CN102150025A - 整合有测量内燃机中压力用的压力传感器的装置以及这种装置的主体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测量内燃机中压力的装置，其外包套具有：一个用于接纳一指杆体(4)的第一管形区域(16)和一个其外径大于第一管形区域(16)的外径的第二管形区域(40)，该第二管形区域(40)一方面具有使之固定在一孔中的装置(12)，另一方面具有一锥形支承面(36)。锥形支承面(36)实施在一环形裙部(38)的端部，所述环形裙部(38)延长第二管形区域(40)，且围绕第一管形区域(16)，在所述裙部(38)和第一管形区域(16)之间保持一自由空间(44)。
Description
技术领域
本发明涉及整合有测量内燃机中压力用的压力传感器的装置以及这种装置的主体。
背景技术
在内燃机中，尤其是在狄塞尔类型的发动机中，每个汽缸典型具有一预热塞，尤其是在发动机起动时，所述预热塞可加热相应的燃烧室内部。该预热塞布置在穿过发动机的汽缸盖的一攻有螺纹的孔腔中。因此，该预热塞具有一带螺纹的主体和一指杆体，所述带螺纹的主体适于被安装在汽缸盖的相应的孔腔中，在所述指杆体中接纳一预热电极。
还公知地，一压力传感器整合于这种预热塞中。实际上，已注意到，了解每个汽缸内的压力值，可较好地控制该发动机中心的燃烧进程。因此，该信息用于调节每个汽缸中的燃料注入。因此，发动机的污染排放物质可被减少，且燃料消耗得以优化。
在现有技术的整合有一压力传感器的预热塞中，所述压力传感器往往被接纳在称为预热塞头部的预热塞主体的一部分中，或安装在该预热塞头部上。该预热塞头部是预热塞主体的处于汽缸外部的部分。例如，专利文献EP-1096141提出这种预热塞。
在这些预热塞中，合适的是将在发动机内部充斥相应的汽缸中的压力传递直到布置在发动机外部的、在预热塞头部中或在预热塞头部上的压力传感器。已提出过不同的安装方法，用以施加在预热塞的位于汽缸中的指杆体上的作用力再被传递到压力传感器。因此，不同的机械构件被间置在压力传感器和预热塞指杆体之间。这些各样的间置构件影响实施的测量。
专利文献FR-2884299提出一种预热塞，其具有：管状主体，其带有一预热塞头部和使管状主体固定在一孔腔中的固定区域；指杆体，其在预热塞主体上安装在与预热塞头部相对的端部处；和压力传感器。在这种预热塞中，指杆体固定于预热塞的主体，以便在一连接区域与所述主体连接在一起，并且预热塞的主体在其与指杆体的连接区域及其固定在一孔腔中的固定区域之间具有一可弹性变形部分，所述可弹性地变形的部分可弹性地变形，以致所述连接区域可活动，且可在一设定是固定的孔腔中相对于固定区域在纵向上移动。压力传感器本身则布置在一方面为与连接区域连接的一元件和另一方面为预热塞的一固定元件之间。
这样，所述可弹性变形部分起到膜板一样的作用，其使预热塞主体分成两部分：一固定部分，用于被安装在汽缸盖中，和一活动部分，其经受在相应的发动机的汽缸中充斥的压力。该膜板可变形，且活动部分纵向移动。因此，这种取决于汽缸中的压力的运动被传递到压力传感器，压力传感器从而给出关于施加在预热塞的指杆体上的压力的指示。采用这种预热塞，压力传感器的测量不再受寄生振动的干扰。实际上，膜板的移动不受在汽缸盖中或在预热塞的主体的其余部分中充盈的应力的影响。
公知地，在狄塞尔类型发动机(一般为大汽缸工作容积的发动机)和汽油类型发动机中，具有一个专用于测定发动机燃烧室中压力的装置。因此，这种装置具有一主体，该主体具有使主体固定在汽缸盖中的部件，并且一个压力传感器位于该主体内。本发明也涉及这种压力测量装置。下文中，当涉及塞或预热塞时，也涉及到压力测量装置——其有时称为独立式压力传感器SAPS(英文术语Stand Alone Pressure Sensor，或法文术语capteur de pression isolé)，但是，为简化起见，将不予明示地提及。
