KR20140139976A - 측정 플러그 - Google Patents

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KR20140139976A
KR20140139976A KR1020140063688A KR20140063688A KR20140139976A KR 20140139976 A KR20140139976 A KR 20140139976A KR 1020140063688 A KR1020140063688 A KR 1020140063688A KR 20140063688 A KR20140063688 A KR 20140063688A KR 20140139976 A KR20140139976 A KR 20140139976A
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리에트 요한 테
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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

중공 플러그 본체(102), 플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 부착되는 하우징(110), 하우징(110) 내에 배치되는 전자 구성요소(116), 및 중공 플러그 본체 내에 배치되고 중공 플러그 본체(102)의 근위 단부(102P)에 부착되는 감지 모듈(104)을 포함하는, 연소 엔진용의 압력 측정 플러그(100)가 개시되어 있다. 측정 플러그는 전자 구성요소(116)를 중공 플러그 본체를 통해 감지 모듈(104)에 전기적으로 연결시키도록 구성되는 상호 연결 모듈(108)을 더 포함한다. 상호 연결 모듈(108)은 제1 단자(108C)가 마련된 제1 단부(108P)와 제2 단자(108B1)가 마련된 제2 단부(108D)를 갖는 긴 지지 구조(108A)를 포함하며, 제1 단자(108C)는 축방향으로 가요성인 전기 커플링을 제공한다. 상호 연결 모듈은 신뢰성 있는 연결을 제공하고, 대향 생산에 사용될 수 있다.

Description

측정 플러그{A MESURING PLUG}
본 발명은 측정 플러그 및 측정 플러그의 조립 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연소 엔진용의 압저항식 압력 측정 플러그에 관한 것이다.
향후에 가솔린 엔진에 관한 진보된 연소 전략은 전체 사이클(압축-연소-배기 사이클) 동안에 각 연소 실린더로부터 정확한 압력 피드백의 존재에 따라 좌우된다. 이러한 전략은 균질 혼합 압축 점화(HCCI; homogeneous charge compression ignition) 연소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있고, 빠르고 정확한 압력 응답을 필요로 하는 높은 압력 방출 속도를 초래할 수 있다.
압저항식 압력 측정 플러그는 EP 2 138 819A1호로부터 공지되어 있다. 압력 측정 플러그는 연소측 근처에 배치될 수 있는 매우 작은 감지 요소를 포함하고, 이에 따라 매우 높은 대역폭 센서가 실행될 수 있다. 접합 와이어에 의해, 감지 요소는 플러그 본체 내에 배치되는 인쇄 배선 기판(PWB; printed wiring board) 상의 센서 전자 기기와 전기적으로 연결된다. 센서 전자 기기는 감지 모듈 상에 실장된 압저항식 요소의 저항 변화를 측정하고 그 변화로부터 상태 측정 신호를 발생시키도록 배치된다. 본체 내측의 온도는 표준 구성요소를 갖는 종래의 PWB의 사용을 허용하지 못하는 것으로 판명되었다. 따라서, 신뢰성 있는 측정 플러그를 얻기 위해서는, 더 고가의 부품이 사용되어야 한다.
본 발명의 목적은 열적 과부하로부터 컨디셔닝 전자 기기를 보호하는 구조를 갖는 개선된 측정 플러그를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 제조가 신뢰성 있고 저렴할 것, 반자동 또는 완전 자동 생산 프로세스에 의한 높은 용적의 생산성, 가혹한 압력 매체에 대한 긴 내구성 및/또는 견고성, 내연 엔진의 통상적인 높은 온도 및 진동을 견디는 것 중 적어도 하나이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 측정 플러그에 의해 달성된다. 본 발명을 수행하는 유리한 실시예 및 추가 방식은 종속 청구항들에 언급한 조치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 측정 플러그는, 중공 플러그 본체, 하우징, 감지 모듈 및 전자 구성요소, 예컨대 커넥터를 포함한다. 중공 플러그 본체는 근위 단부와 원위 단부를 포함한다. 중공 플러그 본체는 플러그 본체 축선을 더 포함한다. 하우징은 플러그 본체의 원위 단부에 부착된다. 전자 구성요소는 하우징 내에 배치된다. 감지 모듈은 중공 플러그 본체 내에 배치되고 적어도 하나의 전기 감지 요소와 PWB를 포함한다. PWB는 적어도 하나의 전기 감지 요소에 전기적으로 연결된다. 더욱이, 감지 모듈은 중공 플러그 본체의 근위 단부에 부착된다. 측정 플러그는 전자 구성요소를 중공 플러그 본체를 통해 감지 모듈에 전기적으로 연결시키도록 구성되는 상호 연결 모듈을 더 포함한다. 상호 연결 모듈은 제1 단부와 제2 단부를 갖는 긴 지지 구조를 포함한다. 제1 단부와 제2 단부에는 제1 단자와 제2 단자가 각각 마련된다. 제1 단자는 중공 플러그 본체의 축방향으로 가요성인 전기 커플링을 제공한다. 실시예에서, 제1 단자는 스프링형 단자이다. 유리한 실시예에서, 감지 모듈은 연소 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성된다.
