CN100543370C

CN100543370C - 具有压力传感器的预热火花塞

Info

Publication number: CN100543370C
Application number: CNB2005800131384A
Authority: CN
Inventors: B·拉斯特; C·帕特里; A·拉蒙; J·伯罗斯; S·戈雷蒂
Original assignee: Federal Mogul Ignition SRL; Continental Automotive Corp
Current assignee: Federal Mogul Italy SRL; Continental Automotive Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: WO2005111501A1; JP4662981B2; FR2869391B1; EP1747406A1; US7825352B2; FR2869391A1; JP2007534918A; KR20070043931A; US20070227487A1; CN1954179A

Abstract

本发明的预热火花塞具有一管状主体，其具有可使其固定在一孔中的部件、一布置在所述管状主体中的管状中间构件(30)、一布置在所述管状中间构件(30)中且具有一加热电极的指杆(10′)、以及一通过与所述指杆(10′)相对的表面连接于所述管状中间构件(30)的压力传感器(14)，其特征在于，面对所述指杆(10′)的所述传感器(14)的表面支承在所述管状中间构件(30)上。

Description

具有压力传感器的预热火花塞

技术领域

[01]本发明涉及具有一压力传感器的预热火花塞。

背景技术

[02]应当指出，在内燃机尤其是狄塞尔(Diesel)发动机中，了解汽缸内的压力值，可较好地控制该汽缸中的燃烧进程。因此，该信息用于调节燃料注入到每个汽缸中。因此，发动机的污染环境的排放物质可减少，且燃料耗量可最佳化。

[03]在狄塞尔类型的发动机中，每个汽缸具有一预热火花塞，尤其在发动机起动时，所述预热火花塞可加热相应的燃烧室内部。该预热火花塞布置在穿过发动机汽缸盖的一螺孔中。本领域技术人员公知的是，将一压力传感器安装到一预热火花塞上。这样，开在汽缸盖上的用于接纳预热火花塞的孔，也用于接纳一可测定燃烧室内的压力的装置。因此，避免在汽缸盖上开一辅助孔。这种孔的形成尤其由于空间缺乏而会产生许多问题即成本问题、密封性问题、保养方便性问题等。

[04]预热火花塞一般具有一管状主体，所述管状主体在其外表面上具有一螺纹部分，可使其固定于开在汽缸盖上的一相应的孔中。因此，该主体的一部分位于燃烧室的内部，另一部分位于其外部。位于燃烧室内部的部分具有一指杆，一加热电极位于所述指杆的内部。该电极由穿过预热火花塞的管状主体的一芯杆供电。位于燃烧室外部的部分也称为预热火花塞头部。在该头部处，芯杆接通一电源。公知地，也将一压力传感器布置在该头部处。因此，该传感器测定施加在预热火花塞的指杆上的压力。原则上，通过测定火花塞主体和指杆之间存在的应力，来测定燃烧室中的压力对所述指杆施加的作用力。图1示出现有技术中的配有一压力传感器的预热火花塞的一实施例。

[05]在现有技术的该实施例中——此后将予以详述，压力传感器布置在预热火花塞主体和一螺母之间，所述压力传感器支承在所述预热火花塞主体上，所述螺母连接于芯杆的上端部，所述芯杆上端部向预热电极供给电能。在该实施例中，芯杆穿过传感器。

[06]现有技术中的这种预热火花塞可测定燃烧室内施加在预热火花塞的指杆上的压力。但是，其它信号与相应于测得的压力的信号加在一起。为了很好地测定所述汽缸的燃烧室内的压力，最好能摆脱干扰压力测定的背景噪声。背景噪声例如来自预热火花塞安装在其中的汽缸盖的变形。

[07]因此，本发明旨在提出一种配有一压力传感器的预热火花塞，其中，与测得的压力相应的信号不受背景噪声信号干扰。

[08]为此，本发明提出的预热火花塞具有：

[09]-一管状主体，其具有可使其固定在一孔中的部件，

[10]-一指杆，其布置在预热火花塞主体内，且接纳一加热电极，以及

[11]-一压力传感器。

[12]根据本发明，该预热火花塞还具有一管状中间构件；一指杆布置在所述管状中间构件内部；所述管状中间构件安装在管状主体中；传感器通过其相对于指杆的表面连接于所述管状中间构件，并且，面对所述指杆的所述传感器的表面支承在所述管状中间构件上。

[13]预热火花塞配有一如上所述安装的管状中间构件，可在指杆和预热火花塞主体之间实施分离。因此，压力传感器可测定由相应的燃烧室中的压力施加的推力所产生的应力，而不受预热火花塞固定在其中的孔处存在的、局部传递到该预热火花塞的主体的应力的影响。

