(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（２６）内の圧力を検出するための圧力測定装置であって、ハウジング（１４）内に設けられている力伝達体（１２）を有しており、該力伝達体（１２）は、燃焼室（２６）に曝されており、且つ、燃焼室圧を、前記力伝達体（１２）と前記ハウジング（１４）との間に介在する圧力測定ユニット（５０）に少なくとも間接的に軸運動を用いて伝達し、及び、曲げ弾性的なダイヤフラム（１６）を有しており、該ダイヤフラム（１６）は、前記圧力測定ユニット（５０）から離間して、前記力伝達体（１２）と前記ハウジング（１４）との間に設けられており、その際、前記曲げ弾性的なダイヤフラム（１６）は、前記力伝達体（１２）の軸方向の運動を前記ハウジング（１４）内で実行するために弾性状に形成されている圧力測定装置において、曲げ弾性的なダイヤフラム（１６）は、燃焼室側に曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム（３０）が上流側に設けられており、該付加的なダイヤフラム（３０）は、前記曲げ弾性的なダイヤフラム（１６）を燃焼室（２６）に向かってシールすることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項２】
付加的なダイヤフラム（３０）は、フレキシブルな材料製であり、該材料は、曲げ弾性的な前記付加的なダイヤフラム（３０）の前記曲げ剛性が曲げ弾性的なダイヤフラム（１６）の曲げ剛性よりも明らかに小さいように製造されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記力伝達体（１２）の外側（２０）に第１のサポートリング（３１）が設けられており、前記ハウジング（１４）の内側（２２）に第２のサポートリング（３２）が設けられており、前記第１のサポートリング（３１）と前記第２のサポートリング（３２）との間に曲げ弾性的な前記付加的なダイヤフラム（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項４】
前記第１のサポートリング（３１）と前記第２のサポートリング（３２）との間に、リング状間隙（３３）が形成されており、前記第１のサポートリング（３１）と前記第２のサポートリング（３２）の、燃焼室側の端面（３５）に、曲げ弾性的な前記付加的なダイヤフラム（３０）が、前記リング状間隙（３３）をカバーするように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力測定装置。
【請求項５】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、前記サポートリング（３１，３２）と共に周回して密に溶接されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧力測定装置。
【請求項６】
少なくとも１つのサポートリング（３１，３２）が、丸みを帯びた外縁部（３７）を有していることを特徴とする請求項３，４又は５に記載の圧力測定装置。
【請求項７】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、軸方向にプレストレスを掛けられた状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の圧力測定装置。
【請求項８】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、熱伝導材料製であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の圧力測定装置。
【請求項９】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、高強度鋼合金製、特に、高合金ステンレス製であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の圧力測定装置。
【請求項１０】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、耐食材料製及び耐疲労材料製であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の圧力測定装置。
【請求項１１】
