KR20110000574A - 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 가열봉(5), 적어도 하나의 측정요소(4), 적어도 두 개의 스프링 다이아프램(1, 2) 및 적어도 하나의 관형 본체(6)를 포함하는, 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치 및 방법 {Device and Method for Determining Combustion Chamber Pressure}

본 발명은 특히 내연기관을 위한, 연소 챔버 압력 결정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

이러한 타입의 연소 챔버 압력 센서는 DE 103 43 521로부터 알려져 있는데, 본 명세서에서는 디젤 엔진용 압력 측정 예열 플러그로 기재되어 있으며, 이는 디젤 엔진의 실린더 내에 삽입을 위한 플러그 베이스, 이 플러그 베이스 내에 배치된 가열봉, 및 프리로드(preload) 하에서 실린더의 연소 챔버 내 압력에 의하여 활성화되는 방식으로 가열봉과 플러그 베이스 사이에 배치된 압력 센서를 포함하며, 여기서 가열봉은 축 방향으로 미끄러짐 가능하게 변위가능하고 또한 실린더의 연소 챔버 내 압력을 압력 센서로 전달하도록 플러그 베이스 내에 위치된다.

더 나아가, 이런 타입의 연소 챔버 압력 센서는 DE 103 48 295에 기재되어 있는 바, 이는 그 일단부가 엔진의 연소 챔버에 근접하여 위치되어 있는 원통형 하우징을 구비하는 예열 플러그를 보여주며, 또한 이 예열 플러그는 엔진에 맞물려있는 나사부와; 이 하우징 내부에 홀딩되는 관형 구성요소로서 이 관형 구성요소의 일 단부가 원통형 하우징의 일 단부의 바깥으로 연장하는 방식으로 설치되고; 관형 구성요소 내부에 배치되며 공급된 전류에 응답하여 열을 발생시키는 열-발생 구성요소와; 그 일단부가 열-발생 구성요소에 전기적으로 연결되고, 그 타단부는 하우징의 타단부 바깥으로 연장하는 금속 중앙 샤프트; 및 엔진의 연소 압력을 검출하기 위한 챔버 압력 센서로서, 챔버 압력이 생성되면 이는 관형 구성요소 상에 작용하는 축력으로서 중앙 샤프트를 경유하여 전달되고, 관형 구성요소 내부에 위치되어 있는 중앙 샤프트 부분은 10.5 * 10 <-6>/[deg.]C 이하의 열팽창계수를 가진다.

공보 DE 10 2005 016 463은 압축-점화 내연기관용 시스드 엘리먼트(sheathed-element) 예열 플러그를 개시한다. 이는 가열 요소와 플러그 하우징을 함유하는 제1모듈 및 압력 측정 모듈을 포함한다. 여기서 압력 측정 모듈은 가열 요소에서 먼 쪽을 향하는 측부 상에서 제1모듈에 인접하며, 적어도 하나의 힘 측정 요소가 압력 측정 모듈 내에 포함되어 있으며, 이 적어도 하나의 힘 측정 요소는 힘의 함수로서 전기 신호를 발생시키도록 설계되고, 이 적어도 하나의 힘 측정 요소는 힘이 가열 요소를 경유하여 이 적어도 하나의 힘 측정 요소로 전달될 수 있는 방식으로 가열 요소에 연결되어 있다.

공보 DE 10 2005 017 802는 가열 요소와 플러그 하우징을 포함하는 압축-점화 내연 기관용 시스드-엘리먼트 예열 플러그를 기재하고 있는 바, 여기서 플러그 하우징은 적어도 하나의 힘 측정 요소를 포함하고, 이 적어도 하나의 힘 측정 요소는 힘이 가열 요소를 경유하여 이 적어도 하나의 힘 측정 요소로 전달될 수 있는 방식으로 가열 요소에 연결되어 있으며, 시스드-엘리먼트 예열 플러그는 이에 더하여 가열 요소에 연결되어 있는 적어도 하나의 밀봉 요소를 포함하며, 이 적어도 하나의 밀봉 요소는 탄성 성질을 가지는 적어도 하나의 요소를 포함하며, 그리고 이 적어도 하나의 밀봉 요소는 플러그 하우징에 대하여 가열 요소를 밀봉한다.

상술한 압력 측정 예열 플러그를 제작하기 위해서는 스크류를 이용하는 복잡한 프리로딩(preloading) 과정이 필요하다는 단점이 있다. 필요한 큰 프리로드를 인가하는 것은, 특히 그 치수가 작기 때문에, 기계적으로 어렵다. 프리로딩은 회피될 수 없으며, 반드시 인가되어야만 한다. 유사하게 구성요소들의 특별한 형태로부터의 변형을 보상하는 것도 매우 어렵다. 이런 방식에 있어서 외부 영향을 압력 측정시 배제하는 것도 가능하지 않다.

그러므로 본 발명이 해결하려는 과제는 연소 챔버 압력을 결정하려는 방법을 고안하는 것이라고 간주될 수 있는데, 본 발명에 있어서 상술한 단점들은 회피될 수 있으며 동시에 측방향 진동에 대한 감도를 감소시키면서 가열봉과 본체 사이의 편심(concentricity)이 더 큰 경우에 외부 변형으로부터 측정 요소를 단절시킬 수 있다.

이러한 과제는 청구항 1에 기재된 특징을 가지는 장치에 의하여, 및 청구항 5에 기재된 특징을 가지는 방법에 의하여 해결된다. 본 발명의 유리한 개선사항들은 종속항들의 주제이다.

