(57)【要約】  本発明は、燃焼室圧信号に基づく機関制御を目的として、燃焼室圧を測定するために、一体に組み込まれた燃焼室圧センサを備えた自己着火式の内燃機関用のシース形グロープラグ（１１０）に関する。本発明の構成では、このようなシース形グロープラグが、加熱体（１１２）とプラグハウジング（１１４）とプラグ軸線（１２４）とを備えており、プラグハウジング（１１４）が、加熱体（１１２）を受容するための受容領域（１１６）と、ハウジング体（１２０）と、該ハウジング体（１２０）と受容領域（１１６）との間に配置された少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）とを有しており、さらにプラグハウジング（１１４）内に少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）が設けられている。
2008541075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己着火式の内燃機関用のシース形グロープラグ（１１０）であって、加熱体（１１２）とプラグハウジング（１１４）とプラグ軸線（１２４）とを備えており、プラグハウジング（１１４）が、加熱体（１１２）を受容するための受容領域（１１６）と、ハウジング体（１２０）と、該ハウジング体（１２０）と受容領域（１１６）との間に配置された少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）とを有しており、さらにプラグハウジング（１１４）内に少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）が設けられていることを特徴とする、燃焼室圧センサを備えたシース形グロープラグ。
【請求項２】
シース形グロープラグ（１１０）がさらに、燃焼室圧を少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）に伝達するための少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）を有している、請求項１記載のシース形グロープラグ。
【請求項３】
少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）における少なくとも１つの領域（１３０）においてプラグハウジング（１１４）が、プラグ軸線（１２４）に対して平行な方向において、ハウジング体（１２０）の領域におけるよりも小さな剛性を有している、請求項１又は２記載のシース形グロープラグ。
【請求項４】
少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）が、以下に記載のエレメント、すなわち波形部、プラグハウジング（１１４）の内部に又は外方に向かって湾曲された少なくとも１つのくびれ部（１３０）又は折り目部、プラグハウジング（１１４）の薄壁の領域、弾性エレメント、弾性係数の小さなエレメント、といったエレメントのうちの少なくとも１つのエレメントを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項５】
少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）がハウジング体（１２０）内に受容されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項６】
少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）が、以下に記載エレメント、すなわち圧力ロッド、有利にはほぼ円筒形の圧力ロッド、圧力スリーブ、有利にはほぼ円筒スリーブ状の圧力スリーブ、といったエレメントのうちの少なくとも１つのエレメントを有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項７】
少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）が一端において少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）に支持されていて、かつ他端で、以下に記載エレメント、すなわち加熱体（１１２）、少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）、該フレキシビリティ領域（１１８）と少なくとも１つの加熱体（１１２）との間に配置されたプラグハウジング（１１４）の領域、といったエレメントのうちの少なくとも１つのエレメントに支持されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項８】
