KR20150042200A

KR20150042200A - 압력 센서 일체형 글로 플러그

Info

Publication number: KR20150042200A
Application number: KR1020157003263A
Authority: KR
Inventors: 가쓰미 다카쓰
Original assignee: 봇슈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-04-20
Also published as: WO2014024576A1; EP2884180B1; JPWO2014024576A1; US20150300643A1; US9683742B2; EP2884180A1; CN104508380B; CN104508380A; JP5872697B2; EP2884180A4; KR101634093B1

Abstract

하우징과 히터엘리먼트의 간극에, 카본이나 SOF가 퇴적되는 것을 억제하여, 장기간에 걸쳐 히터엘리먼트가 구속되지 않도록 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그를 제공한다. 내연 기관의 기통 내에 삽입되어 사용되는 압력 센서 일체형 글로 플러그로서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 선단을 돌출시켜 보유된 로드상의 히터엘리먼트와, 압력 센서를 구비하고, 상기 히터엘리먼트가 가요 부재에 의해 상기 하우징에 보유되어 상기 하우징에 대한 위치를 변위 가능하게 되어 있고, 상기 압력 센서가 상기 히터엘리먼트의 변위에 의해 상기 기통 내의 압력을 수용할 수 있도록 된 압력 센서 일체형 글로 플러그에 있어서, 상기 가요 부재보다도 선단측의 상기 하우징과 상기 히터엘리먼트의 간극에, 산화 촉매 성분을 담지시킨 내열성 화이버 부재를 구비한다.

Description

압력 센서 일체형 글로 플러그{PRESSURE SENSOR TYPE GLOW PLUG}

본 발명은 디젤 엔진의 시동 보조용으로서 사용되는 시스형 글로 플러그에 통내압을 검지하기 위한 압력 센서를 일체화한 압력 센서 일체형 글로 플러그에 관한 것이다.

종래, 자기 착화식 내연 기관인 디젤 엔진에서는 기통 내에 글로 플러그가 설치되어 있다. 또한, 최근에는, 통내압을 검출하기 위한 압력 센서를 글로 플러그와 일체화한 압력 센서 일체형 글로 플러그가 실용화되어 있다.

예를 들면, 압력 센서 일체형 글로 플러그는 실린더 내에 삽입하기 위한 하우징과, 이 하우징으로부터 선단을 돌출시켜 하우징에 보유(保持)된 히터엘리먼트와, 이 히터엘리먼트와 하우징 사이에 배치된 압력 센서를 구비하여 구성되어 있다. 이 압력 센서 일체형 글로 플러그는, 히터엘리먼트가 벨로즈나 다이어프램 등의 가요 부재에 의해 하우징에 보유되고, 통내압에 의해 히터엘리먼트가 하우징 내를 축 방향으로 변위하고, 이 변위에 의해 압력 센서가 통내압을 검출 가능하게 하고 있다.

이와 같이 글로 플러그에 있어서, 장기간에 걸쳐 압력을 안정적으로 검출 가능하게 하기 위해서는, 가요 부재의 가요성이 유지되고 있지 않으면 안된다. 즉, 히터엘리먼트가 가요 부재 이외의 부분에 있어서 기계적으로 구속되는 것을 회피하지 않으면 안된다. 그러나, 글로 플러그는 기통 내에 노출시켜 사용되는 것이며, 기통 내에서 발생하는 미연(未燃) 연료 성분 등이 히터엘리먼트와 하우징 사이에 퇴적되면, 히터엘리먼트가 하우징에 구속되어, 압력 센서에 대해 통내압을 전달할 수 없게 될 우려가 있다.

이로 인해, 히터엘리먼트와 하우징 사이에 유동성의 씰재를 충전하거나, 히터엘리먼트의 표면에 산화 촉매를 도포하거나 하여, 미연 연료 성분의 퇴적을 방지하도록 하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2를 참조).