이들 특징은 적어도 100 mm의 총 거리에 걸쳐 연결할 수 있는 중공 플러그 본체 내의 감지 모듈과 하우징 내의 전자 기기 간의 전기적 상호 연결을 제공한다. 상호 연결은 감지 모듈이 중공 플러그 본체에 부착된 후에 이루어질 수 있다. 스프링형 단자는 자동차 엔진의 온도 및 진동 요건을 견딜 수 있는 신뢰성 있는 전기 연결을 플러그 본체에 제공한다. 상호 연결 모듈은 감지 모듈이 중공 플러그 본체의 일단부에 부착된 후에 중공 플러그 본체 내에 삽입된다. 상호 연결 모듈이 중공 플러그 본체 내에 삽입되지만, 상호 연결 모듈의 단자는 감지 모듈의 접촉 영역과 전기 접촉을 이룬다. 이 모듈형 구조는 높은 용적의 조립을 허용한다. 축방향에서 연결의 유연성은 중공 플러그 본체의 열팽항 계수와 상이한 열팽창 계수를 갖는 재료를 긴 지지 구조에 이용하게 한다. 팽창 차이는 가요성 커플링에 의해 보상된다. 더욱이, 축방향에서의 가요성 연결은 중공 플러그 본체, 상호 연결 모듈 및 감지 모듈의 길이에 있어서의 변동을 보상하게 한다.
실시예에서, 각 스프링형 단자는 나선형 압축 스프링을 포함한다. 유리한 실시예에서, 나선형 압축 스프링은 플러그 본체 축선에 평행한 스프링 축선을 포함한다. 자동차 용례는 큰 작동 온도 범위를 갖는다. 구성요소들이 열팽창 계수를 달리 하여 사용될 때에, 감지 모듈과 상호 연결 모듈 사이의 전기 연결에서의 응력을 피해야 한다. 이 특징은 온도 변동 및 진동으로 인한 모듈들 간의 거리의 변동을 보상하는 신뢰성 있는 전기 연결을 제공한다.
실시예에서, 감지 모듈의 PWB는 플러그 본체 축선에 직교하는 평면에 있는 다수의 접촉 영역을 포함한다. 제1 단자는 다수의 접촉 영역과 접촉한다. 이들 특징은 상호 연결 모듈을 슬라이드시키고 감지 모듈과 상호 연결 모듈 간에 신뢰성 있는 연결을 이루게 한다. 더욱이, 이 특징은 측정 플러그의 제조 프로세스의 복잡성을 감소시킨다.
실시예에서, 제2 단자는 압입 단자이다. 상호 연결 모듈의 일측면에 있는 압입 단자와 상호 연결 모듈의 대향 측면에 있는 스프링형 단자의 조합은 상호 연결 모듈의 양측면에서 신뢰성 있는 전기 연결을 이루도록 비용 효율적인 해법을 제공한다.
실시예에서, 감지 모듈은 정렬 요소를 더 포함한다. PWB는 적어도 하나의 전기 감지 요소와 정렬 요소 사이에 플러그 본체의 축방향으로 배치된다. 전기 감지 요소와 정렬 요소는 전기 감지 요소를 부식에 대해 보호하도록 덮는 보호 겔을 함께 유지하도록 구성된다. 정렬 요소와 상호 연결 모듈의 긴 지지 구조의 단부는 상호 연결 모듈을 PWB에 대해 정렬시키도록 구성되는 협력 정렬 구조를 포함한다. 이들 특징은 중공 플러그 본체 내에 상호 연결 모듈의 블라인드 삽입을 허용한다. 유리한 실시예에서, 정렬 요소의 정렬 구조는 하우징의 방향으로 지향되는 팁을 갖는 2개 이상의 화살표형 구조를 포함한다.
실시예에서, 상호 연결 모듈은 도전성 스트립형 요소를 포함한다. 스트립형 요소의 제1 단부는 제1 단자의 적어도 일부를 형성한다. 스트립형 요소의 제2 단부는 제2 단자를 형성한다. 긴 지지 구조는 플러그 본체 축선에 평행하고 스트립형 요소를 수용하도록 구성되는 길이 방향 리세스를 포함한다. 이들 특징은 비용 효율적이고 높은 용적으로 용이하게 제조되는 상호 연결 모듈을 제공한다.
다른 실시예에서, 길이 방향 리세스는 긴 지지 구조의 원위 단부에 있는 관통공에서 종결된다. 긴 리세스와 스트립형 요소 모두는 원위 단부의 방향으로 좁아지는 구조를 포함한다. 이들 특징은 스트립형 요소가 길이 방향 리세스 내에서 축방향으로 이동할 수 있는 것을 방지한다.
실시예에서, 상호 연결 모듈은 회전 대칭 구조를 갖는다. 이 특징은 중공 플러그 본체를 통해 신뢰성 있는 전기 연결을 제공하도록 중공 플러그 본체 내에 1개보다 많은 가능한 배치를 갖는 상호 연결 모듈을 제공한다.
실시예에서, 상호 연결 모듈은 오버몰딩 프로세스에 의해 얻어진다. 오버몰딩 프로세스는 높은 용적에 대해 제조 비용의 감소를 허용한다.
실시예에서, 중공 플러그 본체는 내부에 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 플러그 본체 축선을 따른 방향으로 중공 플러그 본체 내에서 상호 연결 모듈의 근위 단부의 위치를 획정한다. 이 특징은 온도 변화로 인한 상호 연결 모듈의 근위 단부와 감지 모듈의 PWB 간의 거리 변동을 감소시킨다.
