JP2003269218A - 内燃機関を運転するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々様々な形式のセンサを装置にモジュール
として組み込むことができるようにし、これにより製造
の手間とコストとを減じる。 【解決手段】 内燃機関を運転するための装置であっ
て、ケーシング５が設けられており、該ケーシング５
は、内燃機関を運転するための機能ユニット１０の他に
付加的に１つのセンサエレメント１５を支持している形
式のものにおいて、センサエレメント１５を収容するた
めのセンサケーシング２０が設けられており、装置１の
前記ケーシング５がセンサケーシング２０を支持してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を運転す
るための装置であって、ケーシングが設けられており、
該ケーシングは、内燃機関を運転するための機能ユニッ
トの他に付加的に１つのセンサエレメントを支持してい
る形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２４
３７４３号明細書により既に、内燃機関の燃焼室内の圧
力を、圧力作用下で変化する、点火プラグに取り付けら
れた電気的な導体の抵抗値を利用して検出するセンサが
公知である。電気的な導体は、この場合、点火プラグの
絶縁脚部に取り付けられている。

【０００３】

【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２４
３７４３号明細書

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の内燃機関を運転するための装置を改良し
て、種々様々な形式のセンサを装置にモジュールとして
組み込むことができるようにし、これにより製造の手間
とコストとを減じることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、センサエレメントを収容するため
のセンサケーシングが設けられており、装置の前記ケー
シングがセンサケーシングを支持しているようにした。

【０００６】

【発明の効果】請求項１の特徴を備えた本発明による、
内燃機関を運転するための装置は、センサエレメントを
収容するためのセンサケーシングが設けられていて、こ
のセンサケーシングを装置のケーシングが支持している
という利点を有している。このようにして種々の形式の
センサを装置にモジュールとして組み込むことができ
る。従ってこの装置には、例えば、このようなセンサケ
ーシングのための規格化された組み込みスペースを設け
ることができる。使用されるセンサの形式に応じて、そ
の都度のセンサを取り付けるために装置の種々異なるジ
オメトリを設ける必要はない。従って、本発明による装
置は、多数において統一性があるので、手間がかからず
安価に製造できる。

【０００７】さらに、センサケーシングを使用すること
により、周囲の影響、電気的なフィールド、電磁的な外
乱放射物に対して簡単にシールドを実現でき、センサエ
レメントはこのような影響から保護されている。

【０００８】請求項２以下に記載された手段により、請
求項１に記載された装置の有利な別の構成および改良形
が得られる。

【０００９】特に有利には、センサケーシングが、支持
部の領域、特に、機能ユニットの肩部またはフランジ肩
部の領域に、装置のケーシングに固定するために配置さ
れている。このようにして、機能ユニットを装置のケー
シングに固定する際に、センサケーシングを機能ユニッ
トと装置のケーシングとの間に堅固にクランプすること
ができ、これにより安定的に装置に支承することができ
る。センサケーシングは、支持部の代わりに、機能ユニ
ットをケーシングに固定するための機能を果たす。この
ために装置のケーシングは、センサケーシングを収容す
るために幾分延長されていればよく、その他の点では構
造的な装置の変更は不要である。

【００１０】このような利点は、特に、センサケーシン
グが機能ユニットの支持部に載置されている場合に実現
される。

【００１１】特に有利には、少なくともセンサエレメン
トが、プレロードをかけられてセンサケーシングに取り
付けられている。このようにして、圧力センサでは、負
圧も測定できる。さらに、センサエレメントの反応特性
が改善される。センサエレメントと接続コンタクトと
が、プレロードをかけられてセンサケーシングに配置さ
れていると、センサエレメントと接続コンタクトとの間
の接触はプレロードにより保証される。

【００１２】センサケーシングが金属によって形成され
ているとさらなる利点が得られる。このようにしてセン
サエレメントは、電気的な領域および電磁的な外乱放射
物から保護される。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を詳しく説明する。

