JP2009520942A - シース型グロープラグ - Google Patents

Abstract

シース型グロープラグ（１）は、内燃機関の室内に配置するために使用される。シース型グロープラグ（１）は、ハウジング（３）と、このハウジング（３）から部分的に突出した棒状の加熱エレメント（２）と、ハウジング（３）の内室（９）に配置された圧力センサ（２０）とを有している。この場合、この圧力センサ（２０）を所定のプリロードで負荷するプリロードスリーブ（３２）が設けられている。

Description

背景技術
本発明は、内燃機関の室内に配置するためのシース型グロープラグであって、ハウジングと、該ハウジングから部分的に突出した棒状の加熱エレメントと、ハウジングの内室に配置された圧力センサとが設けられており、該圧力センサが、一方で、棒状の加熱エレメントに少なくとも間接的に作用結合されており、これによって、加熱エレメントの、室内に形成された圧力に基づき生ぜしめられる負荷が、室内に形成された圧力を測定するために検出されるようになっており、圧力センサが、他方で、ハウジングに結合された位置固定エレメントに少なくとも間接的に支持されている形式のものに関する。特に本発明は、空気圧縮型の自己着火式の内燃機関の予燃焼室、渦流室または主燃焼室内に配置するためのシース型グロープラグに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４３５２１号明細書に基づき、ディーゼル機関に用いられる圧力測定グロープラグが公知である。この公知の圧力測定グロープラグは、プラグボディと、このプラグボディ内に配置された加熱棒とを有している。さらに、この加熱棒とプラグボディとの間には、圧力センサが配置されている。この場合、この圧力センサには、シリンダの燃焼室内の圧力によって影響が与えられる。この圧力は加熱棒から伝達される。さらに、ダイヤフラムが設けられている。このダイヤフラムは圧力センサを燃焼室に対してシーリングする。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４３５２１号明細書に基づき公知の圧力測定グロープラグは、ダイヤフラムが、シリンダ内への圧力測定グロープラグの組付け時に、必要となる組付け力に基づき著しい負荷にさらされているという欠点を有している。これによって、ダイヤフラムの損傷が生ぜしめられ得る。さらに、ダイヤフラムが加熱棒と圧力センサとの間の力伝達路に位置しており、これによって、圧力測定が損なわれる。公知の圧力測定グロープラグの更なる欠点は、圧力測定センサをプラグボディのシールコーンから大きな間隔を置いて配置することである。なぜならば、これによって、低い周波数の場合に圧力測定グロープラグの固有振動が促進されるからである。この固有振動は圧力の測定を悪化させるかまたは不可能にし、極端な事例では、圧力測定グロープラグの破壊も招く。

発明の開示
本発明のシース型グロープラグの構成によれば、一方で加熱エレメントに少なくとも間接的にかつ他方で位置固定エレメントに少なくとも間接的に結合されたプリロードエレメントが設けられており、該プリロードエレメントが、圧力センサを加熱エレメントと位置固定エレメントとを介して所定のプリロードで負荷するようになっている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、プリロードエレメントが、スリーブ状のプリロードエレメントとして形成されており、圧力センサが、スリーブ状のプリロードエレメントの内部に配置されている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、プリロードエレメントが、ハウジングのハウジング内壁に対して間隔を置いて配置されている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、少なくとも１つの補償エレメントが設けられており、プリロードエレメントが、補償エレメントを圧力センサと一緒に加熱エレメントと位置固定エレメントとを介してプリロードで負荷するようになっており、補償エレメントが、圧力センサの、当該シース型グロープラグの力伝達路の構成部材の熱的な長さ変化によって生ぜしめられる負荷を少なくとも部分的に補償するために働くようになっている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、加熱エレメントが、少なくとも補償エレメントを介して圧力センサに作用結合されている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、圧力センサが、少なくとも補償エレメントを介して位置固定エレメントに支持されている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、金属製の力伝達スリーブが設けられており、加熱エレメントが、少なくとも力伝達スリーブを介して圧力センサに作用結合されており、力伝達スリーブの内部に、該力伝達スリーブに結合された金属接続ピンが配置されており、該金属接続ピンが、赤熱電流線路に接続されていて、電気的なエネルギを加熱エレメントに供給するために働くようになっており、力伝達スリーブが、金属接続ピンに対して電気的に絶縁されている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、力伝達スリーブの内面が、電気的に絶縁性の絶縁層でコーティングされている。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、金属接続ピンと力伝達スリーブとの間に電気的に絶縁性のスリーブが設けられており、該スリーブが、金属接続ピンを力伝達スリーブに対して電気的に絶縁している。