少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）が一端において少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）に支持されていて、かつ他端で、少なくとも１つのフレキシビリティ領域（１１８）と少なくとも１つの加熱体（１１２）との間に配置されたプラグハウジング（１１４）の領域に支持されており、シース形グロープラグ（１１０）が、プラグハウジング（１１４）に少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）を支持するために、付加的に少なくとも１つの支持エレメント（３１０）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項９】
シース形グロープラグ（１１０）と内燃機関のシリンダヘッドとを結合するために、付加的に少なくとも１つの雄ねじ山（１２８）が設けられており、該少なくとも１つの雄ねじ山（１２８）がハウジング体（１２０）の１構成部分である、請求項１から８までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項１０】
少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）が、リング形状及び円板形状又はそのいずれか一方の形状を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【請求項１１】
少なくとも１つの力測定エレメント（１３６）がプラグハウジング（１１４）に挿入されていて、有利には該プラグハウジング（１１４）と螺合又はかしめによって結合されており、プラグハウジング（１１４）が少なくとも部分的に引張り予負荷を加えられていて、少なくとも１つの力伝達エレメント（１４０）が押圧予負荷を加えられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のシース形グロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室圧センサを組み込まれたシース形グロープラグに関する。このようなシース形グロープラグは特に、自己着火式の内燃機関において、燃焼室圧を測定するために使用される。
【０００２】
従来の技術
排ガス規制、特にディーゼル機関に対する排ガス規制が益々厳しくなるに連れて、自己着火式内燃機関の有害物質エミッションの低減に対する要求が益々高まっている。今日のエンジンマネージメント系は、低い有害物質エミッションと共に、低い燃費を保証し、かつ同時に長い耐用寿命を有することを望んでいる。ディーゼル機関の燃焼室における燃焼最適化は特に、燃料のコントロールされた噴射の導入によって達成することができる。このコントロールされた噴射は、特に、既に今日の自動車においては確立されている電子式の機関制御装置によって制御されることができる。燃焼室圧信号に基づく機関制御（combustion signal based control system, CSC）の効果的な構成は、しかしながら、製造に適した圧力センサの調達によって左右され、この製造に適した圧力センサは、価格、信頼性、精度及び構造空間に関する高い要求を満たさなくてはならない。今日、いわゆる「スタンドアローン」形式のセンサ、つまり独立したセンサを有する測定装置が広まっている。このような測定装置を使用するためには、シリンダヘッド壁に別体の孔を設ける必要があり、このことは場合によってはスペース上の理由から不可能であり、可能であったとしても、付加的な取付け手間もしくは取付け費用を意味する。特に今日の４バルブ内燃機関において付加的な孔を設けることは、極めて狭められたスペース状況に基づいて、ほとんど不可能である。さらにまた、通常このような系の価格は比較的高価であり、このような系の耐用寿命は多くの場合、高い運転温度に基づいて、典型的な車両耐用寿命に比べて著しく短い。
【０００３】