일본 공개특허공보 제2009-520941호 일본 공개특허공보 제2009-203939호

그러나, 충전한 유동성의 씰재가 장기간 연소실 근방에 위치하고 있으면, 유동성이 소실될 우려가 있었다. 또한, 산화 촉매를 히터엘리먼트 표면에 도포하는 경우에는, 그 표면적을 충분히 확보하는 것이 곤란하기 때문에, 촉매 활성이 불충분해져, 퇴적되는 카본이나 SOF(가용성 유기 성분)의 촉매 연소를 효율적으로 행할 수 없을 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 하우징과 히터엘리먼트의 간극에 카본이나 SOF가 퇴적되는 것을 억제하여, 장기간에 걸쳐 히터엘리먼트가 구속되지 않도록 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 내연 기관의 기통 내에 삽입되어 사용되는 압력 센서 일체형 글로 플러그로서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 선단을 돌출시켜 보유된 로드상의 히터엘리먼트와, 압력 센서를 구비하고, 상기 히터엘리먼트가 가요 부재에 의해 상기 하우징에 보유되어 상기 하우징에 대한 위치를 변위 가능하게 되어 있고, 상기 압력 센서가 상기 히터엘리먼트의 변위에 의해 상기 기통 내의 압력을 수용할 수 있도록 된 압력 센서 일체형 글로 플러그에 있어서, 상기 가요 부재보다도 선단측의 상기 하우징과 상기 히터엘리먼트의 간극에 산화 촉매 성분을 담지시킨 내열성 화이버 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그가 제공되어, 상기한 문제를 해결할 수 있다.

즉, 본 발명의 압력 센서 일체형 글로 플러그에 의하면, 하우징과 히터엘리먼트 사이로의 카본이나 SOF의 침입이 저지되는 동시에, 화이버 부재에 부착된 카본이나 SOF를 화이버 표면에 담지되어 있는 촉매 성분에 의해 산화, 분해시킬 수 있다. 이 때, 화이버 부재에 촉매를 담지시키는 것으로 하고 있기 때문에, 촉매를 담지시키는 표면적을 크게 확보할 수 있어, 촉매 활성을 높일 수 있고, 효율적으로 카본이나 SOF를 분해시킬 수 있다. 따라서, 히터엘리먼트가 하우징에 구속되는 것을 장기간에 걸쳐 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 압력 센서 일체형 글로 플러그에 있어서, 상기 내열성 화이버 부재가 세라믹 화이버에 산화 촉매 성분을 담지시킨 것이 바람직하다.

이와 같이 세라믹 화이버를 사용하여 내열성 화이버 부재를 구성함으로써, 세라믹 재료가 갖는 보온성에 의해 촉매 활성을 향상시켜, 카본이나 SOF의 산화, 분해를 보다 효과적으로 하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 압력 센서 일체형 글로 플러그에 있어서, 상기 내열성 화이버 부재가 상기 하우징과 상기 히터엘리먼트의 간극보다도 더 상기 하우징 외부로 비어져 나와 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 내열성 화이버 부재를 배치함으로써, 내연 기관의 삽입 구멍과 히터엘리먼트 사이로 침입한 카본이나 SOF를 산화, 분해하여, 이들이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 압력 센서 일체형 글로 플러그의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 압력 센서 일체형 글로 플러그의 부분 확대도이다.
도 3은 압력 센서 일체형 글로 플러그의 변형예를 도시하는 부분 확대도이다.

이하, 본 발명에 따르는 압력 센서 일체형 글로 플러그에 관한 실시형태에 관해서, 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다.

한편, 각각의 도면 중에 있어서 동일한 부호가 붙여져 있는 것은 특별히 설명이 없는 한 동일한 구성 요소를 나타내고 있으며, 적절히 설명이 생략되어 있다.

1. 글로 플러그의 기본적 구성

도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 압력 센서 일체형 글로 플러그(이하, 간단하게「글로 플러그」라고 칭한다.)(1)의 단면도이다.

도 1에 도시하는 글로 플러그(1)는 시스형 글로 플러그로서 구성된 것으로서, 예를 들면, 디젤 엔진 등의 자기 착화형 내연 기관에 사용되는 글로 플러그(1)로서 구성되어 있다.

이 글로 플러그(1)는 로드상의 히터엘리먼트(2)를 가지고 있으며, 히터엘리먼트(2)는 예연소형의 내연 기관인 경우에는 예연소실에 삽입되고, 직분(直噴)형의 내연 기관인 경우에는 내연 기관의 연소실에 삽입되어, 고정된다. 히터엘리먼트(2)는 금속제 또는 세라믹제의 히터엘리먼트(2)로서 구성할 수 있다. 단, 히터엘리먼트(2)는 다른 구성의 것이라도 상관없다.

글로 플러그(1)는 하우징(3)을 가지고 있다. 이 하우징(3)은 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 하우징(3)은 동심상의 관통 구멍을 가지고 있고, 히터엘리먼트(2)의 후단측은 부분적으로 하우징(3)의 내부에 배치되고, 하우징(3)의 선단측에 형성된 개구(4)의 개소에서 하우징(3)으로부터 내연 기관의 연소실 등의 내부로 돌출 가능하게 되어 있다. 또한, 하우징(3)은 숫나사산(5)을 가지고 있으며, 이 숫나사산(5)에 의해, 글로 플러그(1)는 내연 기관의 하우징에 형성된 삽입 구멍 내에 돌려 넣기 가능하게 되어 있다. 이 때, 원추상 씰(6)에 의해, 내연 기관에 형성된 삽입 구멍 내에서 글로 플러그(1)는 기밀하게 끼워 넣어져 있다.