如上所述，预热塞的安装是将预热塞拧紧在一带有螺纹的孔腔中。为了进行密封，在螺旋结束处，布置一止挡件。该止挡件呈锥形，且接纳实施在预热塞的主体上的一支承锥。一般来说，在汽缸盖中实施的支承锥面对应于一锥度，该锥度比在预热塞的主体上实施的支承面的锥度略微收缩(例如半顶角略小约3°)。此外，用于制造预热塞的主体的材料比用于制造汽缸盖的材料更为坚硬。因此，在预热塞紧固在相应的带螺纹的孔腔中时，预热塞的主体压在汽缸盖的止挡面上，并形成压印。
如果预热塞拆开后再重新安装或进行更换，那么，就形成新的压印，因为即使重新安装拆下的预热塞，使预热塞压紧在固定座中，很少有机会使预热塞主体的支承面接纳在同一压印中。因此，在更换预热塞和重新安装卸下的预热塞时，支承面发生变化。施加在预热塞上的紧固力矩在止挡面处产生作用力，该作用力由于支承锥度而具有径向分力和纵向分力。显然，这些作用力随紧固力矩而变化，而且还随支承面(mm2)而变化。因此，例如使用测力扳手保持相同的紧固力矩，径向和纵向紧固力将由于支承面的变化而改变。事实证明，这些变化对整合有预热塞的传感器进行的测量有影响。
当每次安装预热塞形成新的压印时，遇到的另一个问题是预热塞的主体和汽缸盖之间的密封性下降。由于燃烧室中的压力非常高，应确保良好接触和足够大的接触面(尤其是连续的接触面)，以便具有良好的密封性，避免相应的发动机中的压缩损耗。
发明内容
因此，本发明旨在提出更好地测定内燃机汽缸内充斥的压力的部件，这种测定尤其不受整合有压力传感器(或独立式压力传感器)的预热塞的安装和拆卸影响。
本发明还旨在提出可确保预热塞的主体和汽缸盖之间的良好密封性的部件。
为此，整合有测量内燃机中压力用的压力传感器的装置，其具有外包套，所述外包套具有：
-第一管形区域，指杆体被保持就位在第一管形区域中，以及
-第二管形区域，其外径大于所述第一管形区域的外径，所述第二管形区域一方面具有使之固定在一孔腔中的部件，且另一方面具有一锥形支承面。
根据本发明，所述锥形支承面实施在一环形裙部的端部，所述环形裙部延长所述第二管形区域，且围绕所述第一管形区域，同时让在所述裙部和所述第一管形区域之间存在一自由空间。
因此，支承面不再是预热塞主体外表面上的一圆角凸肩或类似物。该支承面实施在一裙部的自由端，可较好地掌握该支承面的尺寸，从而也可较好地掌握与相应的一止挡件接触的支承面的尺寸。
本发明特别适于整合有上述压力传感器的装置，其中，所述第一管形区域和所述第二管形区域通过一壁彼此连接，所述壁基本上径向地延伸，且形成一弹性膜板。在这种装置中，优选地，所述第一管形区域和所述膜板仅形成一整体构件；并且，所述整体构件具有至少一个与所述第二管形区域具有相同外径的区域。这里，弹性膜板是这样的，其确保第一管形区域和第二管形区域之间的机械连接。其弹性可赋予第一管形区域的及因而指杆体的相对于设定固定的第二管形区域的自由度(沿两个管形区域重合的轴线轴向移动)。
同样，优选地，本发明尤其涉及整合有压力传感器的装置，其中，所述第一管形区域和所述第二管形区域实施在同一构件中。
支承面积(mm2)尤其取决于对整合有压力传感器的装置施加的紧固力矩和相应的汽缸盖。支承面积和力矩被调整以获得所需的应力。在本发明的装置的某些实施方式中，尤其是当支承面应当相对小时，锥形支承面相对于环形裙部的宽度加以限制。在一优选实施例方式中，尤其确定成，形成所述裙部的所述壁的厚度至多等于所述第二管形区域的壁的厚度。这样可具有减小的表面。
在附图所示的这种情况下(受限的表面)，第一实施例确定成，在所述环形裙部至少一部分高度上，所述环形裙部在与所述外部主体的第二管形区域相对的一侧，具有一个其外径小于所述第二管形区域的外径的部分，并且，所述锥形支承面在所述裙部的具有较小外径的该部分中形成。第二实施例确定成，在所述环形裙部的至少一部分高度上，所述环形裙部在与所述外部主体的第二管形区域相对的一侧，具有一个其内径大于所述第二管形区域的内径的部分；并且，所述锥形支承面形成在所述裙部的较大内径的该部分。
