JP5069219B2 - 一体化された圧力センサを備えたグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、一体化された圧力センサを備えたグロープラグに関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいて、各シリンダは、特にエンジンを始動させるときに対応する燃焼室の内部を加熱するためのグロープラグを有する。このグロープラグは、エンジンのシリンダヘッドを貫通したねじ穴に配置されている。したがって、このグロープラグは、シリンダヘッドの対応するボアに嵌合させられるねじ山付ボディと、予熱電極が収容されたフィンガとを有する。

このようなグロープラグに圧力センサを組み込むことも知られている。実際には、各シリンダ内の圧力の値を知ることはエンジンにおける燃焼の進行の制御を改良することを可能にすることが分かっている。この情報は次に各シリンダへの燃料噴射を調整するために使用される。この形式では、エンジンからの汚染物質の排出を低減し、燃料消費量を最適化することができる。

一体化された圧力センサを備えた従来のグロープラグにおいては、圧力センサは、グロープラグヘッドと呼ばれるグロープラグのボディの部分に収容されているか又はグロープラグヘッドに取り付けられている。グロープラグヘッドは、シリンダの外側に位置するグロープラグのボディの部分である。欧州特許第１０９６１４１号明細書は、例えば１つのこのようなグロープラグを開示している。

これらのグロープラグにおいて、エンジンの対応するシリンダにおける圧力を、エンジンの外側か、グロープラグヘッド内か又はグロープラグヘッド上に配置された圧力センサに伝達する必要がある。シリンダに配置されたグロープラグのフィンガに加えられる力が圧力センサに再伝達されるようになっている様々なアセンブリが記載されている。様々な機械的部材が圧力センサとグロープラグのフィンガとの間に挿入されている。これらの様々な介在する部材は、行われる測定に影響する。

さらに、このようなグロープラグの圧力センサは、その位置のために、外部振動をも受ける。シリンダヘッドにおける応力も、このようなグロープラグの圧力センサによって行われる測定に干渉するおそれがある。

したがって、従来のグロープラグは、グロープラグを組み立てるときに精密な機械的な嵌め合いを必要とし、このことが高い単位原価を生じるという欠点を有している。さらに、機械的な組立てに注意が払われるにもかかわらず、望ましくない力が、圧力センサによって行われる測定に干渉する。

したがって、本発明の目的は、内燃機関のシリンダ内の圧力をできるだけ正確に測定するように、一体化された圧力センサを備えたグロープラグを提供することである。提案されたソリューションは好適には、従来技術の公知のソリューションと比較して付加的なコストを生じない。

このために、本発明は、一方の端部においてグロープラグヘッド及び、ボアに固定するための手段を有する固定領域、を有する管状ボディと、グロープラグヘッドとは反対側の端部においてグロープラグのボディに取り付けられたフィンガと、対応するシリンダから、シールされた形式で隔離された圧力センサとを含む、内燃機関シリンダのためのグロープラグを提案する。

本発明によれば、フィンガは、弾性変形可能でかつシリンダ内に突入する管状領域に固定されており、圧力センサは、フィンガと、管状ボディの内部に固定された軸受部分との間に取り付けられている。

この形式において、圧力センサは、対応するシリンダ内の圧力が作用するフィンガのすぐ近くに配置されている。この新規の配置により、圧力センサによる測定はもはや、例えば対応するシリンダヘッドへのグロープラグの螺入によって生ぜしめられる望ましくない振動又は応力によって妨害されることがない。さらに、シリンダ内の圧力が作用するフィンガと、この圧力を測定するための圧力センサとの間に多数の機械的部品を正確に取り付ける必要がない。

圧力センサは、グロープラグのフィンガと直接に接触して取り付けられることができるが、圧力センサとフィンガとの間には中間部材が同様に取り付けられることができる。

管状領域の弾性の最大の利点を得るために、フィンガは好適には管状領域の自由端部に固定されている。

フィンガは、例えばリングによって末端領域にろう付けされている。

本発明によるグロープラグにおいて、軸受部分は、グロープラグボディに、好適には末端領域の近くに配置されている。したがって圧力センサは末端領域に存在し、グロープラグが取り付けられたシリンダヘッドにおいて発生する外乱によって全く影響されない。

本発明のグロープラグの１つの実施形態において、軸受部分はグロープラグの管状ボディの内部に溶接されている。

本発明によるグロープラグにおける圧力センサとして使用するのに、圧電センサが特に適している。

本発明は、前述のようなグロープラグを有する、内燃機関、特にディーゼルエンジンにも関する。

本発明の詳細及び利点は添付の概略的な図面を参照してなされた以下の説明からより明らかになるであろう。

図１は、本発明によるグロープラグの斜視図及び部分的な断面図である。

図２は、図１に示されたようなグロープラグに取り付けられる圧力センサの斜視図である。

図１は、ボディ２と、フィンガ４と、コア６と、圧力センサ８とを含むグロープラグを示している。

ボディ２は、複数の円筒状セグメントから成る管状の金属部材である。グロープラグヘッド１０と呼ばれる第１の端部において、グロープラグボディ２は、六角形の断面の外面を備えた掴み領域を有している。ボディ２のグロープラグヘッド１０に隣接した領域は、ねじ山１２を有している。ねじ山は、図１に示されたグロープラグを受容するためにエンジンのシリンダヘッドに形成された対応するボアと協働する。グロープラグヘッド１０の掴み領域は、グロープラグをエンジンにねじ込んだり、グロープラグをエンジンから緩め外したりするために使用される。