다른 실시예에서, 상호 연결 모듈은 중공 플러그 본체의 원위 단부에 배치되는 상호 연결 모듈의 단부에 탄성 O링을 더 포함한다. 중공 플러그 본체의 돌출부와 O링의 조합은 중공 플러그 본체 내에서 상호 연결 모듈을 축방향으로 고정시킨다. 더욱이, O링은 중공 플러그 본체 및 상호 연결 구조의 긴 지지 구조의 상이한 열팽창 계수로 인한 상호 연결 구조의 응력 크기를 감소시킨다.
실시예에서, 감지 모듈과 상호 연결 구조는 중공 플러그 본체를 통과하게 하도록 구성되는 중앙 관통공을 포함하고, 감지 모듈의 중앙 관통공 내에서 전기 요소의 전기 연결부가 하우징에 부착된다. 이 특징은 측정 플러그를 중공 플러그 본체를 통한 전기 연결을 또한 필요로 하는 중공 플러그 본체의 근위 단부에서의 다른 기능과 조합하게 한다. 실시예에서, 전기 요소는 글로우 로드(glow rod)이다.
제2 양태에서, 측정 플러그의 조립 방법이 제공된다. 방법은:
- 감지 모듈과 중공 플러그 본체의 조립체를 제공하는 것 - 감지 모듈의 PWB는 중공 플러그 본체의 개방 단부의 거리에 배치됨 - ; 및
- 상호 연결 모듈을 중공 플러그 본체 내에서 슬라이드시켜 상호 연결 모듈과 감지 모듈의 PWB 사이에 전기 연결을 행하는 것을 포함한다.
다른 특징 및 이점이 일례로서 다양한 특징의 실시예를 예시하는 첨부 도면과 함께 취한 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
이들 및 기타 양태, 특성 및 이점은 도면을 참조하는 이하의 설명을 기초로 하여 이하에서 설명되고, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부품을 가리킨다.
도 1은 압력 측정 플러그의 실시예의 개략적인 단면도.
도 2는 중공 플러그 본체 내에서 상호 연결 모듈을 슬라이딩시킬 때에 도 1의 실시예의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 상호 연결 모듈의 개략적인 측면도.
도 4는 상호 연결 모듈의 사시도.
도 5는 상호 연결 모듈에 사용하기 위한 도체의 사시도.
도 6은 상호 연결 모듈의 평면도.
도 7은 상호 연결 모듈의 저면도.
도 8은 도 6 및 도 7의 선 Ⅷ-Ⅷ을 따른 상호 연결 모듈의 개략적인 단면도.
도 9는 감지 모듈의 평면도.
도 10은 상호 연결 모듈의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 상호 연결 모듈의 제3 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 연소 엔진용의 압력 측정 플러그(100)의 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 압력 측정 플러그(100)는 중공 플러그 본체(102), 감지 모듈(104), 상호 연결 모듈(108), 전자 회로(116) 및 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110)에는 랜치를 이용하여 압력 측정 플러그를 장착할 수 있게 하는 육각형 주연부(도시 생략)가 마련된다.
중공 플러그 본체(102)는 원위 단부(102D)와 근위 단부(102P)를 포함한다. 중공 플러그 본체에는 플러그 본체(102)를 연소 엔진의 실린더 헤드 내에 장착하기 위한 외측 나사부(102A)가 마련된다. 중공 플러그 본체(102)는 플러그 본체 축선(102C)을 갖는다. 플러그 본체 축선은 압력 측정 플러그(100)의 길이 방향 축선과 일치한다. 하우징(110)의 기부(110A)는 용접에 의해 중공 플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 부착된다. 하우징은 커넥터 요소(도시 생략)가 마련되는 캡(110B)을 더 포함한다. 하우징(110)은 컨디셔넝 전자 기기와 커넥터 요소 등의 전자 구성요소(116)를 수용하도록 구성된다. 전자 회로 또는 전자 구성요소는, 이하의 작용들 중 적어도 하나를 수행하도록 배치된다: 압력 센서, 즉 압저항식 요소로부터 얻은 신호의 온도 보상, 적어도 하나의 전기 감지 요소로부터 얻은 신호의 교정, 내측 결함 검출, 적어도 하나의 전기 감지 요소로부터의 전기 신호(들)를 컨디셔닝된 측정 신호, 즉 연소 챔버 내의 압력을 나타내는 신호로 변환시키는 것.
감지 모듈(104)은 중공 플러그 본체(102) 내에 배치된다. 감지 모듈이 차지하는 중공 플러그 본체 내의 구역은 도 1에서 A에 의해 나타낸다. 감지 모듈(104)은 중공 플러그 본체의 근위 단부(102P)에 부착된다. 감지 모듈은 엔진의 연소 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성된다. 감지 모듈(104)은 제1 긴 원형 본체부(104B), 링형 감지 구조(104A) 및 제2 긴 원형 본체부(104C)를 포함한다. 제1 긴 원형 본체부(104B)는 일단부가 용접에 의해 중공 플러그 본체(102)에 부착되고 중공 플러그 본체의 근위 단부로부터 거리를 두고 이에 따라 연소 챔버로부터 멀어지게 링형 감지 구조(104A)를 위치 결정하도록 중공 플러그 본체 내에서 연장된다. 링형 감지 구조(104A)는 제1 긴 원형 본체부(104B)의 타단부에 부착된다.