可选地可与前述两个实施例之一结合的另一实施例确定成，所述锥形支承面与朝向所述第一管形区域的另一锥面邻接。
在本发明的用于测量燃烧室压力的装置中，例如配置一指杆体，如必要为加热指杆体，所述指杆体在所述第一管形区域处固定在所述外部主体上，同时与所述第一管形区域连接在一起。因此，根据这样的实施例，所述压力传感器被安装在一方面为相对于所述第二管形区域固定的一支承件和另一方面为与所述指杆体相连的、与所述第一管形区域一起活动的一构件之间，所述第二管形区域被视同为固定的。
本发明也涉及用于测量内燃机中压力的装置的外部主体，所述外部主体具有：
-第一管形区域，指杆体被用于保持就位在其中，以及
-第二管形区域，其外径大于所述第一管形区域的外径，该第二管形区域一方面具有使之固定在一孔腔中的部件，另一方面具有一锥形支承面。
根据本发明，所述锥形支承面实施在一环形裙部的端部，所述环形裙部延长所述第二管形区域，且围绕所述第一管形区域，同时让在所述环形裙部和所述第一管形区域之间存在一自由空间。
在这种外部主体中，特别有利地，所述第一管形区域和所述第二管形区域通过一壁彼此连接，所述壁基本上径向延伸，并形成一弹性膜板；并且，所述锥形支承面相对于所述环形裙部的宽度加以限制。
优选地，本发明的外部主体通过机械加工的方式实施成一整体构件。
最后，本发明涉及内燃机，其特征在于，其具有上述装置。
附图说明
从下面参照示意附图的说明，本发明的详细情况和优越性将得到更好的体现，附图如下：
图1是现有技术中预热塞的外视图；
图2是局部放大图，其中，预热塞的外部主体被剖切，以示出压力传感器和图1的现有技术中的预热塞座；以及
图3是安装在汽缸盖中的整合有根据本发明的压力传感器的装置的示意性的纵向半剖视图，并且示出压力传感器以及所述装置在汽缸盖的锥形座上的支承。
具体实施方式
下面的说明参照整合有压力传感器的预热塞作出。但是，这里，本发明也涉及有时称为独立式压力传感器SAPS(英文术语Stand AlonePressure Sensor或法文术语capteur de pression isolé)的压力测量装置。这种装置例如用于狄塞尔类型发动机(一般为大汽缸工作容积的发动机)和汽油类型发动机中，以测定在发动机燃烧室中的压力，而不与预热塞或点火塞整合在一起。因此，对于每个涉及的燃烧室，一专用的井孔设置用于安装这种装置。
图1和2所示的现有技术中的预热塞是在FR-2884299中公开的预热塞。这种预热塞以本领域技术人员公知的方式具有一主体2、一指杆体4、一芯杆6和一压力传感器8。
主体2呈管形，具有多个圆柱形部段。在称为预热塞头部10的第一端部，预热塞主体具有一握持区域，该握持区域具有呈六边形横截面的外表面。该握持区域用于通过旋拧紧/旋拧松的方式安装和拆卸预热塞。为了进行这种安装，配设一螺纹区域12，其邻近预热塞头部10。相应的螺纹配设在发动机的汽缸盖中，用于同所述螺纹区域12相配合。为在汽缸盖和预热塞之间实行良好的密封，也可考虑在主体2上实施一密封锥14。该密封锥同汽缸盖中实施的互补锥面相配合，并且通过形状配合确保两个构件之间的优良的密封性。
在与预热塞头部相对的一侧，预热塞主体2载有预热塞的指杆体4。该指杆体用于安装在相应发动机的燃烧室中。该指杆体4形成预热塞的加热元件。
优选地，如图所示，指杆体4是陶瓷指杆体。这种指杆体是本领域技术人员公知的，这里不予详述。可配有尺寸小的加热元件。但是，也可例如涉及一金属指杆体。该指杆体4由穿过预热塞的主体2的芯杆6供应电流。在预热塞头部10处，一连接件(未示出)设置以可使芯杆6连接于电源。