本発明のシース型グロープラグの有利な構成によれば、金属ダイヤフラムが設けられており、該金属ダイヤフラムが、内室を内燃機関の室に対してシーリングするために、一方で加熱エレメントに少なくとも間接的にかつ他方でハウジングに少なくとも間接的に結合されている。

請求項１の特徴を備えた本発明によるシース型グロープラグは、圧力センサをある程度のプリロードで負荷することができるという利点を有している。これによって、特に加熱棒と圧力センサとの間の力伝達路に設けられた個々のエレメントの間の万が一のギャップを阻止することができ、これによって、室内に形成された圧力の確実な測定が可能となる。

有利には、プリロードエレメントが、スリーブ状のプリロードエレメントとして形成されており、圧力センサが、スリーブ状のプリロードエレメントの内部に配置されている。このスリーブ状のプリロードエレメントによって、加熱エレメントと燃焼ガスとによってハウジング内に到達した熱をスリーブ状のプリロードエレメントを介して位置固定エレメントに導出することができ、この位置固定エレメントからハウジングに導出することができる。これによって、圧力センサの温度が運転中にほぼコンスタントとなり、これによって、測定結果の、温度に起因した悪化が減少させられている。さらに、スリーブ状のプリロードエレメントの内部への圧力センサの配置によって、シース型グロープラグの、圧力センサを加熱エレメントの近傍に配置することができるコンパクトな構造が可能になる。

さらに、有利には、プリロードエレメントが、ハウジングのハウジング内壁に対して間隔を置いて配置されている。これによって、プリロードエレメントとハウジングとの間の接触が回避され、これによって、摩擦損失が阻止されている。さらに、こうして、プリロードエレメントによって設定されたプリロードに与えられる影響が阻止されている。

有利には、１つまたはそれ以上の補償エレメントが設けられており、この補償エレメントが、圧力センサと一緒にプリロードエレメントによって加熱エレメントと位置固定エレメントとを介してプリロードで負荷されており、補償エレメントが、圧力センサの、シース型グロープラグの力伝達路の構成部材の熱的な長さ変化によって生ぜしめられる負荷を補償するために働く。シース型グロープラグの力伝達路の構成部材は著しく異なる熱膨張係数を有するようになっており、これによって、温度変化が構成部材の著しい膨張差に繋がる。補償エレメントは、この膨張差を軸方向で補償するために働き、これによって、圧力測定への熱的な影響が減少させられるかまたは完全に解消される。この場合、補償は、主として、力伝達路に配置された構成部材、すなわち、プリロードエレメントと、圧力センサと一緒にプリロードエレメントによってプリロードで負荷される構成部材とに関する。この場合、補償エレメントは、有利には圧力センサと加熱エレメントとの間にかつ／または圧力センサと位置固定エレメントとの間に配置されている。

有利には、金属製の力伝達スリーブが設けられており、この力伝達スリーブが、圧力センサに作用結合されており、力伝達スリーブの内部に、この力伝達スリーブに結合された金属接続ピンが配置されており、この金属接続ピンが、赤熱電流線路に接続されていて、電気的なエネルギを加熱エレメントに供給するために働き、力伝達スリーブが、金属接続ピンに対して電気的に絶縁されている。これによって、シース型グロープラグの、圧力センサを加熱エレメントの近傍に配置することができるコンパクトな構造が可能になり、これによって、固有振動の周波数がより高い周波数範囲にシフトされている。さらに、容易に加工することができる廉価なエレメントの使用が可能になる。特に加工に手間がかかるセラミックス製の力伝達スリーブの代わりに、金属から成る力伝達スリーブを使用することができる。これによって、シース型グロープラグの部品コストを減少させることができる。