연소 챔버 반대측의 링형 감지 구조의 표면에 적어도 하나의 전기 감지 요소(도시 생략)가 배치된다. 적어도 하나의 전기 감지 요소는 스트레인 게이지[예컨대, 마이크로퓨즈드 스트레인 게이지(MSG; micro-fused strain gauge)]의 형태일 수 있다. 스트레인 게이지는 바람직하게는 압저항식 감지 요소이다. 적어도 하나의 전기 감지 요소는 사용시에 연소 챔버 내의 압력 변동으로 인한 링형 감지 구조(104A)의 변형을 측정하도록 구성된다. 감지 모듈의 작동 원리는 출원인의 특허 출원 EP 2 138 819호에 보다 상세하게 설명되어 있다. 제2 긴 원형 본체부(104C)는 제1 긴 원형 본체부(104B)에 배치되고 일단부가 링형 감지 구조(104A)에 연결된다. 제2 긴 원형 본체부(104C)는 로드형 요소를 수용하기 위한 공간을 형성한다. 로드형 요소의 예는 제한하지 않지만 글로우 로드(glow rod), 온도 로드(temperature rod), 및 더미 로드(dummy rod)가 있다.
링형 지지체(104D)가 링형 감지 구조(104A)의 외주에 부착된다. 인쇄 배선 기판(104E)이 링형 지지체(104D) 상에 위치 결정된다. 링형 지지체(104D)는 인쇄 배선 기판(PWB)을 링형 감지 구조(104A)로부터 최소 거리를 두고 위치 결정하도록 구성되어, 플러그 본체 축선의 방향으로 인쇄 배선 기판 상에 작용하는 힘은 링형 감지 구조(104A)의 외주로 안내된다. 이 방식으로, 압력 감지 플러그에서 변하는 힘으로 인한 측정된 신호의 왜곡이 상당히 감소된다.
감지 모듈(104)은 정렬 요소(104F)를 더 포함한다. 정렬 요소(104F)는 중공 플러그 본체(102) 내에 배치되는 감지 모듈(104)의 단부를 형성한다. 정렬 요소(104F)는 감지 모듈(104)의 평면도를 도시하는 도 9에서 보다 상세하게 볼 수 있다. 정렬 요소는 나중에 보다 상세하게 설명되는 정렬 구조(104F1)를 포함한다. 정렬 요소(104F)는 2개의 큰 개구(104F2)를 갖는 디스크형 부품을 포함한다. 각각의 큰 개구(104F2)는 링형 감지 구조, 접합 와이어(902) 및 PWB(104E)의 부품에 부착되는 전기 감지 요소(104A1) 위에서 연장된다. 접합 와이어(902)는 전기 감지 요소(104A1)를 PWB에 전기적으로 연결한다.
전술한 바와 같이, 감지 구조는 링형 감지 구조(104A), 링형 지지체(104D), PWB(104E) 및 정렬 요소(104F)의 스택인 중공 플러그 본체에 단부를 포함한다. 정렬 요소(104F)는 링형 지지체(104D)의 커플링 구조(104D1)에 의해 링형 지지체(104D)에 기계적으로 연결된다. 커플링 구조(104D)는 정렬 요소(104F)의 각각의 개구 내에 압착된다. 정렬 요소를 링형 지지체에 부착하기 위해 다른 커플링 구조가 가능하다는 것은 명백하다.
정렬 요소(104F)는 중앙 개구(106)와, 4개의 작은 개구(104F3)를 더 포함한다. 4개의 작은 개구(104F3) 각각은 PWB(104E)의 접촉 영역(104E1)에 대해 상호 연결 구조의 가요성 접점을 안내하고 가요성 접점을 접촉 영역 상의 적소에 유지하도록 구성된다.
감지 요소(104)는 중공 플러그 본체(102) 내에서 슬릿된 하나의 부품으로서 조립된다. 이 방식으로, 전기 감지 요소와 PWB는 연소 챔버로부터 거리를 두고 위치 결정되어 플러그 본체 내의 전자 기기에 대해 덜 가혹한 작동 조건을 초래한다. 측정 플러그를 조립하는 방법은:
- 감지 모듈과 중공 플러그 본체의 조립체를 제공하는 것 - 감지 모듈의 PWB는 중공 플러그 본체의 개방 단부의 거리에 배치됨 - ; 및
- 상호 연결 모듈을 중공 플러그 본체 내에서 슬라이드시켜 상호 연결 모듈과 감지 모듈의 PWB 사이에 전기 연결을 행하는 것을 포함한다.
상호 연결 모듈(108)은 하우징(110)의 캐비티 내의 전자부품(116)을 중공 플러그 본체(102)를 통해 감지 요소(104)의 PWB에 전기적으로 연결하도록 구성된다. 상호 연결 모듈이 차지하는 중공 플러그 본체 내의 구역은 도 1에서 B로 지시되어 있다. 상호 연결 모듈(108)은 제1 단자(108C)가 마련된 근위 단부(108P)와 제2 단자(108B1)가 마련된 원위 단부(108D)를 갖는 긴 지지 구조(108A)를 포함한다. 제1 단자(108C)는 플러그 본체 축선(102C)에 평행한 스프링 축선을 갖는 나선형 압축 스프링 형태의 스프링형 단자이다. 제2 단자(108B1)는 본 실시예에서 압입 단자이다. 제2 단자(108B1)는 압력 측정 플러그(100)의 하우징(110) 내에 배치되는 PWB에 전기적으로 연결된다.
