CN101180501A - 集成压力传感器式预热火花塞 - Google Patents

Abstract

所述预热火花塞包括：管状主体(2)，所述主体在其端部之一具有火花塞头以及固定区，所述固定区具有在孔腔内进行固定的部件(12、13)；指杆体(4)，其被安装在与所述火花塞头相反的端部、于所述火花塞主体(2)上；以及压力传感器(8)，其以密封方式隔离于相应汽缸。所述指杆体(4)被固定至可弹性变形的管状区域(17)，且用于凸出在汽缸内部。所述压力传感器(8)被安装在所述指杆体(4)和固定在所述管状主体(2)内部的支撑件(18)之间。

Description

集成压力传感器式预热火花塞

技术领域

[01]本发明涉及具有集成压力传感器式预热火花塞。

背景技术

[02]在内燃机、尤其是狄塞尔式内燃机中，各汽缸包括尤其在发动机启动中用于再加热相应燃烧室内部的预热火花塞。所述预热火花塞被设置在一穿过发动机汽缸盖头部的带螺纹的孔腔中。所述预热火花塞因此包括适于被安装在汽缸盖头部的相应孔腔中的一带螺纹主体、以及内部安设有一预热电极的一指杆体。

[03]同样还已知使压力传感器与一所述预热火花塞集成一体。事实上，已经注意到对各汽缸内部压力值的了解能够更好地控制该发动机中心燃烧的进程。所述信息因此能够被用来调节注入到各汽缸内的碳氢燃料。因此能够减少发动机的污染排放物并使能耗达到最优化。

[04]在现有技术的集成有压力传感器的预热火花塞中，所述压力传感器被设置在火花塞主体的被称为火花塞头的一部分上，或被安装在所述火花塞头上。所述火花塞头是火花塞主体的位于汽缸外部的部分。文献EP-1 096 141例如描述了一所述预热火花塞。

[05]在这些预热火花塞中，适于把在发动机内部相应汽缸内支配的压力传输至设置在发动机外部、预热火花塞头内或其上的压力传感器上。具有不同的安装方式能够令施加在位于汽缸内的预热火花塞指杆体上的力被传输至压力传感器。不同的机械零件因此被间置在压力传感器与火花塞指杆体之间。这些不同的间置零件对实施的测量产生影响。

[06]此外，由于其位置，所述预热火花塞的压力传感器还承受外部的震动。汽缸盖头部中的应力还可能干扰由所述预热火花塞的压力传感器进行的测量。

[07]现有技术的火花塞的缺点因此在于：必需在其安装过程中进行精确的机械调节，从而导致高成本。此外，尽管机械安装备加注意，但一些干扰力仍将干扰由压力传感器实现的测量。

发明内容

[08]本发明的目的因此在于提出集成压力传感器的预热火花塞，从而令所述压力传感器尽可能精确地测量支配在内燃机汽缸内部的压力。优选地，提出的方法相对现有技术已知的方案不会导致成本过高。

[09]为此，本发明提出用于内燃机汽缸的预热火花塞，其包括：

[10]-管状主体，所述主体在其端部之一具有火花塞头以及固定区，所述固定区具有在孔腔内进行固定的部件，

[11]-指杆体，其被安装在与所述火花塞头相反的端部、于所述火花塞主体上，以及

[12]-压力传感器，其以密封方式隔离于相应汽缸。

[13]按照本发明，所述指杆体被固定至可弹性变形的管状区域，且用于凸出在汽缸内部；并且，所述压力传感器被安装在所述指杆体和一固定在所述管状主体内部的支撑件之间。

[14]以这种方式，压力传感器紧邻指杆体，而支配在相应汽缸内的压力作用于所述指杆体上。得益于这个新的布位，压力传感器的测量不再受到干扰震荡或例如因预热火花塞拧紧在相应汽缸盖内所产生的应力干扰。此外，不再需要对其上受到汽缸内支配压力作用的指杆体与用于测量所述压力的压力传感器之间的多种机械零件进行精确调节。

[15]所述压力传感器可直接接触预热火花塞的指杆体地安装，但也可以考虑在压力传感器与指杆体之间安装一中间零件。

[16]为了更好地利用管状区域的弹性，指杆体优选被固定在管状区域的自由端部。

[17]所述指杆体的固定例如借助套圈并通过钎焊加以实施。

[18]在按照本发明的预热火花塞中，所述支撑件被设置在所述火花塞主体内，优选靠近末端区域。压力传感器因此位于末端区域处，且完全不受来自内部安装有火花塞的汽缸盖头部的干扰影响。