この場合、有利には、力伝達スリーブが、内面で、電気的に絶縁性の絶縁層によってコーティングされているかまたは内面に接触する電気的に絶縁性のスリーブが設けられている。この場合、電気的な絶縁は金属接続ピンに対して行われる。

さらに、有利には、内室を内燃機関の室に対してシーリングするために、金属ダイヤフラムが設けられており、この金属ダイヤフラムが、一方で加熱エレメントにかつ他方でハウジングに結合されている。この場合、金属ダイヤフラムは、シース型グロープラグの組み付けられた状態で、組付け力とプリロード力との総和に対して、プリロード力の分だけ機械的に部分負荷軽減されている。金属ダイヤフラムの、プリロード力によって生ぜしめられる負荷の減少によって、金属ダイヤフラムのフレキシブルな、特に弾性的な構成が可能となり、これによって、圧力の測定が十分な精度で保証される。この場合、同時に金属ダイヤフラムの損傷が阻止されている。

本発明の有利な実施例を添付の図面に基づく以下の説明において詳しく説明する。

実施例の説明
図１には、シース型グロープラグ１の第１の実施例が軸方向の断面図で示してある。このシース型グロープラグ１は、特に空気圧縮型の自己着火式の内燃機関に用いられるシース型グロープラグ１として形成されていてよい。このシース型グロープラグ１の棒状の加熱エレメント２は、予燃焼室式機関および渦流室式機関の場合には、内燃機関の副室内に突入していて、直接噴射を伴う機関の場合には、機関の主燃焼室内に突入している。しかし、本発明によるシース型グロープラグ１は別の使用事例にも適している。

シース型グロープラグ１はハウジング３を有している。このハウジング３はシールコーン４を有している。この場合、棒状の加熱エレメント２はシールコーン４の室側の開口５でハウジング３から内燃機関の室内に突入している。棒状の加熱エレメント２は、セラミックス製の加熱体６と、支持体７とを有している。この支持体７はセラミックス製の加熱体６を少なくとも部分的に周方向で取り囲んでいる。シールコーン４とハウジング３の残りの部分との間には、金属ダイヤフラム８が設けられている。この金属ダイヤフラム８は、特に鋼ダイヤフラム８として形成されていてよい。この場合、金属ダイヤフラム８は、一方で加熱エレメント２の支持体７に結合されていて、他方でハウジング３に結合されており、これによって、シース型グロープラグ１の内室９が内燃機関の室に対してシーリングされる。したがって、内室９はハウジング３の同心的な貫通孔の一部を成している。

内燃機関の室内に形成された圧力によって、軸方向１０、すなわち、ハウジング３の軸線１１の方向への加熱エレメント２の負荷が達成される。この場合に加熱エレメント２に作用する力は、支持体７の、この支持体７が、拡径された直径を有するつば１５と、力伝達スリーブ１６と、補償エレメント１７とを介して圧力センサ２０に伝達される。この場合、この圧力センサ２０は、補償エレメント１８と絶縁板１９とを介して位置固定エレメント２５に支持されている。力伝達スリーブ１６は段付き孔を有しており、これによって、金属接続ピン２６に対する支持が保証される。この金属接続ピン２６は黒鉛充填部２７を介してセラミックス製の加熱体６のセラミックス製の層に電気的にコンタクティングされている。金属接続ピン２６は、少なくとも部分的にフレキシブルに形成された赤熱電流線路２８を介して供給電圧で負荷可能となる。さらに、支持管７は金属ダイヤフラム８を介してシース型グロープラグ１のハウジング３に結合されており、これによって、電流回路が閉じられる。