나선형 압축 스프링은 축방향으로 유연한 전기 연결을 제공한다. 본 출원의 문맥에서 유연한 전기 연결은, 연결에 의해 연결되는 2개의 전기부품들 사이의 거리가 압력 측정 플러그에서, 또는 여러 개의 측정 플러그들 사이에서 적시에 변동될 수 있고, 2개의 전기 구성요소들 사이의 전기 연결이 신뢰성 있게 유지된다는 것을 의미한다. 축방향으로 유연한 전기 연결은 중공 플러그 본체의 열팽창 계수와 상이한 열팽창 계수를 갖는 재료를 긴 지지 구조에 대해 사용하게 한다. 팽창의 차이가 유연한 연결에 의해 보상된다. 더욱이, 축방향에서의 유연한 연결은 중공 플러그 본체, 상호 연결 모듈 및 감지 모듈의 길이의 변동을 보상하게 한다.
상호 연결 모듈(108)은 중공 플러그 본체의 원위 단부(102D)에서 개구를 통해 중공 플러그 본체 내에서 슬릿된다. 도 2는 상호 연결 모듈이 중공 플러그 본체 내의 그 최종 위치에 있지 않는 단면도를 도시한다. 상호 연결 모듈의 최종 위치에서, 긴 지지 구조(108P)의 최종 단부는 중공 플러그 본체(102)의 내벽 상의 돌출부(102E)에 대해 놓인다. 본 실시예에서, 돌출부는 중공 플러그 본체(102)의 내측면을 따른 원형 에지이다. 돌출부(102E)는 중공 플러그 본체(102) 내에서 상호 연결 모듈의 근위 단부(108P)의 축방향 위치를 획정하고, 이에 따라 상호 연결 모듈(108)의 근위 단부(108P)와 감지 모듈(104)의 PWB(104E) 사이의 거리를 획정한다. PWB(104E)는 플러그 본체 축선에 직교하는 평면에 있는 다수의 접촉 영역(104E1)을 포함한다. 상호 연결 구조(108)의 삽입 후에, 제1 단자(108C)의 나선형 스프링은 다수의 접촉 영역과 접촉한다. 돌출부(102)의 사용은 감지 모듈(104)의 PWB 상에 작용하는 나선형 스프링 단자의 힘을 제한한다. 긴 지지 구조와 중공 플러그 본체(102)의 재료의 열팽창 계수는 상이할 수 있다. 돌출부의 사용은 중공 플러그 본체 내에서 상호 연결 모듈(108)의 축방향 위치를 고정시킴으로써 제2 모듈의 PWB 상에 작용하는 힘에 대한 그 영향을 감소시킨다.
상호 연결 구조(108)는 상호 연결 모듈(108)의 원위 단부(108D)의 원형 에지에 탄성 O링(108E)을 더 포함한다. 원위 단부(108D)는 중공 플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 배치된다. 하우징(110)의 기부(110A)가 플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 부착된 후에, 탄성 O링(108E)은 돌출부(102E)와 조합하여 중공 플러그 본체(102) 내에서 상호 연결 모듈을 축방향으로 고정시킨다. 탄성 O링(108E)은 긴 지지 구조와 중공 플러그 본체의 재료의 상이한 열팽창 계수로 인한 상호 연결 모듈(108)의 긴 지지 구조(108A)에서의 응력의 크기를 또한 감소시킬 수 있다.
감지 모듈(104)과 상호 연결 모듈(108) 양자는 하우징에 의해 형성된 캐비티로부터 측정 플러그의 팁까지 하나의 관통공(106)을 형성하는 중앙 통로를 포함한다. 관통공(106)은 제한하지 않지만 글로우 로드, 온도 감지 로드 및 더미 로드와 같은 로드형 요소를 수용하도록 구성된다. 글로우 로드와 온도 감지 로드는 관통공(106)을 통해 제공되는 전기 연결을 필요로 한다.