従って従来技術では、燃焼室圧センサを既に存在するシリンダヘッドの構成要素に組み込むための付加部が設けられている。例えば、シース形グロープラグに燃焼室圧センサを組み込むための付加部が存在している。例えばＤＥ１９６８０９１２Ｃ２には、ディーゼル機関におけるシリンダ圧を検出する装置及び方法が開示されている。この装置は圧力センサと、ディーゼル機関のシリンダの内室に受容されていてシリンダ圧によって負荷されるグロープラグの加熱区分と、該加熱区分をグロープラグの本体に固定するための固定部材とを有している。この場合圧力センサは加熱区分とグロープラグの固定部材との間に配置されている。そして加熱区分を介してシリンダ圧は圧力センサに伝達される。
【０００４】
ＤＥ１９６８０９１２Ｃ２に開示された装置にはしかしながら実地において多くの欠点がある。特にこの公知の装置では、シース形グロープラグのハウジングが実質的にシリンダヘッドと堅く結合されているのに対して、加熱区分は力を導入し、僅かではあるが、ハウジングに対して相対運動を行う。このことはまた、摩擦を生ぜしめ、ひいては燃焼室圧信号を劣化させることがあり、さらに、（例えばシリンダヘッドと堅く結合された）位置固定のシース形グロープラグ部分と可動のシース形グロープラグ部分との間におけるガイドにカーボンの付着するおそれを生ぜしめる。ＤＥ１９６８０９１２Ｃ２に開示された装置の別の欠点としては、ハウジングと力を伝達する構成部材とが互いに異なった値で膨張するということが挙げられる。内燃機関の使用時における温度差と、関与する構成部材の熱膨張特性の相違とに基づいて生じる、異なった膨張によって、挿入されたセンサの予負荷は大きく変動してしまい、これにより耐久性に関して問題の生じることがある。ＤＥ１９６８０９１２Ｃ２に開示された装置における別の欠点としては、圧力センサが加熱区分と直接接触していて、これにより高い熱負荷と温度変動にさらされる、ということが挙げられる。さらにこのような公知の装置の組付けもしくは組立てはかなり面倒でコストがかかる。
【０００５】
発明の利点
ゆえに本発明の課題は、燃焼室圧センサが組み込まれていて、従来技術に基づいて公知の装置における上述の欠点を排除することができる、自己着火式内燃機関用のシース形グロープラグを提供することである。特に、本発明によるシース形グロープラグは、上述のように、従来技術の比較可能な装置において問題を生じさせるような、運転時におけるシース形グロープラグの個々の構成部材の機械的な摩擦や、温度に関連したセンサ予負荷の変動を、最小にすることができる。自己着火式内燃機関用の本発明によるシース形グロープラグは、加熱体とプラグハウジングとプラグ軸線とを備えている。本発明の根本思想は、プラグハウジングと加熱体との間における堅固で不動の、有利には完全に気密な結合部が生ぜしめられることである。燃焼室圧センサの機能は、シリンダヘッドにおける螺合部と燃焼室側の端部との間の領域におけるプラグハウジングの可撓性によって、得られる。
【０００６】
従って本発明によるシース形グロープラグは、加熱体を受容するための受容領域と、ハウジング体と、該ハウジング体と受容領域との間に配置された少なくとも１つのフレキシビリティ領域とを有している。フレキシビリティ領域の有利な構成では、このフレキシビリティ領域は、プラグハウジングが、プラグ軸線に対して平行な方向において、ハウジング体の領域におけるよりも小さな剛性を有する少なくとも１つの領域を備えている。本発明の構成ではさらに、プラグハウジング内に少なくとも１つの力測定エレメントが設けられており、この力測定エレメントは特に、該少なくとも１つの力測定エレメントに際して加えられる力に関連して電気信号を生ぜしめることができる力測定エレメントである。基本的には、当業者に周知の任意の原理の任意の力測定エレメントを使用することができ、例えばほぼ任意の形状の圧電式の力測定エレメントや、容量性の力測定エレメント、又はストレーンゲージを用いた力測定を使用することができる。この少なくとも１つの力測定エレメントは有利にはハウジング体内に受容されている。
【０００７】