圧力センサ２０は環状のコンタクトエレメント２１，２２を有している。このコンタクトエレメント２１，２２は測定線路３０，３１に接続されている。有利には金属製の位置固定エレメント２５は溶接結合部２９またはこれに類するものによってハウジング３に結合されている。この場合、絶縁板１９は、環状のコンタクトエレメント２２に接続された導電性の補償エレメント１８に対する絶縁を保証している。

室内に形成された圧力での加熱エレメント２の負荷時には、圧力センサ２０の、たとえば圧電式の部分が測定電荷を発生させる。この測定電荷は、ハウジング３から適切な評価回路に案内された測定線路３０，３１によって測定可能となる。

さらに、シース型グロープラグ１はスリーブ状のプリロードエレメント３２、すなわち、プリロードスリーブ３２を有している。このプリロードスリーブ３２は、一方で加熱エレメント２の支持体７のつば１５に結合されていて、他方で位置固定エレメント２５に結合されている。この場合、プリロードスリーブ３２は、内室９を半径方向で仕切るハウジング内壁３３に対して間隔を置いて配置されており、これによって、ハウジング３との機械的な接触が回避される。補償エレメント１７，１８は、シース型グロープラグ１の力伝達路の構成部材の、温度に起因した膨張を補償する。この膨張は圧力センサ２０による圧力測定に影響を与える。特に力伝達スリーブ１６と、プリロードスリーブ３２と、位置固定エレメント２５と、絶縁板１９と、圧力センサ２０との膨張が補償される。これによって、圧力センサ２０による異なる温度の場合の圧力測定の高い信頼性が達成される。

プリロードスリーブ３２は、圧力センサ２０と、加熱エレメント２の支持体７のつば１５と位置固定エレメント２５との間に設けられた構成部材、すなわち、力伝達スリーブ１６と、補償エレメント１７，１８と、絶縁板１９とに、常温で、たとえば３００Ｎ〜５００Ｎであるプリロード力で予備荷重を加える。この場合、プリロードは、極端な使用温度、たとえば−４０℃の場合でも、ある程度のプリロードが付与されているように選択されている。このプリロードによって、支持体７のつば１５と位置固定エレメント２５との間の構成部材相互のギャップなしの接触が保証され、これによって、圧力の測定時のヒステリシス効果が阻止されている。さらに、金属ダイヤフラム８がすでに組付け力で負荷されている組み付けられたシース型グロープラグ１では、プリロード力での金属ダイヤフラム８の付加的な負荷が回避される。これによって、シース型グロープラグ１の組み付けられた状態で、金属ダイヤフラム８が組付け力とプリロード力との総和で負荷されている事例に比べて、プリロードの分だけ金属ダイヤフラム８の負荷軽減が得られる。これによって、金属ダイヤフラム８をフレキシブルに、特に肉薄にひいては弾性的に設計することができる。これによって、圧力の測定への金属ダイヤフラム８の影響が減少させられている。さらに、圧力センサ２０の、規定されたプリロードが達成され、これによって、測定線路３０，３１を介して伝送された測定信号の評価時に、センサ特性線におけるある程度の出発点から出発することができる。

力伝達スリーブ１６は、有利にはセラミックスから形成されており、これによって、金属接続ピン２６が、有利には金属または金属合金から成るプリロードスリーブ３２に対して絶縁される。

力伝達スリーブ１６と、補償エレメント１７，１８と、位置固定エレメント２５とのスリーブ状の構成と、圧力センサ２０と、絶縁板１９との環状の構成とによって、これらの構成部材を十分にプリロードスリーブ３２の内部に配置することができ、同時に測定線路３０，３１と赤熱電流線路２８とを軸線１１の近傍で内室９を通して圧力センサ２０もしくは金属接続ピン２６に案内することができる。したがって、シース型グロープラグ１のコンパクトな構造が可能となる。これによって、プリロードスリーブ３２と、つば１５と、力伝達スリーブ１６と、補償エレメント１７，１８と、圧力センサ２０と、絶縁板１９と、位置固定エレメント２５とを有していて、少なくともほぼシールコーン４から、位置固定エレメント２５がハウジング３に結合されている固定箇所３５にまで達する圧力測定モジュール３６の長さ３４を減少させることができ、これによって、圧力測定モジュール３６の固有周波数がより高い周波数にシフトされる。これによって、圧力測定モジュール３６の固有振動によって圧力測定に与えられる影響が、迅速に運転される内燃機関の場合でも阻止されるかまたは少なくとも減少させられる。

