(57)【要約】  【課題】内燃機関の、特に自己着火式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用の弾性ダイヤフラム（１）を提案する。  【解決手段】圧力室（３）を中空室（４）から切り離し、前記圧力測定装置のハウジングを測定すべき圧力に対し密封するために、前記ダイヤフラムは前記ハウジング（２）内に受容されている。この場合、前記ダイヤフラムは圧力作用領域を含んでいる。さらに、前記ダイヤフラムは、リング状に形成され、且つ横断面にて前記中空室に対し開口するＵ字形状を有し、前記ダイヤフラムの前記圧力作用領域は、幾何学的に、互いに結合される２つの四分円によって形成され、その結果前記圧力作用領域は、発生する圧力負荷に対し自立支持構造を有している。  【選択図】図１
2015519557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の、特に自己着火式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用の弾性ダイヤフラム（１）であって、圧力室（３）を中空室（４）から切り離し、前記圧力測定装置のハウジング（２）を測定すべき圧力に対し密封するために、前記ダイヤフラム（１）が前記ハウジング（２）内に受容され、前記ダイヤフラム（１）が圧力作用領域（１１）を含んでいる前記弾性ダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラム（１）が、リング状に形成され、且つ横断面にて前記中空室（４）に対し開口するＵ字形状を有し、前記ダイヤフラム（１）の前記圧力作用領域（１１）が、幾何学的に、互いに結合される２つの四分円（１１３，１１４）によって形成され、その結果前記圧力作用領域（１１）が、発生する圧力負荷に対し自立支持構造を有していることを特徴とする弾性ダイヤフラム。
【請求項２】
前記Ｕ字形状の半径方向外側の脚部（１３）が前記Ｕ字形状の半径方向内側の脚部（１２）よりも短い、請求項１に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項３】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が前記圧力作用領域（１１）のまっすぐな端面（１１０）を介して互いに結合されている、上記請求項のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項４】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が異なる半径を有している、上記請求項のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項５】
前記四分円（１１３，１１４）が実質的に同じ半径を有している、上記請求項のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項６】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が半円（１１５）を生じさせている、請求項１または２に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項７】
Ｕ字状の前記ダイヤフラム（１）の半径方向外側の脚部（１３）が前記圧力測定装置の前記センサハウジング（２）と結合され、Ｕ字状の前記ダイヤフラム（１）の半径方向内側の脚部（１２）が前記圧力測定装置の動力伝達要素（５）と結合されている、上記請求項のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項８】
前記結合が溶接結合である、請求項７に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項９】
前記ダイヤフラム（１）が深絞り部材であり、および／または、前記ダイヤフラム（１）が金属ダイヤフラムである、上記請求項のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項１の前文に記載の種類の弾性ダイヤフラムから出発している。本発明の対象は、内燃機関の、特に自己着火式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用のダイヤフラムである。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧力測定装置は、公知の態様ではグロープラグとは別個に燃焼室内に設けられているが、グロープラグ内に組み込んで設けられていてもよい。