 챔버를 향하여 연장하는 반면, 본체(8)의 다른 부분은 엔진의 외측으로 연장한다. 본체(8)는 관형 본체이며, 예를 들면 강(steel)으로 형성된다.

이 실시예에서, 핑거(10)는 관형 본체(8) 내에 장착되며, 관형 본체(8) 내에 억지끼워맞춤되고, 연소 챔버 내부로 돌출한다. 코어(12)는 이러한 전극에 전기 에너지를 공급하고, 핑거(10)가 돌출하는 본체(8)의 대향 단부에 대한 핑거(10)로부터 본체(8)를 통과한다. 그 후 코어(12)는 도시되지 않은 수단에 의해 공급 도 선에 연결된다.

압력 센서(14)는 대응 연소 챔버 내의 압력을 측정하도록 제공된다. 도 1의 실시예에서, 이러한 압력 센서(14)는 전기 전도성 재료로 형성된 두 개의 접속 소자(20)들 사이에 배치된 압전 부재(18)를 포함한다. 그 후 센서는 절연 부재(22)에 의해 글로 플러그(2)의 나머지로부터 절연된다.

이 실시예에서, 압력 센서(14)는 지지부(24)를 통해 본체(8) 상에 지지된다. 압력 센서(14)는 핑거에 가해진 압력이 본체(8)에 대해 핑거를 압박하도록, 상부 표면에 의해 본체(8)에 연결되며 핑거(10)를 지지한다. 이를 위해, 압력 센서(14)는 스페이서(38)와 접촉하지 않은 상태로 핑거(10) 상에 놓이며, 본체(8) 내에 배치되는 스페이서(38)에 작용한다. 이러한 스페이서(38)는 코어를 둘러싸며 코어와도 접촉하지 않는다.

본체(8)에 대한 연결부뿐만 아니라 (스페이서(38) 및 지지부(24)를 거쳐) 핑거(10)에 대한 압력 센서(14)의 압축은 수나사(36)를 갖는 너트에 의해 제공된다. 이러한 너트는 물론 코어(12)와 접촉하지 않지만, 센서(14)를 수용하기 위해 본체(8) 내에 형성된 하우징(34) 측벽(16)의 내면상에 형성된 암나사와 협력한다.

도 2 내지 도 4의 실시예에서, 유사한 부재들은 도 1에 사용된 것과 동일한 참조 부호를 사용한다.

도 2의 외부도에서, 글로 플러그 본체(8)의 외면상의 나사산(16), 및 나사산(16) 부근에서 글로 플러그(2) 헤드에 인접하여 그리핑 영역(28)을 볼 수 있다. 통상적으로, 그리핑 영역(28)은 육각형 단면을 갖는다.

도 2 내지 도 4의 예시적 실시예에서, 핑거의 참조부호는 10'이다. 이는 세라믹 핑거이기 때문에 도 1에 도시된 것과 상이한 유형의 핑거이다. 다른 차이점은 전기 접속부를 절연시켜서 센서를 보호하는 것이며, 글로 플러그의 헤드는 합성 물질로 이루어진 오버몰딩부(44)를 갖는다.

도 2 내지 도 4에서, 본체(8)와 핑거(10') 사이에 관형 중간부(30)가 제공되어 핑거(10')를 본체(8)로부터 절연시킨다.

핑거(10')와 압력 센서(14) 사이에는 스페이서(38')가 존재한다. 여기서는 지지부(24)를 볼 수 없으며, 스페이서(38')와 압력 센서(14) 사이의 임의의 절연 부재, 또는 보다 상세하게는 압력 센서의 접속 소자(20)를 볼 수 없다.

스페이서(38')는 코어(12)가 중심부를 관통할 수 있게 하는 관형부이다. 도 1의 실시예에서와 같이, 스페이서(38')는 코어 둘레에 자유롭게 장착된다. 유사하게, 스페이서는 관형 중간부(30) 내에 자유롭게 장착되며, 따라서 스페이서의 외경은 관형 중간부(30)의 내경보다 작다.

상부에서 스페이서(38')의 직경은 압력 센서(14)의 하면의 직경에 맞춰진다. 따라서, 스페이서(38')는 상부에 원추대 영역(40)을 가지며, 원추대 영역(40)은 스페이서(38')의 외경이 핑거(10')의 직경에 거의 대응하는 직경으로부터 압력 센서(14)가 지지되는 스페이서(38')의 단부에 접근하는 압력 센서(14)의 직경까지 점진적으로 통과할 수 있게 한다.

따라서, 원추대 부분(40)으로 도시된 바와 같이, 스페이서(38')는 도 1의 실시예에서 지지부(24)에 의해 부여된 기능을 제공한다. 또한, 스페이서(38')가 도 1의 절연 부재(22)의 기능을 이행할 수 있도록, 스페이서(38')는 세라믹과 같은 절연 재료로 형성된다.

