JPH109988A - ガス状および液状媒体のいずれか一方または双方のための、特に内燃エンジンを監視するための圧力センサ - Google Patents
ガス状および液状媒体のいずれか一方または双方のための、特に内燃エンジンを監視するための圧力センサInfo
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- JPH109988A JPH109988A JP8159922A JP15992296A JPH109988A JP H109988 A JPH109988 A JP H109988A JP 8159922 A JP8159922 A JP 8159922A JP 15992296 A JP15992296 A JP 15992296A JP H109988 A JPH109988 A JP H109988A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
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- G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用寿命が長く、予備を必要とすることの少
ないセンサを得ること。 【解決手段】 本発明による圧力センサ(10)は、そ
の円板形センサ本体(12)が、測定すべき媒体のため
の圧力空間を有する。センサ本体(12)のこの圧力空
間には、小さい容積の圧力間隙(19)を形成する、ボ
ルト要素(16)が挿入される。ボルト要素(16)
は、一方では圧力空間の無効容積を減少し、他方では蓄
熱器を形成し、温度補償要素として温度衝撃によるセン
サ(10)の温度変動を少なくする。その構造のため、
新規な圧力センサ(10)は高温燃焼ガス用に、また燃
料または他の液状またはガス状物質用に使用できる。内
燃エンジン監視用では、きわめて特異な利点が、インジ
ケータ弁後方でなく、燃焼室とインジケータ弁の間に圧
力センサを取付け、定期的吹出しを実施してすべての燃
焼残留物を除去することにより得られる。
ないセンサを得ること。 【解決手段】 本発明による圧力センサ(10)は、そ
の円板形センサ本体(12)が、測定すべき媒体のため
の圧力空間を有する。センサ本体(12)のこの圧力空
間には、小さい容積の圧力間隙(19)を形成する、ボ
ルト要素(16)が挿入される。ボルト要素(16)
は、一方では圧力空間の無効容積を減少し、他方では蓄
熱器を形成し、温度補償要素として温度衝撃によるセン
サ(10)の温度変動を少なくする。その構造のため、
新規な圧力センサ(10)は高温燃焼ガス用に、また燃
料または他の液状またはガス状物質用に使用できる。内
燃エンジン監視用では、きわめて特異な利点が、インジ
ケータ弁後方でなく、燃焼室とインジケータ弁の間に圧
力センサを取付け、定期的吹出しを実施してすべての燃
焼残留物を除去することにより得られる。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス状および液状
媒体のいずれか一方または双方のための、特に内燃エン
ジンを監視するための圧力センサに関するものである。
媒体のいずれか一方または双方のための、特に内燃エン
ジンを監視するための圧力センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】EP−B−283524号明細書の記載
によって、管状物体内部の圧力を測定する方法および装
置が公知になっている。この公知の装置は、装置の指定
された圧力を決定するため、装置に多額の費用を必要と
する二つの加算または減算回路を必要とする。さらにデ
ィーゼルエンジンまたはガスエンジンのような内燃エン
ジンの各シリンダ内の燃焼工程を連続して監視すること
が、もし排出物調節を監視し、環境破壊を阻止しかつ経
済的運転を確保しようとするならば、必要となる。同時
に、各シリンダによって発生される出力が、噴射工程の
監視と同様に、パラメータを監視する際にますます多く
含まれるようになった。将来においては、保険会社も船
舶の運行に対してはるかに厳しい要求を押付け、書類に
記載された監視データを要求するであろう。さらに、ガ
スエンジンに関しては、点火がシリンダ毎に監視され、
排気管の中でのガス爆発を阻止しなければならない。
によって、管状物体内部の圧力を測定する方法および装
置が公知になっている。この公知の装置は、装置の指定
された圧力を決定するため、装置に多額の費用を必要と
する二つの加算または減算回路を必要とする。さらにデ
ィーゼルエンジンまたはガスエンジンのような内燃エン
ジンの各シリンダ内の燃焼工程を連続して監視すること
が、もし排出物調節を監視し、環境破壊を阻止しかつ経
済的運転を確保しようとするならば、必要となる。同時
に、各シリンダによって発生される出力が、噴射工程の
監視と同様に、パラメータを監視する際にますます多く
含まれるようになった。将来においては、保険会社も船
舶の運行に対してはるかに厳しい要求を押付け、書類に
記載された監視データを要求するであろう。さらに、ガ
スエンジンに関しては、点火がシリンダ毎に監視され、
排気管の中でのガス爆発を阻止しなければならない。
【0003】さて数10年に亘るエンジン研究におい
て、シリンダ圧力は燃焼室のできるだけ近くに取付けら
れたシリンダ圧力センサによって測定されてきた。この
ため、ピエゾ電気ダイヤフラムセンサがほぼ例外なく利
用されてきた。これらのダイヤフラム部品は高い火炎温
度にさらされ、したがってそれらの使用寿命は短い。し
たがって監視目的のため、センサが、少なくとも次回の
大規模なオーバーホールまでのエンジンの全運転期間中
使用でき、この期間中最善の精度を繰り返し保持するこ
とが必要である。
て、シリンダ圧力は燃焼室のできるだけ近くに取付けら
れたシリンダ圧力センサによって測定されてきた。この
ため、ピエゾ電気ダイヤフラムセンサがほぼ例外なく利
用されてきた。これらのダイヤフラム部品は高い火炎温
度にさらされ、したがってそれらの使用寿命は短い。し
たがって監視目的のため、センサが、少なくとも次回の