前記付加的なダイヤフラム（３０）は、厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの薄膜であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に係わる内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハウジング内に圧力測定ユニットが収容されている内燃機関用のグロープラグが開示されている。グロープラグは、更に、ヒータエレメントを有しており、このヒータエレメントは、ハウジングに対して相対的にスライド移動可能であり、圧力センサと少なくとも間接的に共働して、内燃機関の燃焼室内の圧力を測定することができる。このために、ヒータエレメントには、燃焼室内の圧力が加えられて、支持管及び力伝達スリーブを介して力が圧力センサに加えられる。圧力センサは、有利には、圧電式の素子として構成されており、圧電式の素子は、測定線路を介して導出されている。更に、グロープラグは、燃焼室側の端を有しており、この端は、燃焼室内の諸条件、特に温度に曝されている。燃焼室側の端に、グロープラグは、シール室を有しており、シール室内には、曲げ弾性的なダイヤフラムが収容されている。ダイヤフラムとヒータエレメントとの間に、付加的に１つのシール材が設けられており、シール材は、曲げ弾性的なダイヤフラムの前に燃焼室側に接続されている。シール材は、シール室を汚れから保護しており、この汚れにより、所定の作動期間後、燃焼室内の圧力の測定の精度が低下することになる。その際、シール材は、耐熱性且つ流動性があるように構成することができる。択一的に、シール材は、粉末状又はペースト状にしてもよい。
【０００３】
特許文献２には、プラグハウジング、グローチューブ及び統合された圧力センサを有する内燃機関用のグロープラグが開示されている。グローチューブとプラグハウジングとの間で相対運動が可能である。グローチューブには、作動中燃焼室圧が加えられ、それにより、グローチューブは、プラグハウジングに対して相対運動を実行する。圧力センサは、相対運動の量を用いて、燃焼室内の圧力の大きさを求める。プラグハウジングの内面とグローチューブとの間に、弾性エレメントが設けられており、弾性エレメントは、プラグハウジングとグローチューブとの間の中間スペースをシールする。弾性エレメントは、リングエレメント又はスプリングエレメントとして構成されている。弾性エレメントの調整は、ハウジング内部に取り付けられたプレスリング又は溶接継ぎ目を介して行われる。
【０００４】
力伝達体としてのグローチューブとプラグハウジングとの間に取り付けられている曲げ弾性的なダイヤフラムは、内燃機関の燃焼室内の高い温度によって熱衝撃が加わり、それにより、曲げ弾性的なダイヤフラムの弾性特性が変化し、それにより、測定結果が劣化してしまう。更に、熱衝撃は、曲げ弾性的なダイヤフラムの熱機械的応力を生じ、この熱機械的応力では、ダイヤフラム内に高い局所的且つ時間的温度勾配が生じる。高い温度勾配と同時に、熱膨張及び張力が生起して、曲げ弾性的なダイヤフラムの寿命を低下させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ公開特許第１０２００５０６１８７９Ａ１号公報
【特許文献２】ドイツ公開特許第１０２００４０１２６７３Ａ１号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の圧力測定装置は、曲げ弾性的なダイヤフラムが燃焼室に対して確実にシールされ、且つ、燃焼室の熱から保護され、乃至、遮蔽されるという利点を有している。それにより、内燃機関の燃焼室内の圧力を、不利な諸条件下でも正確に測定することができる。その際、測定の精度は、長い寿命に亘って維持される。この際、付加的なダイヤフラムは、ハウジングの内側と力伝達体の外側との間に取り付けられている曲げ弾性的なダイヤフラムを、内燃機関の燃焼室からの燃料の温度の作用及び影響に対して遮蔽する。本発明の圧力測定装置は、熱衝撃がダイヤフラムに及ぼす不利な諸作用を簡単に最小化することができる。圧力測定装置の測定精度は、付加的なダイヤフラムを配置することによって実際上何ら損なわれず、それと同時に、圧力測定装置の寿命を延ばすことができる。
【０００７】
本発明の有利な各実施例は、各従属請求項の各手段によって可能である。
【０００８】
曲げ弾性の付加的なダイヤフラムがフレキシブルに構成されているようにすることにより、力伝達体とハウジングとの間の相対的な運動が最小限にしか損なわれない。フレキシブルとは、曲げ弾性的な付加的なダイヤフラムの曲げ剛性が、明らかに、曲げ弾性的なダイヤフラムの曲げ剛性よりも小さいということである。それにより、付加的なダイヤフラムは、曲げ応力をあまり受けず、その限りで、力伝達体を用いて受け取られて測定される圧力に最小の機械的な諸作用しか及ぼさない。それにより、本発明の圧力測定装置の高い測定精度を保証することができる。
【０００９】
有利な実施例では、力伝達体の外側に第１のサポートリングが設けられており、ハウジングの内側に第２のサポートリングが設けられており、第１のサポートリングと第２のサポートリングとの間に曲げ弾性的な付加的なダイヤフラムが設けられている。ここで第１のサポートリングと第２のサポートリングとの間に、リング状間隙が形成されており、その際、第１のサポートリングと第２のサポートリングの、燃焼室側の端面に、曲げ弾性的な付加的なダイヤフラムが、リング状間隙をカバーするように設けられている。
【００１０】
更に、付加的なダイヤフラムは、第１のサポートリングと第２のサポートリングの端面上に取り付けられており、その際、付加的なダイヤフラムは、内燃機関の燃焼室内の圧力によって各サポートリングに押圧されている。それにより、付加的なダイヤフラムを各サポートリングに安定して平面状に押圧することが保証される。