도 2 내지 도 4의 실시예에서, 관형 중간부(30)는 고정 영역(32)에 인접한, 본체(8)의 하단부와 억지끼워맞춤된다. 핑거(10')가 관형 중간부(30) 내에 억지끼워맞춤되는 영역 및 고정 영역(32) 사이에는 변형 영역(42)이 존재한다. 변형 영역(42)은 핑거(10') 상에서 연소 챔버 내의 대기 압력에 의해 가해진 힘을 압력 센서(14)에 전달하도록 촉진한다.

도 5는 본 발명에 따른 글로 플러그의 제 3 실시예를 도시하고 있다. 본 발명에 따른 스페이서(38')는 이 글로 플러그에서 다시 볼 수 있다. 도 5 및 후속 도면들에서, 유사한 부재에는 선행 도면들의 도면 부호가 사용된다.

도 5의 변형예는 도 1 및 도 2 내지 도 4의 실시예들을 조합한 것으로 생각될 수 있다. 이 실시예에서 다시 한번 일측면에 핑거(10)를 구비하고, 타측면에 압력 센서(14)를 구비하는 본체(8)가 존재한다. 이러한 센서는 두 개의 접속 소자(20)들 사이에 삽입된 압전 소자(18)를 포함한다. 이 센서는 수나사(36)를 갖는 너트와 스페이서(38') 사이에 위치된다. 코어(12)는 핑거(10)에 연결되고, 스페이서(38'), 압력 센서(14), 및 수나사(36)를 갖는 너트를 통과한다.

스페이서(38')는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일한 유형이다. 따라서, 스페이서(38')는 관형의 원형 원통형부를 포함하고, 압력 센서(14)에 인접하여 위치된 원추대 부분(40)을 포함한다. 도 5에서는 이러한 스페이서가 본체(8)에 장착되는 방법을 볼 수 있다. 스페이서(38')는 압력 센서(14)에 인접하여 압력 센서(14)의 표면에 실질적으로 대응하는 지지면을 갖는다. 이러한 지지면은 스페이서(38')의 종축선과 실질적으로 직각이며, 고리모양이다. 이러한 고리의 중심 리세스는 코어(12)의 통로에 대응한다.

스페이서(38')는 타단부가 숄더(50)에 놓이게 된다. 숄더(50)는 본체(8) 내에 위치된 핑거(10)의 단부에 인접하여 형성된다. 따라서, 원추대 영역(40)에 대한 스페이서(38')의 대향 단부는 핑거(10)에 가까이 위치되지만 핑거에 놓이지 않는다. 그러나 스페이서(38')는 대응 연소 챔버내의 대기 압력에 의해 가해진 힘을 압력 센서에 전달한다. 이는 본체(8)내에 핑거(10)가 억지끼워맞춤으로 조립되는 영역 및 나사산(16) 사이에 위치된 변형 영역(42)을 본체(8)가 갖기 때문이다. 나사산은 강성이 높은 실린더 헤드(6) 내에 장착되기 때문에 변형가능하지 않은 것으로 생각된다. 스페이서(38')가 놓이는 숄더(50)가 핑거(10) 및 상기 핑거(10)가 본체(8)와 억지끼워맞춤되는 영역에 인접하여 위치되기 때문에, 압력 센서(14) 역시 핑거(10)에 가해진 응력을 받을 수 있다. 이는 압력 센서(14)가 수나사(36)를 갖는 너트 및 스페이서(38') 사이에 위치되기 때문이다. 수나사(36)를 갖는 너트는 실린더 헤드에 고정되는 벽부(46)에 조여진다. 이는 이러한 벽부가 실린더 헤드의 외부에 배치되어 상당한 임의의 응력에 종속적이지 않기 때문이다. 스페이서(38')를 이루는 세라믹 재료가 강성이며 변형되지 않는 것으로 생각되는 경우, 핑거(10)에 가해진 힘은 스페이서(38')에 의해 압력 센서(14)에 전달된다.

상기 상세한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 스페이서(38')는 압력 센서(14)에 인접하여 벌어져서, 스페이서의 외경은 압력 센서의 직경에 맞춰진다. 따 라서, 스페이서(38')는 압력 센서(14)의 전체 표면에 작용하게 될 수 있다. 바람직하게 이러한 벌어진 형상은 압력 센서(14)에 인접하여 만들어진다. 이는, 이런 방식으로 스페이서(38')의 질량이 제한되기 때문이다. 또한, 이 실시예는 스페이서(38')가 존재하는 본체의 내부 형상 또는 보다 일반적으로는 관형부의 내부 형상에 맞춰진다.

도 3 및 도 4의 실시예에서, 스페이서(38')의 벌어진 영역은 원추대인 것으로 생각되었다. 도 6 및 도 7의 예시는 다른 실시예를 도시하고 있다.