大規模なオーバーホールまでのエンジンの全運転期間中
使用でき、この期間中最善の精度を繰り返し保持するこ
とが必要である。
【0004】現在まで、これらの要求を満足に達成する
センサは存在しなかった。現在市販されている圧力監視
センサは、ダイヤフラム理論に基づき、破壊を防止する
ためとくに厚いダイヤフラム板を使用するように設計さ
れている。しかしながら、これらの補強されたダイヤフ
ラム板は、温度にきわめて敏感である。作用している間
に、それらの表面はカーボン残留物によって覆われ、徐
々に測定誤差を増大する。さらに、過度に厚いダイヤフ
ラム板は、疲労によるクラックを生じ易く、クラックは
僅か数千時間の運転後に発生する。これらの課題を認識
して、この種のセンサのメーカーは、センサを直接シリ
ンダカバーに取付けるのでなく、インジケータコックの
背後にだけ取付けることを提案している。そこで、個々
のセンサは、それらの読みが正しくないとき装置から取
外され、予備のセンサと交換される。
センサは存在しなかった。現在市販されている圧力監視
センサは、ダイヤフラム理論に基づき、破壊を防止する
ためとくに厚いダイヤフラム板を使用するように設計さ
れている。しかしながら、これらの補強されたダイヤフ
ラム板は、温度にきわめて敏感である。作用している間
に、それらの表面はカーボン残留物によって覆われ、徐
々に測定誤差を増大する。さらに、過度に厚いダイヤフ
ラム板は、疲労によるクラックを生じ易く、クラックは
僅か数千時間の運転後に発生する。これらの課題を認識
して、この種のセンサのメーカーは、センサを直接シリ
ンダカバーに取付けるのでなく、インジケータコックの
背後にだけ取付けることを提案している。そこで、個々
のセンサは、それらの読みが正しくないとき装置から取
外され、予備のセンサと交換される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】現在のセンサ製造業者
のこれらの予防的手段は、各監視装置に対して多数の予
備のセンサを保有することになるため、多額の費用が必
要になる。したがって本発明の目的は、ガス状および液
状媒体のいずれか一方または双方のための圧力センサで
あって、頑丈さ、信頼性、高い感度およびできれば温度
に対して安定な精度、すなわち、燃焼圧力の測定中の温
度衝撃による誤差を減少するため、燃焼ガスの温度衝撃
の変化による温度変化が小さいことを併せ保有する、前
記圧力センサを得ることにある。
のこれらの予防的手段は、各監視装置に対して多数の予
備のセンサを保有することになるため、多額の費用が必
要になる。したがって本発明の目的は、ガス状および液
状媒体のいずれか一方または双方のための圧力センサで
あって、頑丈さ、信頼性、高い感度およびできれば温度
に対して安定な精度、すなわち、燃焼圧力の測定中の温
度衝撃による誤差を減少するため、燃焼ガスの温度衝撃
の変化による温度変化が小さいことを併せ保有する、前
記圧力センサを得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】これらのきわめて複雑な
要求に対して、本発明は、平坦なダイヤフラムの代わり
に、実質的にC字型の円板形センサ本体を有し、かつ割
線に平行な接線方向孔を有する円形−円筒形の圧力トラ
ンスジューサ面を使用し、センサ本体には伸び計を取付
け、また同心のボルト要素を設け、そこで小さい容積の
管状の圧力間隙が形成され、圧力媒体は圧力間隙からC
字形センサ本体に半径方向に作用し、同時に蓄熱器が円
形−円筒形の圧力トランスジューサ面の前方に温度補償
要素として形成され、不必要な無効空間を回避すること
によって解決している。
要求に対して、本発明は、平坦なダイヤフラムの代わり
に、実質的にC字型の円板形センサ本体を有し、かつ割
線に平行な接線方向孔を有する円形−円筒形の圧力トラ
ンスジューサ面を使用し、センサ本体には伸び計を取付
け、また同心のボルト要素を設け、そこで小さい容積の
管状の圧力間隙が形成され、圧力媒体は圧力間隙からC
字形センサ本体に半径方向に作用し、同時に蓄熱器が円
形−円筒形の圧力トランスジューサ面の前方に温度補償
要素として形成され、不必要な無効空間を回避すること
によって解決している。
【0007】感度および精度について重要なことは、セ
ンサ本体全体の大きさに対する圧力空間の直径が、でき
るだけ大きい強度および圧力空間に対する配慮が可能に
なるような大きさにされていることである。しかしなが
ら、液圧用に対して、ディーゼルまたはガスエンジンに
おいて燃料噴射圧力を測定するのと同様に、この配慮は
必然的に大きい無効容積を伴う。無効容積は直径dのボ
ルト要素によって決定的に減少され、圧力空間を小さい
容積の圧力間隙に縮小する。
ンサ本体全体の大きさに対する圧力空間の直径が、でき
るだけ大きい強度および圧力空間に対する配慮が可能に
なるような大きさにされていることである。しかしなが
ら、液圧用に対して、ディーゼルまたはガスエンジンに
おいて燃料噴射圧力を測定するのと同様に、この配慮は
必然的に大きい無効容積を伴う。無効容積は直径dのボ
ルト要素によって決定的に減少され、圧力空間を小さい
容積の圧力間隙に縮小する。
【0008】エンジン内の燃料ガスの燃焼圧力を測定す
るときのような高温ガスの温度を測定するとき、プラグ
要素はセンサ本体の温度安定性したがって測定された結
果にも決定的影響を有する。この影響は一部は測定され
る媒体のための圧力空間を狭い圧力空間に縮小し、した
がってセンサへの熱入力も同様にいちじるしく減少する
ことによるものであり、また一部はプラグ要素が、平均
温度が形成され個々のエンジンサイクルによる温度衝撃
変化をある程度均等化する、一種の蓄熱器を構成するか
らである。
るときのような高温ガスの温度を測定するとき、プラグ
要素はセンサ本体の温度安定性したがって測定された結
果にも決定的影響を有する。この影響は一部は測定され
る媒体のための圧力空間を狭い圧力空間に縮小し、した
がってセンサへの熱入力も同様にいちじるしく減少する
ことによるものであり、また一部はプラグ要素が、平均
温度が形成され個々のエンジンサイクルによる温度衝撃