燃焼室内における圧力は、少なくとも１つの力測定エレメントに力として伝達されねばならない。この力伝達は例えば加熱体から少なくとも１つの力測定エレメントに直接的に行うことも、又は、例えばプラグハウジング又はプラグハウジングの一部を介して間接的に行うこともできる。択一的に又は付加的に、本発明によるシース形グロープラグは圧力伝達のために、燃焼室圧を少なくとも１つの力測定エレメントに伝達するための、特に力を加熱体から少なくとも１つの力測定エレメントに伝達するための少なくとも１つの別体の力伝達エレメントを有していることができる。この少なくとも１つの別体の力伝達エレメントは例えば、押圧ロッド、有利にはほぼ円筒形の押圧ロッド、及び／又は押圧スリーブ、有利にはほぼ円筒スリーブ状の押圧スリーブである。この場合「ほぼ」というのは、円筒形状もしくは円筒スリーブ形状とは幾分異なった形状も可能であり、例えば、シース形グロープラグの形状やシース形グロープラグの内室の形状に合わせられた幾分円錐形の形状も可能であることを意味している。加熱体は内燃機関の燃焼室内に進入していて、そこで受圧面、例えば端面において、燃焼室圧に相当する圧力を負荷される。この圧力は、加熱体によって、該加熱体からシース形グロープラグに伝達される力に変換される。そして少なくとも１つの力測定エレメントはこの力を直接又は間接的に（つまり付加的な中間エレメントなしに又は中間エレメントを介して）、加熱体から少なくとも１つの力測定エレメントに伝達し、そこでこの力は電気信号に変換され、この電気信号は相応な電子機器によって読み取られて、例えば機関制御のために利用されることができる。このようにして燃焼室圧に関する情報を得ることができる。
【０００８】
少なくとも１つのフレキシビリティ領域は種々様々な形式で構成することができる。このフレキシビリティ領域の働きは主として次のことにある。すなわちこの場合フレキシビリティ領域の働きに基づいて、燃焼室圧による圧力によって加熱エレメントが負荷された場合に、シース形グロープラグのすべての前方部分、つまりシース形グロープラグの、受容領域と加熱体とを有していて内燃機関の燃焼室に向けられた部分が、プラグ軸線に沿って移動することができ、ひいては少なくとも１つの力伝達エレメントに相応な力、ひいては予負荷を加えることができる。これに対してハウジング体はこの場合まったく又はほとんど伸長されず、シース形グロープラグ前方部分の弾性的な移動中に実質的に剛性のままである。そして少なくとも１つの力伝達エレメントを介してシース形グロープラグに導入されるこの圧力は、少なくとも１つの力測定エレメントによって検出されることができる。この圧力は、燃焼室圧によってシース形グロープラグに導入される力全体から、僅かしか異なっておらず、シース形グロープラグのフレキシビリティ領域及び受容領域におけるプラグハウジングの剛性に関連したほぼコンスタントな係数の分しか異なっていない。少なくとも１つの力伝達エレメントの剛性もまた、このほぼコンスタントな係数に算入される。
【０００９】
本発明の特に有利な構成では、少なくとも１つのフレキシビリティ領域が、以下に記載のエレメント、すなわち波形部、プラグハウジングの内部に又は外方に向かって湾曲された少なくとも１つのくびれ部又は折り目部を有している。択一的に又は付加的に少なくとも１つのフレキシビリティ領域は、プラグハウジングの少なくとも１つの薄壁の領域を有すること、特にプラグハウジングの隣接領域に比べて薄壁の領域、又は残りのすべてのプラグハウジングに比べて薄壁の領域を有することができる。このような構成によっても、フレキシビリティ領域においてプラグ軸線に対して平行なプラグハウジングの剛性が減じられる。さらにまた択一的に又は付加的に、例えばばねエレメント、特にコイルばね又は同様なばねエレメントのような弾性エレメントや、又は金属製材料又はプラスチック（例えばエラストマ）から成る弾性エレメントを使用することが可能であり、このような弾性エレメントは、少なくとも１つのフレキシビリティ領域においてプラグ軸線に対して平行なフレキシビリティを保証する。また一般的に、小さな弾性係数をもつ材料のようなエレメントも使用することができる。この場合小さな弾性係数というのは特に、プラグハウジング全体又は周囲の壁領域の弾性係数よりも小さな弾性係数のことを意味する。
【００１０】
加熱体は有利には、不動かつ堅固にしかも圧力に対するシール作用をもって受容領域においてプラグハウジングと、有利にはプレス嵌めによって結合されている。プラグハウジングはシリンダヘッドと、有利には螺合によって結合される。そのためにシース形グロープラグは有利には付加的に、内燃機関のシリンダヘッドとシース形グロープラグとを結合するために付加的に少なくとも１つの雄ねじ山を有している。この少なくとも１つの雄ねじ山は有利にはシース形グロープラグのハウジング体の一構成部分である。加熱体を受容するための受容領域とシリンダヘッドへの接続部との間に、少なくとも１つのフレキシビリティ領域が、例えば金属ベローズの形で配置されており、この金属ベローズもしくはフレキシビリティ領域において、プラグハウジングは、プラグ軸線に対して平行な方向に可能な限り小さな剛性を有している。
【００１１】
