CN102713550A - 用于内燃机的点火和压力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点火和压力测量装置，其具有：火花塞（2），所述火花塞具有外部主体（14），压力传感器（34）安装在所述外部主体（14）上且具有信号的输出端子（38）；支承管（4），所述支承管持久地套接在外部主体的上端部上且承载处理所述信号的电子处理部件（44）；导电元件（46），所述导电元件一方面固定于压力传感器的输出端子（38），另一方面固定于电子处理部件（44）的输入端子；金属壳体（6），所述金属壳体围绕支承管、电子处理部件和压力传感器。金属壳体具有用于使点火和压力测量装置安装在内燃机的气缸盖中的握持部件（60）并且在其下端部固定于火花塞的外部主体。

Description

用于内燃机的点火和压力测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的点火和压力测量装置。

背景技术

有利地，在内燃机中，要了解气缸内的压力。特别是这允许对控制发动机的燃烧进行较好控制。因此，可限制燃料消耗和污染物排放。在汽油发动机中，测量气缸中压力的压力传感器也可避免配置爆震检测器。

因此公知将压力传感器安装在火花塞上。通常使用的压力传感器基于压电效应。为提醒起见，火花塞通常具有中心电极、接地电极、绝缘芯杆和外部主体，该外部主体有时也称为火花塞底。因此，压力传感器安装在火花塞的外部主体的外部。当火花塞安装在运行中的发动机的气缸盖中时，气缸内的由该气缸中的燃烧产生的相应压力，对绝缘芯杆施加与压电传感器的预应力方向相反的应力。这种与气缸中的燃烧有关的力趋于使绝缘芯杆在纵向上移动，远离所述气缸，因而使外部主体发生弹性变形，从而引起预应力的压电传感器上应力减小。传感器上力的这些变化产生电信号，该电信号取决于气缸中的压力。该信号对机械干扰和电磁干扰特别敏感。因此，信号从传感器的敏感元件传输直至处理该信号的电子设备应当引起注意。

FR2926933描述了一种火花塞，其连接于力传感器和连接装置。力传感器通常围绕火花塞的外部主体的一端部布置。连接装置具有挠性罩，其用于接纳火花塞的该端部。该挠性罩承载由力传感器发送的信号的电子处理部件以及连接于所述处理装置的弹性电触头。力传感器具有形成接线柱的电极，其用于嵌入在由挠性罩承载的弹性电触头中。防错部件配置在连接装置上，以便于使接线柱安装在弹性电触头中。挠性罩还具有中心孔，其接纳弹簧，用于绕组的高压端子与火花塞的中心电极的供电棒之间的连接。连接装置还具有金属壳体，挠性罩位于该金属壳体内部。金属壳体在其用于面对火花塞的一侧的自由端部，具有弹性爪体，该弹性爪体允许与火花塞的外部主体进行电接触，从而使金属壳体接地。

发明人注意到，对于这种公知的装置，由处理设备接收的信号的质量有时不足以在压力上推断足够可靠和精确的信息。

本发明旨在通过提出一种装置来克服这些缺陷，所述装置具有火花塞和压力传感器，适于提供关于发动机气缸中的压力的更为可靠的信息。优选地，该装置也适于提供更为精确的压力信息。

发明内容

为此，本发明提出一种用于点火和压力测量的装置，其具有：火花塞，该火花塞具有外部主体，压力传感器安装在火花塞的外部主体上且具有信号的输出端子；支承管，所述支承管承载处理所述信号的电子处理部件；以及金属壳体，所述金属壳体围绕所述支承管、所述电子处理部件和所述压力传感器。本发明的点火和压力测量装置的特征在于：

－支承管持久地套接在外部主体的称为上端部的端部上，其接纳压力传感器，

－导电元件一方面固定于压力传感器的输出端子，另一方面固定于电子处理部件的输入端子，

－金属壳体的称为下端部的端部固定于所述火花塞的外部主体，

－金属壳体具有握持部件，用于使点火和压力测量装置安装在内燃机的气缸盖中。

换句话说，本发明的点火和压力测量装置在工厂装配以形成一个整体组装件，其集成点火功能、气缸中的压力测量功能、测得的数据的处理功能、增大由惯性增加的减震功能（如下段中所述）。压力传感器和电子处理部件之间没有任何可拆卸的连接，这两个元件由导电元件直接连接。因此，压力传感器和电子处理部件之间的信号传输得到确保，不管本发明的装置经受怎样的机械应力和振动，都能保证质量。另外，借助于配置在金属壳体上的握持部件，仅一次操作即可将该装置安装在气缸盖中（而现有技术中公知的装置至少需要两次操作）。