预热塞主体2的与预热塞头部相对的端部承载有指杆体4。该端部是圆柱形截面的区域，该区域的内径适配于指杆体4的外径。指杆体4在预热塞主体2的端部16上的固定例如通过钎焊实施。钎焊可在端部16的整个高度上进行，端部16的直径适配于指杆体4的直径。钎焊可使指杆体4得以与预热塞主体2的端部16连接在一起。在这里，可采用其它技术以使指杆体4与主体2的端部16连接在一起。为了便于钎焊，可提出，具有端部16的预热塞主体2的下部用适合的材料制成。优选地，这种材料的膨胀系数接近用于制造指杆体4的陶瓷的膨胀系数。因而，预热塞的主体2可由多个构件装配而成。在图2上，可注意到，所示的主体2具有一接合面，该接合面对应于用于形成主体2的两个彼此焊接的构件的装配面。
预热塞主体2的端部16形成预热塞主体2和指杆体4之间的连接区域。该连接区域通过所述可弹性变形主体的一部分连接于预热塞主体2的其余部分，该弹性部分在下文称为膜板18。在密封锥14处，将端部16连接于预热塞主体2的其余部分通过膜板18实施。膜板确保机械连接，同时保留一对应于端部16相对于预热塞主体的轴向移动的自由度。
膜板18呈一环形垫圈的形式，其布置在与预热塞的主体2的轴线垂直的平面中。膜板的厚度(纵向地测得)例如约为0.3毫米。该厚度小于主体2的壁厚。主体2的壁厚例如可为0.5毫米至1毫米之间。该膜板18的宽度约为0.5毫米。在该数值例子中，这意味着膜板18的外半径及其内半径之间的差为0.5毫米。
正如能够从图2看到，膜板18的大直径的外边缘连接于密封锥14。预热塞主体2的位于该密封锥14和带螺纹的区域12之间的、包括该带螺纹的区域在内的部分是刚性区域。该刚性区域被安装在相应的汽缸盖中，并且设定它是固定的。当轴向作用力施加在指杆体4上时，膜板18弯曲，并且指杆体4连同主体2的端部16纵向移动。因而可以发现，在膜板18的一侧是预热塞的主体2的设定为固定的区域，且在另一侧是可活动的区域。因此，膜板18实现这两个区域之间的分离。
当在相应的汽缸内施加一压力时，该压力在指杆体4上施加趋向于使该指杆体缩进预热塞主体2中的作用力。该压力的测量由压力传感器8进行。这涉及压电传感器。
压力传感器8安装在一方面为与预热塞主体2的固定部分相连在一起的一固定构件、和另一方面为与指杆体4相连在一起的一可活动构件之间。
所述固定构件在下文称为界面作用件20。其涉及圆柱形的管件。其形状及其尺寸一方面适于能够被接纳在管形的主体2内，且另一方面可让芯杆6通过。该界面作用件20在预热塞主体2中紧靠密封锥14上方就位。因此，该构件非常接近所述指杆体4。一基座22配置在预热塞主体2的内表面中，用于接纳所述界面作用件20。
压力传感器8在界面作用件20上就位，即在预热塞头部10侧就位。通常，一电绝缘元件24被布置在界面作用件20和压电传感器8之间。该传感器包括压电元件26，该压电元件26布置在两个用导电材料制成的接触元件28之间。每个接触元件28都配有一引线框架(英文一般公知为“lead frame”)，所述引线框架按圆柱部分的形式被复合模制而成。引线框架未在图中示出。在这里也可配置较为传统的接线爪。
上述提及的可活动构件位于压力传感器8上方。这里为一环30。环30也通过一电绝缘元件24与压力传感器8电绝缘。环30被焊接在芯杆6上，例如用激光焊接法被焊接在芯杆6上。
在静息状态，当没有任何压力施加在指杆体4上时，压力传感器8是处于受应力状态。当压力施加在指杆体4上时，压力传感器处的应力减小，该压力传感器8测量这种应力变化。
图3示出根据本发明的预热塞。可在该预热塞上发现前述的主要元件，所述主要元件仍以同样的方式布置。参照图1和2的现有技术中的上述预热塞与图3所示的根据本发明的预热塞之间的差别涉及这样的区域：在所述区域，预热塞主体2支承在汽缸盖34中制出的基座32上，即位于现有技术中密封锥14处的区域。
本发明的预热塞具有一支承面36，其用于同汽缸盖34的基座32相配合。最初，该支承面36实施在围绕端部16高位部的一环形裙部38的自由端。