감지 모듈(104)의 정렬 요소(104F)와 연결 모듈(108)의 긴 지지 구조(108A)는 협력하는 정렬 구조(104F1, 108A2)를 포함한다. 정렬 구조는 감지 구조(104)에 대해 상호 연결 모듈(108)을 정렬시키도록 구성되어, 상호 연결 모듈(108)의 단자는 감지 모듈의 PWB 상의 대응하는 접촉 영역과 전기 접촉을 이룬다. 정렬 요소(104F)의 정렬 구조(104F1)는 하우징의 방향으로 지향되는 팁을 갖는 2개의 화살표형 구조를 포함한다. 정렬 요소(104F)의 정렬 구조(104F1)는 긴 지지 구조(108)의 근위 단부(108P)에서 중앙공 내로 돌출하도록 구성된다. 중앙공의 표면은 상호 연결 모듈(108)의 정렬 구조(108A2A)를 형성하는 화살표형 프로파일을 갖는다. 정렬 구조(108A2A)의 프로파일은 감지 모듈의 방향으로 지향되는 팁을 포함한다. 도 1은 감지 모듈과 상호 연결 모듈의 정렬된 위치를 도시한다. 도 2는 상호 연결 모듈의 정렬 구조(108A2A)의 팁이 감지 모듈의 정렬 구조(104F1)의 팁과 접촉하는 상황을 도시한다. 이 상황은 상호 연결 모듈이 중공 플러그 본체 내에 블라인드 삽입될 때에 일어날 수 있다. 정렬 구조는 플러그 본체 축선(102C) 둘레에서 회전하도록 감지 구조의 방향으로 이동하면서 상호 연결 구조를 강제 이동시킨다. 감지 모듈과 상호 연결 모듈이 서로에 대해 정확한 배향을 가질 때에, 상호 연결 모듈은 상호 연결 모듈의 근위 단부가 중공 플러그 본체(102)의 돌출부(102E)를 타격할 때까지 플러그 본체 축선 둘레에서의 회전 없이 감지 모듈에 대해 축방향으로 이동될 수 있다. 단자(108C)의 나선형 스프링은 축방향으로 압축되어 감지 모듈(104)의 PWB 상의 접촉 영역과 접촉한다. 따라서, 감지 모듈과 상호 연결 모듈의 정렬 구조는 먼저 상호 연결 모듈을 회전시켜 모듈의 배향을 정렬시키고, 그 후에 상호 연결 모듈의 단자가 측정 플러그의 축방향으로 이동되어 감지 모듈과 전기 접촉을 이룬다. 정렬 요소(104F)의 개구(104F3)는 나선형 스프링 형태의 단자를 PWB 상의 대응하는 접촉 영역으로 안내한다. 개구(104F3)는 또한 나선형 스프링이 압축 후에 축방향으로 만곡될 수 없는 것을 보장한다. 축방향에서 나선형 스프링의 만곡은 PWB의 접촉 영역과의 접촉 손실을 초래할 수 있다.
도 3 내지 도 8은 상호 연결 모듈(108)을 보다 상세하게 도시한다. 상호 연결 모듈(108)은 도전성 스트립형 요소(108B)를 포함한다. 스트립형 요소(108B)는 긴 지지 구조(108A)의 원위 단부(108D)로부터 근위 단부(108P)로 연장된다. 원위 단부(108D)에서, 스트립형 요소(108B)는 압입 단자를 포함한다. 근위 단부(108P)에서, 스트립형 요소(108B)는 단자의 일부를 형성하는 니들형 단부(108B2)를 포함한다. 니들형 단부(108B2)는 압박되어 나선형 스프링의 개구 내에 고정된다. 도 3은 상호 연결 모듈(108)의 측면도를 도시한다. 플라스틱 재료로 제조될 수 있는 긴 지지 구조(108A)는 제1 부분(108A1)과 제2 부분(108A2)을 포함한다. O링(108E)은 제1 부분(108A1)에 부착된다. 도 6은 상호 연결 모듈의 평면도를 도시하고 도 7은 상호 연결 모듈의 저면도를 도시한다. 상호 연결 모듈이 회전 대칭 구조를 갖는다는 것을 알 수 있다. 단자들은 상호 연결 모듈의 길이 방향 축선 둘레에 회전 대칭으로 분배된다. 본 실시예에서의 분배는 상호 연결 모듈이 감지 모듈을 하우징 내의 전기 구성요소들에 전기적으로 연결하는 2가지 가능성을 갖도록 되어 있다. 도 6 및 도 7은 하우징으로부터 측정 플러그의 팁까지 통로를 형성하는 중앙 개구(106)를 또한 도시한다. 도 7은 정렬 구조(108A2A)의 2개의 팁과 감지 모듈의 정렬 구조를 수용하기 위한 2개의 리세스(108A2B)를 또한 도시한다. 도 7은 니들형 단부(108B2)의 팁이 나선형 스프링 요소(108C)의 개구 내에 삽입되는 것을 또한 도시한다.
도 8은 도 6과 도 7의 선 Ⅷ-Ⅷ을 따른 상호 연결 모듈의 단면도이다. 단하나의 도전성 스트립형 요소(108B)만이 도시되어 있다는 것을 유념해야 한다. 이 도면은 긴 지지 구조(108A)가 도전성 스트립형 요소(108B)를 수용하도록 구성되는 길이 방향 리세스(602)를 포함한다. 리세스(602)는 플러그 본체 축선에 평행하게 연장된다. 길이 방향 리세스(602)는 긴 지지 구조(108A)의 원위 단부(108D)에서 제1 부분(108A1)의 관통공(604) 내에 일단부가 종결된다. 길이 방향 리세스(602)는 타단부가 제2 부분(108A2)의 관통공 내에서 종결된다. 스트립형 요소(108B)를 긴 지지 구조에서 길이 방향으로 고정하기 위하여, 긴 리세스(602)와 스트립형 요소(108B)는 모두 긴 지지 구조(108)의 단부의 방향으로 좁아지는 구조를 포함한다.
제1 부분(108A1)과 제2 부분(108A2)은 스냅 끼워맞춤에 의해 연결된다. 참조 번호 108A1A는 제1 부분(108A1)의 스냅 체결 구조를 가리키고 참조 번호 108A2A는 긴 지지 구조(108A)의 제2 부분(108A2)의 스냅 끼워맞춤 구조를 가리킨다.