본 실시형태에 있어서 사용되고 있는 로드상의 히터엘리먼트(2)는 발열체(7)와 지지관(8)을 가지고 있다. 지지관(8)은 발열체(7)의 외주면(9)에 접하고 있고, 발열체(7)에 결합되어 있다. 지지관(8)의 외면(10)은 동시에 히터엘리먼트(2)의 외면(10)도 형성하고 있다.

글로 플러그(1)에 형성된 동심상의 관통 구멍은 가요 부재로서의 강철 다이어프램(15)에 의해 내실(16)과 씰실(17)로 분할되어 있다. 강철 다이어프램(15)은 한쪽에서는 하우징(3)에, 다른쪽에서는 원통 환상부(18)에 있어서 히터엘리먼트(2)의 지지관(8)에 각각 결합되어 있다. 강철 다이어프램(15)은 기부(基部)(19)를 가지고 있고, 이 기부(19)는, 히터엘리먼트(2)가 글로 플러그(1)의 하우징(3)의 축선(20) 방향에 있어서, 하우징(3)에 대해 상대적으로 이동 가능해지도록 가요성을 가지고 형성되어 있다.

내실(16)에는 압력 센서(21)가 배치되어 있다. 이 압력 센서(21)는 예를 들면 압전식의 센서 소자로서 구성할 수 있다. 이 압전식의 센서 소자는 기계적인 부하를 수용하면 전하를 발생시키고, 이 전하는 압력 센서(21)의 콘택트 영역(22, 23)에 있어서 검출 가능하게 되어 있다. 검출된 전하는 전기 배선(24, 25)에 의해 글로 플러그(1)의 하우징(3)으로부터 도출된다. 압력 센서(21)는 연소실 등에서 먼측의 글로 플러그(1)의 단부(26)측에 있어서 하우징(3)에 결합된 슬리브(27)로 지지되어 있다. 다른쪽에 있어서, 압력 센서(21)는 힘 전달 슬리브(28)를 개재하여 히터엘리면트(2)에 결합되어 있다. 이 경우, 히터엘리먼트(2)는 주로 그 지지관(8) 부분에서 힘 전달 슬리브(28)로 지지되어 있다.

글로 플러그(1)가 설치된 상태에서는, 내연 기관의 연소실 등의 내부 압력에 기초하여, 히터엘리먼트(2)에 작용하는 힘이 발생한다. 이 힘은 축 방향(29)에서, 즉 축선(20)을 따른 방향에서, 히터엘리먼트(2)에 작용한다. 이 힘은 화살표(30, 31, 32)에 의해 나타낸 힘 전달 경로를 따라 압력 센서(21)로 전달된다. 이 압력 센서(21)는 전달된 힘에 따라 전기 배선(24, 25)을 개재하여 검출 신호를 도출하고, 이 검출 신호로부터 연소실 등에 형성된 압력이 측정된다. 연소실 등의 내부에 발생한 압력을 정밀하게 측정하기 위해서는, 히터엘리먼트(2) 및 힘 전달 슬리브(28)가 하우징(3)에 구속되지 않고, 축 방향(29)에 있어서 자유롭게 이동할 수 있는 상태를 확보하는 것이 필요해진다. 이 경우, 압력 센서(21)의 검출 신호에 기초하여 압력을 측정할 때에는, 예를 들면 강철 다이어프램(15)의 탄성력에 의해 발생하는 압력 센서(21)로 전달되는 힘에 대한 영향이라면, 미리 고려할 수 있다.

단, 글로 플러그(1)의 작동시에 발생하는 오염의 영향, 특히 선단측의 개구(4) 근방에서 발생하는 오염은 그 양 및 영향에 관해서 미리 고려하는 것은 곤란하기 때문에, 이러한 오염은 연소실 등에 발생한 압력의 오측정을 초래하는 큰 원인이 될 수 있다. 특히, 연소실 등의 내부 압력에 의해 발생한 힘의 일부가 단부측의 개구(4) 근방에 있어서 오염에 의해 퇴적된 이물의 영향에 의해 원추상 씰(6)의 영역에서 하우징(3)으로 전달되어 버리고, 그 결과, 실제로 압력 센서(21)에 작용하는 힘이 감소될 우려가 있다. 이것에 의해, 연소실 등의 내부에 발생한 압력의 검출 정밀도의 저하를 초래한다.

