CN109387372B - 离子探针 - Google Patents

Abstract

一种离子探针，具备金属线、覆盖金属线的金属护套、填充于金属线与金属护套之间的绝缘粉末及陶瓷毛细管。从金属护套的顶端突出的金属线的部位插通于陶瓷毛细管。陶瓷毛细管通过有机粘接剂层粘接于金属护套的顶端。有机粘接剂层覆盖位于金属护套的顶端的绝缘粉末的一部分。

Description

离子探针

技术领域

本发明涉及离子探针，尤其涉及包括金属线、覆盖所述金属线的金属护套及填充于所述金属线与所述金属护套之间的绝缘粉末的离子探针。

背景技术

例如，如加藤毅彦及另外三人，《超高旋转域中的火焰举动解析技术的开发》，Denso Technical Review，株式会社电装，2008年5月，Vol.13，No.1，p.58-63(以下，简称作《超高旋转域中的火焰举动解析技术的开发》)所公开那样，为了掌握发动机的燃烧室内的火炎传播举动而使用离子探针。由于火炎为等离子体，所以当火炎到达离子探针的顶端时，会在离子探针中流动离子电流，从而检测出火炎。因此，如非专利文献1所公开那样，通过在燃烧室内配置多个离子探针，能够掌握火炎传播举动。

如《超高旋转域中的火焰举动解析技术的开发》所公开那样，一般来说，在离子探针中，具有在顶端暴露于火炎的金属线与覆盖该金属线的金属护套之间形成有绝缘层的构造。在此，绝缘层通常由绝缘粉末构成。

发明内容

发明人关于离子探针发现了以下的问题点。填充于金属线与金属护套之间的绝缘粉末会吸收在燃烧室内产生的水分。因而，通过反复进行火炎检测即反复使用离子探针，金属线与金属护套之间的绝缘电阻会降低，火炎检测的精度会降低。

在《超高旋转域中的火焰举动解析技术的开发》中，利用在暴露于火炎的离子探针的顶端形成的陶瓷粘接剂层来包覆由绝缘粉末构成的绝缘层。然而，由于陶瓷粘接剂层是多孔的，所以水分会通过陶瓷粘接剂层。并且，由于绝缘粉末会吸收该水分，所以没能有效地解决上述问题。另一方面，在取代陶瓷粘接剂层而使用了有机粘接剂层的情况下，有机粘接剂层会产生由火炎引起的烧损或由热引起的劣化，所以没能有效地解决上述问题。

本发明提供一种构成为抑制由离子探针的反复使用引起的金属线与金属护套之间的绝缘电阻的降低的离子探针。

本发明的一个技术方案涉及离子探针，具备：金属线；金属护套，覆盖所述金属线；绝缘粉末，填充于所述金属线与所述金属护套之间；及陶瓷毛细管，从所述金属护套的顶端突出的所述金属线的部位插通于该陶瓷毛细管。所述陶瓷毛细管通过有机粘接剂层粘接于所述金属护套的顶端。另外，所述有机粘接剂层覆盖位于所述金属护套的顶端的所述绝缘粉末的一部分。

在本发明的上述技术方案的离子探针中，使从金属护套的顶端突出的金属线的部位插通的陶瓷毛细管通过有机粘接剂层粘接于金属护套的顶端。因而，有机粘接剂层由陶瓷毛细管覆盖，即使反复使用离子探针，也能够抑制有机粘接剂层的由火炎引起的烧损和由热引起的劣化。另外，在本发明的一个技术方案的离子探针中，有机粘接剂层覆盖位于金属护套的顶端的绝缘粉末的一部分。因而，能够抑制水分向绝缘粉末的吸收。即，能够抑制由离子探针的反复使用引起的金属线与金属护套之间的绝缘电阻的降低。

在上述技术方案中，可以是，所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径相同。所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径相同这一特征不仅包括所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径严格相同这一状态，也包括所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径大致相同这一状态。在该情况下，所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径大致相同这一状态能够基于本领域的技术知识而视为所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径相同这一状态。根据这样的结构，能够容易地进行离子探针向火炎检测对象部件的安装。

在上述技术方案中，可以是，所述绝缘粉末包含氧化镁粉末。根据这样的结构，能够提高金属线与金属护套之间的绝缘电阻。

在上述技术方案中，可以是，从所述金属护套的顶端突出的所述金属线的部位插通于所述陶瓷毛细管的贯通孔，所述贯通孔具有朝向所述陶瓷毛细管的与所述金属护套对接的对接面扩径的扩径部，在所述扩径部配置有所述有机粘接剂层。