상호 연결 모듈(108)은 아래의 방식으로 조립된다. 먼저 4개의 스트립형 요소(108B)가 제1 부분의 리세스 내에 위치 결정된다. 이는 압입 단자(108B1)를 갖는 스트립형 요소의 단부를 긴 지지 구조의 원위 단부를 형성하는 제1 부분의 섹션의 개구를 통해 삽입함으로써 행해진다. 따라서, 스트립형 요소는 리세스(602) 내에 위치 결정된다. 이 후에, 제2 부분(108A2)은 스트립형 요소의 니들형 단부 위에서 이동되어 제1 부분(108A1)에 스냅 끼워맞춤된다. 이어서, 나선형 스프링 요소(108C)는 도전성 스트립형 요소의 니들형 단부에 부착된다. 마지막으로, 탄성 O링(108E)이 긴 지지 구조(108A)의 원위 단부에 부착된다.
상호 연결 모듈(108)을 조립하는 대안적인 방식으로, 나선형 스프링은 스트립형 요소의 니들형 단부 둘레에 위치 결정된다. 스프링은 클램핑, 용접 또는 스프링의 변형에 의해 니들형 단부에 부착될 수 있다. 이어서, 4개의 스트립형 요소(108B)는 제1 부분의 리세스 내에 위치 결정된다. 이는 압입 단자(108B1)를 갖는 스트립형 요소의 단부를 긴 지지 구조의 원위 단부를 형성하는 제1 부분의 섹션의 개구를 통해 삽입함으로써 행해진다. 따라서, 스트립형 요소가 리세스(602) 내에 위치 결정된다. 이 후에, 제2 부분(108A2)은 스트립형 요소의 니들형 단부에 배치된 나선형 스프링 위에서 이동되거나 압박되어 제1 부분(108A1)에 스냅 끼워맞춤된다.
바람직하게는, 제2 부분(108A2)의 개구는 나선형 스프링의 단면보다 약간 작은 단면을 갖는다. 이 방식으로, 나선형 스프링은 삽입 후에 제2 부분(108A2)의 개구 내에서 잠금된다.
긴 지지 구조와 스트립형 요소의 조립은 오버몰딩 프로세스에 의해 달성될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
도 10은 측정 플러그에 사용하기 위한 상호 연결의 제2 실시예의 사시도를 도시한다. 이 실시예는 중앙공을 포함하지 않는 이전에 설명된 실시예와 상이하다. 이는 공간 내의 압력만을 측정하는 측정 플러그에 적합한 실시예를 구성한다. 다른 차이는 상호 연결 모듈의 정렬 구조(108A2A')가 외표면에 배치된다는 점이다. 정렬 구조(104F1')를 갖는 대응하는 정렬 요소(104F)가 또한 도 10에 도시되어 있다. 탄성 O링은 이 도면에 도시되어 있지 않다.
도 11은 상호 연결 모듈의 제3 실시예의 사시도를 도시한다. 이 실시예에서, 상호 연결 모듈은 전자 회로를 포함한다. 전자 회로는 감지 모듈의 전자 감지 요소에 의해 발생된 전자 신호를 컨디셔닝하도록 배치될 수 있다. 상호 연결 모듈의 원위 단부(108D)에, 접촉 영역(1108)이 제공된다. 하우징 내의 PWB에 부착되는 나선형 접촉 스프링이 하우징 내의 전기 구성요소와 상호 연결 모듈 상의 회로 간의 전기 연결을 이루도록 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 근위 단부(108P)에 있는 상호 연결 모듈(108)의 정렬 구조(108A2A')는 긴 지지 구조(108A)의 외표면에 있다.
전술한 실시예에서, 나선형 스프링 요소는 상호 연결 모듈과 감지 모듈 사이에 전기 연결을 이루도록 사용된다. 다른 스프링 타입의 단자가 연결, 예컨대 판스프링 요소와의 연결을 이루도록 사용될 수 있다. 축방향에서의 가요성 커플링이 또한 가요성 도전성 O링 또는 상호 연결 모듈의 단자에 부착되는 팁 부분에 의해 제공될 수 있다. 가요성 도전성 재료는 예컨대 도전성 엘라스토머이다. 상호 연결 모듈과 감지 모듈 간에 전기 연결을 이루도록 압입 단자를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 압입 단자가 사용되면, 상호 연결 모듈의 다른 쪽에서의 연결이 플러그 본체의 축방향에서 가요성 커플링을 가져야 한다.
전기 감지 요소를 비교적 긴 거리에 걸쳐 신호 컨디셔닝 전자 회로로부터 분리시키는 상호 연결 시스템의 설계가 설명된다. 이 방식으로, 전자 회로가 열적 과부하에 대해 보호된다. 상호 연결 시스템은 자동차 엔진 실린더 온도 및 진동을 견디고 높은 용적의 조립 및 일반적인 프로세스에 적합하다. 상호 연결 구조(108)는 자동차 온도 및 진동 요건을 만족시킨다. 설계는 상이한 길이에 대해 다양한 엔진 헤드 레이아웃 및 측정 플러그 센서에 적용될 수 있고, 센서는 플러그 본체의 일단부에 배치되고 컨디셔닝 센서 전자 기기는 플러그 본체의 타단부에 배치된다.