도 6에서, 벌어진 형상은 벌어진 각도가 압력 센서(14)에 접근할 때, 정점에서 증가하는 원추대 부분(52)으로부터 연속적이다. 스페이서(38')는 직경이 작은(코어(12)의 통과를 위한 중심공을 갖는) 원형 원통형 영역(54)을 갖는 압력 센서(14)와 인접하여 종결된다. 이에 따라, 스페이서(38') 상부 에지상에 생산이 어렵고 연성인 예각을 갖는 것이 방지된다.

도 7에는 다른 비원추대형 확대 형상이 예시로서 도시되어 있다. 여기서 직경의 확대는 점진적이며, 도 6의 원추대 부분(52)의 경계를 정하는 것과 같은 교차선들은 존재하지 않는다. 그러나 이전에 제공된 것과 동일한 이유로 압력 센서에 인접한 원형 원통형 부분(54)을 여기서 다시 볼 수 있다.

도 2 내지 도 7에 제공된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(38')가 아닌 다른 부분은 설명된 글로 플러그의 핑거 및 압력 센서 사이에 배치되지 않는다. 이에 따라, 압력 센서를 구비하는 글로 플러그를 제조하는데 필요한 부품들의 개수는 연소 챔버 내의 대기 압력에 의해 가해진 힘을 압력 센서까지 전달하는 계면의 개수와 같이 제한된다.

따라서, 압력 센서를 구비한 글로 플러그의 생산 비용이 제한되고, 비용 감소에도 불구하고 이러한 글로 플러그를 구비하는 센서는 압력을 측정할 때 보다 우수한 감도를 가질 수 있다.

본 발명은 비제한적인 예시에 의해 전술한 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명은 당업자가 이해할 수 있는 모든 변형예들에 관한 것이다

따라서, 예를 들면 본 발명에 따른 스페이서는 세라믹이 아닌 다른 재료로 생산될 수 있다. 전기 전도성 재료도 가능할 수 있다. 예를 들면 센서가 압전 센서인 경우, 스페이서 측에서 센서를 절연시키기 위한 모든 수단이 가능할 수 있다. 표면 처리는 예를 들면 압력 센서가 놓이는 면상의 스페이서의 지지면을 절연되게 할 수 있도록 제안될 수 있다.

바람직하게 스페이서 외경의 확장부는 압력 센서의 중간 인접부에 형성된다. 그러나 이러한 확장부는 스페이서상의 다른 위치에 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 스페이서는 두 개의 상이한 유형의 글로 플러그에 대해 설명된다. 물론, 이러한 스페이서는 센서, 예를 들면 압전 센서, 및 이러한 센서를 향하여 힘을 전달하기 위한 스페이서를 포함하는 다른 유형의 글로 플러그상에 사용될 수 있다.

Claims

실질적으로 원형 단면의 관형 부재 형상을 갖는, 내연기관의 글로 플러그(2)와 결합되는 압력 센서(14)용 힘전달 장치(38')에 있어서,

일단부를 향하여 외경이 증가하는 영역(40)을 포함하며, 상기 벌어진 단부(flared end)에 대응하는 상기 장치의 전면이 상기 압력 센서(14)를 수용하는 지지면인 것을 특징으로 하는

힘전달 장치.
제 1 항에 있어서,

세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는

힘전달 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

실질적으로 직경이 일정한 중심공을 갖는 것을 특징으로 하는

힘전달 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 힘전달 장치(38')를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 압력 센서를 포함하는

글로 플러그.
제 4 항에 있어서,

상기 힘전달 장치(38')의 벌어진 단부가 상기 압력 센서(14)의 면을 지지하며, 상기 센서의 표면과 실질적으로 대응하는 것을 특징으로 하는

글로 플러그.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

가열 전극을 일체화하는 핑거(10,10')를 일단부에 포함하고, 상기 힘전달 장치(38')가 상기 핑거(10,10')와 압력 센서(14) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는

글로 플러그.
제 6 항에 있어서,

상기 핑거(10,10')가 관형 부재(8)의 일단부에서 상기 관형 부재(8)의 내부에 고정되고, 상기 관형 부재(8)는 상기 힘전달 장치(38')가 놓이는 내측 숄더(50)를 갖는 것을 특징으로 하는

글로 플러그.
제 7 항에 있어서,

상기 힘전달 장치(38')의 외경은 내부에 상기 힘전달 장치(38')가 수용되는 관형 부재(8,30)의 내경보다 더 작은 것을 특징으로 하는

글로 플러그.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

글로 플러그의 가열 전극에 전기 에너지를 공급하는 전도성 코어(12)를 포함하며, 상기 코어(12)가 상기 힘전달 장치(38') 내에서 자유로이 통과하는 것을 특징으로 하는

글로 플러그.
내연기관, 특히 디젤 엔진형 내연기관으로서,

제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 글로 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는

내연기관.