変化をある程度均等化する、一種の蓄熱器を構成するか
らである。
【0009】新規なセンサの特に有利な実施例は、セン
サ本体が少なくともほぼC字形であり、また接線方向孔
が割線に平行に延びるときに得られる。本発明の基本を
構成するC字形はその片側だけの大きい弾性により間接
的圧力測定を可能にし、圧力測定は割線と平行であると
言明された接線方向孔内の伸び計によって検出される。
実際の測定センサが鏡像対称であることのため、測定結
果の感度および精度が改善される。
サ本体が少なくともほぼC字形であり、また接線方向孔
が割線に平行に延びるときに得られる。本発明の基本を
構成するC字形はその片側だけの大きい弾性により間接
的圧力測定を可能にし、圧力測定は割線と平行であると
言明された接線方向孔内の伸び計によって検出される。
実際の測定センサが鏡像対称であることのため、測定結
果の感度および精度が改善される。
【0010】エンジンのシリンダ圧力を測定するため、
新規なセンサによって興味ある新規な設備の可能性が提
供される。たとえばセンサは、従来技術の水準とは異な
り、監視するために機械的締切弁の後に設置する必要が
なく、締切弁とエンジン空間の間に取付けることができ
る。この配置の目的は、締切弁を短時間開放することに
よって定期的に掃気することができるようにすることで
ある。この短時間の掃気は、測定精度がいつも安定化さ
れるように、定期的にすべての残留物を吹出して表面を
きれいにする。ダイヤフラム板とは異なり、新規なセン
サは曲げ応力をうけることがない。したがって本発明に
よる新規なセンサはダイヤフラム板に対して数倍も長持
ちする。新規なセンサおよびその燃焼室と締切弁の間の
選択された配置は、掃気作用とともに、監視装置が予備
のセンサなしで管理できかつ従来の均一でない反復精度
を克服することができるようにした。本発明はまた、各
シリンダに対する指示された機能、すなわち指示圧力を
連続して評価することができるようにし、個々のセンサ
に繰り返しの高い精度およびピストン位置に対する正確
な指示を要求している。
新規なセンサによって興味ある新規な設備の可能性が提
供される。たとえばセンサは、従来技術の水準とは異な
り、監視するために機械的締切弁の後に設置する必要が
なく、締切弁とエンジン空間の間に取付けることができ
る。この配置の目的は、締切弁を短時間開放することに
よって定期的に掃気することができるようにすることで
ある。この短時間の掃気は、測定精度がいつも安定化さ
れるように、定期的にすべての残留物を吹出して表面を
きれいにする。ダイヤフラム板とは異なり、新規なセン
サは曲げ応力をうけることがない。したがって本発明に
よる新規なセンサはダイヤフラム板に対して数倍も長持
ちする。新規なセンサおよびその燃焼室と締切弁の間の
選択された配置は、掃気作用とともに、監視装置が予備
のセンサなしで管理できかつ従来の均一でない反復精度
を克服することができるようにした。本発明はまた、各
シリンダに対する指示された機能、すなわち指示圧力を
連続して評価することができるようにし、個々のセンサ
に繰り返しの高い精度およびピストン位置に対する正確
な指示を要求している。
【0011】新規なセンサの有利な実施例は、伸び計要
素がピエゾ電気に基づくときまた、電気機械的トランス
ジューサ要素がその中心に配置された接触部分の両側に
ピエゾ電気板を有するときに得られる。クォーツ、電気
石および他のピエゾ結晶のようなピエゾ電気セラミック
要素または単結晶は、ピエゾ電気板として役割を果すも
のである。しかしながら、ピエゾ抵抗シリコン結晶、薄
いフィルム状、容量または光ファイバ技術に基づく静的
測定伸び計要素を使用することも可能である。
素がピエゾ電気に基づくときまた、電気機械的トランス
ジューサ要素がその中心に配置された接触部分の両側に
ピエゾ電気板を有するときに得られる。クォーツ、電気
石および他のピエゾ結晶のようなピエゾ電気セラミック
要素または単結晶は、ピエゾ電気板として役割を果すも
のである。しかしながら、ピエゾ抵抗シリコン結晶、薄
いフィルム状、容量または光ファイバ技術に基づく静的
測定伸び計要素を使用することも可能である。
【0012】新規なセンサを組立てるため、ボルト要素
が中心組立て要素の形状をなしているならば有利であ
り、ボルト要素によってセンサは内燃エンジンのシリン
ダカバーのような、測定すべき媒体のためのコンテナに
取付けることができる。圧力間隙内のほんの少量のガス
から生ずるセンサの熱応力は、センサ本体に、測定すべ
き媒体を保持する、内燃エンジンのシリンダカバーのよ
うな、コンテナに、センサをねじ込むためのねじを設け
ることによって、または代表的には圧力センサを取付け
るための連結部がインジケータ弁とシリンダカバーの間
に設けられる場合に一層減少する。このようにして、内
燃エンジンにおいて、燃焼ガスの熱はセンサ本体から低
温のシリンダカバーに導出される。連結ねじを利用する
圧力センサの取付けは、センサが連結部が締付けられる
前に自由に回転可能で、その設置を促進するという付加
的利点をもたらす。
が中心組立て要素の形状をなしているならば有利であ
り、ボルト要素によってセンサは内燃エンジンのシリン
ダカバーのような、測定すべき媒体のためのコンテナに
取付けることができる。圧力間隙内のほんの少量のガス
から生ずるセンサの熱応力は、センサ本体に、測定すべ
き媒体を保持する、内燃エンジンのシリンダカバーのよ
うな、コンテナに、センサをねじ込むためのねじを設け
ることによって、または代表的には圧力センサを取付け
るための連結部がインジケータ弁とシリンダカバーの間
に設けられる場合に一層減少する。このようにして、内
燃エンジンにおいて、燃焼ガスの熱はセンサ本体から低
温のシリンダカバーに導出される。連結ねじを利用する
圧力センサの取付けは、センサが連結部が締付けられる
前に自由に回転可能で、その設置を促進するという付加
的利点をもたらす。
【0013】たとえばエンジン運転中に圧力センサを交
換することは、本発明の別の構想に従って、もしセンサ
本体がボルト要素として圧力空間に挿入されるステイボ
ルトにねじ込まれる別のナットによってシリンダカバー
に着脱自在に保持されるならば、またさらにセンサ本体