本发明提供一种构成为抑制由离子探针的反复使用引起的金属线与金属护套之间的绝缘电阻的降低的离子探针。

附图说明

本发明的典型的实施方式的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图进行描述，在这些附图中，相同标号代表相同要素。

图1是包括实施方式的离子探针的火炎检测系统的电路图。

图2是示出离子探针向气缸盖的燃烧室的设置例的俯视图。

图3是所述实施方式的离子探针的纵剖视图。

图4是与所述实施方式进行比较的比较例的离子探针的纵剖视图。

图5是示出比较例的离子探针的输出电压Vout的历时变化的坐标图。

图6是示出所述实施方式的实施例的离子探针的输出电压Vout的历时变化的坐标图。

图7是示出所述实施方式的实施例及比较例的离子探针的S/N比的定义的坐标图。

图8是示出所述实施方式的实施例及比较例的离子探针的S/N比相对于排气再循环率的变化的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。不过，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，为了清晰地理解，以下的记载及附图适当进行了简化。

(实施方式)

火炎检测系统的结构

首先，参照图1对包括实施方式的离子探针的火炎检测系统进行说明。图1是包括本实施方式的离子探针的火炎检测系统的电路图。图1所示的火炎检测系统用于检测发动机的燃烧室CC内的火炎。如图1所示，该火炎检测系统具备离子探针10、直流电源DPS、电阻R1、R2、电容C及输出端子OT。

如图1所示，直流电源DPS的第一端经由电阻R1连接于电容C的第一端。直流电源DPS的第二端经由电阻R2连接于电容C的第二端。即，在直流电源DPS的两端子间，电阻R1、电容C、电阻R2串联连接，构成了闭合电路。这样，由于电容C相对于直流电源DPS串联连接，所以在该闭合电路中通常没有电流流动。因此，电容C的第一端成为与直流电源DPS的第一端相同的电位，电容C的第二端成为与直流电源DPS的第二端相同的电位。

如图1所示，离子探针10连接于与电阻R1连接的电容C的第一端。在此，离子探针10具备金属线11和金属护套12，金属线11连接于电容C的第一端。因而，金属线11的顶端成为与直流电源DPS的第一端相同的电位。金属线11的顶端从金属护套12突出，暴露于火炎。当火炎到达金属线11的顶端时，会在金属线11中流动离子电流。此外，直流电源DPS的输出电压即对金属线11施加的电压无需特别限定，但作为一例而为300V或-300V左右。

金属护套12是覆盖金属线11的保护管。金属护套12与金属线11电绝缘。金属护套12插入于气缸盖CH，与气缸盖CH接触。因而，如图1所示，金属护套12与接地的气缸盖CH电连接。即，金属护套12经由气缸盖CH而接地。此外，关于本实施方式的离子探针10的详细结构，将在后面描述。

如图1所示，从输出端子OT输出作为电阻R2的两端子间的电压的输出电压Vout。如上所述，通常，由于在电阻R2中没有电流流动，所以输出电压Vout为0V。当火炎到达金属线11的顶端而在金属线11中流动离子电流时，在电阻R2中也会暂时流动电流。其结果，输出电压Vout暂时变动，输出电压Vout出现峰值。

如以上所说明那样，在图1所示的火炎检测系统中，当火炎到达离子探针10的金属线11的顶端时，输出电压Vout会出现峰值，所以能够检测到火炎。

图2是示出离子探针10向气缸盖CH的燃烧室CC的设置例的俯视图。具体地说，图2是从其对合面侧观察时的气缸盖CH的俯视图。气缸盖CH的对合面是安装于气缸体的气缸盖CH的面。如图2所示，在气缸盖CH的中央部设置有俯视呈圆形的燃烧室CC。燃烧室CC例如是屋脊型。在燃烧室CC中，两个进气门IN1、IN2和两个排气门EX1、EX2配置成，进气门IN1与排气门EX2相对于燃烧室CC的中心轴彼此对向，进气门IN2与排气门EX1相对于燃烧室CC的中心轴彼此对向。并且，在燃烧室CC的中央部设置有火花塞SP。在图2的例子中，以顶端沿着燃烧室CC的周缘等间隔地排列的方式配置有12根离子探针10。这样，通过在燃烧室CC的内部配置多个离子探针10，能够掌握燃烧室CC的内部的火炎的传播举动。

本实施方式的离子探针的结构

接着，参照图3对本实施方式的离子探针10的详细结构进行说明。图3是本实施方式的离子探针10的纵剖视图。如图3所示，本实施方式的离子探针10具备金属线11、金属护套12、绝缘粉末13、陶瓷毛细管14及有机粘接剂层15。