【００１４】図面において符号１は、本発明による装置
を示していて、この装置は、内燃機関の運転のために設
けられている。この場合、この装置１は例えば内燃機関
のシリンダヘッドに配置されていてよい。この装置１
は、この場合、例えば点火プラグ、グロープラグ、流入
弁、流出弁または燃料噴射弁であってよい。装置１はケ
ーシング５を有している。このケーシング５は、シリン
ダヘッド内に固定されていて、このためにねじ山を有し
ているが、ねじ山は図示されていない。ケーシング５
は、内燃機関の運転のために設けられている機能ユニッ
ト１０を支持している。機能ユニット１０のうち、図面
にはその一部しか示されていない。ケーシング５は、さ
らにセンサケーシング２０を有しており、このセンサケ
ーシング２０内にはセンサエレメント１５が配置されて
いる。このセンサケーシング２０は例えば、規格化され
たジオメトリックな寸法を有していてよく、このように
して、種々様々な形式のセンサエレメントを装置１に、
装置１のジオメトリックな寸法を、センサエレメントの
個々の形式に適合させる必要はなしにモジュールとして
組み込むことができる。従って、センサケーシング２０
内に配置されるセンサエレメント１５は、装置１のジオ
メトリに影響を与えることなく、種々様々に実現でき
る。何故ならばセンサエレメント１５は、不変に規定さ
れたジオメトリックの寸法を有したセンサケーシング２
０に組み込まれているからである。従ってセンサエレメ
ント１５は、例えば、ピエゾセラミック的に、又はピエ
ゾエレクトリック的に、又は誘導的に、又は容量的に、
又はひずみケージとして、又はこれに類似のものとして
形成されていてよい。

【００１５】センサエレメント１５とともに、センサケ
ーシング２０内には、接続コンタクト３０，３５が配置
されている。接続コンタクト３０，３５は、センサエレ
メント１５の測定信号を外部に伝えるために、それぞれ
センサエレメントに接触されている。センサケーシング
２０によってセンサエレメント１５と接続コンタクト３
０，３５とは、例えば内燃機関のシリンダの燃焼室から
の燃焼ガスのような周囲の影響から保護されている。セ
ンサケーシング２０は、有利には金属的に形成されてい
るので、センサエレメント１５はさらに電気的なフィー
ルドと電磁的な外乱放射とから保護されている。従って
センサケーシング２０によって、センサエレメント１５
から送られた測定結果が、周囲の影響や電気的なフィー
ルドまたは電磁的な外乱放射によって影響されるのが防
止される。

【００１６】センサケーシング２０が金属的に形成され
ている場合に、センサケーシング２０を、両接続コンタ
クト３０，３５のうちの一方に接続するための基準電位
としても使用することができる。従って、センサケーシ
ング２０を、シリンダヘッドにねじ込まれている、装置
のケーシング５と結合させることにより、センサケーシ
ング２０は車両アース上に位置する。

【００１７】両接続コンタクト３０，３５のうちの、セ
ンサケーシング２０と接続されていない他方の接続コン
タクトは、図示されていない接続ケーブルを介してセン
サケーシング２０から導出され、同様に図示されていな
い評価回路に接続される。この評価回路は、センサエレ
メント１５から送られた測定値を評価する。測定結果を
伝達するためにもちろん、センサエレメント１５は両接
続コンタクト３０，３５にそれぞれ導電的に接続されて
いなければならない。このために、図示したように、接
続コンタクト３０，３５は、それぞれセンサエレメント
１５内に突入している。この場合、第１の接続コンタク
ト３０は上方から、第２の接続コンタクト３５は下方か
らセンサエレメント１５内に突入している。

【００１８】外部との接触は、コンタクト層４０，４５
を介して行われる。従って、センサエレメント１５は、
上方のコンタクト層４０と下方のコンタクト層４５との
間に埋め込まれている。上方のコンタクト層４０は、第
１の接続コンタクト３０に接触していて、下方のコンタ
クト層４５は第２の接続コンタクト３５に接触してい
る。両コンタクト層４０，４５は、それぞれ１つの絶縁
層５０，５５によってガルバニック的にセンサケーシン
グ２０から分離されていて、従って電気的にセンサケー
シング２０から絶縁されている。この場合、両コンタク
ト層４０，４５の内の一方、例えば下方のコンタクト層
４５が、第２の接続コンタクト３５と基準電位との間の
接続を保証するために、センサケーシング２０に直接に
載置されていても良い。上方のコンタクト層４０は、第
１の接続コンタクト３０が、センサケーシング２０と接
することにより導電的に接続されることのないように、
上方の絶縁層５０によってセンサケーシング２０から絶
縁されなければならない。上方の絶縁層５０とセンサケ
ーシング２０とに設けられた切欠を介して、センサケー
シング２０に対して絶縁された接続ケーブルを、上方の
コンタクト層４０から評価回路へと案内することができ
る。