本说明书中这样设定：所述预热塞具有垂直布置的纵向轴线，且预热塞头部10处于高位，而指杆体4处于低位。
主体下端部16呈第一管形区域的形式。如上像对现有技术中的预热塞那样所述的，该第一管形区域在内部接纳指杆体4。在独立式(SAPS)压力传感器的情形下，管形端部16和指杆体4一般仅形成一整体件。
主体2也具有第二管形区域40，该第二管形区域40具有圆柱形外表面，且与第一管形区域或端部16一起形成围绕指杆体4和压力传感器8的外包套。图1和图2所示的现有技术中的预热塞上也具有这种管形区域。这种管形区域延伸在带螺纹的区域12和支承区域之间，在所述支承区域中预热塞支承在所述汽缸盖34的基座32上。
与主体2的端部16相应的第一管形区域和主体2的第二管形区域40彼此由膜板18连接。尤其如图所示，第二管形区域40的外径大于本身也具有圆柱形外表面的端部16的外径。
在图3所示的实施方式中，裙部38延长第二管形区域40。该裙部38具有一厚度，该厚度在第二管形区域40处至多为主体的厚度，以便不影响膜板18工作。
优选地，径向测得的裙部的厚度被限制成也限制主体2在汽缸盖34的基座32上的支承面。该支承面36是一锥面(或者更准确地说是截锥形)，其适配于基座32的形状。通常，支承面36的半顶角大于(开度更大的锥度)基座32的半顶角。这里，可选择支承面的半顶角比基座32的半顶角大数度(1至5度)。例如，可选择大3°的半角。
制造预热塞主体或至少是裙部38所选用的材料比用于制造汽缸盖34材料更为坚硬。因此，当预热塞拧紧在其孔腔也称为井腔中时，支承面36在汽缸盖34的基座32上形成一压印。通过限制支承面36，确保每次进行新的紧固时，整个支承面36会靠置于汽缸盖34的基座32上。这样，支承面积(mm2)得到完全控制，且预热塞和汽缸盖之间完全密封。
为了限制裙部38的厚度，可调整其外径或其内径或两者。在图3所示的实施例中，裙部38的外径相应于第二管形区域40的外径。但是，可考虑或者在裙部38的整个高度上，或者仅仅在其下部，即在裙部自由端一侧，裙部38的外径小于第二管形区域40的外径。
为了限制支承面36，也可在裙部38的自由端配置朝向端部16的另一锥面。该实施例在图3上用虚线42示出。
裙部38例如相对于膜板18的高度最大约为数毫米。其高度例如为1至2毫米之间。
裙部38的存在在膜板18的下面形成一环形自由空间44。该自由空间44确保对膜板18的保护。实际上，当汽缸盖34变形时，例如在预热塞在基座32上过于紧固之后，或者在预热塞在同一固定座上多次安装和拆卸之后，安装的所述组装体没有任何部分接触膜板18且影响其工作。
本发明不局限于上述实施方式和述及的变型。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方式。
因此，例如，所述所有数字数据仅作为说明，且是非限制性的。
说明参照具有使第一管形区域连接于第二管形区域的弹性膜板的预热塞作出。本发明也可应用于不具有这种膜板的预热塞。
本发明同样可与实施成整体件的或由多个构件实施成的(预热塞的或独立式压力传感器的)外部主体一起实施。
Claims (14)
1.整合有测量内燃机中压力用的压力传感器(8)的装置，其具有外包套，所述外包套具有：
-第一管形区域(16)，指杆体(4)被保持就位在第一管形区域(16)中，以及
-第二管形区域(40)，其外径大于所述第一管形区域(16)的外径，所述第二管形区域(40)一方面具有使之固定在一孔腔中的部件(12)，且另一方面具有一锥形支承面(36)，