[19]按照本发明的预热火花塞的一实施方式提出：支撑件被焊接在火花塞的管状主体内部。

[20]压电传感器特别适于作为按照本发明的预热火花塞内的压力传感器。

[21]本发明还涉及内燃机，尤其是狄塞尔式内燃机，其包括如上所述的预热火花塞。

附图说明

[22]本发明的细节与优点将在以下参考所附示意图所作的描述中更好地体现出来，其中：

[23]图1示出按照本发明的预热火花塞的透视与局部剖面图，以及

[24]图2示出用于安装在如图1所示的预热火花塞内的压力传感器的透视图。

具体实施方式

[25]在图1上能看出一预热火花塞，所述预热火花塞包括一主体2、一指杆体4、一芯件(me)6与一压力传感器8。

[26]主体2是由多个圆柱段构成的管状金属零件。在被称为火花塞头10的第一端部上，火花塞主体2具有一握持区，该握持区带有六边形横截面的外表面。邻近主体2的火花塞头10的区域具有一螺纹12。所述螺纹12被用来与内燃机的汽缸盖头部内实现的相应孔腔配合，以接收示出在图1上的预热火花塞。火花塞头10的握持区被用来把预热火花塞旋拧在内燃机上和从其上旋松。

[27]火花塞主体2的外表面包括一密封锥形部13，所述密封锥形部被用来与在相应汽缸盖头部内实现的形状互补的槽座配合。螺纹12与借助密封锥形部13实现的支撑件能一方面令预热火花塞获得良好的保持，另一方面在汽缸盖头部与火花塞之间获得理想的密封性。因此在火花塞主体2上确定一包含螺纹12且延伸至密封锥形部13的固定区。

[28]在与火花塞头相反的一侧，火花塞主体2接收所述火花塞的指杆体4。

[29]这里使用的指杆体4是一陶瓷制指杆体。它通过贯穿整个火花塞主体2的芯件6被供给电流。连接支爪14被设置在芯件6的与指杆体4相反的端部，以便把芯件、以及因此也把指杆体连接至一电流电源。

[30]在图1的实施方式中，陶瓷制指杆体4借助套圈16，被安装在火花塞主体2的与火花塞头10相反一侧的端部。套圈16与火花塞主体2之间的安装为密封的，且这两个零件彼此连在一起。同样，指杆体4被安装在套圈16内，从而它与所述套圈连在一起。这些安装可以通过例如钎焊来实现。

[31]如图1所示，火花塞主体2具有一末端区域17，该末端区域凸出到密封锥形部13之外。当预热火花塞就位于相应的汽缸盖头部内时，所述末端区域17位于内燃机的燃烧室中。所述末端区域17延长火花塞主体2且呈管状的圆柱形式。套圈16被焊接在所述末端区域17的自由端部。套圈16的高度(按照火花塞主体2的纵轴线加以测量)明显小于末端区域17的高度。

[32]末端区域17可以是与主体2成一体的单体零件，如图1所示。也可以考虑设置安装在主体2上的不同零件。所述第二种方案例如可以使末端区域17选择一种相对主体2的其余部分不同的材料。

[33]如图1所示，压力传感器8被安装在火花塞主体2中，于指杆体4与支撑环18之间。所述支撑环18例如被焊接在火花塞主体2的内部，从而它与所述主体2连在一起。环18基本位于密封锥形部13的高度。当预热火花塞被安装在汽缸盖上时，压力传感器8因此位于燃烧室内部。事实上，传感器8被设置在火花塞主体2的密封锥形部13与指杆体4之间。

[34]得益于所述安装，压力传感器8被安装在连接于主体2的支撑环18与焊接在所述火花塞主体2端部的指杆体4之间。介于套圈16与支撑环18之间的主体2区域是一可弹性变形的管状区域。因此注意到，由在内燃机汽缸内部支配的压力所施加的力直接且完全地被指杆体4传输至压力传感器8。

[35]压力传感器8是压电传感器。其包括被设置在两个导电材料制的接触元件(未示出)之间的压电元件，传感器本身借助电绝缘元件22与预热火花塞的其余部分保持电绝缘。

[36]在图1上，在火花塞主体2的内部，可注意到：基本呈管状圆柱形的构件28从环18一直延伸至火花塞头10。在该构件内部，一方面存在能为指杆体4提供能源的芯件6，而另一方面存在尤其被连接至压力传感器8的电子元件27。导电元件因此能把电子元件27连接在连接支爪24上，所述连接支爪24处于与芯件6连接的第一连接支爪14附近。电子元件27回收压电元件的电荷且按照校准增益(gain calibré)将其进行扩大。连接支爪14和24受到例如以柔性合成材料制成的保护套筒30(图1)保护。由压力传感器8与电子元件27构成的组合件被更详细地示出在图2上。