グロープラグボディ２の外面は、対応するシリンダヘッドに形成された相補的な形状のシートと協働するためのシーリングコーン１３を有している。ねじ山１２と、シーリングコーン１３によって生ぜしめられる軸受相互係合とは、グロープラグの優れた保持と、シリンダヘッドとグロープラグとの間の完全なシールとを提供する。したがって、ねじ山１２を含みかつシーリングコーン１３まで延びた固定領域がグロープラグボディ２に形成されている。

グロープラグヘッドとは反対の側において、グロープラグボディ２はフィンガ４を受容している。

ここで使用されるフィンガ４はセラミックフィンガである。セラミックフィンガは、グロープラグボディ２全体を貫通したコア６によって電流が供給される。コア、ひいてはフィンガを電流源に接続するために、フィンガ４とは反対側のコア６の端部には接続端子１４が設けられている。

図１の実施形態において、グロープラグヘッド１０とは反対側のグロープラグボディ２の端部に、セラミックフィンガ４が、リング１６によって取り付けられている。リング１６とグロープラグボディ２との集合体はシールされており、これらの２つの部材は互いに固定されている。同様に、フィンガ４は、リング１６に固定されるようにリング１６に組み付けられている。これらの組立は、例えばろう付けによって行われることができる。

図１に示されたように、グロープラグボディ２は、シーリングコーン１３を越えて突出した末端領域１７を有している。グロープラグが対応するシリンダヘッドに配置されている場合、この末端領域１７はエンジンの燃焼室内に配置される。この末端領域１７はグロープラグボディ２を延長させておりかつ円筒状である。リング１６はこの末端領域１７の自由端部に溶接されている。リング１６の（グロープラグボディ２の長手方向軸線に沿って測定された）高さは、末端領域１７の高さよりも著しく小さい。

図１に示したように、末端領域１７はボディ２と一体であることができる。ボディ２に取り付けられた別個の部材を有することも考えられる。この第２のソリューションは、例えば、ボディ２の残りの部分とは異なる、末端領域１７のための材料を選択することを可能にする。

図１において、圧力センサ８は、フィンガ４と軸受リング１８との間においてグロープラグのボディ２に組み込まれている。軸受リング１８は、例えば、ボディ２に固定されるようにグロープラグのボディ２の内部に溶接されている。リング１８は実質的にシーリングコーン１３の高さに設けられている。したがって、グロープラグがシリンダヘッドに取り付けられると、圧力センサ８は燃焼室内に配置される。実際には、センサ８は、グロープラグボディ２のシーリングコーン１３とフィンガ４との間に配置されている。

この組立により、圧力センサ８は、ボディ２に固定された軸受リング１８と、グロープラグボディ２の端部に溶接されたフィンガ４との間に組み込まれる。リング１６と軸受リング１８との間のボディ２の領域は、弾性的に変形可能な管状の領域である。したがって、エンジンのシリンダ内の圧力によって加えられる力は、フィンガ４によって圧力センサ８に直接にかつ完全に再伝達される。

圧力センサ８は圧電センサである。圧電センサは、導電性材料から成る２つの接触エレメント（図示せず）の間に配置されており、センサ自体は、電気的に絶縁性のエレメント２２によってグロープラグの他の部分から電気的に絶縁されている。

図１において、グロープラグのボディ２内には、実質的に円筒状の管状部分２８が、リング１８からグロープラグヘッド１０まで延びている。このエレメント内には、フィンガ４に電流を供給するためのコア６と、特に圧力センサ８に関連した電子部品２７とが配置されている。導電性のエレメントは、電子部品２７を、コア６に関連した第１の接続端子１４の近くに配置された接続端子２４にも接続している。電子部品２７は、圧電素子から電荷を回収し、較正されたゲインによって電荷を増幅させる。接続端子１４及び２４は、例えば、フレキシブルな合成材料から形成された保護ブシュ３０（図１）によって保護されている。圧力センサ８と電子部品２７とによって形成された集合体が、図２により詳しく示されている。

圧力が対応するシリンダ内に生ぜしめられると、この圧力はフィンガ４に力を加え、この力は、フィンガをグロープラグボディ２内へ移動させる傾向がある。次いでグロープラグボディの末端領域１７が、フィンガ４及びリング１８を介して弾性的に圧縮され、圧力センサ８は、この変形に対応した荷重を測定する。