金属线11是离子探针10的芯线。作为金属线11，例如可以使用直径为0.3mm左右的镍铬合金线。如图3所示，金属线11的顶端从金属护套12及陶瓷毛细管14突出，在离子探针10的使用时配置于燃烧室CC而暴露于火炎。当火炎到达金属线11的顶端时，会在金属线11中流动离子电流。

金属护套12是覆盖金属线11的保护管。作为金属护套12，例如可以使用直径为1mm左右的金属管。如图3所示，金属护套12在离子探针10的使用时插入于气缸盖CH。绝缘粉末13填充于金属线11与金属护套12之间(即，在金属线11与金属护套12之间的空间填充有绝缘粉末13)，利用绝缘粉末13使金属护套12与金属线11电绝缘。作为绝缘粉末13，例如可以使用电阻高而绝缘性优异的氧化镁(MgO)粉末。

陶瓷毛细管14是覆盖从金属护套12的顶端突出的金属线11的部位的由陶瓷构成的保护管。如图3所示，从金属护套12的顶端突出的金属线11的部位插通于陶瓷毛细管14。在此，为了使金属线11容易插通，陶瓷毛细管14的贯通孔朝向与金属护套12的顶端对接的对接面扩径。即，陶瓷毛细管14的贯通孔具有朝向所述陶瓷毛细管14的对接面扩径的扩径部。陶瓷毛细管14在离子探针10的使用时插入于气缸盖CH。另外，例如为了容易地向气缸盖CH等火炎检测对象部件组装陶瓷毛细管14及金属护套12，陶瓷毛细管14优选为与金属护套12大致相同的直径。

如图3所示，陶瓷毛细管14通过有机粘接剂层15粘接于金属护套12的顶端。例如，在此，位于金属护套12的顶端的绝缘粉末13的一部分由具有防水性的有机粘接剂层15覆盖。即，由有机粘接剂层15覆盖的绝缘粉末13的所述一部分位于金属护套12的顶端。因而，能够抑制在燃烧室CC内产生的水分向绝缘粉末13的吸收。另一方面，有机粘接剂层15由陶瓷毛细管14覆盖。因而，即使反复进行火炎检测，也能够抑制有机粘接剂层15的由火炎引起的烧损或由热引起的劣化。

因此，即使反复进行火炎检测，也能利用有机粘接剂层15持续抑制水分向绝缘粉末13的吸收。即，能够抑制由离子探针10的反复使用引起的金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻的降低，能够抑制火炎检测的精度的降低。

比较例的离子探针的结构

接着，参照图4，对与本实施方式进行比较的比较例的离子探针的结构进行说明。图4是与本实施方式进行比较的比较例的离子探针的纵剖视图。如图4所示，比较例的离子探针具备金属线11、金属护套12及绝缘粉末13。另一方面，比较例的离子探针不具备图3所示的本实施方式的离子探针10所具备的陶瓷毛细管14及有机粘接剂层15。

如图4所示，在比较例的离子探针中，由于位于金属护套12的顶端的绝缘粉末13的一部分露出，所以绝缘粉末13会吸收在燃烧室CC内产生的水分。因而，会由于离子探针的反复使用而导致金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻降低，并导致火炎检测的精度降低。

比较例的离子探针的输出电压的历时变化

接着，参照图5，对图4所示的比较例的离子探针的输出电压Vout的历时变化进行说明。图5是示出比较例的离子探针的输出电压Vout的历时变化的坐标图。上侧的坐标图示出了第一次火炎检测试验的输出电压Vout的历时变化。下侧的坐标图示出了第十二次火炎检测试验的输出电压Vout的历时变化。在上下的坐标图中，横轴均示出时间，纵轴均示出输出电压Vout和来自构成为检测燃烧室CC内的压力的压力传感器的输出。如图5所示，通过对离子探针的输出电压Vout设定阈值，能够判断火炎是否到达了金属线11的顶端及火炎是否从金属线11的顶端后退了。另外，通过对图5的上下的坐标图进行比较，能够得知比较例的离子探针的输出电压Vout的历时变化。

如图5的上侧的坐标图所示，在第一次火炎检测试验中，压力传感器输出的峰值与输出电压Vout的峰值大致一致。在此，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻为29MΩ。

另一方面，如图5的下侧的坐标图所示，在第十二次火炎检测试验中，输出电压Vout的峰值宽度与第一次火炎检测试验相比扩大，并且峰值埋没于噪声，与上侧的坐标图相比，火炎检测的精度明显发生了降低。具体地说，在压力传感器输出的峰值之后，输出电压Vout的值也比阈值高，表示火炎没有从金属线11的顶端后退，没能准确地检测到火炎。在此，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻降低至0.13MΩ。如以上这样，在比较例的离子探针中，由于离子探针的反复使用而导致了金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻降低，并导致了火炎检测的精度降低。