の圧力空間へのガス供給がたとえば弁ねじによってステ
イボルト内側で締切ることができるならば、可能とな
る。接線方向孔内の敏感な測定要素を振動による曲げの
影響から保護するため、さらに圧力空間軸線の方向にセ
ンサ本体の接線方向孔の両側に逃がし溝を設けることを
推奨する。
換することは、本発明の別の構想に従って、もしセンサ
本体がボルト要素として圧力空間に挿入されるステイボ
ルトにねじ込まれる別のナットによってシリンダカバー
に着脱自在に保持されるならば、またさらにセンサ本体
の圧力空間へのガス供給がたとえば弁ねじによってステ
イボルト内側で締切ることができるならば、可能とな
る。接線方向孔内の敏感な測定要素を振動による曲げの
影響から保護するため、さらに圧力空間軸線の方向にセ
ンサ本体の接線方向孔の両側に逃がし溝を設けることを
推奨する。
【0014】
【発明の実施の態様】以下、図面に基づいて本発明を説
明する。図1は現在の技術水準による監視センサ6の簡
単化された装置を示し、装置は内燃エンジンのインジケ
ータ弁5のような締切弁に取付けられ、かつ圧力導管4
を通って燃焼室に連通している。シリンダ2はピストン
3を収容している。圧力センサ6は(図示しない)ダイ
ヤフラム板を有し、ダイヤフラム板は撓みにより電気的
値を変化する。該圧力センサは文献に記載されている。
市販の監視センサ6の大きさは通常インジケータ弁5よ
り大きく、設置された構造体は振動をうけ易い長さとな
る。通常の測定作用においてインジケータ弁5は開放さ
れ、圧力センサ6は通常の作動圧力をうける。しかしな
がら、多くの場合、圧力センサ6はそれらの使用寿命を
延長するため間欠的にしか使用されない。しかし、監視
の質はこのためいちじるしく低下し、圧力導管4はいつ
か詰まるようになる。この障害はインジケータ弁5をふ
たたび作動させることによっては解消できず、その理由
は吹出しが発生しないからである。したがって、圧力セ
ンサ6を定期的に分解してインジケータ弁5を吹出させ
る他はない。もし圧力センサ6が故障すると、インジケ
ータ弁5は予備のセンサを取付けられるまで再び閉鎖さ
れなければならない。このことから、現代の監視装置自
体、普段の監視およびそれらの性能を疑ってかかる注意
が必要であることは明らかである。
明する。図1は現在の技術水準による監視センサ6の簡
単化された装置を示し、装置は内燃エンジンのインジケ
ータ弁5のような締切弁に取付けられ、かつ圧力導管4
を通って燃焼室に連通している。シリンダ2はピストン
3を収容している。圧力センサ6は(図示しない)ダイ
ヤフラム板を有し、ダイヤフラム板は撓みにより電気的
値を変化する。該圧力センサは文献に記載されている。
市販の監視センサ6の大きさは通常インジケータ弁5よ
り大きく、設置された構造体は振動をうけ易い長さとな
る。通常の測定作用においてインジケータ弁5は開放さ
れ、圧力センサ6は通常の作動圧力をうける。しかしな
がら、多くの場合、圧力センサ6はそれらの使用寿命を
延長するため間欠的にしか使用されない。しかし、監視
の質はこのためいちじるしく低下し、圧力導管4はいつ
か詰まるようになる。この障害はインジケータ弁5をふ
たたび作動させることによっては解消できず、その理由
は吹出しが発生しないからである。したがって、圧力セ
ンサ6を定期的に分解してインジケータ弁5を吹出させ
る他はない。もし圧力センサ6が故障すると、インジケ
ータ弁5は予備のセンサを取付けられるまで再び閉鎖さ
れなければならない。このことから、現代の監視装置自
体、普段の監視およびそれらの性能を疑ってかかる注意
が必要であることは明らかである。
【0015】図2の新規なセンサ10の略斜視図におい
て、センサ本体12は割線面17によって画定された円
筒面18を備えた円板である。円板の中央には直径Dの
圧力空間が設けられ、その中に直径dのボルト要素16
が挿入され、小さい容積の圧力空間19が媒体を測定す
るため形成され、そこから媒体は円形−円筒形の圧力ト
ランスジューサ面20に作用する。ボルト要素16は有
孔とすることもできる(たとえば図3の孔27参照)。
円板形センサ本体12の高さHのほぼ半分の高さに、接
線方向の伸び計孔14が設けられ、その中で伸び計要素
22(図3)が間隙内19内の測定すべき圧力によって
生起された伸長を測定する。接線方向孔は、一方ではそ
の縦方向軸線が圧力間隙“管”19の軸線に対して90
°の角度をなし、他方ではこの“管”の円筒面に対して
接線方向に延びている。さらに、軸線は円板形センサ本
体12の割線17に平行になっている。測定信号を伝達
するため、信号導線15が測定要素22の中央に設けら
れているが、その導線については下記に詳細に説明す
る。
て、センサ本体12は割線面17によって画定された円
筒面18を備えた円板である。円板の中央には直径Dの
圧力空間が設けられ、その中に直径dのボルト要素16
が挿入され、小さい容積の圧力空間19が媒体を測定す
るため形成され、そこから媒体は円形−円筒形の圧力ト
ランスジューサ面20に作用する。ボルト要素16は有
孔とすることもできる(たとえば図3の孔27参照)。
円板形センサ本体12の高さHのほぼ半分の高さに、接
線方向の伸び計孔14が設けられ、その中で伸び計要素
22(図3)が間隙内19内の測定すべき圧力によって
生起された伸長を測定する。接線方向孔は、一方ではそ
の縦方向軸線が圧力間隙“管”19の軸線に対して90
°の角度をなし、他方ではこの“管”の円筒面に対して
接線方向に延びている。さらに、軸線は円板形センサ本
体12の割線17に平行になっている。測定信号を伝達
するため、信号導線15が測定要素22の中央に設けら
れているが、その導線については下記に詳細に説明す
る。
【0016】図3に選択的に例示されたピエゾ電気伸び
計要素22は、ナノメータ単位の長さの変化にも応答す
るもので、予負荷部分21により予負荷して保持され
る。プラグ23は測定信号を、接触部分26の孔内の接
触ばね25から要素22の中央の延長方向に対して横方
向の測定信号をピックアップする。接触ばね25は伸び
計要素22の対称平面30内に位置し、ばね25には少
なくとも接触部分26およびピエゾ電気円板28が鏡像