上に提案された圧力センサ集合体により、圧力センサが、グロープラグのフィンガにできるだけ近くに一体化されることができる。この形式において、圧力センサは、グロープラグの加熱エレメントの変形を直接に測定することができる。センサのこの位置は、より頑丈なセンサ構造を提供し、センサを振動に対してより敏感でなくさせる。

グロープラグのフィンガの領域又はフィンガのすぐ上方にセンサを備えた、提案された構造は、全ての公知のタイプのグロープラグに適応されることができる。センサをグロープラグのボディに一体化することは、グロープラグヘッドの容積、ひいてはエンジンの外側の全体的な寸法をも制限する。さらに、上述のグロープラグの圧力センサ８は、シリンダヘッドにおける応力に敏感ではない。したがって、これらの様々な応力はこのセンサによって行われる測定に影響しない。

圧力センサは対応する燃焼室における粒子及びその他の不純物からも隔離されている。端部１６とフィンガ４との結合部は完全にシールされており、これにより、圧力センサへの粒子の移入を阻止する。

上に提案された実施形態において、圧力センサは、振動及びその他の望ましくない力に対して極めて敏感でない。実際には、このような集合体の共振周波数は１２ｋＨｚよりも大きい。

提案された圧力センサ集合体は、圧力センサの高い安定性を保証する。

行われる圧力測定は好適には温度から独立している。このために、好適には、末端領域１７を製造するために、末端領域１７が曝される温度範囲において弾性が変化しない合金が選択される。

同様に、圧電素子は、その感度が温度から独立しているように選択されている。圧力センサが受ける比較的高い温度に耐えるために、圧電素子は例えば単結晶の形式を取っている。それにもかかわらず、例えば５００℃よりも高いキュリー温度を有する多結晶を使用することも同様に可能である。

また、上述の本発明によるグロープラグの高度な一体化にも注目すべきである。実際には、電子部品はこのグロープラグのコアに一体化されることができる。従来の圧力センサが設けられたグロープラグと比較して、圧力測定に関して著しく改良された性能を有するが、本発明によって提案されたソリューションは、従来の同様のグロープラグと比較していかなる付加的なコストをも生じない。

最後に、提供されたシールにより、対応するシリンダにおける粒子による圧力センサの汚染の危険性がない。

本発明は、限定しない実施例によって上に記載された実施形態に限定されない。本発明は、当業者にとって明白な全ての変化実施例にも関する。

本発明によるグロープラグの斜視図及び部分的な断面図である。 図１に示されたようなグロープラグに取り付けられる圧力センサの斜視図である。

符号の説明

２ ボディ、 ４ フィンガ、 ６ コア、 ８ 圧力センサ、 １０ グロープラグヘッド、 １２ ねじ山、 １３ シーリングコーン、 １４ 接続端子、 １６ リング、 １７ 端子領域、 １８ 軸受リング、 ２４ 接続端子、 ２６ 圧電素子、 ２７ 電子部品、 ２８ 管状部分、 ３０ 保護ブシュ

Claims (9)

1. 内燃機関のシリンダのためのグロープラグであって、
   管状のボディ（２）が設けられており、該ボディが、一方の端部において、グロープラグヘッドと、ボアに固定するための手段（１２，１３）を有する固定領域とを有しており、
   前記グロープラグヘッドとは反対側の端部においてグロープラグの前記ボディ（２）に取り付けられたフィンガ（４）が設けられており、
   対応するシリンダからシールされた形式で隔離された圧力センサ（８）が設けられている形式のものにおいて、
   前記管状のボディ（２）は、前記グロープラグヘッドとは反対側の端部に管状領域（１７）を有しており、該管状領域（１７）は、弾性的に変形可能でありかつ前記シリンダ内に突入するようになっており、
   前記フィンガ（４）が、前記管状領域（１７）に固定されており、前記圧力センサ（８）が、前記管状領域（１７）内で、前記フィンガ（４）と、管状のボディ（２）の内部に固定された軸受部分（１８）との間に取り付けられていることを特徴とする、内燃機関のシリンダのためのグロープラグ。
2. 前記フィンガ（４）が、管状領域（１７）の自由端部に固定されている、請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記フィンガ（４）が、リング（１６）によって管状領域（１７）にろう付けされている、請求項１記載のグロープラグ。
4. 前記軸受部分（１８）が、前記管状領域（１７）の近くでグロープラグのボディ（２）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のグロープラグ。
5. 前記軸受部分（１８）が、グロープラグの管状のボディ（２）の内部に溶接されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のグロープラグ。
6. 前記圧力センサ（８）が圧電センサである、請求項１から５までのいずれか１項記載のグロープラグ。
7. 前記圧電センサが、多結晶の形式を取る圧電素子を含み、該圧電素子のキュリー温度が５００℃よりも高い、請求項６記載のグロープラグ。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載のグロープラグが設けられていることを特徴とする、内燃機関。
9. 前記内燃機関がディーゼルエンジンである、請求項８記載の内燃機関。

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