[37]当压力支配在相应汽缸内部时，所述压力在指杆体4上施加一倾于令指杆体收回到火花塞主体2内的力。火花塞主体的末端区域17因此被弹性压缩，且压力传感器8借助指杆体4与环18，测量出与所述变形关联的应力。

[38]上述提出的压力传感器的安装方式能将压力传感器尽可能靠近预热火花塞指杆体地进行集成。以这种方式，压力传感器可以直接测量所述预热火花塞的加热元件的变形。传感器的这个位置令所述传感器具有更坚固的结构且使该传感器对震动不敏感。

[39]所提出的传感器位于火花塞指杆体处的或在其正上方的结构可适用于任何已知类型的预热火花塞。把传感器集成在火花塞主体内也能限制火花塞头的体积，且因此限制内燃机外部的尺寸。此外，上述预热火花塞的压力传感器8对在汽缸盖头部内支配的应力不敏感。这些不同应力将因此不会影响由该传感器进行的测量。

[40]压力传感器还与相应燃烧室内的微粒及其它杂质相隔离。端部16与指杆体4之间的连接完全密封，且因此能阻止任何微粒向压力传感器迁移。

[41]在上述提出的实施方式中，压力传感器对震荡和其他干扰力极不敏感。上述安装方式的共振频率因此大于12kHz。

[42]所提出的压力传感器的安装方式能保证所述压力传感器较大的稳定性。

[43]优选地，所进行的压力测量不受温度的影响。为此，优选一合金来制出末端区域17，所述合金的弹性在末端区域17所承受的温度范围内不会发生变化。

[44]同样，压电元件选择成其敏感度不受温度的影响。为了承受压力传感器受到的相对较高的温度，压电元件例如呈单晶体形式。然而，还可使用具有较高居里(Curie)温度、例如高于500℃的多晶体。

[45]还注意到，按照本发明的上述预热火花塞的高集成度。事实上，电子元件可以被集成在所述火花塞中心。尽管本发明所提出的方案相对于配有现有技术的压力传感器的预热火花塞，在压力测量方面具有显著改进，但本发明所提出的方案相对现有技术的类似预热火花塞，并不会导致成本超额。

[46]最终，得益于所实现的密封性，压力传感器不存在受到位于相应汽缸内的微粒污染的任何风险。

[47]本发明不只局限于上述非局限性举例所描述的实施方式。它还涉及本领域技术人员能力范围内的任何实施变型。

Claims (8)

1.用于内燃机汽缸的预热火花塞，所述预热火花塞包括：

-管状主体(2)，所述主体在其端部之一具有火花塞头以及固定区，所述固定区具有在孔腔内进行固定的部件(12、13)，

-指杆体(4)，其被安装在与所述火花塞头相反的端部、于所述火花塞主体(2)上，以及

-压力传感器(8)，其以密封方式隔离于相应汽缸，

其特征在于，所述指杆体(4)被固定至可弹性变形的管状区域(17)，且用于凸出在汽缸内部；并且，所述压力传感器(8)被安装在所述指杆体(4)和固定在所述管状主体(2)内部的支撑件(18)之间。

2.按照权利要求1所述的预热火花塞，其特征在于，所述指杆体(4)被固定在所述管状区域(17)的自由端部。

3.按照权利要求1或2所述的预热火花塞，其特征在于，所述指杆体(4)借助套圈(16)通过钎焊被焊接至所述管状区域(17)。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的预热火花塞，其特征在于，所述支撑件(18)被设置在所述火花塞主体(2)内并靠近末端区域(17)。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的预热火花塞，其特征在于，所述支撑件(18)被焊接在所述火花塞的管状主体(2)内部。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的预热火花塞，其特征在于，所述压力传感器(8)是压电传感器。

7.按照权利要求6所述的预热火花塞，其特征在于，所述压电传感器包括压电元件，该压电元件呈多晶体形式且其居里温度高于500℃。

8.内燃机，尤其是狄塞尔式内燃机，其特征在于，它包括如权利要求1至7中任一项所述的预热火花塞。