(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の室内に配置するための、空気圧縮型自己着火式の内燃機関用の圧力測定グロープラグ（１）であって、ハウジング（３）と、力伝達エレメント（５）と、ハウジング（３）の内室（２２）内にかつセンサケージ（１４）の内部に配置された圧力センサ（２３）とが設けられており、室内における圧力に基づく力伝達エレメント（５）の負荷を、室内における圧力を測定するために検出するために、圧力センサ（２３）が一方では力伝達エレメント（５）と、該力伝達エレメント（５）から圧力センサ（２３）に力が伝達されるように結合されており、圧力センサ（２３）が他方では固定エレメント（１５）に支持されており、さらにばね弾性的なエレメント（１０）が設けられていて、該ばね弾性的なエレメント（１０）がハウジング（３）の内部に配置されている形式のものにおいて、
ばね弾性的なエレメント（１０）が一方では力伝達エレメント（５）と結合されていて、かつ他方ではセンサケージ（１４）と結合されており、固定エレメント（１５）とセンサケージ（１４）とは、ばね弾性的なエレメント（１０）にある程度の予負荷が加えられるように、互いに結合されており、センサケージ（１４）が、ハウジング（３）の周方向において線状に形成されているただ１つの結合区分（３０）において直接ハウジング（３）と結合されており、固定エレメント（１５）が、圧力測定装置の部材における延びの差を補償するために、少なくともセンサケージ（１４）の熱膨張に合わせられた熱膨張を有しており、固定エレメント（１５）が、センサケージ（１４）が形成されている材料の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料から、形成されていることを特徴とする圧力測定グロープラグ。
【請求項２】
センサケージ（１４）が溶接結合部（２１）を用いて、ハウジング（３）の結合区分（３０）においてハウジング（３）と結合されている、請求項１記載の圧力測定グロープラグ。
【請求項３】
センサケージ（１４）が固定エレメント（１５）と結合されており、該固定エレメント（１５）が溶接結合部（３６）を用いて、ハウジング（３）の結合区分（３５）においてハウジング（３）と結合されている、請求項１記載の圧力測定グロープラグ。
【請求項４】
ばね弾性的なエレメント（１０）が金属ダイヤフラム（１０）として形成されている、請求項１記載の圧力測定グロープラグ。
【請求項５】
力伝達エレメント（５）が棒状の力伝達エレメント（５）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力測定グロープラグ。
【請求項６】
センサケージ（１４）がスリーブ状のセンサケージ（１４）として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力測定グロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の室内に配置するための圧力測定装置に関する。本発明は特に、空気圧縮型自己着火式の内燃機関の予燃焼室、スワールチャンバ又は燃焼室内に配置するための圧力測定装置に関する。
【０００２】
ＤＥ１０３４３５２１Ａ１に基づいて公知の、ディーゼル機関用の圧力測定グロープラグは、ディーゼル機関のシリンダ内に挿入されるプラグ体を有している。さらに、公知の圧力測定グロープラグは、プラグ体に配置された加熱ロッドと圧力センサとを有しており、この圧力センサは加熱ロッドとプラグ体との間に配置されている。この場合圧力センサは、加熱ロッドから伝達された、シリンダの燃焼室における圧力によって、影響される。公知の圧力測定グロープラグはさらにダイヤフラムを有しており、このダイヤフラムは、圧力センサを燃焼室に対してシールするために、一方ではプラグ体と結合されかつ他方では加熱ロッドと結合されている。
【０００３】
ＤＥ１０３４３５２１Ａ１に基づいて公知の圧力測定グロープラグには、次のような欠点がある。すなわちこの公知の圧力測定グロープラグでは、シリンダへの圧力測定グロープラグの組込み時に、組付け力によってダイヤフラムには大きな機械的な負荷が加えられる。
【０００４】
発明の開示
発明の利点
請求項１の特徴部記載のように構成された本発明による圧力測定装置には、次のような利点がある。すなわち本発明による圧力測定装置では、室内における圧力を測定するための力伝達路が、圧力測定装置のハウジングから遮断されており、その結果圧力センサを用いた圧力の測定特性を改善することができる。
【０００５】
請求項１に記載された圧力測定装置の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００６】