図２には、本発明の第２の実施例によるシース型グロープラグ１が示してある。この場合、すでに説明したエレメントは、合致する符号を備えている。これによって、繰返しの説明を避ける。

この実施例では、棒状の加熱エレメント２の支持管７が、室から遠い方の端部において、拡径された直径を備えた区分４０で形成されている。さらに、絶縁体４１が設けられている。この絶縁体４１は力伝達スリーブ１６の内部に設けられている。この力伝達スリーブ１６は、セラミックス製の加熱体６の、絶縁体４１によって取り囲まれた、室から遠い方の部分を部分的に取り囲んでいて、軸方向で支持管７の区分４０に支持されている。絶縁体４１は電気的に絶縁性の絶縁層によって形成されていてよい。この絶縁層によって、力伝達スリーブ１６の内面が少なくとも部分的にコーティングされている。絶縁体４１は、電気的に絶縁性の材料から成るスリーブによって形成されていてもよい。このスリーブは少なくとも部分的に力伝達スリーブ１６内に押し込まれている。この場合、絶縁体４１の外径は力伝達スリーブ１６の内径に適合されている。プリロードスリーブ３２は区分４０で支持体７に結合されている。第２の実施例の力伝達スリーブ１６は、有利には金属または金属合金から形成されていて、段部なしに形成されていてよい。これによって、プリロードスリーブ３２の、熱に起因した膨張を、力伝達スリーブ１６の、相応に設定された同方向の膨張によって完全にまたは大部分補償することができる。これによって、補償エレメント１７，１８を、図１に示した実施例に比べて省略することができる。このことは、圧力測定モジュール３６の長さ３４を一層減少させることができ、これによって、圧力測定モジュール３６の固有周波数がさらに一層より高い周波数にシフトされているという利点を有している。さらに、金属製の力伝達スリーブ１６の構成が、図１に示したような、段付き孔を備えたセラミックス製の力伝達スリーブ１６よりも著しく廉価となる。この事例では、電気的な絶縁が絶縁体４１と絶縁板１９，２３とによって保証されている。

したがって、圧力測定モジュール３６の構成部材の材料の適切な選択によって、補償エレメント１７，１８を省略することができ、圧力測定モジュール３６の短い長さ３４と、ギャップの個数の減少と、コスト削減とを達成することができることも可能となる。

本発明は、説明した実施例に限定されていない。

本発明によるシース型グロープラグの第１の実施例の概略的な断面図である。 本発明によるシース型グロープラグの第２の実施例の概略的な断面図である。

符号の説明

１ シース型グロープラグ、 ２ 加熱エレメント、 ３ ハウジング、 ４ シールコーン、 ５ 開口、 ６ 加熱体、 ７ 支持体、 ８ 金属ダイヤフラム、 ９ 内室、 １０ 軸方向、 １１ 軸線、 １５ つば、 １６ 力伝達スリーブ、 １７ 補償エレメント、 １８ 補償エレメント、 １９ 絶縁板、 ２０ 圧力センサ、 ２１ コンタクトエレメント、 ２２ コンタクトエレメント、 ２３ 絶縁板、 ２５ 位置固定エレメント、 ２６ 金属接続ピン、 ２７ 黒鉛充填部、 ２８ 赤熱電流線路、 ２９ 溶接結合部、 ３０ 測定線路、 ３１ 測定線路、 ３２ プリロードスリーブ、 ３３ ハウジング内壁、 ３４ 長さ、 ３５ 固定箇所、 ３６ 圧力測定モジュール、 ４０ 区分、 ４１ 絶縁体