본 발명의 장점은 단순한 구현예의 형태로 존재한다. 이런 타입의 장치는 제조하는데 있어 비용-효율적이다. 그러나 주된 장점은 외부 영향에 대하여 보상하는 것이 가능하다는 것이다. 압력 측정 예열 플러그는 2개의 스프링 다이아프램을 통한 가열봉의 2차에 걸친 안내 및 하나의 중립면 내 측정 요소들과 기준 요소들의 배치에 기인한 측방향 진동과 다른 변형들에 대하여 단절된다.

본 발명의 일 실시예가 첨부된 도면들에 도시된다.

도 1은 변위측정을 이용하는 압력 측정 예열 플러그.
도 2는 대안적인 변위측정을 이용하는 압력 측정 예열 플러그.
도 3은 연료 가스 압력에 의하여 활성화된 압력 측정 예열 플러그.
도 4는 다이아프램의 변형 측정을 이용하는, 연료 가스 압력에 의하여 활성화된 압력 측정 예열 플러그.
도 5는 교란에 의하여 활성화된 압력 측정 예열 플러그.
도 6은 다이아프램의 변형 측정을 이용하는, 교란에 의하여 활성화된 압력 측정 예열 플러그.

가열봉 내에 통합되어 있으며 도 1에 도시되어 있는 압력 센서의 목적은, 예를 들어, 연소 챔버 내의 연료 가스 압력을 측정하는 것이다. 가열봉(5)은 2개의 스프링 다이아프램(1, 2)을 사용하여 본체(6)의 중심에서 지지되며, 이 스프링 다이아프램들은 축 방향으로 변형가능하고, 동일한 스프링 경도를 가지며, 따라서 가열봉(5)이 축방향으로 이동가능하게 한다. 예를 들어 자석인 기준요소(3)는 가열봉(5) 상에 고정된다. 변위 측정요소(4), 예컨대 유도 코일은, 본체(6) 상에 설치된다. 변위 측정을 위한 대안은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다이아프램의 변위를 측정하는 것이다. 스트레인 게이지(DMS) 또는 용량 센서와 같은 하나 이상의 탄성 감지 요소들(4)이 2개의 스프링 다이아프램(1, 2) 각각 상에 설치되며 내연기관의 연소 챔버 내에 현존하는 압력에 의한 가열봉의 변위에 의하여 생성된 신호를 CAN 버스를 경유하여 모터 차량의 제어 유닛으로 보낸다.

만약 도 3에 도시된 바와 같이, 연소 압력이 가열봉(5)의 유효 표면과 연소 챔버-측 스프링 다이아프램(1) 상에 작용한다면, 가열봉은 연소 챔버에 대해 상대적으로 이동하며, 다이아프램(1, 2)은 동일한 방향으로 변형된다. 측정요소(4)는 그것의 원래 위치에 남으며, 기준요소(7)는 가열봉(5)과 함께 움직인다. 연소 압력은 측정요소(4)와 기준요소(7) 사이의 상대적인 움직임으로부터 유도된다.

도 4는 다이아프램 변형의 측정을 이용하는, 연료 가스 압력이 작용하는 압력 측정 예열 플러그를 도시한다. 만약 연소 압력이 가열봉(5)의 유효 표면 및 연소 챔버-측 다이아프램 상에 작용한다면, 가열봉(5)은 연소 챔버에 대하여 상대적으로 이동하고, 또한 다이아프램(1, 2)은 동일한 방향으로 변형된다. 연소 압력은, 탄성 감지 요소(4)에 의하여 결정되고 차량의 제어 유닛으로 전송된 다이아프램의 변형으로부터 유도된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 측정에 있어서 발생하는 상당히 큰 방해 신호는 외부적으로 유도된 본체(6)의 변형인데, 이는 또한 기준요소(7)와 측정요소(4) 사이에 일어나는 상대적인 움직임을 야기할 수 있다. 이러한 방해를 배제하기 위하여, 기준요소(7)와 측정요소(4)는 하나의 "중립면"(8) 상에 배치되어야만 하며, 이 중립면은 변형 동안에 아무런 상대적인 움직임이 일어나지 않는다. 본체의 형태가 균일하고 대칭적인 경우, 중립면(8)은 예를 들어 변형 영역의 중심에 위치된다.

도 6은 다이아프램 변형의 측정을 이용하는, 외부 변형에 의하여 활성화된 압력 측정 예열 플러그이다. 만약 스프링 다이아프램(1, 2)이 동일한 스프링 경도 및 형상을 가진다면, 이 두 개의 다이아프램은 반대 방향으로 동일한 정도로 변형된다. 이러한 변형은 이에 따라 측정 요소들을 위치시키고 연결함에 의하여 완전히 보상된다.

1 : 스프링 다이아프램
2 : 스프링 다이아프램
3 : 기준요소
4 : 측정요소
5 : 가열봉
6 : 관형 본체
7 : 기준요소
8 : 중립면

Claims (8)

1. 적어도 하나의 가열봉(5), 적어도 하나의 측정요소(4), 적어도 두 개의 스프링 다이아프램(1, 2) 및 적어도 하나의 관형 본체(6)를 포함하는, 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 적어도 하나의 기준요소(3, 7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 관형 본체(6)는 상기 가열봉(5) 주위에 동심원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 다이아프램(1, 2)은 상기 가열봉(5) 주위에 동심원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 다이아프램(1, 2)은 서로에 대해 상대적으로 실질적으로 평면-평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 하나의 중립면(8)을 포함하고, 이 중립면(8) 내에 기준요소(3, 7) 및/또는 측정요소(4)가 비-동작 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 것을 특징으로 하는 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 장치가 사용된 것을 특징으로 하는, 특히 내연기관의 연소 챔버 내에서, 연소 챔버 압력을 결정하기 위한 방법.

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