KR20110017357A

KR20110017357A - 압력 측정 글로우 플러그

Info

Publication number: KR20110017357A
Application number: KR1020107023720A
Authority: KR
Inventors: 유에 챙; 마틴 알가이어
Original assignee: 보그와르너 베루 시스템스 게엠바흐
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2011-02-21
Also published as: WO2009130000A3; DE102008020509A1; RU2010147057A; JP2011520085A; DE102008020509B4; CN102016422B; WO2009130000A2; US20110197666A1; CN102016422A

Abstract

본 발명은 연소실 압력을 결정하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 관형상 베이스(6), 관형상 베이스(6)로부터 돌출된 글로우 필라멘트(5), 및 관형상 베이스(6) 내에 배치된 적어도 하나의 센서 요소(4)를 포함한다. 본 발명은 센서 요소(4)가 글로우 필라멘트(6)의 정면과 관형상 베이스(6)와 용접된 프리스트레싱 요소(3) 사이에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 측정 글로우 플러그{Pressure Measuring Glow Plug}

본 발명은 연소실 압력, 구체적으로는 연소 기관의 연소실 압력을 결정하는 장치와, 이러한 장치를 제작하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하우징으로서의 관상체, 관상체로부터 돌출된 글로우 핀, 및 글로우 핀에 가해진 연소실 압력을 측정하기 위해 관상체에 배치된 센서 요소를 포함하는 압력 측정 글로우 플러그에 관한 것이다. 관상체, 관상체로부터 돌출된 글로우 핀 및 관상체에 배치된 센서 요소를 구비한 글로우 플러그가 WO 2005/114054 A1에 공지되어 있다.

유사한 연소실 압력 센서들이 예를 들면 DE 103 43 521에 공지되어 있고, 여기서 압력 측정 글로우 플러그는 디젤 엔진용으로 기술되어 있으며, 압력 측정 글로우 플러그는 디젤 엔진의 실린더에 삽입되는 플러그 몸체, 플러그 몸체에 배치된 가열봉, 및 실린더의 연소실에 존재하는 압력이 압력 센서에 적용되도록 가열봉과 플러그 몸체 사이에 프리스트레스(prestress; 초기응력)를 준 상태로 배치된 압력 센서를 포함하며, 가열봉은 플러그 몸체에 축방향 슬라이딩 방식으로 이동 가능하게 배치되고, 실린더의 연소실의 압력을 압력 센서에 전달한다.

또한, DE 103 46 295에 개시된 연소실 압력 센서는, 단부측이 엔진의 연소실에 가깝게 위치되고, 엔진에 결합된 나사부를 구비한 원통형 하우징; 하우징 내부에 지지되어 일단측이 원통형 하우징의 단부측으로부터 돌출된 관형상 요소; 관형상 요소의 내부에 위치되고, 공급된 전류에 대응되는 열을 발생시키는 발열 요소; 일단측이 발열 요소와 전기적으로 연결되고, 타단측이 하우징의 타단측으로부터 돌출된 금속재질의 중심축; 및 엔진의 연소 압력을 검출하는 연소 압력 센서를 포함하는 글로우 플러그를 보여주며, 발생된 엔진의 연소 압력은 중심축을 거쳐 관형상 요소에 작용하는 축방향 힘으로서 전달되고, 관형상 요소 내부에 위치된 중심축의 단면은 10.5×10^-6℃보다 작거나 같은 열팽창 계수를 갖는다.

WO 2007/096208 A1은 멤브레인이 플러그 하우징에 용접된 센서 케이지의 센서로서 배열된 압력 측정 글로우 플러그를 개시한다. 센서는 슬리브 형태의 힘 전달 요소를 통해 글로우 핀과 결합된다.

DE 10 2005 016 0463은 가열체와 플러그 하우징을 구비한 제1모듈 및 압력 측정 모듈을 포함하는 압축 점화 연소 기관용 피복 요소 글로우 플러그를 개시하고, 여기서, 압력 측정 모듈은 가열체와 이격되어 마주하는 측면에서 제1모듈과 연결되고, 적어도 하나의 힘 측정 요소가 압력 측정 모듈에 일체화 되고, 그 적어도 하나의 힘 측정 요소는 힘의 함수로서의 전기 신호를 생성하도록 설계되며, 그 적어도 하나의 힘 측정 요소는 가열체와 연결되어 힘이 가열체를 통해 그 적어도 하나의 힘 측정 요소에 전달될 수 있도록 한다.