この場合、測定すべき燃焼室内に配置されるグロープラグまたはグローピンプラグの内部にグローピンがあり、該グローピンは圧力伝達要素として作用し、該圧力伝達要素を介して、燃焼室内にある圧力がグローピンと作用結合している圧力センサモジュールに伝達され、該圧力センサモジュールは同様にグロープラグの内部にあり、または、これと結合している。これとは択一的に、グローピンを案内する支持管（グロー管ともいう）が圧力伝達要素として設けられていてもよい。この場合、圧力センサモジュールがグロープラグの内にある対応するグロープラグは、一般的には、センサハウジング内で結合スリーブを介して軸線方向に可動に支持されている（場合によってはグロー管内で案内される）グローピンから成り、この場合センサハウジングも、グロープラグの外側カバーとして用いられるシーリングコーンハウジング内にある。原理的に類似の構成は図１から読み取ることができる。ここでは、グローピンの先端（グロートップともいう）を起点として、センサモジュールが軸線方向に可動に支持されるグローピンの後方または上方に位置するようにグロープラグ内にあり、グローピンと作用結合しており、その結果燃焼によって生じてグロートップに作用する圧力が、機能の点で圧力伝達要素としてのグローピン（またはグロー管）を通じてセンサモジュールへ伝達される。この場合の主要な問題は、燃焼室内にあってグロープラグの先端に侵入する媒体が、燃焼中の温度のために且つその化学的性質のために、センサモジュールを破壊させ、よってこれと結合されている電子系統を破壊させることがある点である。これを阻止するため、特に以下に述べるような弾性ダイヤフラムが過去にすでに開発された。
【０００３】
特許文献１には、自己着火式内燃機関の燃焼室に配置するために用いられる圧力測定装置が記載されている。その中で説明されている圧力測定装置は、グロープラグの形態で設けられ、ハウジングと、該ハウジングの燃焼室側開口部において部分的にハウジングから突出している棒状加熱要素の形態の動力伝達要素と、圧力センサとを含んでいる。圧力センサは圧力測定装置のハウジングの内部空間内に配置され、動力伝達要素と作用結合している。さらに、筒状ダイヤフラムが設けられ、該筒状ダイヤフラムは、圧力センサが配置されているハウジングの内部空間を燃焼室側開口部に対し密封している。金属ダイヤフラムとして形成されていてよいダイヤフラムは、動力伝達要素の軸線方向に配向されている動力伝達部分を有している。圧力測定装置のこの実施態様では、圧力センサはダイヤフラムの動力伝達部分を介して動力伝達要素と作用結合している。これにより、熱によって生じるダイヤフラムの長さ変化が少なくとも部分的に補償される。ダイヤフラムの長さ変化はたとえば熱い燃料ガスによって生じるものであり、圧力測定を周期的に阻害することがある。
【０００４】
さらに、特許文献２から、自己着火式内燃機関の燃焼室内に配置されるグローピンプラグが知られている。グローピンプラグは、ハウジングと、該ハウジングから部分的に突出している棒状加熱要素の形態の動力伝達要素と、グロープラグのハウジングの内部空間内に配置されている圧力センサとを有している。この場合圧力センサは、一方では、燃焼室内で支配的な圧力のために生じる加熱要素の作用を検知して燃焼室内で支配的な圧力を特定するため、棒状加熱要素と作用結合している。他方では、圧力センサはハウジングと結合されている固定要素で支持されている。ダイヤフラム（ここでは特にスプリングダイヤフラム）は、ハウジングの内部空間を内燃機関の燃焼室に対し密封している。この場合、スプリングダイヤフラムは断面Ｓ字状のスプリングダイヤフラムとして構成されている。この構成により、特に圧力補償構成を達成でき、その結果圧力センサによる圧力測定の精度を改善することができる。
【０００５】
従って、一般的に、燃焼室圧力センサの内側にダイヤフラムが必要とされるのは、グローピンプラグまたは圧力測定装置の内部空間を燃焼室に対し密封することで、侵入する媒体がその温度およびそのアグレッシブな化学的性質のためにセンサモジュールおよび電子系統の部品を短時間のうちに破壊するのを阻止するためである。他方、これと同時に、ダイヤフラムはセンサ作動中の負荷にも可能限り長い動作期間にわたって耐えるべきである。センサ動作中の負荷には、実質的に、圧力交替の周期的負荷（動作期間ごとに数億回の負荷交替）と、平均温度の高レベルとが挙げられる。さらに、圧力測定装置の変化する感度と、これから生じる測定エラーとを阻止せねばならない（いわゆる「校正係数」効果）。圧力測定装置の感度の変化は、たとえばエンジン負荷状態が異なることによるダイヤフラムの平均温度の変化から生じるものである。また、１つの負荷サイクル内で測定エラーを生じさせる短時間効果も阻止されねばならない。短時間効果とはたとえばいわゆる「サーモショック」効果であり、ダイヤフラムの温度が急速に衝撃的に変化して、ダイヤフラム材料の外側部分と内側部分との間に機械的応力が発生する。というのは、表面への熱または表面からの熱が内部への熱よりも急速に伝達または放出されるからである。