【００１１】
更に、本発明の圧力測定装置は、有利には、力伝達体が、ハウジングに対して軸方向に燃焼室の方向に位置がずらされているように取り付けられている。これにより、付加的なダイヤフラムは、取り付け時にプレストレスを掛けられる。圧力測定装置の作動中、燃焼室からの圧力は、付加的なダイヤフラムの前負荷とは逆方向に作用する。この際、力伝達体は、軸方向でハウジングに対向して燃焼室から軸方向に離れ、その結果、各サポートリングの各端面は同一平面で対向する。この際、付加的なダイヤフラムは、機械的な各応力からほぼ自由である状態である。従って、燃焼室内の圧力の変動は、力伝達体とハウジングとの間でほんの僅かな相対運動しか生じず、それにより、付加的なダイヤフラムには、作動中、僅かな曲げ応力しか加わらない。燃焼室内の低い圧力変動は、付加的なダイヤフラムが機械的な応力からほぼ自由であるために、付加的なダイヤフラムの僅かな変動しか生じない。これにより、付加的なダイヤフラムの寿命は延長される。
【００１２】
有利には、付加的なダイヤフラムは、熱伝導材料製である。熱伝導材料は、強烈な熱作用時に均等な熱分布及び低い局所的温度勾配になりやすい。これにより、付加的なダイヤフラムに及ぼす熱衝撃の影響を低減することができる。熱衝撃の応力によって、別の各構成要素が損なわれてしまわないようになる。これにより、付加的なダイヤフラムにとって、高い遮蔽作用と高い信頼度を保証することができる。同様に、付加的なダイヤフラムは、高強度鋼合金製であるようにすると有利である。高強度鋼合金は、高い温度耐性及び疲労耐性を有しており、且つ、簡単に製造可能である。更に、高強度鋼合金は、溶接することができる。高強度鋼合金の温度耐性及び疲労耐性は、有利なやり方で、付加的なダイヤフラムに掛けられる機械的且つ熱的な耐性の点での各条件を充足する。そうすることによって、材料の劣化によって圧力測定装置の測定精度が低下しないようになり、圧力測定装置の長い寿命を保証することができる。
【００１３】
付加的なダイヤフラムは、有利には、密に周回する溶接を介して各サポートリングと結合されている。周回する各溶接部は、簡単に製造可能であり、高温時に高い強度にすることができる。それにより、各溶接部の後ろ側に位置している曲げ弾性的なダイヤフラムを確実にシールすることができる。更に、そのような各溶接部の製造は、簡単に自動化される。周回する溶接部は、内燃機関の燃焼室からの圧力及び温度の作用に曝されている付加的なダイヤフラムの剛性及び温度耐性での各条件を充足し、且つ、付加的なダイヤフラムの高い信頼度を確実にする。
【００１４】
付加的なダイヤフラムは、有利には、厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの薄膜として構成されている。厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍは、曲げ弾性的なダイヤフラムの有効な熱的遮蔽を確実にし、曲げ弾性的なダイヤフラムは、内燃機関の燃焼室内での各条件に耐性を有する。それにより、付加的なダイヤフラムは、良好に変形可能である。付加的なダイヤフラムは、容易に湾曲し、実際上、曲げモーメントを受けない。厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍは、付加的なダイヤフラムに、有利にも同時に薄膜の特性を与えて、熱遮蔽を呈し、且つ、それと同時に、高い程度に変形可能性を有することができるようになる。
【００１５】
更に、第１のサポートリングと第２のサポートリングとの間に、リング状間隙が形成されており、その際、間隙の幅は、付加的なダイヤフラムの厚みの１〜３倍である。リング状間隙の幅は、燃焼室からの圧縮応力の結果、付加的なダイヤフラムが湾曲し得る程度により特定される。この際、広幅の間隙により、ハウジングに対して、力伝達体の高い軸方向の運動性を達成することができ、その際、付加的なダイヤフラムは、力伝達体とハウジングとの間の相対運動を損なわない。これに対して、狭幅の間隙によると、付加的なダイヤフラムは、燃焼室からの圧力の影響の結果、僅かしか変形しないようになる。この際、付加的なダイヤフラムの僅かな湾曲部だけが、間隙の領域内に形成されている。これにより、付加的なダイヤフラムの圧力が加わった表面はほぼ一定のままであり、その結果、実際上、圧力測定装置の測定結果が損なわれることはない。付加的なダイヤフラムの１〜３倍の厚みの幅を持ったリング状の間隙にした場合、ハウジングに対する力伝達体の軸方向移動と圧力測定装置の測定精度との有利な組み合わせを達成することができる。
【００１６】
更に、本発明の圧力測定装置の各実施例は、少なくとも１つのサポートリングが丸みを帯びた縁部を有しているようにすると有利である。サポートリングの丸みを帯びた縁部により、リング状間隙の領域内に付加的なダイヤフラムを連続的に当接することができるようになる。これにより、付加的なダイヤフラムの湾曲した領域は、僅かな曲率半径を有している。それにより、僅かな曲率半径の領域内に、低い機械的な応力しか生じない。付加的なダイヤフラムの低減された機械的応力は、この付加的なダイヤフラムの寿命及び信頼度を高める。