少なくとも１つの力伝達エレメントは有利には、燃焼室に向かって可能な限り前方のところでプラグハウジングに支持されているか、又は加熱体に直接的に支持されている。少なくとも１つの力伝達エレメントは反対側の端部で、少なくとも１つの力測定エレメントに直接又は間接的に支持されており、その結果、上に述べたように、力を少なくとも１つの加熱体から少なくとも１つの力測定エレメントに伝達することができる。取り付けられた状態においてプラグハウジングは有利には引張り負荷を受けており、少なくとも１つの力伝達エレメントは押圧負荷されている。この負荷（予負荷）は例えば、プラグハウジング有利にはハウジング体における少なくとも１つの力測定エレメントの螺合又はかしめ固定を用いて、生ぜしめることができる。本発明によるフレキシビリティ領域の利点としては次のことが挙げられる。すなわちフレキシビリティ領域が設けられていることによって、プラグハウジングと少なくとも１つの力伝達エレメントとの異なった熱膨張を、少なくとも１つのフレキシビリティ領域におけるハウジングの可撓性によって補償することができ、ひいては、力測定エレメントに対して加えられる予負荷の変動を比較的小さくすることができる。これによって信号品質が改善され、通常は相応な温度変化を惹起する内燃機関の種々様々な運転状態における信号補正が回避される。さらにまた外部温度の変化も少なくとも部分的に補償される。内燃機関の停止状態には軸方向力が加熱体に対して作用することはなく、加熱体とプラグハウジングとの間における結合部は、機関停止状態においては負荷されない。
【００１２】
既に上に述べたように、有利な構成では、少なくとも１つの力伝達エレメントが一端において直接又は間接的に（例えば中間エレメントを介して）少なくとも１つの力測定エレメントに支持されている。この場合少なくとも１つの力伝達エレメントは他端において、直接的に加熱体に支持されているか、又は択一的又は付加的に、少なくとも１つのフレキシビリティ領域に支持されている。少なくとも１つの力伝達エレメントは例えば、フレキシビリティ領域の、プラグハウジングの内部に向けられた波形部に支持されている。択一的又は付加的に、少なくとも１つの力測定エレメントは、少なくとも１つのフレキシビリティ領域と少なくとも１つの加熱体との間に配置されたプラグハウジング領域に配置されていてもよい。例えばそのために少なくとも１つの支持エレメントを使用することができ、このような支持エレメントは、フレキシビリティ領域と加熱体との間の領域においてプラグハウジングに少なくとも１つの力伝達エレメントを支持するために働く。例えばこの場合円形リング板を使用することが可能であり、この円形リング板はその周囲において、例えば螺合又はかしめによってプラグハウジングの壁と結合されている。少なくとも１つの力伝達エレメントをこのように支持できることによって、力伝達エレメントは、上に述べたように、可能な限り燃焼室に向かって前方で支持され、このように構成されていることにより、燃焼室とは反対の側におけるプラグハウジングの剛性領域においては、可能な限り小さな応力しか生じなくなる。この場合有利には少なくとも１つのフレキシビリティ領域は、プラグハウジング内において加熱体に直接的に支持されているか、又は、択一的又は付加的に、加熱体とフレキシビリティ領域との間における中間室が、付加的に充填材料によって満たされている。このように構成されていると、加熱体から少なくとも１つの力伝達エレメントへの力導入部の前において過度に大きな可撓性の生じることがなくなる。そのために充填材料は、例えば高い剛性と有利には小さな熱伝導率とを有する材料である。このような構成により、加熱体から少なくとも１つの力伝達エレメントへの可能な限り直接的な力伝達が可能になる。その結果、少なくとも１つの力測定エレメントへの燃焼室圧の力伝達機能がさらに改善される。
【００１３】
加熱体への電流供給は、例えば、プラグ軸線の近傍において真ん中を延びる鋼製接続ピンを用いて行うことができる。しかしながらまた、フレキシブルなワイヤ製給電体を使用することも可能である。
【００１４】