其特征在于，所述锥形支承面(36)实施在一环形裙部(38)的端部，所述环形裙部(38)延长所述第二管形区域(40)，且围绕所述第一管形区域(16)，同时让在所述裙部(38)和所述第一管形区域(16)之间存在一自由空间(44)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一管形区域(16)和所述第二管形区域(40)通过一壁(18)彼此连接，所述壁基本上径向地延伸，且形成一弹性膜板。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一管形区域(16)和所述膜板(18)仅形成一整体构件；并且，所述整体构件具有至少一个与所述第二管形区域(40)具有相同外径的区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一管形区域(16)和所述第二管形区域(40)实施在同一构件中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，形成所述裙部(38)的所述壁的厚度至多等于所述第二管形区域(40)的壁的厚度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述环形裙部(38)至少一部分高度上，所述环形裙部(38)在与所述外部主体的第二管形区域(40)相对的一侧，具有一个其外径小于所述第二管形区域的外径的部分，并且，所述锥形支承面(36)在所述裙部的具有较小外径的该部分中形成。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述环形裙部(38)的至少一部分高度上，所述环形裙部(38)在与所述外部主体的第二管形区域(40)相对的一侧，具有一个其内径大于所述第二管形区域的内径的部分；并且，所述锥形支承面(36)形成在所述裙部的较大内径的该部分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述锥形支承面(36)与朝向所述第一管形区域(16)的另一锥面(42)邻接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，一指杆体(4)，如必要为加热指杆体，在所述第一管形区域(16)处固定在所述外部主体(2)上，同时与所述第一管形区域连接在一起。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述压力传感器(8)被安装在一方面为相对于所述第二管形区域(40)固定的一支承件(20)和另一方面为与所述指杆体(4)相连的、与所述第一管形区域(16)一起活动的一构件(30)之间，所述第二管形区域(40)被视同为固定的。
11.用于测量内燃机中压力的装置的外部主体(2)，所述外部主体具有：
-第一管形区域(16)，指杆体(4)被用于保持就位在其中，以及
-第二管形区域(40)，其外径大于所述第一管形区域(16)的外径，该第二管形区域(40)一方面具有使之固定在一孔腔中的部件(12)，另一方面具有一锥形支承面(36)，
其特征在于，所述锥形支承面(36)实施在一环形裙部(38)的端部，所述环形裙部(38)延长所述第二管形区域(40)，且围绕所述第一管形区域(16)，同时让在所述环形裙部(38)和所述第一管形区域(16)之间存在一自由空间。
12.根据权利要求11所述的外部主体(2)，其特征在于，所述第一管形区域(16)和所述第二管形区域(40)通过一壁(18)彼此连接，所述壁(18)基本上径向延伸，并形成一弹性膜板；并且，所述锥形支承面(36)相对于所述环形裙部(38)的宽度加以限制。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的外部主体(2)，其特征在于，其涉及一机加工的整体构件。
14.内燃机，其特征在于，其具有根据权利要求1至9中任一项所述的装置。
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