此外，根据本发明，金属壳体固定于火花塞的外部主体的事实具有以下的主要优点。金属壳体增大由火花塞的外部主体和金属壳体形成的刚性组装件的惯性和刚度。因此，配有金属壳体的外部主体的固有振动频率低于单一外部主体的固有振动频率。因此，金属壳体固定在火花塞的外部主体上，可使所述外部主体的固有频率远离压力传感器的通频带。另外，由金属壳体带来的惯性和刚度限制外部主体在其基底处传递到所述外部主体的气缸盖变形的作用下可能发生的变形。因此，压力传感器对施加于火花塞的振动和应力不太敏感。因此，获得的信号/噪声比与用现有技术中公知的装置所获得的信号/噪声比相比较，非常合乎要求且显著增大。

最后，握持部件存在于金属壳体上，便于本发明的装置安装在气缸盖中，所述握持部件因而向气缸盖外移动，而在现有技术的所有公知的装置中，所述握持部件在火花塞的外部主体上形成。此外，这种配置允许提出一种更为紧凑的装置：火花塞的从金属壳体凸起延伸的部分可具有减小的轴向尺寸（因为此后其不配有握持部件），握持部件可集成在金属壳体中，而无需增大金属壳体的轴向尺寸。

优选地，这些握持部件具有六边形截面。

有利地，握持部件形成于壳体的称为上端部的端部，所述上端部与所述壳体的下端部相反。不管本发明的装置布置在其中的井体的深度如何，这些握持部件都易于触及。此外，尤其是，在这种情况下，可使用这样一个壳体，其在支承管和电子处理部件处的直径大于握持部件的扳手口（如果是一个六边形则为扁平部分上的直径），甚至大于所述握持部件的最大外径（连接六边形的两个顶点的直径）。

有利地，金属壳体的下端部紧邻火花塞的形成支承面的基底延伸，所述支承面用于使装置安装在气缸盖中。

有利地，金属壳体通过在其整个周边上的焊缝固定于火花塞的外部主体。因此，火花塞和金属壳体之间进行密封，其保护压力传感器和电子处理部件免受气缸的侵害环境且免受潮湿。

优选地，在金属壳体的上端部附近，至少一个O形圈也布置在支承管和金属壳体之间。

在变形中，或者优选以结合的方式，电子处理部件用绝缘材料浸渍或包封。这种浸渍或包封保护电子处理部件免受可能的污染物进入金属壳体中。此外，如果是包封即包覆，金属壳体用作模型，绝缘材料填满支承管和金属壳体之间的空间，支承管和金属壳体之间容易发生的、影响电子处理部件的振动得以避免。

有利地，点火和压力测量装置还具有至少沿着支承管的一部分布置在火花塞的绝缘芯杆和支承管之间的屏蔽套筒，所述屏蔽套筒面对着电子处理部件延伸直至火花塞的外部主体。该屏蔽套筒保护由压力传感器和电子处理部件发送的信号（尚未处理）免受由在下文描述的高压线路产生的电磁危害。

本发明也涉及一种组装件，其一方面具有本发明的点火和压力测量装置，另一方面具有连接装置，所述连接装置具有：

－高压线路，其用于对火花塞的中心电极供电，所述高压线路一方面具有导电棒，所述导电棒适于穿过支承管接合在火花塞的绝缘芯杆中，所述高压线路另一方面具有连接器，以使高压线路连接于绕组变压器的高压输出端子，

－连接元件，其适于一方面接通到点火和压力测量装置的连接器，所述连接器连接于电子处理部件的输出端子且布置在金属壳体的上端部附近，所述连接元件另一方面接通到绕组变压器的信号输入端子。

可提供不同长度的连接装置，鉴于这种装置简单，因此其成本较低（术语“长度”，这里意指在连接装置与点火和压力测量装置这两个装置装配时连接装置沿点火和压力测量装置的轴向方向的尺寸）。因此，连接装置的长度可根据气缸盖的用于安装点火和压力测量装置的井体的深度加以选择。因此，不再需要研制不同尺寸的点火和压力测量装置以满足市场的需求，设计紧凑的同一种装置适合于不同型式的气缸盖。