的に嵌合されている。申分のない圧力測定を実施するた
め、対称面30は管状圧力間隙19の半径方向面に一致
するように選択される。正負の電荷を絶縁するため、ピ
エゾ電気円板28は絶縁スリーブ29内に接触部分26
とともに埋設されている。適当なピエゾ電気円板は、市
販されているような、クォーツまたはピエゾ電気セラミ
ックである。
計要素22は、ナノメータ単位の長さの変化にも応答す
るもので、予負荷部分21により予負荷して保持され
る。プラグ23は測定信号を、接触部分26の孔内の接
触ばね25から要素22の中央の延長方向に対して横方
向の測定信号をピックアップする。接触ばね25は伸び
計要素22の対称平面30内に位置し、ばね25には少
なくとも接触部分26およびピエゾ電気円板28が鏡像
的に嵌合されている。申分のない圧力測定を実施するた
め、対称面30は管状圧力間隙19の半径方向面に一致
するように選択される。正負の電荷を絶縁するため、ピ
エゾ電気円板28は絶縁スリーブ29内に接触部分26
とともに埋設されている。適当なピエゾ電気円板は、市
販されているような、クォーツまたはピエゾ電気セラミ
ックである。
【0017】しかしながら、ピエゾ抵抗、容量、光ファ
イバまたは歪みケージ理論で作用する伸び計要素22を
取付けることもできる。伸長運動が接線方向孔14の軸
線内で正確に作用しないため、伸び計要素22の片側ま
たは両側に球面支持体24が設けられている。予負荷部
分21に加えてまたはその代わりに、別々の部分からな
る装置全体は予負荷して設置された予負荷スリーブによ
って間隙なしに一緒に保持することもでき、そこで間隙
面が形成されずさらに伸び計要素22は容易に設置され
る。図示しないねじ連結のような種々の手段が、新規な
センサを取付けるため利用することができる。予負荷部
分21をシールするため(図示しない)溶接の利用が推
奨される。
イバまたは歪みケージ理論で作用する伸び計要素22を
取付けることもできる。伸長運動が接線方向孔14の軸
線内で正確に作用しないため、伸び計要素22の片側ま
たは両側に球面支持体24が設けられている。予負荷部
分21に加えてまたはその代わりに、別々の部分からな
る装置全体は予負荷して設置された予負荷スリーブによ
って間隙なしに一緒に保持することもでき、そこで間隙
面が形成されずさらに伸び計要素22は容易に設置され
る。図示しないねじ連結のような種々の手段が、新規な
センサを取付けるため利用することができる。予負荷部
分21をシールするため(図示しない)溶接の利用が推
奨される。
【0018】図4および5の実施例に関して、ボルト要
素はセンサ本体12を貫通する組立てねじ31の形式の
ものである。ねじ31は、センサ10をシリンダカバー
に固定し、それ自体内燃エンジンのシリンダカバー1に
ねじ込まれる(ねじ61)。シールリング32が組立て
ねじ31とセンサ10の間に設置されている。内燃エン
ジンのシリンダカバー1は低温であるため、高温の燃焼
ガスからセンサ本体12に導入される熱は、迅速に組立
てねじ31を通って消散され、センサ10は比較的低温
に保持される。
素はセンサ本体12を貫通する組立てねじ31の形式の
ものである。ねじ31は、センサ10をシリンダカバー
に固定し、それ自体内燃エンジンのシリンダカバー1に
ねじ込まれる(ねじ61)。シールリング32が組立て
ねじ31とセンサ10の間に設置されている。内燃エン
ジンのシリンダカバー1は低温であるため、高温の燃焼
ガスからセンサ本体12に導入される熱は、迅速に組立
てねじ31を通って消散され、センサ10は比較的低温
に保持される。
【0019】高温のガス流は圧力導管4から出入孔33
および横方向孔34を通って圧力間隙19に導かれ、圧
力間隙19自体熱エネルギを少ししか輸送しない薄肉の
高温ガスフィルムのみを通過させる。ここで水冷シリン
ダカバー1に固定された組立てねじは、圧力間隙19の
ガス量に比較して比較的大きい質量、したがって大きい
熱容量を有する一種の蓄熱器を構成する。燃焼ガスの温
度変動に比較して、組立てねじの温度は平均し、したが
ってセンサ10の温度衝撃によって生ずる変化を緩和す
る。伸び計孔14から伝達される装置の撓み振動による
外乱力を排除するため、孔14の両側に逃がし溝35が
設けられている。図5は伸び計孔14の両側の逃がし溝
35の構造を示す。
および横方向孔34を通って圧力間隙19に導かれ、圧
力間隙19自体熱エネルギを少ししか輸送しない薄肉の
高温ガスフィルムのみを通過させる。ここで水冷シリン
ダカバー1に固定された組立てねじは、圧力間隙19の
ガス量に比較して比較的大きい質量、したがって大きい
熱容量を有する一種の蓄熱器を構成する。燃焼ガスの温
度変動に比較して、組立てねじの温度は平均し、したが
ってセンサ10の温度衝撃によって生ずる変化を緩和す
る。伸び計孔14から伝達される装置の撓み振動による
外乱力を排除するため、孔14の両側に逃がし溝35が
設けられている。図5は伸び計孔14の両側の逃がし溝
35の構造を示す。
【0020】図8は図4と同様の構造を示す。ここで組
立てねじ31はインジケータ弁5用の中空連結ねじの形
式を備え、弁5はねじ36を介してそのヘッドにねじ込
まれる。図8による装置は圧力センサ10をインジケー
タ弁5に組合わせ、センサが作動を停止することなくい
つでも清掃のため掃気されまたは交換することができる
ようにしている。図6に示す実施例において、ボルト要
素は図4および8に示されたような組立てねじ52であ
る。図8の組立てねじ31のように、ねじは当然中空で
ある。ねじは弁部分53を含み、弁部分53は調節可能
な部分44を通りねじ36を経てセンサ10の範囲の圧
力空間33に通ずる横方向孔34上方で出入孔33を閉
鎖する。弁部分53および調節可能な部分44は、オー
バーホールするとき、弁部分53を開放した後、内燃エ
ンジンを空転させるとき、エンジンのシリンダを通気す
るように作用する通気孔54を有する。
立てねじ31はインジケータ弁5用の中空連結ねじの形
式を備え、弁5はねじ36を介してそのヘッドにねじ込
まれる。図8による装置は圧力センサ10をインジケー
タ弁5に組合わせ、センサが作動を停止することなくい