【００１９】下方の絶縁層５５も設けられているなら
ば、下方のコンタクト層４５と基準電位もしくはセンサ
ケーシング２０との接触も、センサケーシング２０内を
延びる接続ケーブルを介して行われる。

【００２０】本発明の有利な構成では、センサの構成部
分が、図面において両方向の太い矢印で示したようにプ
レロードをかけられてセンサケーシング２０内に取り付
けられる。このことは、絶縁層５０，５５と、コンタク
ト層４０，４５と、センサエレメント１５とをセンサケ
ーシング２０に取り付けた後、カバー６０が圧力をかけ
られてセンサケーシング２０に、例えば押し込み機によ
り載着されることにより実現される。これにより、構成
部分１５，３０，３５，４０，４５，５０，５５はセン
サケーシング２０内でプレロードをかけられる。センサ
エレメント１５にプレロードをかけることにより、セン
サエレメント１５は、例えば、吸気過程で生じるよう
な、内燃機関の燃焼室における負圧も検出することがで
きる。さらに、センサエレメント１５の、反応特性は改
善される。特にコンタクト層４０，４５、接続コンタク
ト３０，３５、センサエレメント１５が、プレロードを
かけられてセンサケーシング２０内に取り付けられる
と、接続コンタクト３０，３５とコンタクト層４０，４
５とを介してセンサエレメント１５が良好に、殆どエラ
ーのなく接触することが保証される。

【００２１】カバー６０は、記載したように、圧力をか
けてセンサケーシング２０に載着することができ、次い
でこのセンサケーシング２０に例えば溶接される。この
場合、カバー６０も、例えば金属により形成されてい
る。

【００２２】図示したように、センサケーシング２０は
例えば、機能ユニット１０とケーシング５との間に配置
することができる。図面によると、この場合、センサケ
ーシング２０は、機能ユニット１０の支持部２５の領域
に配置されている。この場合、支持部２５は、機能ユニ
ット１０を装置１のケーシング５に固定するために働
く。支持部２５は、例えば、機能ユニット１０の肩部ま
たはいわゆる「フランジ肩部」であって良い。この場
合、有利な構成では、センサケーシング２０は図示した
ように、機能ユニット１０の支持部２５に載置されてい
る。この場合、通常は、装置１のケーシング５は、機能
ユニット１０の支持部２５に固定するために縁曲げされ
る。センサケーシング２０を取り付けるために、ケーシ
ング５は延長され、支持部２５上ではなくて、センサケ
ーシング２０の上方の支持部７０上へと縁曲げされてい
てもよい。センサケーシング２０が、不変に規定された
ジオメトリック的な寸法を有しているならば、ケーシン
グ５も不変に規定された長さだけ延長され、センサケー
シング２０を装置１に組み付けることができる。この場
合、装置１のケーシング５は、センサエレメント１５の
タイプとは無関係にジオメトリを適合させなければなら
ない。機能ユニット１０は今や直接的にではなく、セン
サケーシング２０を介して、装置１のケーシング５に固
定されている。

【００２３】機能ユニット１０の、センサケーシング２
０とは異なる側で、機能ユニット１０は、装置１のケー
シング５の支持部７５上に載置されていて、これにより
装置１のケーシング５に堅固に固定されている。センサ
ケーシング２０の支持部７０上にある、装置１のケーシ
ング５の縁曲げ部は、図面では符号７５で示されてい
る。

【００２４】センサエレメント１５は例えば圧力センサ
として形成されていてよい。従ってセンサエレメント１
５は、内燃機関の燃焼室内のガス圧を検出し、このガス
圧を示す信号を測定値として評価ユニットに送ることが
できる。燃焼室内のガス圧により、ガス力６５が燃焼室
側から、図面では下側から機能ユニット１０へと加えら
れる。このガス力６５は、センサエレメント１５をも押
圧し、燃焼室内のガス圧に比例する電気的な信号に変換
される。この信号は、評価回路にさらに送られる。縁曲
げ部７５は、ガス力６５とは反対方向の対抗力を加え
る。この対抗力は、機能ユニット１０とセンサケーシン
グ２０とを、シリンダヘッドにねじ込まれた、装置１の
ケーシング５内に堅固に保持する。