附图说明

通过阅读以下参照附图针对一个作为非限制性实例提供的优选实施方式所作的说明，本发明的其它细节和优点将显示出来。在附图中：

图1是本发明的点火和压力测量装置的示意性透视图；

图2是图1所示的装置的透视图，所述装置连接于连接装置，其中，金属壳体和支承管的一部分被剖切；以及

图3是图2所示的装置的示意性分解透视图。

具体实施方式

图1至3示出本发明的点火和压力测量装置，所述点火和压力测量装置特别是具有火花塞2、支承管4和金属壳体6，形成一个整体组装件。

通常，火花塞2具有中心电极8、接地电极10、绝缘芯杆12和外部主体14，外部主体有时也称为火花塞底。

火花塞2用于在内燃机的燃烧室中产生火花。这种火花在一个中心电极8和一个接地电极10这两个电极之间产生。中心电极8安装在绝缘芯杆12的一端部，位于绝缘芯杆内部。其由下文所述的高压线路供给高压电流。

通常用陶瓷制成的绝缘芯杆12，安装在外部主体14内部。外部主体呈具有圆形截面的整体管形形状。该外部主体14的下端部承载接地电极10。接地电极10面对中心电极8。绝缘芯杆12定位在外部主体14中且通过压接（sertissage）保持在外部主体内。外部主体14的上端部16（见图3）翻折在绝缘芯杆12的凸肩上，绝缘芯杆如此进行其压接。

火花塞的外部主体14的外周表面在电极侧具有螺纹18，螺纹可使本发明的装置旋拧在气缸盖（未示出）中。在螺纹18的上方，外部主体14具有凸缘20，称为基底的其下表面22，在所述装置旋拧在气缸盖中时，形成支承面。在该凸缘20上方，外部主体14具有基本上呈圆柱形的上部32，力传感器34安装在该上部上。

这里所述的力传感器34是压电式的，具有压电元件26，该压电元件构成传感器的敏感元件，安装在两个电极24和28之间。外部主体14的凸缘20的上表面用于支承电极24。该电极24接地，因为与旋拧在气缸盖中的外部主体14进行接触；因此，其称为接地电极24。电极28接收由经受应力变化的压电元件发送的电信号；该电极这里称为力传感器的输出电极28。除压电元件26与电极24和28之外，力传感器34还具有绝缘垫片30。

力传感器34由称为预应力环的环40预加压缩应力。预应力环的形状适合于外部主体14的上部32的形状。预应力环从力传感器30差不多延伸直至压接区域并焊接在外部主体14上。

力传感器的输出电极28具有爪体38，该爪体轴向延伸并形成力传感器的输出端子38，压电元件26发送的电信号经该输出端子传输。绝缘垫片30本身具有绝缘爪体36，该绝缘爪体在输出端子38内部（径向）轴向延伸，以便使其与预应力环40进行电绝缘（预应力环接地，因为其固定于外部主体14）。

如前所述，本发明的装置还具有支承管4。该支承管用电绝缘材料例如合成聚合材料制成。支承管4在下端部具有扩大区域46，该扩大区域可使其套接在火花塞的外部主体14的上端部16上和力传感器34上。支承管的下轴向面72支靠在预应力环40的凸肩上。

支承管4还在其外周表面上具有至少一个凹槽42（在所示的实施例中，其具有多个凹槽），形成接纳电子处理部件44的槽座。电子处理部件例如具有电子卡，其承载具有特定应用的集成电路。这些印刷电路例如用于进行由力传感器34发送的信号的放大和滤波，以及进行将这种模拟信号转换成数字信号（模-数转换器）。但是，在变型中可设置成在电子处理部件44处只具有放大级。

根据本发明，电子处理部件44由导电元件46直接连接于力传感器34。该导电元件46由支承管4承载。在所示的实施例中，导电元件46是具有S形型面的刚性平片。在变型中，其可为柔性丝线。该导电元件46例如通过焊接一方面固定于力传感器的输出端子38，另一方面固定于电子处理部件44的输入端子。因此，没有任何连接器间置在力传感器34和电子处理部件44之间。