つでも清掃のため掃気されまたは交換することができる
ようにしている。図6に示す実施例において、ボルト要
素は図4および8に示されたような組立てねじ52であ
る。図8の組立てねじ31のように、ねじは当然中空で
ある。ねじは弁部分53を含み、弁部分53は調節可能
な部分44を通りねじ36を経てセンサ10の範囲の圧
力空間33に通ずる横方向孔34上方で出入孔33を閉
鎖する。弁部分53および調節可能な部分44は、オー
バーホールするとき、弁部分53を開放した後、内燃エ
ンジンを空転させるとき、エンジンのシリンダを通気す
るように作用する通気孔54を有する。
【0021】図7は本発明の基本的構想をさらに発展さ
せることのできる実施例を示す。ボルト40はシール5
0を介してシリンダカバーに堅くねじ込まれ、弁部分4
1およびねじ部分42を備えたことを特徴とする一体の
インジケータ弁を含み、圧力導管4は調節ねじ44およ
び固定部分45によって開閉することができる。この実
施例において、センサ本体12はナット48とともにシ
ール面49に押付けられ、信号をもっともよい状態にす
るように調節することができる。シールリング51は圧
力間隙19を頂部に対してシールする。弁部分41が閉
鎖されると、ナット48を緩めた後、圧力センサ10は
内燃エンジンを停止させることなく除去することができ
る。
せることのできる実施例を示す。ボルト40はシール5
0を介してシリンダカバーに堅くねじ込まれ、弁部分4
1およびねじ部分42を備えたことを特徴とする一体の
インジケータ弁を含み、圧力導管4は調節ねじ44およ
び固定部分45によって開閉することができる。この実
施例において、センサ本体12はナット48とともにシ
ール面49に押付けられ、信号をもっともよい状態にす
るように調節することができる。シールリング51は圧
力間隙19を頂部に対してシールする。弁部分41が閉
鎖されると、ナット48を緩めた後、圧力センサ10は
内燃エンジンを停止させることなく除去することができ
る。
【0022】同様に組立てねじ52の形式を有する図9
のボルト要素は、そのヘッドに出入通路33に対して横
方向の弁部分57を有し、同様にこれを閉鎖する。弁部
分57は一側に固定部分58を有し、その弁本体は導出
する開口に終わり、そこから弁本体はその座から上昇す
るかまたはねじ回しによってねじ内で回転させることに
よりこれに押付けられる。開口は閉鎖部分59によって
外側に対してシールされる。さらに、図示しない較正器
具に連結するため、連結部分に連通している。
のボルト要素は、そのヘッドに出入通路33に対して横
方向の弁部分57を有し、同様にこれを閉鎖する。弁部
分57は一側に固定部分58を有し、その弁本体は導出
する開口に終わり、そこから弁本体はその座から上昇す
るかまたはねじ回しによってねじ内で回転させることに
よりこれに押付けられる。開口は閉鎖部分59によって
外側に対してシールされる。さらに、図示しない較正器
具に連結するため、連結部分に連通している。
【0023】組立て連結部60およびねじ61を備えた
図10に示す新規なセンサは、ディーゼルまたはガスエ
ンジンの噴射圧力測定用として代表的なものである。そ
の圧力空間には、ボルト16のような押込みプラグ要素
55が設けられている。ここで、要素16の主要な目的
は、無効空間を減少し圧力空間を圧力間隙19に対して
一層狭くすることである。ボルト要素16によって得ら
れる温度効果は、この場合重要性が少なく、その理由は
温度衝撃がないからである。信号導線15およびプラグ
23は、圧力間隙19に対して半径方向にまたは軸線方
向に配置することができる。
図10に示す新規なセンサは、ディーゼルまたはガスエ
ンジンの噴射圧力測定用として代表的なものである。そ
の圧力空間には、ボルト16のような押込みプラグ要素
55が設けられている。ここで、要素16の主要な目的
は、無効空間を減少し圧力空間を圧力間隙19に対して
一層狭くすることである。ボルト要素16によって得ら
れる温度効果は、この場合重要性が少なく、その理由は
温度衝撃がないからである。信号導線15およびプラグ
23は、圧力間隙19に対して半径方向にまたは軸線方
向に配置することができる。
【0024】図11は新規なセンサ装置を略示し、装置
はシリンダカバー1上に圧力導管4を短くするため燃焼
室のできるだけ近くに取付けられた圧力センサ10を備
えている。インジケータ弁5は、接続導管の端部の修理
の容易な位置に取付けられ、圧力センサ10は燃焼室と
インジケータ弁5の間に配置されている。もちろん、イ
ンジケータ弁5を直接センサ10上に取付けるかまたは
これをインジケータ弁5に一体に、すなわち一つの要素
に組合わせることもできる。これはエンジンをすでに補
修において設計変更するとき特に便利である。インジケ
ータ弁5の手動ホイールを開放するとき、圧力導管4は
残留物を除去するため定期的に吹出される。噴射管74
が通じている噴射ノズルホルダには、噴射圧力を測定す
るため、図8と同様の、すなわち燃料油またはガスを供
給する通孔33を備えた別のセンサ71が設けられてい
る。符号72および73は噴射およびシリンダ圧力の信
号を導出する接続ケーブルである。
はシリンダカバー1上に圧力導管4を短くするため燃焼
室のできるだけ近くに取付けられた圧力センサ10を備
えている。インジケータ弁5は、接続導管の端部の修理
の容易な位置に取付けられ、圧力センサ10は燃焼室と
インジケータ弁5の間に配置されている。もちろん、イ
ンジケータ弁5を直接センサ10上に取付けるかまたは
これをインジケータ弁5に一体に、すなわち一つの要素
に組合わせることもできる。これはエンジンをすでに補
修において設計変更するとき特に便利である。インジケ
ータ弁5の手動ホイールを開放するとき、圧力導管4は
残留物を除去するため定期的に吹出される。噴射管74
が通じている噴射ノズルホルダには、噴射圧力を測定す
るため、図8と同様の、すなわち燃料油またはガスを供
給する通孔33を備えた別のセンサ71が設けられてい
る。符号72および73は噴射およびシリンダ圧力の信
号を導出する接続ケーブルである。
【0025】図12および13に示された実施例におい
て、同様にC字形センサ本体12がねじ61を備えた取