상호 연결 모듈의 원위 단부에 있는 압입 단자는 대량 생산을 위한 용이한 조립을 보장한다. 상호 연결 모듈의 근위 단부는 지지 링에 부착되는 PWB의 접촉 영역과 접촉한다. 상호 연결 모듈은 이 방식으로 설계되어, 감지 모듈의 단부 부품에 통합되는 정렬 특징과 정렬할 때에 대량 생산 중에 용이한 조립을 위해 블라인드 삽입이 가능하다. 상호 연결 모듈은 그 내고온성으로 인해 세라믹 집적을 가능하게 한다.
본 발명을 여러 실시예의 관점에서 설명하였지만, 그 변형, 수정, 치환 및 균등물이 명세서를 읽고 도면을 연구하면 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 예시된 실시예로 제한되지 않는다. 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 측정 플러그(100)로서,
    -근위 단부(102P), 원위 단부(102D) 및 플러그 본체 축선(102C)을 포함하는 중공 플러그 본체(102);
    -플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 부착되는 하우징(110);
    -하우징(110) 내에 배치되는 전자 구성요소(116); 및
    -중공 플러그 본체 내에 배치되는 감지 모듈(104)
    을 포함하고, 감지 모듈은 적어도 하나의 전기 감지 요소와, 상기 적어도 하나의 전기 감지 요소에 전기적으로 연결되는 PWB(104E)를 포함하며, 감지 모듈은 중공 플러그 본체(102)의 근위 단부(102P)에 부착되는 것인 측정 플러그에 있어서,
    상기 측정 플러그는 전자 구성요소(116)를 중공 플러그 본체(102)를 통해 감지 모듈(104)에 전기적으로 연결시키도록 구성되는 상호 연결 모듈(108)을 더 포함하고,
    상기 상호 연결 모듈(108)은 제1 단자(108C)가 마련된 제1 단부(108P)와 제2 단자(108B1)가 마련된 제2 단부(108D)를 갖는 긴 지지 구조(108A)를 포함하며, 상기 제1 단자(108C)는 축방향으로 가요성인 전기 커플링을 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 플러그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단자는 스프링형 단자인 것인 측정 플러그.
  3. 제2항에 있어서,
    각 스프링형 단자는 나선형 압축 스프링을 포함하는 것인 측정 플러그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나선형 압축 스프링은 플러그 본체 축선(102C)에 평행한 스프링 축선을 포함하는 것인 측정 플러그.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PWB(104E)는 플러그 본체 축선에 직교하는 평면에 있는 다수의 접촉 영역을 포함하고, 제1 단자(108C)는 다수의 접촉 영역과 접촉하는 것인 측정 플러그.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 모듈(104)은 정렬 요소(104F)를 더 포함하고, 상기 PWB는 적어도 하나의 전기 감지 요소와 정렬 요소 사이에 배치되며, 정렬 요소(104F)와 긴 지지 구조(108A)의 단부는 상호 연결 모듈(108)을 PWB에 대해 정렬시키도록 구성되는 협력 정렬 구조(104F1, 108A2)를 포함하는 것인 측정 플러그.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정렬 요소의 정렬 구조는 하우징의 방향으로 지향되는 팁을 갖는 2개 이상의 화살표형 구조를 포함하는 것인 측정 플러그.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상호 연결 모듈(108)은 도전성 스트립형 요소(108B)를 포함하고, 스트립형 요소의 제1 단부는 제1 단자의 적어도 일부를 형성하며 스트립형 요소의 제2 단부는 제2 단자를 형성하고, 긴 지지 구조(108A)는 플러그 본체 축선에 평행하고 스트립형 요소를 수용하도록 구성되는 길이 방향 리세스(602)를 포함하는 것인 측정 플러그.
  9. 제8항에 있어서,
    길이 방향 리세스(602)는 긴 지지 구조(108A)의 원위 단부(108D)에 있는 관통공에서 종결되고, 긴 리세스(602)와 스트립형 요소(108B) 모두는 원위 단부의 방향으로 좁아지는 구조를 포함하는 것인 측정 플러그.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상호 연결 모듈(108)은 회전 대칭 구조를 갖는 것인 측정 플러그.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상호 연결 모듈(108)은 오버몰딩 프로세스에 의해 얻어진 것인 측정 플러그.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 플러그 본체(102)는 내부에 돌출부(102E)를 포함하고, 상기 돌출부는 중공 플러그 본체(102) 내에서 상호 연결 모듈의 근위 단부(108P)의 위치를 획정하는 것인 측정 플러그.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상호 연결 모듈(108)은 중공 플러그 본체(102)의 원위 단부(102D)에 배치되는 상호 연결 모듈(108)의 단부(108D)에 탄성 O링(108E)을 더 포함하는 것인 측정 플러그.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 모듈과 상호 연결 구조는 중공 플러그 본체를 통과하게 하도록 구성되는 중앙 관통공을 포함하고, 감지 모듈의 중앙 관통공 내에서 전기 요소의 전기 연결부가 하우징에 부착되는 것인 측정 플러그.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기 요소는 글로우 로드(glow rod)이고, 감지 모듈(104)은 연소 챔버 내의 압력을 측정하도록 구성되는 것인 측정 플러그.
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