センサケージは直接、結合部、特に溶接結合部を用いて、ハウジングの結合区分においてハウジングと結合されていることができる。さらにセンサケージは間接的に、ハウジングと結合されていてもよく、この場合の構成では、センサケージが固定エレメントと結合されており、該固定エレメントが結合部、特に溶接結合部を用いて、ハウジングの結合区分においてハウジングと結合されている。このように構成されていると、圧力測定装置のモジュラ構造が可能になり、有利である。特に、センサケージは、固定エレメント、圧力センサ及び、場合によってはその他の、センサケージに結合されたエレメントと前組立てされることができ、このようにすると、圧力測定装置の組立て時には、センサケージもしくは固定エレメントを溶接シーム又はこれに類したものを用いてハウジングと結合することしか必要なくなる。
【０００７】
本発明の別の有利な構成では、ばね弾性的なエレメントが設けられており、該ばね弾性的なエレメントがハウジングの内部に配置されており、ばね弾性的なエレメントが一方では少なくとも間接的に力伝達エレメントと結合されていて、かつ他方では少なくとも間接的にセンサケージと結合されている。これによってばね弾性的なエレメントとハウジングとの結合が不要になるので、ばね弾性的なエレメントの予負荷を所定することができる。特に、シリンダヘッド又はこれに類したものに圧力測定装置を組み付ける場合に生じる組付け応力によるばね弾性的なエレメントの応力負荷が、回避される。さらに、内燃機関の運転中に生じる、圧力測定装置のハウジングにおける応力が、ばね弾性的なエレメントに又は力伝達エレメントと圧力センサとの間における力伝達路におけるその他のエレメントに、伝達されることはなくなり、その結果圧力測定装置の高い信頼性が保証される。
【０００８】
ばね弾性的なエレメントの規定された予負荷は、例えば固定エレメントとセンサケージとの結合時に所定されることができる。このことには、既に最終組立ての前に規定された予負荷を調節できる、という利点がある。さらに予負荷は、既に固定エレメントとセンサケージとの結合時に所望の値に調節されることができ、しかもこの場合、圧力測定装置の取付け時に生じる軸方向力を考慮する必要がない。それというのは、このような軸方向力がばね弾性的なエレメントの予負荷に影響を与えることがないからである。ばね弾性的なエレメントは例えば金属ダイヤフラムとして形成されている。
【０００９】
本発明の有利な構成では、固定エレメントの材料の熱膨張係数は次のように、すなわち、圧力測定装置の部材間における延びの差、特にセンサケージと圧力センサとの間における熱膨張の差を補償することができるように、選択されている。
【００１０】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は、本発明による圧力測定装置の第１実施例を示す断面図であり、
図２は、図１のＩＩで示された区分を拡大して、本発明の第２実施例を示す図であり、
図３は、図１のＩＩＩで示された区分を拡大して、本発明の第３実施例を示す図である。
【００１２】
実施例の記載
図１には圧力測定装置１の第１実施例が、軸線を含む平面で断面された縦断面図で示されている。この圧力測定装置１は、空気圧縮型自己着火式内燃機関用の圧力測定グロープラグ１として形成されている。圧力測定グロープラグ１の棒状の加熱エレメント２は、予燃焼室付きエンジン及びスワールチャンバ付きエンジンにおいて、内燃機関の室内に進入し、直噴エンジンではエンジンの燃焼室内に進入している。本発明による圧力測定グロープラグ１はしかしながらその他の使用例のためにも適している。さらに圧力測定装置１は、混合機圧縮型火花点火式の内燃機関用の圧力測定点火プラグ又は圧力測定噴射弁としても形成されることができる。
【００１３】
圧力測定グロープラグ１はハウジング３を有しており、このハウジング３にはシール円錐４が形成されている。棒状の加熱エレメント２は部分的に力伝達エレメント５によって取り囲まれていて、該力伝達エレメントと結合されている。棒状の加熱エレメント２は力伝達エレメント５と一緒に、圧力測定グロープラグ１の加熱体６を形成している。この加熱体６の棒状の加熱エレメント２の電気的な接触接続は、棒状の加熱エレメント２と結合されたコンタクトエレメント７において導電体８を用いて行われ、この導電体８は適宜な形式で制御装置と接続されている。さらに加熱体６の力伝達エレメント５は直接又は間接的にハウジング３と電気的に接続されており、この場合ハウジング３を介して電気的なアース９との接続部が形成されている。
【００１４】