燃焼室圧センサを組み込まれた本発明によるシース形グロープラグは、従来公知の装置に比べて多くの利点を有している。大きな利点の１つとしては、燃焼室圧信号が内燃機関の運転温度によって左右されないということが挙げられる。それというのは本発明によるシース形グロープラグでは、温度変化及びこれに関連した材料の種々異なった膨張が最適に補償されるからである。別の利点としては、ほぼコンスタントな力伝達機能が保証されている、ということが挙げられる。このことは特に、燃焼室圧のほぼすべての範囲において、ひいては内燃機関のほぼすべての運転範囲において、燃焼室圧が同一又は類似の形式で、少なくとも１つの力測定エレメントに伝達される、ということを意味している。少なくとも１つの力測定エレメントの電気信号を増幅して、この信号から実際の燃焼室圧を推論するために、使用される力伝達係数は、従って内燃機関の運転状態とはほとんど無関係である。そしてこれによって、計算が複雑かつ面倒で例えば相応な修正関数又はこれに類したものを要する付加的な修正を、回避することができる。その結果、少なくとも１つの力測定エレメントの電気信号を、直接、又は僅かな電子的な後処理を施すだけで、相応な機関制御のために、例えば燃焼室圧信号に基づく機関制御のために、使用することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、燃焼室圧センサを組み込まれた本発明によるシース形グロープラグの第１実施例を示す図であり、
図２は、種々異なったクランク軸位置における燃焼室圧との比較において、力測定エレメントのセンサ信号の経過をシミュレーションして示すグラフであり、
図３は、本発明による燃焼室圧センサの第２実施例を示す図であり、
図４は、本発明による燃焼室圧センサの第３実施例を示す図である。
【００１７】
実施例
図１には、本発明によるシース形グロープラグ１１０の第１実施例が示されており、このシース形グロープラグ１１０には燃焼室圧センサが組み込まれている。シース形グロープラグ１１０は加熱体１１２とプラグハウジング１１４とを有している。図示の実施例ではプラグハウジング１１４は、３つの領域に、つまり加熱体１１２を受容するための、燃焼室に向けられた受容領域１１６と、フレキシビリティ領域１１８と、シース形グロープラグ１１０の、燃焼室とは反対の側に配置されたハウジング体１２０とに、分割されている。
【００１８】
加熱体１１２は図示の実施例ではセラミック製の加熱体１１２として構成されている。しかしながらまた、加熱体１１２の別の構成も可能である。加熱体１１２は図示の実施例では鋼製接続ピン１２２によって電気エネルギを供給される。鋼製接続ピン１２２は図１に示された実施例では、中心を延びる中実のピンとして形成されていて、プラグ軸線１２４に沿って軸方向においてプラグハウジング１１４を貫いて案内される。シース形グロープラグ１１０は燃焼室とは反対側の端部に、螺合体１２６を有している。鋼製接続ピン１２２は軸方向においてこの螺合体１２６を貫いてプラグハウジング１１４から外に案内されていて、相応な電気エネルギ供給装置に通じている。さらにプラグハウジング１１４はハウジング体１２０に雄ねじ山１２８を有している。この雄ねじ山１２８を用いてシース形グロープラグ１１０をシリンダヘッドにねじ込むことができ、これによって加熱体１１２は内燃機関の燃焼室内に進入する。フレキシビリティ領域１１８においてプラグハウジング１１４はくびれ部１３０を備えており、このくびれ部１３０においてプラグハウジング１１４は内方に向かって狭窄部を有している。これによってこのくびれ部１３０は、ただ１つの折り目を備えた金属ベローズのように働き、フレキシビリティ領域１１８においてプラグハウジング１１４に、プラグ軸線１２４に対して平行な方向において、ハウジング体１２０におけるよりも小さな剛性を与えることになる。
【００１９】
加熱体１１２は図示の実施例では受容領域１１６において、プレス嵌め１３２によってプラグハウジング１１４と結合されている。これによって受容領域１１６においては気密な結合部が生ぜしめられ、ひいては燃焼ガスがシース形グロープラグ１１０の内室に侵入することを確実に阻止することができる。加熱体１１２はこの場合受容領域１１６においてプラグハウジング１１４内に押し込まれている。これによって加熱体１１２とくびれ部１３０との間には中間室１３４が存在している。この場合中間室１３４が可能な限り小さく保たれていると、有利には消滅していると、有利である。択一的に有利な構成ではこの中間室１３４は、強度が高くかつ／又は熱伝導率の低い充填材料によって満たされる。このようにして、下記の力伝達がさらに改善され、この場合同時に、加熱体１２からシース形グロープラグ１１０の内室における他の構成部材への熱の伝達が阻止される。
【００２０】