【００１７】
付加的なダイヤフラムは、燃焼室からの燃焼ガスに曝されており、燃焼ガスは、高い温度を有している。更に、燃焼ガスは、残留燃料を有しており、その結果、付加的なダイヤフラムは、高い腐食の危険性に曝されている。耐食性材料製の付加的なダイヤフラムは、この不都合な諸条件に耐え、高い信頼度を有している。更に、付加的なダイヤフラムは、圧力測定装置内で高い回数の負荷サイクルに曝されている。それにより、付加的なダイヤフラムは、材料の疲労の結果、機能しなくなる危険性がある。耐疲労性材料製の付加的なダイヤフラムは、高い回数の負荷変動に耐える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の圧力測定装置の構造略図である。
【図２ａ】組み立て状態でのプレストレスを掛けられた付加的なダイヤフラムの略図である。
【図２ｂ】作動状態での付加的なダイヤフラムの略図である。
【図３】別の実施例による本発明の圧力測定装置の横断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１には、圧力測定装置の燃焼室側の部分が図示されている。圧力測定装置は、力伝達体１２を有しており、力伝達体１２は、ハウジング１４内に収容されている。力伝達体１２は、内燃機関の燃焼室２６に曝されており、ケーシング１４に対向して長手方向軸線１７に沿って軸方向に可動にハウジング１４内に設けられている。力伝達体１２は、ハウジング１４内に曲げ弾性的なダイヤフラム１６を用いて保持されている。そのために、曲げ弾性的なダイヤフラム１６は、内側サポート部２１と外側サポート部２３を有している。その際、曲げ弾性的なダイヤフラム１６は、内側サポート部２１が力伝達体１２の外側２０に取り付けられており、外側サポート部２３がハウジング１４の内側２２に、例えば、それぞれ周回する溶接継ぎ目を用いて取り付けられている。それにより、力伝達体１２とハウジング１４との間に形成された内部スペース１８は、ダイヤフラム１６を用いて内燃機関の燃焼室２６に対してシールされている。
【００２１】
力伝達体１２に圧力２４を加える、燃焼室２６内の圧力は、曲げ弾性的なダイヤフラム１４に基づいて、力伝達体１２がハウジング１４に対向して長手方向軸線１７に沿って軸方向に移動するように作用する。曲げ弾性的なダイヤフラム１６は、曲げ剛性を有して弾性的に構成されており、その際、力伝達体１２がハウジング１４内で所要のようにハウジング１４内での軸方向の移動を行うことができて、力伝達体１２に加わる圧力を圧力測定ユニット５０に伝達することができるようになる。圧力測定ユニット５０は、例えば、第１のサポートエレメント５１、第２のサポートエレメント５２及び圧力センサ５３を有している。第１のサポートエレメント５１は、力伝達体１２と作用接続されている。第２のサポートエレメント５２は、ハウジング１４に支持されている。第１のサポートエレメント５１と第２のサポートエレメント５２との間に、圧力センサ５３が前負荷力を用いて設けられている。圧力センサ５３は、例えば、圧電素子であり、圧電素子は、力伝達体１２に作用し、且つ、第１のサポートエレメント３７を介して伝達された圧力を検出する。
【００２２】
ハウジング１４と力伝達体１２の間に、付加的に１つの曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム３０が設けられており、この曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム３０は、曲げ弾性的なダイヤフラム１６の手前の燃焼室側に支承されている。付加的なダイヤフラム３０の役目は、曲げ弾性的なダイヤフラム１６を燃焼室２６に対してシールし、従って、曲げ弾性的なダイヤフラム１６を、燃焼室２６からの温度及び圧力の影響から遮蔽することにある。曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム３０は、フレキシブルな材料製であり、この材料は、曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム２８の曲げ剛性が、曲げ弾性的なダイヤフラム１６の曲げ剛性よりも明らかに小さいように製造されている。
【００２３】
曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム３０の実施例は、図２ａ及び２ｂに詳細に図示されている。そのために、曲げ弾性的なダイヤフラム１６の、燃焼室２６側に、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２が設けられている。第１のサポートリング３１は、力伝達体１２の外側２０にシールして取り付けられており、第２のサポートリング３２は、ハウジング１４の内側２２にシールして取り付けられている。サポートリング３１及び３２は、それぞれ燃焼室２６側の端面３５を有している。第１のサポートリング３１と第２のサポートリング３２との間に、リング状の間隙３３が構成されており、リング状の間隙３３は、力伝達体１２を囲繞している。サポートリング３１及び３２の、燃焼室２６側の端面３５上に、付加的なダイヤフラム３０が取り付けられている。その際、付加的なダイヤフラム３０は、第１のサポートリング３１と第２のサポートリング３２との間に形成されたリング状の間隙３３を橋絡している。その際、間隙３３の幅は、有利には、付加的なダイヤフラム３０の厚みの１〜３倍である。それにより、付加的なダイヤフラム３０の十分な曲げ弾性を確保し、曲げ弾性的なダイヤフラム１６を燃焼室２６からの温度及び圧力の作用から一層確実に遮蔽することができるようになる。