이러한 문제를 회피하기 위해, 본 실시형태에 따르는 글로 플러그(1)에 있어서는 씰실(17) 내에 내열성 화이버 부재(35)가 배치되어 있다. 이하, 도 2에 기초하여, 씰실(17)의 구성 및 내열성 화이버 부재(35)의 특성 및 작용에 관해서 상세하게 설명한다.

도 2에는 도 1에 2점 쇄선으로 나타낸 영역(II)이 상세하게 도시되어 있다. 강철 다이어프램(15)의 기부(19)는 환상의 면(40)을 가지고 있으며, 이 환상의 면(40)은 하우징(3)에 결합되어 있다. 또한, 강철 다이어프램(15)의 기부(19)는 다른 환상의 면(41)을 가지고 있으며, 이 환상의 면(41)은 환상의 면(40)과는 역방향으로 향해지고 있고, 하우징(3)의 원추상 씰(6)에 결합되어 있다. 또한, 강철 다이어프램(15)의 원통 환상부(18)의 내면(42)은 지지관(8)의 외면(10)에 접합되어 있고, 이 경우, 강철 다이어프램(15)과 지지관(8)은, 내면(42)의 범위에 있어서, 예를 들면 레이저 용접에 의해 결합되어 있다. 이것에 의해, 씰실(17)과 내실(16) 사이의 신뢰성이 양호한 씰성이 확보되고 있다.

히터엘리먼트(2)로부터 힘 전달 슬리브(28)로의 힘의 전달을 양호한 것으로 하기 위해, 지지관(8)에 있어서의 힘 전달 슬리브(28) 근처 영역(43)의 두께가 힘 전달 슬리브(28)의 두께에 적합하고, 이 경우, 지지관(8) 영역(43)의 범위에서는 다른 범위보다도 큰 두께로 형성되어 있다.

원추상 씰(6)이 위치하는 영역에 있어서, 하우징(3)과 히터엘리먼트(2)의 외면(10) 사이에는 환상 갭(44)이 형성되어 있다. 이 환상 갭(44)은 단부측의 개구(4)를 형성하고 있다. 환상 갭(44)은 축선(20)을 따른 방향에 있어서의 히터엘리먼트(2)의 이동을 가능하게 하고 있다. 단, 히터엘리먼트(2)는 강철 다이어프램(15)이 갖는 탄성력의 작용을 받도록 되어 있다. 이 경우, 강철 다이어프램(15)에 의해 발생하고, 지지관(8)을 개재하여 히터엘리먼트(2)에 작용하는 탄성력은 미리 측정되어, 연소실 등의 내부에 발생한 압력 측정시에는 이 탄성력을 고려할 수 있다.

또한, 씰실(17)에는 내열성 화이버 부재(35)가 구비되어 있다. 이 내열성 화이버 부재(35)는 환상 갭(44)에도 충전되어 있다. 내열성 화이버 부재(35)는, 예를 들면, 세라믹 화이버나 석영 화이버 등의 내열성이 높은 화이버에 대해, 산화능이 높은 공지의 촉매 성분을 담지시킨 부재로 이루어져 있다. 내열성 화이버 부재(35)는 내열성 화이버에 직접 촉매 재료를 담지시킨 것으로 할 수 있거나, 또는, 내열성 화이버에 촉매 재료가 담지된 면적이 큰 세라믹 입자 등을 보유시킨 것으로 할 수 있다. 또한, 이 내열성 화이버 부재(35)는 성형되어 있지 않은 재료를 씰실(27)이나 환상 갭(44)에 충전하도록 되어 있어도 좋고, 미리 씰실(17)이나 환상 갭(44)의 형상에 따라 성형하여 장착하도록 되어 있어도 좋다.

내열성이 높은 화이버는 결정질 화이버, 비정질 화이버, 미네랄울, 글라스 화이버 등의 공지의 내열성이 높은 무기질 재료로부터 선택되는 것이며, 프리폼된 것이라도 좋다. 또한, 촉매 성분은 1종 또는 2종 이상의 귀금속을 포함하여 구성할 수 있다. 또는, 귀금속을 구성 원소로 하는 금속 산화물로 이루어지는 촉매 재료를 사용할 수도 있다.