さらにプラグハウジング１１４のハウジング体１２０内には、図示の実施例ではリング状の圧電素子の形をしたリング状の力測定エレメント１３６が受容されている。この力測定エレメント１３６の給電体は図１には示されておらず、例えば軸方向で、例えば鋼製接続ピン１２２に対して平行に、螺合体１２６を貫いてプラグハウジング１１４から外に案内されていて、相応な電子的な評価装置に接続されている。力測定エレメント１３６はこの実施例では２つのスペーサスリーブ１３８によって、例えば円筒スリーブ形状のスペーサスリーブによって、特に高剛性の材料（例えば鋼）から成る２つのスペーサスリーブ１３８によって、取り囲まれている。組立て時には初めに、燃焼室側のスペーサスリーブ１３８がシース形グロープラグ１１０の、燃焼室とは反対側の端部からプラグハウジング１１４内に導入され、次いで力測定エレメント１３６が導入され、次に第２のスペーサスリーブ１３８が導入される。その後でプラグハウジング１１４には螺合体１２６がねじ込まれる。これによって力測定エレメント１３６には予負荷もしくはプレロードが加えられる。
【００２１】
さらにプラグハウジング１１４には力伝達エレメント１４０が挿入されている。この力伝達エレメント１４０は図示の実施例ではスリーブ状の形状を有していて、力測定エレメント１３６と同様に、鋼製接続ピン１２２の周面を取り囲んでいる。この実施例において力伝達エレメント１４０は幾分円錐形に形成されていて、燃焼室側に、燃焼室とは反対の側におけるよりも幾分小さな外径を有している。力伝達エレメント１４０は燃焼室側においてくびれ部１３０に支持されていて、燃焼室とは反対の側において燃焼室側のスペーサスリーブ１３８に支持されている。これによって力伝達エレメント１４０はこの実施例では、力測定エレメント１３６に間接的に支持されている。
【００２２】
加熱体１１２は燃焼室に向けられた側に、液圧式の受圧面１４２を有している。この受圧面１４２を介して燃焼室圧は、加熱体１１２に作用する力Ｆ（図１では符号１４４で示されている）に変換される。力伝達エレメント１４０によってこの力１４４は力測定エレメント１３６に伝達され、この力測定エレメント１３６において力は電気信号に変換される。そしてこの電気信号から燃焼室圧を推量することができる。しかしながらこの場合加熱体１１２から力測定エレメント１３６への力１４４の力伝達は完全ではなく、１よりも小さな係数を掛ける必要がある。理想的にはこの伝達係数はちょうど１になる。伝達が完全ではないという事実は、力がプラグハウジング１１４によって受け止められるもしくは吸収されるということに基づいている。図１に示されたシース形グロープラグ１１０の構成の利点としては、この場合力１４４はフレキシビリティ領域１１８以外では無視できるほどしかプラグハウジング１１４を変形させないということが、挙げられる。実質的に力１４４によって単に受容領域１１６だけが軸方向においてハウジング体１２０に向かって移動させられ、この際にフレキシビリティ領域１１８におけるプラグハウジング１１４は軸方向においてばね弾性的に圧縮させられる。これによって、加熱体１１２から力測定エレメント１３６への力１４４の力伝達がほぼ完全に行われることが、保証される。さらに、くびれ部１３０によって熱応力も吸収され、その結果種々様々な運転温度においても力測定エレメント１３６にはほぼコンスタントな予負荷しか加えられない。
【００２３】
図１に示された配置構成における力測定エレメント１３６への力１４４の伝達は、図２にシミュレーションデータの形で示されている。図２のグラフにおいて、φで示されたｘ軸はクランク軸位置を角度で示し、左側のｙ軸は任意のユニットにおける燃焼室圧ｐを示し、かつ右側のｙ軸は、任意のユニットにおける、力測定エレメント１３６によって表示される力Ｆを示している。ある特定の状況のために、２０００Ｕ／ｍｉｎでかつ１ｂａｒの平均有効作動圧（ＰＭＥ）における運転ポイントが想定された。この場合、左側のｙ軸線に関連した上側の曲線２１０は、燃焼室圧の経過を示している。右側のｙ軸線に関連した下側の曲線２１２は、力測定エレメント１３６の電気信号を示している。図２から分かるように、センサ信号２１２には相応な係数を掛けることができ、これによってこのセンサ信号２１２から燃焼室圧２１０を推量することができる。この係数には主として、シース形グロープラグ１１０の材料特性及び構成が考慮される。
【００２４】
図３には、本発明によるシース形グロープラグ１１０の有利な第２実施例が示されている。このシース形グロープラグ１１０もプラグハウジング１１４を有していて、このプラグハウジング１１４は受容領域１１６とフレキシビリティ領域１１８とハウジング体１２０とに分割されている。受容領域１１６には加熱体１１２がプレス嵌め１３２によってプラグハウジング１１４内に固定されている。図１の実施例におけるように、図３の実施例においてもシース形グロープラグ１１０はくびれ部１３０を有している。このくびれ部１３０の構成は基本的には、図１の実施例におけるくびれ部１３０の構成と似ている。そしてくびれ部１３０と加熱体１１２との間には中間室１３４が形成されている。また、図１の実施例と同様に図３の実施例でもプラグハウジング１１４は、シリンダヘッドにシース形グロープラグ１１０を固定するための雄ねじ山１２８を有している。