DE 10 2005 017 802는 가열체 및 플러그 하우징을 포함하는 압축 점화 연소 기관용 피복 요소 글로우 플러그를 개시하고, 여기서, 플러그 하우징은 적어도 하나의 힘 측정 요소를 포함하고, 그 적어도 하나의 힘 측정 요소는 가열체와 연결되어 힘이 가열체를 통해 그 적어도 하나의 힘 측정 요소에 전달될 수 있으며, 피복 요소 글로우 플러그는 가열체와 연결된 적어도 하나의 기밀 요소를 더 포함하고, 그 적어도 하나의 기밀 요소는 탄성을 갖는 적어도 하나의 요소를 포함하며, 그 적어도 하나의 기밀 요소는 플러그 하우징에 대하여 가열체를 밀봉한다.

압력 측정 글로우 플러그의 제작은 나사들을 이용한 복잡한 프리스트레싱(prestressing) 공정이 요구된다는 단점이 있다.

특히 작은 치수들인 경우에는 필요한 높은 프리스트레스를 기계적으로 발생시키는 것이 어렵다. 따라서, 프리스트레스가 완화될 것이 확실하다. 부품의 형상 관련 결함들을 보완하는 것 또한 매우 어렵다.

본 발명의 목적은 앞에서 언급한 단점들을 방지하기 위한 것으로서, 연소실 압력을 결정하는 장치 및 압력 측정 글로우 플러그를 제작하는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 연속 생산에 적합하고, 실행이 쉽고, 비용 효율이 높고, 프리스트레싱 힘이 조절될 수 있으며, 부품들의 형상 관련 결함들이 보완될 수 있는 프리스트레싱 공정을 이용하여 압력 측정 글로우 플러그를 실현할 수 있는 방법을 보여준다.

이러한 목적은 청구항1에 주어진 특징들을 구비한 장치 및 청구항 11에 주어진 특징들을 구비한 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선점들은 종속항들의 주제이다.

본 발명에 따른 글로우 플러그는 바람직하게는 센서 요소와 프리스트레싱 요소가 관상체에 의해 형성된 플러그 하우징에 도입되고 글로우 핀이 플러그 하우징에 삽입된다는 점에서 쉽게 조립될 수 있다. 따라서 센서 요소는 글로우 핀의 일면과 플러그 하우징에 납땜되는 프리스트레싱 요소 사이에 배치된다.

땜납은 플러그 하우징에 도입된 프리스트레싱 요소에 적용될 수 있다. 플러그 하우징에 프리스트레싱 요소를 납땜하기 위해, 바람직하게는 땜납을 구비한 프리스트레싱 요소와 접촉되는 플러그 하우징의 일부만이 가열되고, 이에 따라 땜납이 용융된다. 이어지는 냉각 과정 동안, 플러그 하우징의 가열된 부분이 수축한다. 이러한 방식으로, 바람직하게는 센서 요소에 작용하는 프리스트레스가 간단한 방법을 이용하여 생성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 글로우 플러그에 있어서, 센서 요소는 글로우 핀과 프리스트레싱 요소 사이에서 플러그 하우징 내에 양호한 보호 방식(well-protected manner)으로 고정된다. 연소실 압력이 변화하면, 이에 따라 측정 신호를 생성하기 위해 글로우 핀만이 이동되어야 한다. 바람직하게는, 이러한 방식으로 연소실 압력에 의해 이동되는 질량은 본 발명에 따른 압력 측정 글로우 플러그를 통해 작게 유지될 것이고, 이는 개선된 측정을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 글로우 플러그의 센서 요소는 글로우 플러그의 일면과 프리스트레싱 요소 사이에 고정된다. 그러므로 센서 요소는 글로우 핀과 프리스트레싱 요소 사이에서 압축 하중을 받는다. 작동 중에는, 연소실 압력이 프리스트레스에 의한 이 압축 압력에 더해진다. 압전 센서 요소와 같은 센서 요소는 전기 신호를 제공하고, 전기 신호의 강도는 압전 센서에 적용되는 압력에 좌우된다.