在输出端，电子处理部件44通过由支承管4承载的扁平电缆或其它导电元件连接于环形包容式连接器50，该环形包容式连接器具有三个环形同轴触头（这些触头不可见，因为实施在环形连接器50的内表面上）。支承管4在其上部具有扩大区域64，环形连接器50完全容置在扩大区域内。电子处理部件44本身布置在支承管4的外部，一个孔布置成使扁平电缆进入到限定扩大区域64的所述管的凸肩中。另外，一个O形圈66间置在环形连接器50和支承管4之间，紧邻所述支承管的上轴向面70。

为了使本发明的点火和压力测量装置连接于绕组变压器，本发明的点火和压力测量装置用于连接于连接装置，在图2和3中可以观察到。该连接装置具有连接元件52和高压线路54。

连接元件52在一侧包括具有同轴环形触头的环形插入式连接器51，用于套接在点火和压力测量装置的环形连接器50中。连接元件52在另一侧包括至少一个插头53，所述至少一个插头允许其连接于绕组变压器的信号输入端子。如此输送到变压器的处理信号由电缆或其它导电部件输送通过所述变压器，以使其传输到运输工具的计算机。

连接装置的高压线路54可向火花塞供给电能，电能由变压器的高压绕组输送。该高压线路54具有导电棒58。在组装好的状态，棒58承载连接元件52，该棒为管形。该棒58用于穿过支承管4。因此，其下端部插入在火花塞的绝缘芯杆12中，以便与中心电极8接触。导电弹簧或任何其它公知的适当部件可布置在绝缘芯杆中，以确保棒58和中心电极8之间的电连续。棒58的上端部配有连接器56，其可使高压线路54连接于绕组变压器的高压输出端子（未示出）。

如前所述，本发明的点火和压力测量装置也具有金属壳体6。该金属壳体6完全围绕支承管4、支承管承载的部件以及力传感器34。金属壳体6包括具有环形内截面和外截面的基本圆柱形的主要管形部分和长度较小的上部，该上部形成具有六边形截面的握持部件60。

根据本发明，金属壳体的下端部61的形状适合于火花塞的外部主体14的凸缘20的形状。特别是，壳体在其下轴向面处的内径基本等于（除装配间隙以外）凸缘20的外径。金属壳体6的该下端部61焊接于火花塞的外部主体14。在所示的实施例中，焊缝62形成于金属壳体的下轴向面与外部主体14的凸缘20之间，位于金属壳体的整个周边上。优选地，这种焊接用激光进行。如此形成的焊缝62至少履行三个功能：

－其使金属壳体6和外部主体14相连接，加固组装件。由所述壳体产生的惯性可降低火花塞的外部主体的固有振动频率，该固有振动频率远低于力传感器34的通频带，且限制火花塞的基底22在气缸盖的振动和扭曲的作用下可能发生的变形。因此，信号/噪声比得到改善。获得的点火和压力测量装置提供特别可靠和精确的测量；

－其使金属壳体6接地（壳体6与外部主体14接触，外部主体本身与气缸盖接触）。因此，金属壳体6保护电子设备组装件（力传感器和电子处理部件等）免受环境电磁干扰。信号一旦放大，对电磁干扰就不太敏感，因此，不必在点火和压力测量装置以外对放大的和/或滤波的信号和/或转换的信号进行特殊屏蔽；

－在金属壳体6和外部主体14之间进行液体密封和气体密封。因此，金属壳体6保护电子设备组装件免受可能的环境化学侵害。

可观察到，金属壳体的下轴向面焊接于金属主体14，紧邻所述金属主体的基底22。这种布置是可行的，因为所述装置的握持区域60形成于金属壳体6上。因此，本发明的点火和压力测量装置特别紧凑：不配有握持部件的火花塞2具有小的轴向尺寸；电子处理部件布置成最靠近力传感器，面对着绝缘芯杆12的凸起部分。

在所示的实施例中，握持区域60形成于金属壳体6的上端部，从支承管4轴向凸起地延伸。该握持区域60形成外周壁，当连接装置组装于本发明的点火和压力测量装置时，所述外周壁围绕连接元件52的所述一个或多个插头53。在绕组变压器连接于所述连接装置时，该外周壁参与向相应的插头53引导变压器的信号输入端子。