【００２５】
図３に示された実施例と図１に示された実施例との相違は、主として、力測定エレメント１３６の構成及び力伝達エレメント１４０の構成及び支承形式にある。図３の実施例では力測定エレメント１３６は円筒円板の形で形成されていて、燃焼室とは反対側の端部においてハウジング体１２０に挿入されている。そしてこの力測定エレメント１３６はこの実施例においても螺合体１２６によって保持されかつ予負荷されている。図３に示された実施例ではスペーサスリーブ１３８は省かれている。
【００２６】
さらに図３の実施例では力伝達エレメント１４０はスリーブ状ではなく、ロッド状に形成されている。力伝達エレメント１４０はこの場合プラグ軸線１２４に沿ってプラグハウジング１１４内に挿入されている。燃焼室とは反対側の端部において力伝達エレメント１４０は、力測定エレメント１３６の燃焼室側の端面の中央に支持されている。燃焼室側の端面の端部においてロッド状の力伝達エレメント１４０は、中間室１３４の壁に支持されている。そのために付加的な円板状の支持エレメント３１０が受容領域１１６に挿入されている。この支持エレメント３１０は例えば、受容領域１１６におけるプラグハウジング１１４の壁とかしめ又は螺合によって結合されている。この場合他の固定形式も可能である。支持エレメント３１０によって力は加熱体１１２から、受容領域１１６におけるプラグハウジング１１４の壁と支持エレメント３１０とロッド状の力伝達エレメント１４０とを介して、力測定エレメント１３６に伝達される。加熱体１１２から力伝達エレメント１４０に支持エレメント３１０を介して間接的に力伝達をする利点としては、主として、熱が加熱体１１２から力伝達エレメント１４０に直接伝達されないということが挙げられる。もし熱が（例えば金属製である）力伝達エレメント１４０を通して力測定エレメント１３６に伝達されてしまうと、この熱伝達によって、例えば力測定エレメント１３６において温度変化が生じてしまい、ひいては信号品質に対して不都合な影響が及ぼされることになる。
【００２７】
図３の実施例では加熱体１１２への給電体は図示されていない。プラグ軸線１２４に沿った領域がこの実施例ではほぼ、ロッド状の力伝達エレメント１４０によって満たされているので、図１の実施例におけるような鋼製接続ピン１２２のためのスペースは存在しない。その代わりに図３の実施例では、ワイヤ製給電体が使用され、このワイヤ製給電体は、支持エレメントにおける相応な孔又は、プラグハウジング１１４の壁における相応な孔又は溝を通して、エレメント３１０及び１３６のところを通過させられ、そして螺合体１２６を通して外に案内される。
【００２８】
図４には、シース形グロープラグ１１０の第３実施例が示されており、このシース形グロープラグ１１０は別体の力伝達エレメント１４０を備えていない。この第３実施例では力１４４は加熱体１１２から力測定エレメント１３６に直接伝達される。この力伝達は有利には、加熱体１１２の、燃焼室とは反対の側に配置された円筒形の延長部４１０を用いて行われる。シース形グロープラグ１１０におけるその他の機能及び構造は、図３に示された実施例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】燃焼室圧センサを組み込まれた本発明によるシース形グロープラグの第１実施例を示す図である。
【図２】種々異なったクランク軸位置における燃焼室圧との比較において、力測定エレメントのセンサ信号の経過をシミュレーションして示すグラフである。
【図３】本発明による燃焼室圧センサの第２実施例を示す図である。
【図４】本発明による燃焼室圧センサの第３実施例を示す図である。
【図１】
2008541075.tif 000003
【図２】
2008541075.tif 000004
【図３】
2008541075.tif 000005
【図４】
2008541075.tif 000006
【国際調査報告】
2008541075.tif 000007
2008541075.tif 000008
2008541075.tif 000009
2008541075.tif 000010