ハウジング３の内部にはばね弾性的なエレメント１０が設けられており、このばね弾性的なエレメント１０は、図示の実施例では金属ダイヤフラム１０として形成されている。この金属ダイヤフラム１０はこの場合結合区分１１において力伝達エレメント５と結合されており、結合区分１１において金属ダイヤフラム１０の内径は、力伝達エレメント５の外径に合わせられている。さらに金属ダイヤフラム１０は区分１２を有しており、この区分１２において金属ダイヤフラム１０は、結合区分１１に対して増大された直径を有している。金属ダイヤフラム１０のこの構成によって、軸方向における金属ダイヤフラム１０の予負荷、つまり圧力測定グロープラグ１の軸線１３の方向における予負荷が可能である。金属ダイヤフラム１０は区分１２においてセンサケージ１４と結合されており、このセンサケージ１４はスリーブ状又は管状に形成されていることができる。さらに固定エレメント１５が設けられており、この固定エレメント１５は、センサケージ１４の、金属ダイヤフラム１０とは反対側に位置している端部において、該センサケージ１４と、溶接結合部２０である結合部２０によって、つまり溶接シーム２０によって結合されている。この溶接シーム２０はこの場合有利には連続的に、軸線１３に対して周方向に延びている。さらにセンサケージ１４は、溶接結合部２１である結合部２１、つまり溶接シーム２１を用いて、圧力測定グロープラグ１のハウジング３と結合されている。金属ダイヤフラム１０と力伝達エレメント５との結合、金属ダイヤフラム１０とセンサケージ１４との結合、及び溶接結合部２１を用いたセンサケージ１４とハウジング３との結合によって、ハウジング３の内室２２は内燃機関の室に対してシールされている。この場合内室２２はハウジング３の同心的な孔の一部である。
【００１５】
内室２２の一部は、センサケージ１４の内部によって形成されている。センサケージ１４の内部には圧力センサ２３が配置されており、この圧力センサ２３は固定エレメント１５の端面２４に支持されている。この端面２４とは反対の側において圧力センサ２３は力伝達エレメント５と作用結合しており、この場合図示の実施例では力伝達エレメント５は直接、圧力センサ２３に接触している。力伝達エレメント５を用いた圧力センサ２３の負荷時に、例えば圧力センサ２３の圧電式部分が測定電荷（Messladung）を生ぜしめ、この測定電荷は、ハウジング３から適宜な評価回路に通じる適宜な測定導体２５，２６を用いて測定可能である。
【００１６】
内燃機関の室における圧力によって、加熱体６の棒状の加熱エレメント２は、軸方向２７において、つまりハウジング３の軸線１３の方向において、負荷される。この際に加熱エレメント２に対して作用する力は、少なくともほぼ、加熱体６の力伝達エレメント５に伝達される。この力は力伝達エレメント５を介して圧力センサ２３に伝達され、その結果燃焼室における圧力に関連して、圧力センサ２３のある特定の電荷が測定導体２５，２６を介して測定可能である。
【００１７】
固定エレメント１５は、無圧状態において金属ダイヤフラム１０にある程度の予負荷が加えられているように、溶接結合部２０を用いてセンサケージ１４と結合されている。この予負荷によって一方では、燃焼室圧に起因する金属ダイヤフラム１０の負荷を減じることができ、ひいては金属ダイヤフラム１０の耐用寿命が高められる。また他方では、金属ダイヤフラム１０の予負荷によって、力伝達路（Kraftpfad）内における個々の部材、つまり特に金属ダイヤフラム１０とセンサケージ１４と固定エレメント１５と圧力センサ２３と力伝達エレメント５とを相互に接触させることができ、これによって圧力測定時におけるヒステリシス効果が阻止される又は少なくとも減じられる。
【００１８】
センサケージ１４は、ハウジング３のただ１つの結合区分３０においてハウジング３と結合されている。この場合結合区分３０は周方向においてほぼ線状に形成されていて、その配置部位は、溶接シーム２１の位置に相当している。軸方向２７において、つまり軸線１３に沿って、センサケージ１４とハウジング３との結合のためには結合区分３０だけが設けられているので、軸線１３に関して言えば、センサケージ１４とハウジング３との間における一点結合部（Ein-Punkt-Verbindung）が形成されている。そしてこのように構成されていることによって、通常異なった熱膨張係数を有するハウジング３とシリンダヘッドとの長さ変化、又は、例えば内燃機関運転時に、シール円錐４及びシリンダヘッドからのハウジング３の加熱によって生じ得る、ハウジング３内部において生じる応力は、室における圧力を測定するための力伝達路の構成部材に対しては伝達されなくなり、力伝達路のこれらの構成部材は特に、力伝達エレメント５、金属ダイヤフラム１０、センサケージ１４、固定エレメント１５、圧力センサ２３及び場合によってはその他の図示されていないエレメントを有している。
【００１９】