[14]本发明还提出，管状中间构件例如在管状主体的用于处于相应的发动机燃烧室中的端部附近连接于所述管状主体。管状主体的该区域一般不经受外部应力，因此，管状中间构件不经受这种应力。

[15]在一优选实施例中，中间构件通过紧配合固定在管状主体上。这样，在管状主体上的固定极佳。这里，也可考虑焊接固定。同样，指杆可通过紧配合或焊接固定到中间构件上。

[16]为了在压力传感器处获得良好的压力测定灵敏度，管状中间构件在一第一固定区域和一第二固定区域之间具有一变形区域，在所述第一固定区域，指杆连接于所述管状中间构件，在所述第二固定区域，所述管状中间构件连接于管状主体。该变形区域使指杆具有移动自由度，避免在管状中间构件和指杆之间产生拉力，这不利于这两构件之间的压力测定。

[17]为了传递燃烧室中的压力对预热火花塞的指杆施加的作用力，一实施例是，一隔环在管状中间构件内布置在所述指杆和传感器的相应的表面之间。该隔环必须是刚性的，以便能传递大的应力。此外，它不应干扰测定由于其振动而产生的压力。因此，它具有一远离压力传感器的通频带的固有振动频率。为了满足这些要求，隔环例如用陶瓷材料制成。

[18]上述隔环可呈一长管状衬套的形状，其外径小于管状中间构件的内径，且终止于用于通过一截锥形区域与压力传感器相接触的一侧，以便在所述传感器一侧具有一基本上与所述传感器的表面相应的支承面。在该实施例中，一单个部件布置在指杆和传感器之间。显然，这有利于作用力的良好传递，也易于安装预热火花塞。

[19]在本发明的预热火花塞中，传感器优选地布置在一固定座中，为此，所述固定座在管状中间构件中配置在该部件的与用于接纳指杆的端部相对的端部附近，所述传感器例如通过一螺母连接于所述管状中间构件，所述螺母在其外周边具有螺纹，所述螺纹啮合在所述管状中间构件的内端部的一螺丝孔中。在一隔环布置在指杆和传感器之间的情况下，螺母使传感器紧固在所述隔环上。

[20]本发明也涉及内燃机，尤其是狄塞尔类型的发动机，其特征在于，它具有一例如上述的预热火花塞。

附图说明

[21]从下面参照附图的说明，本发明的详细情况和优越性将得到更好的理解，附图如下：

[22]图1示出现有技术中的预热火花塞；

[23]图2以侧视图示出本发明的预热火花塞；

[24]图3以纵向剖面图示出图2所示的预热火花塞；以及

[25]图4是图2和3所示的预热火花塞的立体分解图。

具体实施方式

[26]图1以纵向剖面图示出现有技术中的预热火花塞，其具有一压力传感器，以便能测定发动机汽缸中的压力。该预热火花塞2通常安装在狄塞尔类型的发动机4中，确切地说，安装在该发动机的一汽缸盖6中。它具有一主体8、一指杆10、一芯杆12和一压力传感器14。

[27]主体8适于通过螺钉连接固定到发动机4上。为此，汽缸盖6具有一螺孔，所述螺孔穿过所述汽缸盖，通到发动机4的一燃烧室。主体8本身在其外表面上具有螺纹16，其相应于开在汽缸盖6上的螺丝孔。当螺纹16与汽缸盖6的螺孔相配合时，由于预热火花塞2在发动机4中处于其安装位置，因此，主体8的一部分朝所述发动机4内即朝燃烧室延伸，而另一部分朝所述发动机外延伸。

[28]主体8是一钢制管状主体，其内尤其接纳指杆10和芯杆12。指杆10在燃烧室内从管状主体8凸起。指杆在主体8内进行紧固调节，且接纳一预热电极(未示出)。芯杆12将电能传输到位于指杆10中的电极，因此与该电极接触，且连接于它在主体8内延长的所述指杆10。与指杆10相对地，芯杆12的自由端可使之与一电源导体进行电连接。

[29]压力传感器是一压电传感器。它包括一压电元件18，其布置在两个用导电材料制成的接触元件20之间，传感器本身通过电绝缘构件22与预热火花塞2的其余部分进行电绝缘。压力传感器14通过一支承件24支承在主体8上。传感器的另一表面支承在一连接于芯杆12的上端部的螺母26上。压力传感器14所处的、位于发动机外部的预热火花塞2的部分也称为预热火花塞头部。在该头部处，主体8具有一握持区域28，用于使预热火花塞2相对于汽缸盖6进行安装/拆卸。通常，该握持区域28呈具有六边形横截面的圆柱形。这样，借助于一扳手，从汽缸盖6的外部，可安装和拆卸预热火花塞2。该握持区域28的直径通常大于主体8的其余部分的直径。