본 발명의 장점들 중 하나는 특히 실행하기 쉽다는 것이다. 본 발명에 따른 압력 측정 글로우 플러그는 비용 효율이 높게 제작될 수 있다. 특히, 또한 바람직하게는, 프리스트레싱 힘은 가열된 플러그 하우징의 표면 크기 및 납땜 온도에 의해 조절될 수 있다. 존재할 수 있는 부품들의 어떠한 형상 관련 결함들도 보완할 수 있다. 본 발명은 특히 세라믹 글로우 플러그용으로 유리하게 사용될 수 있지만, 예를 들면 스틸 글로루 플러그들과 같은 다른 글로우 플러그들에도 적합하다.

본 발명의 다른 상세한 설명 및 이점들이 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 모범적인 실시예에 기초하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압력 측정 글로우 플러그의 모범적인 실시예;
도 2는 도 1에 도시된 압력 측정 글로우 플러그용 제작 방법의 개략도.

도 1은 압력 측정 글로우 플러그의 모범적인 실시예를 도시한다. 도시된 압력 측정 글로우 플러그(10)는 하우징으로서의 관상체(6)와 관상체로부터 돌출된 글로우 핀(5)을 포함한다. 하우징은 디젤 엔진의 나사 구멍에 플러그를 나사 결합하기 위한 수나사(11)를 구비한다. 글로우 핀(5)은 관상체(6)의 축방향으로 이동될 수 있다. 연소실 압력이 높을수록, 결과적으로 글로우 핀(5)은 관상체(6) 안으로 더 밀려 들어가, 관상체(6)에 배치되고 도 2에 도시된 센서 요소를 압축시킨다.

도 2는 압력 측정 글로우 플러그의 내부 설계의 개략적인 상세도에 기초하여 연소실 압력을 결정하는 상기 장치를 제작하기 위한 방법을 도시한다.

도 2에 도시된 관상체(6)는 봉형상의 글로우 핀(5)을 둘러싼다. 센서 요소(4)는 관상체 내에 위치된 글로우 핀(5)의 단부면에 고정 또는 지지되어, 글로우 핀(5)에 적용되는 압력을 측정한다. 바람직하게는 센서 요소(4)는 예를 들면 디스크 형태의 압전 센서 요소이다. 측면에 땜납(2)을 구비한 프리스트레싱 요소(3)는 관상체(6) 내에 도입되고 센서 요소(4) 위에 놓여진다. 선택적으로, 가압력(7)이 측면에서의 마찰을 극복하기 위해 가압 핀(8)을 통해 프리스트레싱 요소(3)에 부가되어, 프리스트레싱 요소(3), 센서 요소(4), 및 글로우 핀(5)이 서로에 대해 잘 끼워 맞춰진다.

도 2에 도시된 것처럼, 관상체(6)는 글로우 핀(5), 센서 요소(4) 및 프리스트레싱 요소(3) 주변에 동심으로 배치된다. 그 결과, 센서 요소(4)와 관상체(6) 사이에 고리 모양의 공간이 형성된다.

바람직하게는 프리스트레싱 요소(3)는 경납(2)으로 채워진 측면의 홈을 구비한다. 도시된 실시예에서, 측면의 홈은 센서 요소(4)와 이격된 상태로 마주하는 측면에서 감소된 직경을 구비한 프리스트레싱 요소(3)에 의해 형성된다. 관상체(6)와 프리스트레싱 요소(3) 사이에서 이러한 방법으로 형성된 고리 모양의 공간은 땜납(2)으로 채워진다.

관상체의 일부는 열원(1)을 통해 활성 땜납(2) 수준으로 가열된다. 활성 땜납(2) 및 그 주변에 위치된 관상체(6)의 영역은 마찬가지로 열 전도 또는 대류에 의해 가열된다. 땜납(2)의 온도가 용융 온도에 도달하면, 땜납(2)은 액화되고, 프리스트레싱 요소(3)는 그 사하중(死荷重)의 결과로서, 가압력(7)없이 센서 요소(4) 위로 하강되거나 가압력(7)에 의해 센서 요소(4) 위로 가압된다.