支承管4在其扩大区域64处的外径，尤其是其上轴向面70处的外径，基本等于（除装配间隙以外）金属壳体6的主要部分的内径。相反，所述壳体的握持区域60的最小内径小于支承管的上轴向面70的外径。因此，所述壳体的圆柱形的主要部分及其握持区域60之间的接合处形成一个内凸肩，其允许准确装配支承管4（支承管还支承在预应力环40上）。O形圈68间置在支承管4和金属壳体6之间。该O形圈布置在设置在所述支承管的扩大区域64中的凹槽中。

点火和压力测量装置也具有第一屏蔽套筒76，其完全围绕绝缘芯杆12的凸起部分（绝缘芯杆的从外部主体14凸起地延伸的部分）。该屏蔽套筒保护由导电元件46和电子处理部件44输送的未处理信号免受由向火花塞供电的高压线路产生的电磁干扰。该屏蔽套筒可用无孔的或开孔的金属管制成，或者通过绝缘芯杆12的外周表面的金属化制成。

在所示的实施例中，第二屏蔽套筒布置在高压线路特别是棒58和连接装置的连接元件52之间。这种屏蔽可通过所述连接元件52的内表面的金属化或通过具有金属镶套的管（tube de chemisagemétallique）进行。

本发明相对于所示的实施方式可以有很多变型，这些变型属于由权利要求书所限定的范围。

特别是，本发明不限于压电力传感器式的压力传感器。压力传感器可由任何其它公知的部件制成，例如布置在火花塞的外部主体上的一个或多个应力计。

Claims (10)

1.点火和压力测量装置，其具有：火花塞（2），所述火花塞具有外部主体（14），压力传感器（34）安装在所述火花塞的外部主体（14）上且具有信号的输出端子（38）；支承管（4），所述支承管承载处理所述信号的电子处理部件（44）；以及，金属壳体（6），所述金属壳体围绕所述支承管、所述电子处理部件和所述压力传感器，

其特征在于：

－所述支承管（4）持久地套接在所述外部主体（14）的称为上端部的端部上，其接纳所述压力传感器（34），

－导电元件（46）一方面固定于所述压力传感器的输出端子（38），另一方面固定于所述电子处理部件（44）的输入端子，

－所述金属壳体的称为下端部的端部（61）固定于所述火花塞的外部主体（14），

－所述金属壳体（6）具有握持部件（60），用于使所述点火和压力测量装置安装在内燃机的气缸盖中。

2.根据权利要求1所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述握持部件（60）具有六边形截面。

3.根据权利要求1或2所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述握持部件（60）形成于所述金属壳体的称为上端部的端部，所述上端部与所述金属壳体的下端部（61）相反。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述金属壳体的下端部（61）紧邻所述火花塞的形成支承面的基底（22）延伸，所述支承面用于使所述点火和压力测量装置安装在气缸盖中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述金属壳体（6）通过在其整个周边上的焊缝（62）固定于所述火花塞的外部主体（14）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的点火和压力测量装置，其特征在于，在所述金属壳体的上端部附近，至少一个O形圈（66）布置在所述支承管（4）和所述金属壳体（6）之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述电子处理部件（44）用绝缘材料浸渍或包封。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的点火和压力测量装置，其特征在于，所述点火和压力测量装置具有至少沿着所述支承管的一部分布置在所述火花塞的绝缘芯杆（12）和所述支承管（4）之间的屏蔽套筒（76），所述屏蔽套筒面对着所述电子处理部件（44）延伸直至所述火花塞的外部主体（14）。

9.组装件，其特征在于，所述组装件一方面具有根据权利要求1至8中任一项所述的点火和压力测量装置，另一方面具有连接装置，所述连接装置具有：

－高压线路（54），其用于对火花塞的中心电极（8）供电，所述高压线路一方面具有导电棒（58），所述导电棒适于穿过支承管（4）和接合在所述火花塞的绝缘芯杆（12）中，所述高压线路另一方面具有连接器（56），以使所述高压线路连接于绕组变压器的高压输出端子，

－连接元件（52），其适于一方面接通到所述点火和压力测量装置的连接器（50），所述连接器连接于电子处理部件（44）的输出端子且布置在金属壳体（6）的上端部附近，所述连接元件另一方面接通到所述绕组变压器的信号输入端子。

10.根据权利要求9所述的组装件，其特征在于，所述连接装置在所述高压线路（54）的导电棒（58）和所述连接元件（52）之间具有屏蔽套筒（74）。

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