CN104508380B - 压力传感器一体式热线点火塞 - Google Patents

Abstract

提供一种压力传感器一体式热线点火塞，抑制碳和SOF堆积在壳体与加热器元件的间隙中，持续长期间使得加热器元件不被约束。一种压力传感器一体式热线点火塞，插入到内燃机的汽缸内使用，包括壳体、使前端从上述壳体突出而被保持的杆状的加热器元件和压力传感器，上述加热器元件被挠性部件保持在上述壳体中，并能够改变相对于上述壳体的位置，上述压力传感器通过上述加热器元件的位移而受到上述汽缸内的压力，其中，在比上述挠性部件靠前端侧的上述壳体与上述加热器元件的间隙中包括担载氧化催化剂成分的耐热性纤维部件。

Description

压力传感器一体式热线点火塞

技术领域

本发明涉及在作为柴油发动机的起动辅助用使用的护套型热线点火塞上一体化了用于检测缸内压力的压力传感器的压力传感器一体式热线点火塞。

背景技术

以往在作为自燃式内燃机的柴油发动机中，在汽缸内设置有热线点火塞。此外近年来，将用于检测缸内压力的压力传感器与热线点火塞一体化的压力传感器一体式热线点火塞已实用化。

例如，压力传感器一体式热线点火塞构成为包括用于插入到缸内的壳体、使前端从该壳体突出而保持在壳体中的加热器元件、和配置在该加热器元件与壳体之间的压力传感器。关于该压力传感器一体式热线点火塞，加热器元件通过波纹管或膜片等挠性部件保持在壳体中，通过缸内压力使加热器元件在壳体内沿轴向移位，通过该移位，压力传感器能够检测缸内压力。

在这样的热线点火塞中，为了能够持续长期间稳定地检测压力，必须维持挠性部件的挠性。即，必须避免加热器元件在挠性部件以外的部分被机械性地约束。但是，热线点火塞是露出到汽缸内使用的，如果在汽缸内产生的未燃燃料成分等堆积在加热器元件与壳体之间，则加热器元件被壳体约束，有可能不再能够对压力传感器传递缸内压力。

为此，提出了这样的方案：在加热器元件与壳体之间填充流动性的密封材料，或在加热器元件的表面上涂敷氧化催化剂，来防止未燃燃料成分的堆积（例如参照专利文献1和2）。

专利文献1：日本特开2009－520941号公报

专利文献2：日本特开2009－203939号公报。

发明内容

但是，如果所填充的流动性的密封材料长期间位于燃烧室附近，则有可能失去流动性。此外，在将氧化催化剂涂敷在加热器元件表面上的情况下，由于难以充分地确保其表面积，所以催化剂活性变得不充分，有可能不能高效地进行堆积的碳和SOF（可溶性有机成分）的催化剂燃烧。

因而，本发明的目的是提供一种压力传感器一体式热线点火塞，抑制碳和SOF堆积在壳体与加热器元件的间隙中，持续长期间使得加热器元件不被约束。

根据本发明，提供一种压力传感器一体式热线点火塞，能够解决上述问题，该压力传感器一体式热线点火塞插入到内燃机的汽缸内使用，包括壳体、使前端从上述壳体突出而被保持的杆状的加热器元件和压力传感器，上述加热器元件被挠性部件保持在上述壳体中，并能够改变相对于上述壳体的位置，上述压力传感器通过上述加热器元件的位移而受到上述汽缸内的压力，其特征在于，在比上述挠性部件靠前端侧的上述壳体与上述加热器元件的间隙中包括担载氧化催化剂成分的耐热性纤维部件。

即，根据本发明的压力传感器一体式热线点火塞，能够阻止碳和SOF侵入到壳体与加热器元件之间，并且利用担载在纤维表面上的催化剂成分使附着在纤维部件上的碳和SOF氧化、分解。此时，由于使催化剂担载在纤维部件上，所以能够确保担载催化剂的表面积较大，能够提高催化剂活性，能够高效地使碳和SOF分解。因而，能够持续长期间防止加热器元件被壳体约束。