【００２５】縁曲げ部７５によりセンサケーシング２０
に加えられた対抗力は、図面では符号８０で示されてい
る。

【００２６】センサエレメント１５は例えばピエゾセラ
ミックとして形成されていて良い。ガス力６５は、燃焼
室のガス圧に比例しており、摺動力として、ピエゾセラ
ミックのセンサエレメントのセラミックに作用する。セ
ラミックへの摺動力は、これに比例する電気的な信号に
変換され、これにより電気的な信号も、燃焼室のガス圧
に比例している。電気的な信号は、測定信号として評価
回路に供給される。接続ラインが評価回路に通じるよう
に、さらに適当な切欠が縁曲げ部７５に設けられなけれ
ばならない。接続ケーブルには、例えばプラスチック絶
縁体が設けられていて、従って、センサケーシング２０
および装置１のケーシング５から電気的に絶縁されてい
る。装置１のケーシング５は有利には同様に金属的に形
成されていて、上述したように、基準電位もしくは車両
アース上に位置している。圧力センサとしてのセンサエ
レメント１５は、即ち、記載したように、力測定の原
理、ここではガス力６５の測定の原理に基づいている。

【００２７】センサエレメント１５は選択的には記載し
たように、ピエゾエレクトリック的に、又は誘導的に、
又は容量型に、又はひずみケージとして、又はこれに類
似のものとして形成されていてよい。

【００２８】図示したように、センサケーシング２０は
例えばリング状に形成することができる。この場合、リ
ングの内径は、支持部２５の上方の機能ユニット１０の
外径よりも大きい。従ってセンサケーシング２０は上方
から機能ユニット１０を介して支持部２５まで押し込む
ことができ、こうして機能ユニット１０を取り囲む。従
って機能ユニット１０は、図示したように、上方および
下方でセンサケーシング２０から突出している。

【００２９】しかしながら、機能ユニット１０が上方に
対して支持部２５によって閉鎖されていて、センサケー
シング２０が上方で機能ユニット１０に載置されていて
もよい。この場合、センサケーシング２０の内径は、殆
ど０であってもよい。図示したようにセンサケーシング
２０をリング状に形成した場合も、機能ユニット１０が
上方に向かってセンサケーシング２０を越えて突出して
いる必要はない。

【００３０】記載したように、装置１は点火プラグ、グ
ロープラグ、流入弁、流出弁、または噴射弁として形成
されていてよい。装置１を点火プラグとして形成する場
合、機能ユニット１０が絶縁体として形成されていてよ
く、これによりセンサケーシング２０は、点火プラグの
ケーシング５と絶縁体１０との間に配置されている。絶
縁体はこの場合、有利にはセラミックにより形成されて
いて、接続ピンと、中心電極とを収容するために働く。
この中心電極は、燃焼室における燃料空気混合物に点火
するために必要である。

【００３１】センサケーシング２０は、小さな寸法で形
成することができ、従って、装置１のケーシング５内の
所要構成スペースは僅かである。さらにこれにより、セ
ンサエレメント１５を備えたセンサケーシング２０の固
有振動数は高くなる。特に、ピエゾセラミックのまたは
ピエゾエレクトリックのセンサエレメントを使用する場
合は、簡単な構成に基づき安価に製造できる。センサケ
ーシング２０のジオメトリックな寸法は、装置１のケー
シング５の延長により実現可能な、装置１の組み込みス
ペースに適合させることができる。センサエレメント１
５とセンサケーシング２０とを装置１のケーシング５内
に取り付けることにより、別個のセンサエレメントをそ
こに取り付けるための燃焼室への付加的な孔は不要であ
る。構成部分１５，３０，３５，４０，４５，５０，５
５を備えたセンサケーシング２０は、組み込まれる部分
として製造することができる。

【００３２】センサケーシング２０がリング状に形成さ
れている場合に、センサエレメント１５と、コンタクト
層４０，４５と、絶縁層５０，５５もリング状に形成さ
れている。センサエレメント１５から送られる測定電圧
を受けるための接続コンタクト３０，３５は、例えばば
ねコンタクトとして形成することができ、図示したよう
に、センサエレメント１５の内径に、センサエレメント
１５が接触している。

【００３３】センサエレメント１５をセンサケーシング
２０にプレロードをかけて取り付けることにより、セン
サエレメント１５は、力の分流が僅かな場合に高い精度
でガス圧６５を検出できる。