本实施例的离子探针的输出电压的历时变化

接着，参照图6，对图3所示的本实施方式的实施例(以后，称作“本实施例”)的离子探针10的输出电压的历时变化进行说明。图6是示出本实施例的离子探针10的输出电压Vout的历时变化的坐标图。上侧的坐标图示出了第一次火炎检测试验的输出电压Vout的历时变化。另一方面，下侧的坐标图示出了第二十五次火炎检测试验的输出电压Vout的历时变化。在上下的坐标图中，横轴均示出时间，纵轴均示出输出电压Vout和构成为检测燃烧室CC内的压力的压力传感器的输出。如图6所示，通过对离子探针10的输出电压Vout设定阈值，能够判断火炎是否到达了金属线11的顶端及火炎是否从金属线11的顶端后退了。另外，通过对图6的上下的坐标图进行比较，能够得知本实施例的离子探针10的输出电压Vout的历时变化。

如图6的上侧的坐标图所示，在第一次火炎检测试验中，压力传感器输出的峰值与输出电压Vout的峰值大致一致。在此，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻为作为测定界限的2000MΩ以上。另外，如图6的下侧的坐标图所示，在第二十五次火炎检测试验中，也与第一次火炎检测试验同样，压力传感器输出的峰值与输出电压Vout的峰值大致一致。在此，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻也仍为作为测定界限的2000MΩ以上。

如以上这样，在本实施例的离子探针10中，成功抑制了由离子探针10的反复使用引起的金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻的降低，成功抑制了火炎检测的精度的降低。

本实施例的离子探针的S/N比及比较例的离子探针的S/N比

接着，参照图7、图8，对本实施例的离子探针10的信噪比(S/N比)及比较例的离子探针的S/N比进行说明。图7是示出本实施例的离子探针10及比较例的离子探针的S/N比的定义的坐标图。图8是示出相对于排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)率的本实施例的离子探针10的S/N比的变化及比较例的离子探针的S/N比的变化的坐标图。

首先，参照图7，对本实施例的离子探针10及比较例的离子探针的S/N比的定义进行说明。如图7所示，将以离子探针的输出电压Vout的背景噪声(BGN：Back Ground Noise)的平均值为基准的峰值电压定义为信号S。另外，将BGN的标准偏差σ的3倍即3σ定义为噪声N。

接着，参照图8，对相对于EGR率的本实施例的离子探针10的S/N比的变化及比较例的离子探针的S/N比的变化进行说明。如图8所示，在全部的EGR率下，本实施例的离子探针10的S/N比都高于比较例的离子探针，火炎检测的精度更为优异。此外，EGR率越上升，则火炎内的离子密度越降低，因此，输出电压Vout的峰值电压越降低，S/N比也越降低。

在此，如图5所示，在比较例的离子探针中，即使在第一次火炎检测试验中，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻也为29MΩ。相对于此，如图6所示，在本实施例的离子探针10中，金属线11与金属护套12之间的绝缘电阻为2000MΩ以上。这样，由于本实施例的离子探针的绝缘电阻比比较例的离子探针高，所以可以认为本实施例的离子探针的S/N比高于比较例的离子探针。

此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内对上述实施方式适当加以变更。

Claims (4)

1.一种离子探针，其特征在于，具备：

金属线；

金属护套，覆盖所述金属线；

绝缘粉末，填充于所述金属线与所述金属护套之间；及

陶瓷毛细管，从所述金属护套的顶端突出的所述金属线的部位插通于所述陶瓷毛细管，

其中，

所述陶瓷毛细管通过有机粘接剂层粘接于所述金属护套的顶端，并且所述有机粘接剂层覆盖位于所述金属护套的顶端的所述绝缘粉末的一部分。

2.根据权利要求1所述的离子探针，其特征在于，

所述陶瓷毛细管的外径与所述金属护套的外径相同。

3.根据权利要求1或2所述的离子探针，其特征在于，

所述绝缘粉末包含氧化镁粉末。

4.根据权利要求1或2所述的离子探针，其特征在于，

从所述金属护套的顶端突出的所述金属线的部位插通于所述陶瓷毛细管的贯通孔，

所述贯通孔具有朝向所述陶瓷毛细管的与所述金属护套的所述顶端对接的对接面扩径的扩径部，在所述扩径部配置有所述有机粘接剂层。

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