付け連結部60上に着座し、ねじ61によって測定すべ
き媒体の圧力供給管62に直接連結することができる。
測定要素22用の接線方向孔および“C”形の割線は、
取付け連結部に対して直径方向に向合っている。したが
って同心の縦方向軸線を備えた圧力空間65および管状
圧力間隙19は、管62の横方向に位置し、圧力間隙1
9を形成するプラグ63は側面からセンサ本体にねじ込
まれる。プラグ63には、較正センサ用の連結部67と
圧力空間に連通する孔が設けられ、新規な圧力センサの
連続した監視を可能にしている。
て、同様にC字形センサ本体12がねじ61を備えた取
付け連結部60上に着座し、ねじ61によって測定すべ
き媒体の圧力供給管62に直接連結することができる。
測定要素22用の接線方向孔および“C”形の割線は、
取付け連結部に対して直径方向に向合っている。したが
って同心の縦方向軸線を備えた圧力空間65および管状
圧力間隙19は、管62の横方向に位置し、圧力間隙1
9を形成するプラグ63は側面からセンサ本体にねじ込
まれる。プラグ63には、較正センサ用の連結部67と
圧力空間に連通する孔が設けられ、新規な圧力センサの
連続した監視を可能にしている。
【0026】信号導線接続用プラグ23とセンサ本体1
2の割線17の間には、射出成型プラスチックまたはセ
ラミックのような伝熱性の悪い材料から選択されたひれ
付きヒートシンク64が設けられている。ヒートシンク
64は信号導線に接続された電子装置を過度の高温から
しゃ閉するように作用する。内燃エンジンに利用される
とき、液体ならびにガスの双方に対して使用し得る本発
明による新規なセンサは、まず第1に対象とするパラメ
ータを連続的に監視することができるようにするもので
ある。圧力導管4および連結孔33を清掃しかつ定期的
に吹出しまた較正操作することにより信号伝送を維持す
る機能は、これまで達成されなかった新規な作動の信頼
性を生ずる。また油または燃料ガスに関する噴射工程用
の本発明による新規なセンサの使用および高いピーク圧
力の利用は、以前に一様でなかった信頼性を直接測定理
論によって一様にすることができる。本発明による新規
なセンサ技術は、とくに内燃エンジンの監視において、
重要な利点をもたらす。
2の割線17の間には、射出成型プラスチックまたはセ
ラミックのような伝熱性の悪い材料から選択されたひれ
付きヒートシンク64が設けられている。ヒートシンク
64は信号導線に接続された電子装置を過度の高温から
しゃ閉するように作用する。内燃エンジンに利用される
とき、液体ならびにガスの双方に対して使用し得る本発
明による新規なセンサは、まず第1に対象とするパラメ
ータを連続的に監視することができるようにするもので
ある。圧力導管4および連結孔33を清掃しかつ定期的
に吹出しまた較正操作することにより信号伝送を維持す
る機能は、これまで達成されなかった新規な作動の信頼
性を生ずる。また油または燃料ガスに関する噴射工程用
の本発明による新規なセンサの使用および高いピーク圧
力の利用は、以前に一様でなかった信頼性を直接測定理
論によって一様にすることができる。本発明による新規
なセンサ技術は、とくに内燃エンジンの監視において、
重要な利点をもたらす。
【図1】インジケータ弁に取付けられた現在の技術水準
のセンサの図。
のセンサの図。
【図2】C字型センサ本体を備えた新規なセンサの斜視
図。
図。
【図3】管状圧力間隙の軸線に垂直なセンサを通る断面
図。
図。
【図4】ボルト要素によって内燃シリンダカバーに取付
けられた新規なセンサの実施例の図。
けられた新規なセンサの実施例の図。
【図5】図4のD−D断面図。
【図6】締切弁を経て導出された圧力媒体の導管を備え
た、内燃エンジン上の新規なセンサの別の実施例の図。
た、内燃エンジン上の新規なセンサの別の実施例の図。
【図7】図6と同様の実施例の図。
【図8】内燃エンジン上のインジケータ連結部によって
取付けられた実施例の図。
取付けられた実施例の図。
【図9】較正装置用連結部を備えた締切弁を経て圧力媒
体用出入導管を備えた別の実施例の図。
体用出入導管を備えた別の実施例の図。
【図10】噴射ポンプ圧力を測定するため選択的に利用
される、組立てねじを備えた実施例の図。
される、組立てねじを備えた実施例の図。
【図11】内燃エンジン上の新規なセンサを利用する実
施例の図。
施例の図。
【図12】測定すべき圧力媒体用コンテナ上に直接取付
けるための取付けられた組立てねじを有するセンサを備
えた実施例の図。
けるための取付けられた組立てねじを有するセンサを備
えた実施例の図。
【図13】図12のA−A線に沿う断面図。
1 シリンダカバー 2 シリンダ 3 ピストン 4 圧力導管 5 締切弁すなわちインジケータ弁 6 圧力センサ 10 C字形圧力センサ 12 センサ本体 14 接線方向伸び計孔 15 信号導線 16 ボルト要素 17 割線面 18 円形−円筒形面 19 管状圧力間隙 20 円形−円筒形圧力トランスジューサ面 21 予負荷部分 22 伸び計要素 23 プラグ 24 球面状支持体 25 接触ばね 26 接触部分 27 孔 28 ピエゾ電気円板 29 絶縁スリーブ 30 対称面 31 組立てねじ 32 シールリング 33 出入孔 34 横方向孔 35 逃がし溝 36 ねじ 40 ステイボルト 41 弁部分 42 ねじ部分 44 調節捩子 45 固定部分 47 ねじ 48 ナット 49 シール面 50 シール要素 51 シールリング 52 組立てねじ 53 弁部分 54 通気孔 55 押込みプラグ要素 56 較正器具への接続部分 57 弁部分 58 固定部分 59 閉鎖部分 60 組立て連結部 61 ねじ 62 圧力供給管 63 プラグ要素 64 ヒートシンク 65 圧力空間 66 検査孔 67 較正センサ用接続部 70 噴射ノズルホルダ 71 噴射圧力用圧力センサ 72 噴射圧力用接続ケーブル 73 シリンダ圧力用接続ケーブル 74 噴射導管
Claims (18)
- 【請求項1】 測定されるべき媒体用圧力空間および該
圧力空間の軸線に対して90°の角度をなしかつ伸び計
要素に適合した接線方向孔(14)を有するセンサ本体
(12)を備えた、ガス状および液状媒体のいずれか一