Claims (10)

1. 内燃機関の室内に配置するためのシース型グロープラグ（１）であって、ハウジング（３）と、該ハウジング（３）から部分的に突出した棒状の加熱エレメント（２）と、ハウジング（３）の内室（９）に配置された圧力センサ（２０）とが設けられており、該圧力センサ（２０）が、一方で、棒状の加熱エレメント（２）に少なくとも間接的に作用結合されており、これによって、加熱エレメント（２）の、室内に形成された圧力に基づき生ぜしめられる負荷が、室内に形成された圧力を測定するために検出されるようになっており、圧力センサ（２０）が、他方で、ハウジング（３）に結合された位置固定エレメント（２５）に少なくとも間接的に支持されている形式のものにおいて、
   一方で加熱エレメント（２）に少なくとも間接的にかつ他方で位置固定エレメント（２５）に少なくとも間接的に結合されたプリロードエレメント（３２）が設けられており、該プリロードエレメント（３２）が、圧力センサ（２０）を加熱エレメント（２）と位置固定エレメント（２５）とを介して所定のプリロードで負荷するようになっていることを特徴とする、内燃機関の室内に配置するためのシース型グロープラグ。
2. プリロードエレメント（３２）が、スリーブ状のプリロードエレメント（３２）として形成されており、圧力センサ（２０）が、スリーブ状のプリロードエレメント（３２）の内部に配置されている、請求項１記載のシース型グロープラグ。
3. プリロードエレメント（３２）が、ハウジング（３）のハウジング内壁に対して間隔を置いて配置されている、請求項２記載のシース型グロープラグ。
4. 少なくとも１つの補償エレメント（１７，１８）が設けられており、プリロードエレメント（３２）が、補償エレメント（１７，１８）を圧力センサ（２０）と一緒に加熱エレメント（２）と位置固定エレメント（２５）とを介してプリロードで負荷するようになっており、補償エレメント（１７，１８）が、圧力センサ（２０）の、当該シース型グロープラグ（１）の力伝達路の構成部材の熱的な長さ変化によって生ぜしめられる負荷を少なくとも部分的に補償するために働くようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシース型グロープラグ。
5. 加熱エレメント（２）が、少なくとも補償エレメント（１７）を介して圧力センサ（２０）に作用結合されている、請求項４記載のシース型グロープラグ。
6. 圧力センサ（２０）が、少なくとも補償エレメント（１８）を介して位置固定エレメント（２５）に支持されている、請求項４記載のシース型グロープラグ。
7. 金属製の力伝達スリーブ（１６）が設けられており、加熱エレメント（２）が、少なくとも力伝達スリーブ（１６）を介して圧力センサ（２０）に作用結合されており、力伝達スリーブ（１６）の内部に、該力伝達スリーブ（１６）に結合された金属接続ピン（２６）が配置されており、該金属接続ピン（２６）が、赤熱電流線路（２８）に接続されていて、電気的なエネルギを加熱エレメント（２）に供給するために働くようになっており、力伝達スリーブ（１６）が、金属接続ピン（２６）に対して電気的に絶縁されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシース型グロープラグ。
8. 力伝達スリーブ（１６）の内面が、電気的に絶縁性の絶縁層（４１）でコーティングされている、請求項７記載のシース型グロープラグ。
9. 金属接続ピン（２６）と力伝達スリーブ（１６）との間に電気的に絶縁性のスリーブ（４１）が設けられており、該スリーブ（４１）が、金属接続ピン（２６）を力伝達スリーブ（１６）に対して電気的に絶縁している、請求項７記載のシース型グロープラグ。
10. 金属ダイヤフラム（８）が設けられており、該金属ダイヤフラム（８）が、内室（９）を内燃機関の室に対してシーリングするために、一方で加熱エレメント（２）に少なくとも間接的にかつ他方でハウジング（３）に少なくとも間接的に結合されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のシース型グロープラグ。

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