[30]图2以外形图示出本发明的预热火花塞。相对于图1所示的预热火花塞，由图可见，主体8在其外表面上具有螺纹16。在主体8的头部一侧也可看到一握持区域28。一指杆10′位于预热火花塞的另一端部。在该图所示的实施例中，涉及一陶瓷指杆10′。作为第一优越性，这种指杆的使用寿命长于一般在现有技术中的预热火花塞上遇到的指杆的使用寿命。它也具有更为紧凑的形状。因此，指杆10′基本上比图1所示的指杆10小得多。

[31]图2至4所示的预热火花塞也具有一压力传感器14。这里还涉及一压电传感器，其可与图1所示的预热火花塞的传感器是同一类型的。

[32]当如图1所示指杆10在主体8中调节时，在图2至4所示的实施例中，根据本发明，一管状中间构件30布置在所述主体8和指杆10′之间。该管状中间构件30旨在使指杆10′与主体8隔离。

[33]现有技术中的传感器与这里所述的本发明的传感器之间的一重要差别是，所述压力传感器不再布置在主体8和指杆10之间，而是布置在指杆10′和管状中间构件30之间。这尤其从图3的剖面图看得很清楚。

[34]下文中，考虑用于在预热火花塞固定在发动机上时处于燃烧室一侧的构件，相对于在预热火花塞头部一侧位于燃烧室外部的构件，布置在一低处。

[35]指杆10′在管状中间构件30的下端部进行紧固调节。通常，只有指杆10′的上部位于管状中间构件30内，所述指杆10′的下部凸出在支承它的部件之外，以便处于燃烧室内，加热在此遇到的混合气。

[36]供给指杆10′电能的芯杆12穿过整个管状中间构件30。

[37]管状中间构件30本身通过紧配合固定在主体8的下端部一固定区域32处。预热火花塞的端部有时也称为预热火花塞的锥端。在管状中间构件30在主体8上的固定区域32的上面，所述管状中间构件30在所述主体8内自由延伸。管状中间构件30在其上部扩口，具有一直径较大的区域，为传感器14提供固定座34。因此，在所述预热火花塞中，该传感器14位于预热火花塞头部处，即位于其上部。

[38]该固定座34的上部攻有螺纹，以便能接纳一具有外螺纹的螺母36。该螺母36配设成支承在传感器14的上端面上。该传感器14的下表面本身靠在一隔环38上。隔环38使指杆10′连接于传感器14。

[39]传感器14例如是图1所示类型的传感器。这里不描述该传感器。图1所示的传感器14与图2至4所示的传感器之间的一重要差别是，在图1上，传感器14在拉伸时工作，而在图2至4上，传感器在压缩时工作。但是，这不改变其结构，尤其是一压电元件，其布置在两个连接有电线的接触元件之间。

[40]隔环38是一管状部件，以便尤其是使芯杆12在其中央通过。隔环38的外径适应于管状中间构件30的内径，以便在其内自由延伸。在其下部，隔环38的直径适应于指杆10′的直径。在其上部，隔环38的直径适应于传感器14的下表面的直径。因此，如图所示，隔环在其上部具有一截锥形区域40，可从相应于指杆10′的直径逐渐改变到传感器14的直径。

[41]这里，压力传感器14仅测定相应的燃烧室中的压力所产生的应力。施加在预热火花塞安装在其中的汽缸盖6上的各种应力，尤其是与燃烧室中的压力不成正比的应力，对传感器14测得的压力无影响。实际上，管状中间构件30在主体8的不经受与预热火花塞2拧紧在其中的汽缸盖6的变形有关的应力的一区域处，保持在所述主体中。实际上，这些变形较多地出现在螺纹16处。

[42]传感器14安装在管状中间构件30和指杆10′之间。为了很好地测定施加在指杆10′上的压力，在预热火花塞的设计中，应注意配设管状中间构件30的一变形区域42。该变形区域42位于指杆10′紧配合在管状中间构件30中的区域和所述管状中间构件30在主体8中调节的区域之间。该变形区域42有利于将压力对指杆10′施加的作用力传递到传感器14。

[43]这里，隔环38的作用较大，必须非常注意其制造情况。传递对指杆10′施加的作用力时，隔环38不应传递寄生作用力。因此，应当注意隔环一方面不与供给指杆10′电能的芯杆12接触，另一方面不与管状中间构件30接触。