ハウジング３は、グロープラグ１の組立てを可能にするためにねじ山１７を有している。この際に生じる組立て応力によるハウジング３の負荷は、センサケージ１４とハウジング３との間における一点結合部に基づいて、室における圧力を測定するための力伝達路の構成部材に対しては作用しない。金属ダイヤフラム１０の予負荷と内燃機関の室における圧力とによる、金属ダイヤフラム１０の負荷の領域は、予め規定されているので、金属ダイヤフラム１０の最適化された構成が可能であり、その結果金属ダイヤフラム１０のフレキシブルで、特に薄い、ひいては弾性的な設計が可能であり、これによって圧力の正確な測定が可能である。この場合また、金属ダイヤフラム１０の予負荷は室における圧力に抗して作用するので、金属ダイヤフラム１０の負荷領域ひいては測定領域を増大させることができる。そして、エンジン運転時に生じる高い燃焼圧において発生するシリンダヘッド壁の周期的な変形は、確かに圧力測定グロープラグ１のハウジング３の変形を生ぜしめるが、しかしながらこの変形は、一点結合部に基づいて金属ダイヤフラム１０に伝達されることはない。
【００２０】
特にセンサケージ１４と圧力センサ２３とは、膨張特性の異なった材料から製造されているので、これに基づく膨張の差は、有利には、固定エレメント１５の材料の適宜な選択によって、熱的に補償されている。この場合における補償もしくは調整（Abgleich）は、固定エレメント１５の軸方向長さの選択、つまり固定エレメント１５の、軸線１３に沿った軸方向長さの選択によって可能である。通常、圧力センサ２３は比較的小さな熱膨張しか有していないので、固定エレメント１５の材料は有利には、センサケージ１４の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を備えた材料から製造されている。
【００２１】
図２には、図１においてＩＩで示された圧力測定グロープラグ１の区分の第２実施例が示されている。この図面及びその他の図面においても、対応するエレメントには、同一符号が使用され、説明の繰り返しは省かれている。
【００２２】
この実施例では、センサケージ１４は、図１に示された実施例に相応して、結合区分３０において、環状の溶接シーム２１によって直接ハウジング３と結合されている。さらにセンサケージ１４は金属ダイヤフラム１０の側に、リング状の切欠き３１を有しており、これによってセンサケージ１４への金属ダイヤフラム１０の区分１２の差し嵌めが可能になる。これによってセンサケージ１４と金属ダイヤフラム１０との間における確実な結合部が形成される。この結合部は、金属ダイヤフラム１０の区分１２とセンサケージ１４とを結合する環状の溶接シーム３２によって、さらに改善される。さらに金属ダイヤフラム１０はその結合区分１１において、溶接シーム１６を用いて力伝達エレメント５と結合されている。
【００２３】
図３には、図１においてＩＩＩで示された圧力測定グロープラグ１の区分の第３実施例が示されている。この実施例ではハウジング３は結合区分３５を有しており、この結合区分３５においてハウジング３は、溶接結合部３６、ここでは溶接シーム３６として形成された結合部３６を用いて、固定エレメント１５と結合されている。溶接シーム３６はこの場合環状の溶接シーム３６として形成されている。この実施例では、図１に示されているような、結合区分３０におけるハウジング３とセンサケージ１４との間における別の溶接結合部２１は省かれている。これによってこの実施例では結合区分３５だけが存在し、この結合区分３５においてハウジング３は固定エレメント１５と結合されており、この場合ハウジング３とセンサケージ１４との間における別の直接的な機械的な結合部は設けられていない。
【００２４】
センサケージ１４は、溶接結合部３７として形成された結合部３７、つまり環状の溶接シーム３７によって、固定エレメント１５と結合されており、その結果固定エレメント１５を介して、センサケージ１４とハウジング３との間における間接的な結合部が形成されている。
【００２５】
なお付言すれば、図２及び図３に示された実施例は、互いに組み合わせることも可能である。
【００２６】
また、本発明は図示の実施例に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による圧力測定装置の第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩで示された区分を拡大して、本発明の第２実施例を示す図である。
【図３】図１のＩＩＩで示された区分を拡大して、本発明の第３実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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