이 내열성 화이버 부재(35)가 설치되어 있음으로써, 하우징(3)과 히터엘리먼트(2) 사이로 미연소물인 카본이나 SOF가 침입하는 것을 물리적으로 저지할 수 있다. 또한, 내열성 화이버 부재(35)에 부착된 카본 등에 관해서는, 담지되어 있는 촉매 성분에 의해 산화, 분해되어, 가스상이 되어, 고체 성분이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 내열성 화이버 부재(35)는 화이버 위에 촉매 성분을 담지시키고 있기 때문에, 촉매가 담지된 표면적이 커져 있어, 촉매 활성을 보다 높게 할 수 있다.

또한, 특히, 촉매 성분을 담지시키는 화이버를 세라믹 화이버나 석영 화이버로 하면, 그 보온 효과에 의해, 히터엘리먼트(2)가 발생시키는 열을 이용하여 촉매 활성이 보다 높아지고, 카본이나 SOF를 효과적으로 산화, 분해시킬 수 있다.

또한, 내열성 화이버 부재(35)는 화이버를 이용한 것이기 때문에, 충전 밀도가 낮게 억제되어, 히터엘리먼트(2)를 구속할 우려가 없으며, 히터엘리먼트(2)가 받은 압력을 효율적으로 압력 센서(21)에 전달할 수 있다. 또한, 내열성 씰재(35)는 강철 다이어프램(15)의 보호, 특히 강철 다이어프램(15)의 부식을 저감시킨다는 기능도 가지고 있다.

한편, 상기한 실시형태에 있어서, 내열성 화이버 부재(35)를 하우징(3)과 히터엘리먼트(2)의 간극으로부터 비어져 나온 상태에서 설치해도 좋다. 내열성 화이버 부재(35)를 이와 같이 배치한 경우에는, 내연 기관의 하우징에 형성된 삽입 구멍과 히터엘리먼트(2)의 간극에 침입한 카본이나 SOF 등을 산화, 분해하여, 이들이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.

2. 변형예

도 3은 가요 부재로서, 강철 다이어프램 대신 벨로즈를 사용한 글로 플러그의 예의 확대도를 도시하고 있다.

이 글로 플러그의 예에 있어서, 히터엘리먼트(52)에는 벨로즈(68)가 결합되고, 벨로즈(68)는 그 일단측에 있어서 하우징(53)에 고정되어 있다. 히터엘리먼트(52)는 하우징(53) 내에서 축 방향으로 부드럽게 이동 가능하게 되어 있다. 이 벨로즈(68)는 바람직하게는 금속 재료에 의해 형성되고, 벨로즈(68)와 히터엘리먼트(52)의 결합은, 예를 들면, 레이저 용접이나 크림핑, 스웨이징, 땜납, 압입 등의 방법에 의해 행해진다.

이 변형예의 글로 플러그에 있어서도, 하우징(53)은 선단부에 원통상 씰(56)을 구비하고, 당해 원통상 씰(56)의 선단부 영역에 있어서, 하우징(53)과 히터엘리먼트(52) 사이에는 환상 갭(64)이 형성되어 있다. 이 환상 갭(64)은 단부측의 개구를 형성하고 있다. 이 환상 갭을 포함하는, 원통상 씰(56) 내부의 선단측에는 내열성 화이버 부재(65)가 구비되어 있다.

이와 같이, 히터엘리먼트(52)를 보유하는 가요 부재로서 벨로즈(68)를 사용하는 경우라도, 선단측의 하우징(53)과 히터엘리먼트(52)의 간극에 산화 촉매 성분을 담지시킨 내열성 화이버 부재(65)를 구비함으로써, 상기한 실시형태의 글로 플러그와 같은 효과를 얻을 수 있다.

Claims

내연 기관의 기통 내에 삽입되어 사용되는 압력 센서 일체형 글로 플러그로서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 선단을 돌출시켜 보유된 로드상의 히터엘리먼트와, 압력 센서를 구비하고, 상기 히터엘리먼트가 가요 부재에 의해 상기 하우징에 보유되어 상기 하우징에 대한 위치를 변위 가능하게 되어 있고, 상기 압력 센서가 상기 히터엘리먼트의 변위에 의해 상기 기통 내의 압력을 수용할 수 있도록 된 압력 센서 일체형 글로 플러그에 있어서,
상기 가요 부재보다도 선단측의 상기 하우징과 상기 히터엘리먼트의 간극에, 산화 촉매 성분을 담지시킨 내열성 화이버 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그.
제 1 항에 있어서, 상기 내열성 화이버 부재가 세라믹 화이버에 산화 촉매 성분을 담지시킨 것인 것을 특징으로 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내열성 화이버 부재가 상기 하우징과 상기 히터엘리먼트의 간극보다도 더 상기 하우징 외부로 비어져 나와 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 일체형 글로 플러그.