方または双方のための、特にディーゼルまたはガスエン
ジンのような内燃エンジンを監視するための圧力センサ
において、小容積の管状圧力間隙(19)が形成される
ように前記圧力空間内に配置された同心ボルト要素(1
6,31,40,52,63)を有し、前記圧力間隙か
ら圧力媒体がセンサ本体(12)の円形−円筒形の圧力
トランスジューサ面(20)に半径方向に作用し、蓄熱
作用とともに無効空間の縮小が達成されることを特徴と
する前記圧力センサ。 - 【請求項2】 センサ本体(12)が少なくとも実質的
にC字形で、平行孔(14)が割線(17)に平行に延
びていることを特徴とする請求項1に記載された圧力セ
ンサ。 - 【請求項3】 ボルト要素(16)がねじ(31,5
2)の形式の中央組立要素であり、そのシャンク内に媒
体を導入する孔(33)が設けられ、該孔は横方向孔
(34)を通ってセンサ本体(12)の円形−円筒形の
圧力トランスジューサ面(20)に通じていることを特
徴とする請求項1または2に記載された圧力センサ。 - 【請求項4】 ねじヘッドがさらに締切弁(5)用のね
じ(36)を有することを特徴とする請求項3に記載さ
れた圧力センサ。 - 【請求項5】 中央組立要素としてのボルト要素(1
6)がシリンダヘッド(1)にシール要素(50)を使
って直接嵌合されたねじ込み式ステイボルト(40)の
形式のものであり、センサ本体(12)およびナット
(48)がシール面(49)に押付けられシールリング
(51)によってシールされることを特徴とする請求項
1または2に記載された圧力センサ。 - 【請求項6】 センサ本体(12)が円形−円筒形圧力
トランスジューサ面(20)を有し、該面が半径方向に
作用する圧力(p)によって接線方向孔(14)に比例
する歪みを発生し、該歪みは伸び計要素(22)によっ
て検出されかつ計測されることを特徴とする請求項1か
ら5のいずれか一項に記載された圧力センサ。 - 【請求項7】 組立ねじのヘッド(52)が軸線方向に
配置された弁部分(53)を有し、該弁部分が横方向孔
(34)後方で導入孔(33)を閉鎖しかつ調節ねじ
(44)による開放後通気孔(54)を通って大気に連
通し、ピストン(3)が圧縮作用なしで移動し得るよう
にすることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項
に記載された圧力センサ。 - 【請求項8】 ねじ込みステイボルト(40)のシャン
クが軸線方向に配置された弁(41)を有し、該弁が導
入孔(33)をセンサ本体(12)の圧力トランスジュ
ーサ面(20)に圧力が加わらないように閉鎖し、エン
ジンがナット(48)を緩めた後普通に運転している間
にセンサ本体(12)を交換し得るようにすることを特
徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載された圧
力センサ。 - 【請求項9】 組立ねじ(52)の拡大されたヘッドが
ねじ軸線に対して傾斜しまたは直角をなす弁部分(5
7)を有し、かつ較正装置用の接続部(56)を備えた
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載
された圧力センサ。 - 【請求項10】 締切弁(5,53,57)がセンサ本
体(12)後方に設置され、締切弁(5,53,57)
は運転中定期的に吹出して滞留物を清掃し得るようにさ
れることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に
記載された圧力センサ。 - 【請求項11】 ねじ込みステイボルト(40)、ナッ
ト(48)および軸線方向弁部分(41)は、センサ本
体(12)がエンジン運転中に、交換し得るように、配
置されていることを特徴とする請求項1,2,3または
8項に記載された圧力センサ。 - 【請求項12】 ボルト要素(16)が、円筒状圧力空
間内の無効容積を減少するため、軸線方向に押込まれる
ボルト要素(55)として成形されていることを特徴と
する請求項1または2に記載された圧力センサ。 - 【請求項13】 センサ本体(12)および取付連結部
(60)が一体で、プラグ要素(63)としてのボルト
要素(16)が取付連結部(60)に対して横方向に配
置されていることを特徴とする請求項1または2に記載
された圧力センサ。 - 【請求項14】 プラグ要素(63)が較正装置の連結
部(67)に通ずる中央孔(66)を有することを特徴
とする請求項13に記載された圧力センサ。 - 【請求項15】 センサ本体(12)とプラグ(23)
との間に取付けられ、前置電子的増幅器をブラグ部分
(23)に取付けうるようにするヒートシンクを有する
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記
載された圧力センサ。 - 【請求項16】 逃がし溝(35)が管状圧力間隙(1
9)の方向に見て接線方向孔(14)の両側に設けられ
ていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一
項に記載された圧力センサ。 - 【請求項17】 予負荷の下で嵌合された伸び計要素
(22)が、ピエゾ電気材料から構成されていることを
特徴とする請求項1から16のいずれか一項に記載され
た圧力センサ。 - 【請求項18】 予負荷の下で嵌合された伸び計要素
(22)が、抵抗、容量または繊維光学的材料から構成
されていることを特徴とする請求項1から16のいずれ
か一項に記載された圧力センサ。
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|---|---|---|---|
| EP96810362A EP0811833A1 (de) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Drucksensor für gasförmige und/oder flüssige Medien |
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