[44]也应该注意该隔环的固有振动模式不干扰传感器14的压力测定。因此，应当确保使该隔环38的固有振动频率远离传感器14的通频带。选用陶瓷作为材料制造该隔环38，这些问题可得到解决。

[45]如图3和4所示，预热火花塞头部可具有一合成材料复合模制部件44。该部件可安装预热火花塞头部的握持区域28。用合成材料复合模制，可确保预热火花塞头部的良好密封性，且确保很好地保护与传感器14的接触元件相连接的电线的电连接。

[46]具有一压力传感器14的预热火花塞2，例如上述的预热火花塞，可极佳地测定一燃烧室之内的压力。该压力的测定完全与可能干扰该压力测定的背景噪声分开。因此，即使在存在布置于每个汽缸处的喷嘴的情况下，安装在本发明的预热火花塞中的压力传感器也可摆脱这些喷嘴施加的应力所引发的汽缸盖的变形。管状中间构件处的变形区域本身可获得传感器进行的测定的良好灵敏度。

[47]尤其如图4所示，尽管插入一管状中间构件，本发明的预热火花塞仍易于安装。这涉及在预热火花塞头部处通过合成材料复合模制密封的一叠置零件。

[48]本发明不局限于作为非限制性实施例给出的上述优选实施例。本发明也涉及在本领域技术人员力所能及的范围内的所有实施例。

[49]因此，例如，本发明完全可配设一传统的指杆。因此，预热火花塞的设计必须适于尺寸较大的指杆，但显然，仍可插入一管状中间构件，以便在预热火花塞主体及其指杆之间进行分离。

[50]指杆固定在管状中间构件中，以及管状中间构件固定在主体中，如上所述，通过紧配合进行。可采用另一固定方式(例如焊接)。

[51]一种可选的解决方案是可使用一隔环。例如，可配设一螺母，所述螺母连接于供给指杆电能的芯杆，压力传感器的下表面支承在所述螺母上。为了承受要传递的很大的机械作用力，可考虑该芯杆进行刚性固定。如果保留该隔环，它可采用与上述的形状不同的形状。这种形状是有利的，因为在指杆和传感器之间仅具有一整件。但是，可具有与一支承垫圈相连接的一隔环，在所述隔环和传感器之间形成接合面。

Claims

1.预热火花塞(2)，其具有：

-一管状主体(8)，其具有可使其固定在一孔中的部件(16)，

-一指杆(10′)，其布置在所述预热火花塞的管状主体(8)内，且接纳一加热电极，以及

-一压力传感器(14)，其具有一上表面和一下表面，

其特征在于，它具有一管状中间构件(30)；所述指杆(10′)布置在所述管状中间构件(30)内；所述管状中间构件(30)安装在所述管状主体(8)中；所述压力传感器(14)通过其上表面连接于所述管状中间构件(30)；所述压力传感器(14)的下表面通过一隔环(38)支承在所述指杆(10′)上。

2.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述管状中间构件(30)在所述管状主体(8)的端部附近连接于所述管状主体(8)，所述管状主体(8)的端部旨在安放于相应的发动机(4)的燃烧室中。

3.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述中间构件(30)通过紧配合固定在所述管状主体(8)上。

4.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述中间构件(30)焊接在所述管状主体(8)上。

5.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述指杆(10′)通过紧配合固定到所述中间构件(30)上。

6.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述指杆(10′)焊接到所述中间构件(30)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述管状中间构件(30)在所述指杆(10′)连接于所述管状中间构件(30)的一第一固定区域和所述管状中间构件(30)连接于所述管状主体(8)的一第二固定区域(32)之间具有一变形区域(42)。

8.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述隔环(38)用陶瓷材料制成。

9.根据权利要求1所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述隔环(38)呈一长管状衬套的形状，其外径小于所述管状中间构件(30)的内径，且在与所述压力传感器相接触的一侧终止于一截锥形区域(40)，以便所述隔环在与所述压力传感器相接触的一侧具有一支承面，所述支承面基本上与所述压力传感器(14)的下表面相对应。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的预热火花塞(2)，其特征在于，所述压力传感器(14)布置在一固定座(34)中，为此，所述固定座(34)在所述管状中间构件(30)中布置在所述管状中间构件(30)的一端部附近，该端部与所述管状中间构件(30)的用于接纳所述指杆(10′)的端部相反；所述压力传感器(14)通过一螺母(36)连接于所述管状中间构件(30)，所述螺母(36)在其外周边具有螺纹，该螺纹啮合于开在所述管状中间构件(30)的内端部的一螺丝孔中。

11.内燃机(4)，其是狄塞尔类型的发动机，其特征在于，它具有一根据权利要求1至10中任一项所述的预热火花塞(2)。