【００２４】
付加的なダイヤフラム３０は、例えば、サポートリング３１，３２と、周回する溶接部を用いて結合されている。周回する溶接部は、金属材料の負荷可能な結合部を形成し、更に自動的に製造可能である。更に、付加的なダイヤフラム３０は、有利には、厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍを有している。この厚みの付加的なダイヤフラムは、高い動作安定性を有しており、それと同時に、容易に変形可能であり、それにより、力伝達体とハウジングとの間の相対的な移動は阻止されない。更に、本発明の圧力測定装置の実施例は、リング状の間隙３３が２ｍｍを下回る幅を有していると有利である。この幅のリング状の間隙３３により、力伝達体１２の、ハウジング１４に対する阻止されない相対移動を確保し、それと同時に、付加的なダイヤフラム３０が僅かしか変形しないようにすることができる。付加的なダイヤフラム３０の強すぎる変形は、当該付加的なダイヤフラム３０の寿命を低下させ、且つ、燃焼室２６内の圧力の不正確な測定を生じる。
【００２５】
図２ａは、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２を組み立て状態で略示し、組み立て状態では、圧力２４は、圧力測定装置１０に作用しない。この際、第１のサポートリング３１は、第２のサポートリング３２に対して、長手方向軸線１７に沿って燃焼室２６の方向に軸方向にずらされている。それにより、付加的なダイヤフラム３０には、前負荷力３８が加えられる。更に、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２は、端面３５に、丸みを帯びた外縁部３７を有しており、外縁部３７は、リング状の間隙３３の領域内に位置している。付加的なダイヤフラム３０は、薄膜の形式で、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２に平坦に取り付けられており、リング状の間隙３３を橋絡している。
【００２６】
図２ｂには、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２に取り付けられた付加的なダイヤフラム３０が、燃焼室２６からの圧力４０の圧力作用下での作動状態中で略示されている。その際、前負荷力３８は、圧力４０とは逆向きである。圧力４０のために、力伝達体１２は、長手方向軸線１７に沿って燃焼室２６から離れるようにずらされる。付加的なダイヤフラム３０は、サポートリング３１及び３２の端面３５に一貫して平坦に当接する。サポートリング３１と３２との間に、付加的なダイヤフラム３によって橋絡されるリング状の間隙３３が形成されている。この際、サポートリング３１，３２の丸みを帯びた各縁３７に、付加的なダイヤフラム３０が単に部分的に当接している。それにより、付加的なダイヤフラム３０は、リング状の間隙３３の領域内で負荷下で僅かな変形部を有している。
【００２７】
図３に略示した圧力測定装置では、内側の第１のサポートリング３１は、曲げ弾性的なダイヤフラム１６の内側サポート部２１に直接隣接している。この際、付加的なダイヤフラム３０は、プレストレスを掛けられていない状態で示されており、第１のサポートリング３１及び第２のサポートリング３２の各端面３５上に薄膜のように載置される。付加的なダイヤフラム３０は、ここでもリング状の間隙３３を橋絡しており、間隙３３は、第１のサポートリング３１と第２のサポートリング３２との間に形成されており、従って、燃焼室側のスペースを曲げ弾性的なダイヤフラム１６から確実にシールする。
【符号の説明】
【００２８】
１２  力伝達体
１４  ハウジング
１６  曲げ弾性的なダイヤフラム
１８  内部スペース
２０  外側
２１  内側サポート部
２２  内側
２３  外側サポート部
２６  燃焼室
３０  曲げ弾性的な付加的なダイヤフラム
３１  第１のサポートリング
３２  第２のサポートリング
３３  リング状間隙
３５  端面
３７  丸みを帯びた外縁部
５０  圧力測定ユニット
５１  第１のサポートエレメント
５２  第２のサポートエレメント
５３  圧力センサ
【図１】
0005798256.tif 000002
【図２ａ】
0005798256.tif 000003
【図２ｂ】
0005798256.tif 000004
【図３】
0005798256.tif 000005