此外，在本发明的压力传感器一体式热线点火塞中优选的是，上述耐热性纤维部件是使氧化催化剂成分担载在陶瓷纤维上而成的部件。

通过这样使用陶瓷纤维构成耐热性纤维部件，能够通过陶瓷材料所具有的保温性使催化剂活性提高，从而更有效地进行碳和SOF的氧化、分解。

此外，在本发明的压力传感器一体式热线点火塞中优选的是，上述耐热性纤维部件比上述壳体与上述加热器元件的间隙更向上述壳体外部伸出地设置。

通过这样配置耐热性纤维部件，能够将侵入到内燃机的插入孔与加热器元件之间的碳和SOF氧化、分解，从而防止它们堆积。

附图说明

图1是本发明的实施方式的压力传感器一体式热线点火塞的剖视图。

图2是图1所示的压力传感器一体式热线点火塞的局部放大图。

图3是表示压力传感器一体式热线点火塞的变形例的局部放大图。

具体实施方式

以下，基于附图对涉及本发明的压力传感器一体式热线点火塞的实施方式具体地说明。

另外，在各个图中带有相同附图标记的要素，只要没有特别说明，就表示相同的构成要素，适当省略说明。

1.热线点火塞的基本构成

图1是本发明的实施方式的压力传感器一体式热线点火塞（以下，简称为“热线点火塞”。）1的剖视图。

图1所示的热线点火塞1构成为护套型热线点火塞，例如构成为在柴油发动机等自燃型的内燃机中使用的热线点火塞1。

该热线点火塞1具有杆状的加热器元件2，加热器元件2在预燃型的内燃机的情况下被插入到预燃室中，在直喷型的内燃机的情况下被插入到内燃机的燃烧室中并固定。加热器元件2可以构成为金属制或陶瓷制的加热器元件2。但是，加热器元件2也可以是其他构成。

热线点火塞1具有壳体3。该壳体3优选的是由金属材料构成。壳体3具有同心状的贯通孔，加热器元件2的后端侧部分地配置在壳体3的内部，在设置在壳体3的前端侧的开口4的部位能够从壳体3突出到内燃机的燃烧室等的内部。进而，壳体3具有阳螺纹牙5，通过该阳螺纹牙5，使得热线点火塞1能够拧入到设置在内燃机的壳体中的插入孔内。此时，利用圆锥状密封件6，使得热线点火塞1在设置于内燃机的插入孔内气密地嵌合。

在本实施方式中使用的杆状的加热器元件2具有发热体7和支承管8。支承管8与发热体7的外周面9接触，从而结合在发热体7上。支承管8的外表面10同时还形成加热器元件2的外表面10。

设置于热线点火塞1的同心状的贯通孔被作为挠性部件的钢膜片15分割为内室16和密封室17。钢膜片15分别在一方结合在壳体3上，在另一方在圆筒环状部18中结合在加热器元件2的支承管8上。钢膜片15具有基部19，该基部19具有挠性地形成，以使得加热器元件2在热线点火塞1的壳体3的轴线20的方向上能够相对于壳体3相对地移动。

在内室16中配置有压力传感器21。该压力传感器21例如可以构成为压电式的传感器元件。该压电式的传感器元件如果受到机械性的负荷则产生电荷，该电荷能够在压力传感器21的接触区域22、23中检测到。检测到的电荷被电气配线24、25从热线点火塞1的壳体3导出。压力传感器21在距燃烧室等较远侧的热线点火塞1的端部26侧，由与壳体3结合的套筒27支承。另一方面，压力传感器21经由力传递套筒28与加热器元件2结合。在该情况下，加热器元件2主要在其支承管8的部分支承于力传递套筒28。

在组装了热线点火塞1的状态下，基于内燃机的燃烧室等的内部的压力，产生作用在加热器元件2上的力。该力在轴向方向29上即在沿着轴线20的方向上作用于加热器元件2。该力沿着由箭头30、31、32表示的力传递路径传递至压力传感器21。该压力传感器21根据传递来的力经由电气配线24、25导出检测信号，根据该检测信号测量在燃烧室等中形成的压力。为了高精度地测量在燃烧室等的内部产生的压力，需要加热器元件2和力传递套筒28不被壳体3约束而确保能够在轴向方向29上自由移动的状态。在该情况下，当基于压力传感器21的检测信号测量压力时，如果是例如通过钢膜片15的弹性力产生的对向压力传感器21传递的力的影响，则可以预先考虑。

但是，在热线点火塞1的动作时发生的污染的影响，特别是在前端侧的开口4的附近发生的污染，关于其量及影响难以预先考虑，所以这样的污染会成为导致在燃烧室等中产生的压力的误测量的较大原因。特别是，通过燃烧室等的内部的压力产生的力的一部分因在端部侧的开口4的附近由于污染堆积的异物的影响，而在圆锥状密封件6的区域中传递至壳体3，其结果为，实际作用在压力传感器21上的力有可能减小。由此导致在燃烧室等的内部产生的压力的检测精度下降。

为了避免这样的问题，在本实施方式的热线点火塞1中，在密封室17内配置有耐热性纤维部件35。以下，基于图2对密封室17的构成及耐热性纤维部件35的特性及作用详细地说明。

在图2中，详细地图示了在图1中用双点划线表示的区域II。钢膜片15的基部19具有环状面40，该环状面40结合在壳体3上。进而，钢膜片15的基部19具有另一环状面41，该环状面41朝向与环状面40相反的方向，结合在壳体3的圆锥状密封件6上。进而，钢膜片15的圆筒环状部18的内表面42结合在支承管8的外表面10上，在该情况下，钢膜片15和支承管8在内表面42的范围中例如通过激光焊接而结合。由此，确保了密封室17与内室16之间的可靠性良好的密封性。

为了使从加热器元件2向力传递套筒28的力的传递良好，支承管8中的力传递套筒28附近的区域43的壁厚适合于力传递套筒28的壁厚，在该情况下，在支承管8的区域43的范围中，形成为比其他范围大的壁厚。