【０００６】
これらの要求を満たすため、ダイヤフラムの過度の変形を、特別に構成した支持要素によって阻止できるようにした、支持構成を備えたダイヤフラムがすでに開発された。支持部を備えたこの種のダイヤフラムアッセンブリの深刻な欠点は、実験で証明されたように、圧力測定信号が支持要素の支持面上でのダイヤフラムの支持点に依存していることにある。燃焼室圧力測定センサの作動中に発生する圧力負荷および温度負荷に依存して、この支持点が変位することがあり、これによって圧力に対する測定信号の測定感度が変化して望ましいものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０５７６２７Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００７０４９９７１Ａ１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
これに対し、独立請求項１の構成を備えた本発明による弾性ダイヤフラムには、センサ内部空間を十分に密閉することができ、その際ダイヤフラムの幾何学的形態がダイヤフラム内での高い引張り応力を回避するように最適化されていることにより、支持面を設けずに済むという利点がある。より正確にいえば、この利点は、内燃機関の、特に自己着火式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用の弾性ダイヤフラムにおいて、グロープラグのいわゆる圧力室をいわゆる中空室から切り離し、圧力測定装置のハウジングを燃焼室の測定すべき圧力に対し密封するために、ダイヤフラムがハウジング内に受容され、より正確にいえば、燃焼室内に配置されているグロープラグのシーリングコーンハウジング内に配置されていることによって得られる。この場合ダイヤフラムは圧力作用領域を含み、該圧力作用領域に対しては、内燃機関の作動中に燃焼室内で支配的な圧力が主に作用する。ダイヤフラムは、リング状に形成され、且つ横断面にて中空室に対し開口するＵ字形状を有し、ダイヤフラムの圧力作用領域は、幾何学的に、互いに結合される２つの四分円によって形成され、その結果圧力作用領域は、発生する燃焼圧力負荷に対し自立支持構造を有している。上述したようにダイヤフラムがＵ字横断面を備えていることですでに、外部から作用する圧力に対する幾何学的安定性がダムの原理に従って達成され、一般的にいえば、ダイヤフラムを材料技術的にもサイズに関してもより柔軟に構成することができる。弾性ダイヤフラムの有利な実施態様では、ダイヤフラムのＵ字形状の半径方向外側の脚部はＵ字形状の半径方向内側の脚部よりも短く形成され、これによってダイヤフラムによるグローピンの好適な案内と、固定領域への、または、グローピンとダイヤフラムとの間の溶接領域への容易なアクセスとが得られる。
【０００９】
好ましくは、ダイヤフラムの横断面形状を決定づけている２つの四分円は、圧力作用領域のまっすぐな端面、すなわち湾曲していない端面を介して互いに結合され、これによって下端を平坦化した、ダイヤフラムのＵ字形状が生じる。これには、たとえば深絞り工程等によってダイヤフラムを容易に作製できるという利点がある。本発明による弾性ダイヤフラムの有利な実施態様では、圧力作用領域の２つの四分円は異なる半径を有し、これによってダイヤフラムの負荷または圧力測定システム全体の感度をシーリングコーンハウジングの可変半径に適合させることができ、測定機能を最適化させることができる。好ましくは、四分円は実質的に同じ半径を有している。
【００１０】
本発明による弾性ダイヤフラムの択一的な実施態様では、２つの四分円は協働して半円を形成させ、これら四分円の間に端面を配置していない。これによって得られる、ダイヤフラムの部分的に半円状のＵ字構成により、幾何学的態様に対しダイヤフラムの最大の静的安定性が達成され、これによってもダイヤフラムの動作期間が向上する。
【００１１】