가압 핀(8)은 점 접촉면을 구비하므로, 가압력(7)이 가해진 상태에서 프리스트레싱 요소(3)는 백래쉬(backlash)없이 센서 요소(4)에 안착되고, 센서 요소(4)는 백래쉬없이 글로우 핀(5)에 안착된다.

가열 단계가 끝나면 전체 시스템이 냉각된다. 센서 요소(4)의 프리스트레스는 관상체(6)의 가열 부분이 수축되는 결과로서 생성된다. 프리스트레스의 총량은 관상체(6)의 가열면의 위치 및 크기와 납땜 온도에 의해 조절될 수 있다.

센서 요소(4)와 프리스트레싱 요소(3)는 글로우 핀(5)을 위한 연결체를 안내하는 시추공과 같은 통로를 구비할 수 있다. 이 연결체은 예를 들면 센서 요소(4) 및 프리스트레싱 요소를 관통하여 위치되어 글로우 핀(5)의 내부 전도체와 접촉되는 금속봉일 수 있다. 대안적으로는, 이 연결체는 또한 전선줄일 수 있다. 바람직하게는 이 연결체는 내부 전도체에 납땜된다. 이는 상술한 관상체(6)에 프리스트레싱 요소(3)를 납땜하는 것과 동시에 또는 그 이후 단계에서 수행될 수 있다.

1: 열원 2: 땜납
3: 프리스트레싱 요소 4: 센서 요소
5: 글로우 핀 6: 관상체
7: 압력 8: 가압 핀
10: 글로우 플러그 11: 나사

Claims

관상체(6),
관상체(6)로부터 돌출된 글로우 핀(5), 및
관상체(6) 내에 배치된 센서 요소(4)를 포함하고,
센서 요소(4)는 글로우 핀(5)의 일면과, 관상체(6) 내에 배치되며 관상체(6)에 납땜된 프리스트레싱 요소(3) 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
제1항에 있어서,
센서 요소(4)는 글로우 핀(5)의 일면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
프리스트레싱 요소(3)는 완전히 관상체(6) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
센서 요소(4)와 관상체(6) 사이에 고리 모양의 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
프리스트레싱 요소(3)는 관상체(6)에 측면이 접촉되는 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
프리스트레싱 요소(3)는 땜납(2)으로 채워진 측면 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
프리스트레싱 요소(3)는 센서 요소(4)와 이격된 상태로 마주하는 측면에 감소된 직경을 가지며, 이런 방식으로 관상체(6)와 프리스트레싱 요소(3) 사이에 형성된 고리 모양의 공간에 땜납(2)이 채워진 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
센서 요소(4)는 글로우 핀(5)의 접속을 안내하는 통로를 구비한 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
센서 요소(4)는 관상체(6)에 의해 동심으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 글로우 플러그이고, 글로우 플러그의 하우징은 관상체(6)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연소실 압력을 결정하는 장치.
글로우 핀(5)의 일면과, 관상체(6)에 배치되고 땜납(2)이 제공된 프리스트레싱 요소(3) 사이에서 관상체(6)에 센서 요소(4)를 배치하는 단계, 및
땜납(2)이 제공된 프리스트레싱 요소(3)의 영역을 가열하여 땜납(2)을 용융하는 단계를 포함하고,
땜납(2)이 용융되도록 관상체(6)의 단면이 가열되고, 센서 요소(4)에 작용하는 프리스트레스는 냉각되는 동안 가열된 단면의 수축에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 전술한 항들 중 어느 한 항에 따른 장치를 제작하는 방법.
제11항에 있어서,
프리스트레스의 총량은 관상체(6)의 가열된 표면의 위치와 크기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
가압력(7)은 가압 핀(8)에 의해 프리스트레싱 요소(3)에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
가압력(7)은 가열되는 동안 프리스트레싱 요소(3)에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
땜납(2)은 프리스트레싱 요소(3)의 측면에 적용되고, 그 후에 프리스트레싱 요소(3)는 관상체(6) 안으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.