在圆锥状密封件6所处的区域中，在壳体3与加热器元件2的外表面10之间设置有环状间隙44。该环状间隙44形成端部侧的开口4。环状间隙44使得能够进行沿着轴线20的方向上的加热器元件2的移动。但是，加热器元件2受到钢膜片15所具有的弹性力的作用。在该情况下，预先测量由钢膜片15产生的经由支承管8作用在加热器元件2上的弹性力，在测量在燃烧室等的内部产生的压力时，能够考虑该弹性力。

进而，在密封室17中包括耐热性纤维部件35。该耐热性纤维部件35也填充在环状间隙44中。耐热性纤维部件35例如由相对于陶瓷纤维或石英纤维等耐热性高的纤维担载氧化能高的公知的催化剂成分的部件构成。耐热性纤维部件35可以为使催化剂材料直接担载在耐热性纤维上的结构，或者可以为使担载有催化剂材料的面积大的陶瓷粒子等保持在耐热性纤维上的结构。此外，该耐热性纤维部件35可以将没有成形的材料填充到密封室17或环状间隙44中，也可以预先根据密封室17或环状间隙44的形状成形并装配。

耐热性高的纤维是从结晶质纤维、非晶质纤维、矿棉、玻璃纤维等公知的耐热性高的无机质材料中选择的，可以被预成形。此外，催化剂成分可以包含一种或两种以上的贵金属而构成。或者，也可以使用由以贵金属为构成元素的金属氧化物构成的催化剂材料。

通过设置该耐热性纤维部件35，能够在物理上阻止作为未燃烧物的碳和SOF侵入到壳体3与加热器元件2之间。进而，关于附着在耐热性纤维部件35上的碳等，被担载的催化剂成分氧化、分解，成为气体状，从而能够防止固体成分堆积。这里，耐热性纤维部件35为了在纤维上担载催化剂成分，使得担载催化剂的表面积增大，能够进一步提高催化剂活性。

此外，特别是如果使担载催化剂成分的纤维为陶瓷纤维或石英纤维，则通过其保温效果，利用加热器元件2产生的热量进一步提高催化剂活性，从而能够使碳和SOF有效地氧化、分解。

进而，由于耐热性纤维部件35是利用纤维的，所以将填充密度抑制得较低，不会约束加热器元件2，能够将加热器元件2受到的压力高效地传递至压力传感器21。进而，耐热性密封材料35还具有保护钢膜片15的功能，特别是减轻钢膜片15的腐蚀的功能。

另外，在上述实施方式中，也可以将耐热性纤维部件35以从壳体3与加热器元件2的间隙伸出的状态设置。在将耐热性纤维部件35这样配置的情况下，能够将侵入到设置在内燃机的壳体中的插入孔与加热器元件2的间隙中的碳和SOF等氧化、分解，防止它们堆积。

2.变形例

图3表示作为挠性部件代替钢膜片而使用波纹管的热线点火塞的例子的放大图。

在该热线点火塞的例子中，在加热器元件52上结合着波纹管68，波纹管68在其一端侧固定在壳体53上。加热器元件52能够在壳体53内沿轴向方向顺畅地移动。该波纹管68优选的是由金属材料形成，波纹管68和加热器元件52的结合例如通过激光焊接或卷边、模锻、钎焊、压入等方法进行。

在该变形例的热线点火塞中，壳体53也在前端部包括圆筒状密封件56，在该圆筒状密封件56的前端部的区域中，在壳体53与加热器元件52之间设置有环状间隙64。该环状间隙64形成端部侧的开口。在包含该环状间隙在内的圆筒状密封件56内部的前端侧包括耐热性纤维部件65。

这样，即使是作为保持加热器元件52的挠性部件而使用波纹管68的情况下，通过在前端侧的壳体53与加热器元件52的间隙中包括担载氧化催化剂成分的耐热性纤维部件65，也能够获得与上述实施方式的热线点火塞同样的效果。

Claims (3)

1.一种压力传感器一体式热线点火塞，插入到内燃机的汽缸内使用，包括壳体、加热器元件和压力传感器，上述加热器元件使前端从上述壳体突出而被保持并呈杆状，上述加热器元件被挠性部件保持于上述壳体，并能够改变相对于上述壳体的位置，上述压力传感器通过上述加热器元件的位移而受到上述汽缸内的压力，其特征在于，

在比上述挠性部件靠前端侧的上述壳体与上述加热器元件的间隙中包括担载氧化催化剂成分的耐热性纤维部件。

2.如权利要求1所述的压力传感器一体式热线点火塞，其特征在于，

上述耐热性纤维部件是使氧化催化剂成分担载在陶瓷纤维上而成的部件。

3.如权利要求1或2所述的压力传感器一体式热线点火塞，其特征在于，

上述耐热性纤维部件比上述壳体与上述加热器元件的间隙更向上述壳体外部伸出地设置。