さらに好ましくは、Ｕ字形状のダイヤフラムの半径方向外側の脚部は圧力測定装置のハウジングと結合され、Ｕ字形状のダイヤフラムの半径方向内側の脚部は圧力測定装置の動力伝達要素と結合され、この場合たとえばグロープラグのグローピンは動力伝達要素として用いられる。しかし動力伝達要素は、グロープラグのグローピンの支持管であってもよく、或いは、純正な圧力測定装置は、すなわちグロープラグとは別個に設けられる圧力測定装置は、いかなる加熱機能をも持たない金属ピンである。動力伝達要素と圧力測定装置のハウジングとの間でのダイヤフラムのこの種の結合により、圧力測定装置の内部にある中空室が圧力室に対し流体が漏れないよう密封されることが保証される。この場合、ダイヤフラムとハウジングまたは動力伝達要素との間の結合は溶接結合であってよい。本発明による弾性ダイヤフラムの更なる有利な実施態様では、ダイヤフラムは深絞り部材および／または金属ダイヤフラムであり、これは、ダイヤフラムが容易に作製され、高い負荷交替強度を有するという利点をもたらす。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態が図面に図示されており、以下で有利な実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の有利な第１実施形態による弾性ダイヤフラムを備えたグロープラグの一部分の断面図である。
【図２】図１に図示した弾性ダイヤフラムの詳細断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による弾性ダイヤフラム詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、有利な第１実施形態による本発明の弾性ダイヤフラム１をグロープラグに使用した詳細断面図である。この場合ダイヤフラム１は、グロープラグハウジングまたはグロープラグシーリングコーンハウジング２と、グローピンの支持管５またはグロー管５との間に配置され、その際グロープラグ自体は自己着火式内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）内部に配置される。有利な第１実施形態では圧力測定装置の動力伝達要素５として作用するグロー管５の代わりに、グローピン８が直接動力伝達要素として設けられて、ダイヤフラム１と結合していることも考えられる。しかし、たとえば簡単な筒状金属ピン等の他のいかなる筒状動力伝達要素も考えられが、このケースはグロープラグではなく、これとは択一的な純粋な圧力測定装置の構成が対象になる。
【００１５】
弾性ダイヤフラム１はリング状に形成され、その半径方向内側面でグロー管５と当接し、その半径方向外側面でセンサハウジング７と当接している。図１および図２で見て取れるように、ダイヤフラム１は、半径方向内側面において、結合スリーブ６の端部６１を通じて溶接継ぎ目５０によりグロー管５と不動に結合されている。これに対し半径方向外側面においては、ダイヤフラム１は溶接継目１０を用いてセンサハウジング７の端部７１と結合され、この場合センサハウジング７自体は溶接継ぎ目２０によりハウジング２に固定されている。センサハウジング７の端部７１も結合スリーブ６の端部６１も横断面にて段状に先細りになっている構成を有し、その結果ダイヤフラム１を挿着できる繰り抜き部が生じる。この結合構成により、グロープラグの内部に配置される中空室４が、同様にグロープラグの内部に配置される圧力室３によって流体が漏れないよう密閉され、その結果燃焼ガスが、内燃機関のシリンダの燃焼室（図示せず）と流体結合している圧力室３から中空室４内へ侵入することがないよう保証される。溶接継ぎ目５０を起点としてセンサハウジング７に当接するまで圧力室３の圧力の作用を受ける弾性ダイヤフラム１は、断面にて一般にＵ字形状を有し、その際ダイヤフラム１のＵ字形状は底部部分１１を含み、この底部部分はいわゆるダイヤフラム１の圧力作用領域１１である。圧力作用領域１１は、グロープラグの作動時に圧力室３側へ露出している外面または下面１１１を有し、これによってダイヤフラム１の外面または下面１１１は、シリンダ内部での各燃焼サイクルの燃焼圧力の作用を受ける。圧力作用領域１１は、さらに、ダイヤフラム１のＵ字形状の内側、すなわち中空室４側に配置されている内面または上面１１２を有している。さらに、ダイヤフラム１のＵ字形状は、半径方向内側に配置される長い脚部１２と、半径方向外側に配置される短い脚部１３とを有し、その際長い脚部１２は結合スリーブ６の端部６１と結合し、短い脚部１３はセンサハウジング７の端部７１と結合し、その結果結合スリーブ６もセンサハウジング７もダイヤフラム１のＵ字状横断面の内側に配置されている。
【００１６】
圧力作用領域１１は、図２によれば、第１の四分円１１３と第２の四分円１１４とから幾何学的に成形され、これらの四分円の間にまっすぐな端面１１０が配置されている。この実施形態では、四分円１１３と１１４のそれぞれは、実質的に互いに等しい半径を有している。
【００１７】