【００３４】本発明による装置は、ガス圧の経過とノッ
キング振動の経過とによって形成されている燃焼室内の
圧力信号の高周波数部分と低周波数部分とを、装置１の
内部におけるセンサエレメント１５によって検出する簡
単かつ安価な手段である。装置１のケーシング５もしく
は装置１にセンサケーシング２０が組み込まれているの
で、例えばセンサエレメントがこのような装置とシリン
ダヘッドとの間に組み込まれる場合には必要であるよう
な、装置１もしくはシリンダヘッドにおける構造的な変
化は必要ない。図示したように、センサケーシング２０
の外径が、機能ユニット１０の外径を実質的に越えてい
ない場合には、センサケーシング２０は、記載したよう
な装置１のケーシング５の延長以外は、装置１のケーシ
ング５を特別に適合させることなしに装置１に組み込む
ことができる。センサケーシング２０をリング状に形成
することによりさらに、センサケーシング２０を装置１
に組み込むために、機能ユニット１０のジオメトリを適
合させる必要はない。このことは、機能ユニット１０
が、支持部２５によって上方に向かって、減じられた外
径で、図示したように延長されている場合に当てはま
る。それ以外は、機能ユニット１０に関して、装置１へ
のセンサケーシング２０の組み込みのために適合させる
必要はない。図示の実施例では、ピエゾセラミックのセ
ンサエレメント１５について説明されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の横断面図の一部を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 装置、 ５ ケーシング、 １０ 機能ユニット、
１５ センサエレメント、 ２０ センサケーシン
グ、 ２５ 支持部、 ３０，３５ 接続コンタクト、
４０，４５ コンタクト層、 ５０，５５ 絶縁層、
６０ カバー、６５ ガス力、 ７０，７５ 支持
部、 ８０ 対抗力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー ヘス ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ツ ォルンドルファー シュトラーセ 23 (72)発明者 ウーヴェ カスナー ドイツ連邦共和国 メークリンゲン ヴェ ルナー−エグク−シュトラーセ ４ Ｆターム(参考） 3G019 KA01 KA28 KD17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関を運転するための装置であっ
   て、ケーシング（５）が設けられており、該ケーシング
   （５）は、内燃機関を運転するための機能ユニット（１
   ０）の他に付加的に１つのセンサエレメント（１５）を
   支持している形式のものにおいて、 センサエレメント（１５）を収容するためのセンサケー
   シング（２０）が設けられており、装置（１）の前記ケ
   ーシング（５）がセンサケーシング（２０）を支持して
   いることを特徴とする、内燃機関を運転するための装
   置。
2. 【請求項２】 センサケーシング（２０）が、前記機能
   ユニット（１０）と前記ケーシング（５）との間に配置
   されている、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 装置（１）が、点火プラグまたはグロー
   プラグまたは流入弁または流出弁または噴射弁として形
   成されている、請求項１または２記載の装置。
4. 【請求項４】 機能ユニット（１０）が、有利にはセラ
   ミックの絶縁体を有しており、センサケーシング（２
   ０）が装置（１）のケーシング（５）と絶縁体との間に
   配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記
   載の装置。
5. 【請求項５】 センサケーシング（２０）が支持部（２
   ５）の領域、特に、機能ユニット（１０）の肩部または
   フランジ肩部の領域に、装置（１）のケーシング（５）
   に固定するために配置されている、請求項１から４まで
   のいずれか１項記載の装置。
6. 【請求項６】 センサケーシング（２０）が、機能ユニ
   ット（１０）の支持部（２５）上に載置されている、請
   求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 センサケーシング（２０）が、機能ユニ
   ット（１０）をリング状に取り囲んでいる、請求項１か
   ら６までのいずれか１項記載の装置。
8. 【請求項８】 センサケーシング（２０）が付加的に、
   センサエレメント（１５）のための接続コンタクト（３
   ０，３５）を有している、請求項１から７までのいずれ
   か１項記載の装置。
9. 【請求項９】 少なくともセンサエレメント（１５）
   が、プレロードをかけられてセンサケーシング（２０）
   に取り付けられている、請求項１から８までのいずれか
   １項記載の装置。
10. 【請求項１０】 センサエレメント（１５）が、ピエゾ
    セラミック的に、またはピエゾエレクトリック的に、ま
    たは誘導的に、または容量型に、またはひずみケージと
    して形成されている、請求項１から９までのいずれか１
    項記載の装置。
11. 【請求項１１】 センサケーシング（２０）が金属によ
    って形成されている、請求項１から１０までのいずれか
    １項記載の装置。