図３には、本発明による弾性ダイヤフラム１の有利な第２実施形態が示されている。この実施形態でのダイヤフラム１の一般的な配置構成は有利な第１実施形態での配置構成に類似しており、それ故ここではさらにもう一度反復しない。ダイヤフラム１の有利な第２実施形態の圧力作用領域１１は、互いにダイレクトに結合されている２つの四分円１１３と１１４から幾何学的に構成され、これら四分円の間に端面は配置されておらず、これにより両四分円１１３と１１４から１つの半円１１５が生じ、この半円はその形状に関して圧力作用領域１１全体を形成している。本発明の有利な第２実施形態によるダイヤフラム１を使用する場合、燃焼室内で（下から）作用する燃焼圧によって付勢されると、ダイヤフラム１の領域１６は実験では著しく小さな応力負荷を蒙る。これによって、ダイヤフラム１内の引張り応力を最小化することができるので、弾性ダイヤフラム１の寿命を著しく改善させることができる。さらに、圧力負荷および温度負荷に関する感度の著しく改善された安定度を達成できる。
【符号の説明】
【００１８】
１  弾性ダイヤフラム
２  圧力測定装置のハウジング
３  圧力室
４  中空室
５  動力伝達要素
１１  圧力作用領域
１２  半径方向内側脚部
１３  半径方向外側脚部
１１０  圧力作用領域の端面
１１３，１１４  四分円
１１５  半円
【図１】
2015519557.tif 000003
【図２】
2015519557.tif 000004
【図３】
2015519557.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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用の弾性ダイヤフラム（１）であって、圧力室（３）を中空室（４）から切り離し、前記圧力測定装置のハウジング（２）を測定すべき圧力に対し密封するために、前記ダイヤフラム（１）が前記ハウジング（２）内に受容され、前記ダイヤフラム（１）が圧力作用領域（１１）を含んでいる前記弾性ダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラム（１）が、リング状に形成され、且つ横断面にて前記中空室（４）に対し開口するＵ字形状を有し、前記ダイヤフラム（１）の前記圧力作用領域（１１）が、幾何学的に、互いに結合される２つの四分円（１１３，１１４）によって形成され、その結果前記圧力作用領域（１１）が、発生する圧力負荷に対し自立支持構造を有していることを特徴とする弾性ダイヤフラム。
【請求項２】
前記Ｕ字形状の半径方向外側の脚部（１３）が前記Ｕ字形状の半径方向内側の脚部（１２）よりも短い、請求項１に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項３】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が前記圧力作用領域（１１）のまっすぐな端面（１１０）を介して互いに結合されている、請求項１または２に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項４】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が異なる半径を有している、請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項５】
前記四分円（１１３，１１４）が実質的に同じ半径を有している、請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項６】
前記２つの四分円（１１３，１１４）が半円（１１５）を生じさせている、請求項１または２に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項７】
Ｕ字状の前記ダイヤフラム（１）の半径方向外側の脚部（１３）が前記圧力測定装置の前記センサハウジング（２）と結合され、Ｕ字状の前記ダイヤフラム（１）の半径方向内側の脚部（１２）が前記圧力測定装置の動力伝達要素（５）と結合されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項８】
前記結合が溶接結合である、請求項７に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項９】
前記ダイヤフラム（１）が深絞り部材であり、および／または、前記ダイヤフラム（１）が金属ダイヤフラムである、請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）。
【請求項１０】
前記内燃機関は、自己着火式内燃機関である請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性ダイヤフラム（１）
【国際調査報告】
2015519557.tif 000006
2015519557.tif 000007
2015519557.tif 000008
2015519557.tif 000009