CN1320311C - 内燃机所用的燃烧室压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机(110)所用的加热塞(20)，其基本上包括用来固定于发动机上的主体(27)，以及沿延长线(11)方向延伸的芯(29)，连接于主体上并且用来在发动机的燃烧室(9)内部延伸，以及用来通过芯(29)在所述压力作用下的位移来测定燃烧室(9)内部的压力的测量装置(200、55、65)，其特征在于，这种加热塞装备有可以量化芯相对于上面安装着加热塞的发动机的气缸盖(5)的位移的装置(50、60)。本发明还涉及包括这种加热塞的车辆。

Description

内燃机所用的燃烧室压力传感器
本发明涉及对内燃机的控制，尤其涉及对这些发动机的燃烧室中的压力的测量。
内燃机具有在试验台上建立的“标准”设置以便根据所遇到的操作情况来控制燃料的喷射。不幸地，这些设置并未实时考虑到发动机的老化的情况，特别是在实际燃烧室内的情况(喷射器的结垢、压缩损耗、喷射器喷嘴口压力的退化，等等。)。
公认地，已经提出为发动机装备爆震传感器。因此，这些加速度计类型的传感器就容许存在冲击波，冲击波带来损害待检测发动机的危险，并且通过改动喷射参数来避免。然而，这些传感器只提供了非常不完善的解决方案来改进发动机以便使得它们减少污染性和/或提高效率。
在这种情况下，本申请人的公司自己设定了测量燃烧室内的压力的任务以便优化发动机的操作。
已经提出了各种装置来测量这种压力。然而，由于它们的成本价格或者由于它们招致的成本(改动气缸盖或者发动机组以便引入传感器)，所以它们既不是很可靠又太昂贵。
本发明的目的是可靠地以有限的成本测定燃烧室中的内压力。
为此，本发明提出了一种内燃机所用的加热塞，其基本上包括用来固定于发动机上的主体，以及沿延长线方向延伸的芯，芯连接于主体上并且用来在发动机的燃烧室内部延伸，以及用来通过芯在所述压力作用下的位移来测定燃烧室内部的压力的测量装置，这种加热塞装备有可以量化芯相对于上面安装着加热塞的发动机的气缸盖的位移的装置。
燃烧室内的压力倾向于将芯推出(将其推回)。因此，本发明使得可以通过将传感器引入加热塞内而根据加热塞的芯相对于气缸盖的相对位移来推断燃烧室内的压力，而不需要贯穿发动机组。
根据一种附加特征，用来容许探测加热塞的芯相对于发动机的气缸盖的位移的装置为通过螺纹连接或通过焊接或通过任何等效已知方法而紧固于所述气缸盖上的轭。
根据本发明的一个有利特征，测量装置被安放于所述轭和与芯成一体的零件之间，以便尽可能好地将测量系统引入加热塞中。
根据一种附加特征，测量装置包括在第一端与第二端之间沿着延长线方向绕着芯延伸的管状压电元件，所述管状压电元件在第一端连接于芯上而在第二端通过轭连接于气缸盖上。
压电元件容许将位移转变成相应的电信号，对于象在本发明的情况中的小幅值位移(几百纳米)也具有高精度。这种解决方案证明更加有利，因为压电元件比应变仪类型的变形传感器更便宜而且对温度的敏感性更低。
本发明还涉及除了加热塞之外还装备有一种推进单元的车辆，这种推进单元包括：
内燃机，具有燃烧室并且所述加热塞安装于其上，
燃料喷射装置，用于将燃料喷射至发动机的燃烧室中，
处理装置，用于处理通过测量装置所获得的信息，所述处理装置根据在一个燃烧周期期间通过测量装置获得的信息来控制喷射装置。
这种解决方案具有关于加热塞的上述优点。
有利地，处理装置包括高频过滤器以便消除关于芯相对于气缸盖振动的信息。
芯相对于气缸盖的位移特别地取决于燃烧室中的压力、燃料的喷射情况以及燃烧情况。通过使用截去略微高于发动机的转速例如200Hz以上的频率的过滤器，就可以减小对燃烧室中的压力测量的这些破坏性影响的作用。
参看附图，通过阅读以下描述，将会更清楚地理解本发明，图中：
图1以局部剖视图的形式示出了安装于内燃机的气缸盖上的现有技术的加热塞，
图2和3按照不同比例示出了将加热塞安装于气缸盖上的两种变型。
图1示出的推进单元1包括加热塞20、燃料喷射装置130、电子计算机4和特别是包括气缸盖5和燃烧室9的内燃机的发动机组110。
此处加热塞20包括沿着延长线11方向延伸并且容放于为此而制作于气缸盖5中的孔3中的柴油机所用的加热塞。根据常规型加热塞，加热塞20包括主体27、在主体内部延伸的芯29和基本上由弹性体密封构成的设置于主体27与芯29之间的绝缘密封环12。
芯29包括延伸入燃烧室9中的由外鞘10保护的电阻元件18，以及紧固于外鞘10上并且将电阻元件18连接于带螺纹电流引线40上的杆14，供向电阻元件18的电源连接于该引线40上。
加热塞20还装备有位移传感器200，其包括安放于两个接触环70a与70b之间并且通过两个绝缘环90a、90b与芯29和主体27电绝缘的敏感压电陶瓷元件45。
敏感元件45、接触环70a、70b和绝缘环90a、90b都为管状，这意味着电流引线40和杆14穿过它们并且局部由它们包围。
传感器200在沿着延长线11方向的第一端200a处通过固定螺母7连接于芯29上，而沿着延长线11方向的另一端200b处通过靠在主体27上的隔离件6而连接于该主体27上，所述绝缘环90a、90b中的一个介于接触环70a与螺母7之间，而另一个介于接触环70b与隔离件6之间。
计算机4一方面电连接于接触环70a、70b之间，其在它们之间测量电压差，而另一方面，计算机4电连接于喷射装置130上，以便控制喷射入燃烧室9中的燃料量和喷射的时刻。
在内部燃烧期间，燃烧室9中的压力增加并且加热塞20就会经受这点。这种压力具有将加热塞向外“推动”的倾向。芯29特别是外鞘10尽管相对于主体27保持就位，但也根据燃烧室内部的压力，稍微相对于所述主体27移动几微米，而主体的零件紧固于气缸盖5上。
这些微小的位移不会危害加热塞20的完整性并且使得可以推断出燃烧室9中的压力。具体而言，芯29沿延长线11的方向相对于主体27的相对位置的变化改变了施加于压电元件45上的压力，并且这就会感生跨过接触环70a、70b的电势差。
关于跨过接触环70a、70b上在一个燃烧周期期间的电势差的信息由计算机4进行处理，而计算机4参照已经保存于存储器中的操作模型来实时决定燃料的喷射，使得不管其操作历史如何，都可以考虑到发动机的状态。
计算机4包括用于消除寄生信息的信号处理装置。特别地，计算机包括用于消除与芯相对于主体的振动相关并且其频率高于例如200赫兹的接触环70a、70b之间的电压变化的高频过滤器。
图2中示出了一个优选实施例。再次，我们具有图1的加热塞20，其外部主体27被螺纹连接于其标为270的部分上并且沿着延长线和安装线11的方向直接接合于孔3的螺纹30中。
此处隔离件6被在气缸盖5的后部伸出的蹬形轭50所代替，以便通过其横向壁51来用作于压力/位移传感器55所用的支承表面，其相对气缸盖位置固定。这种轭50加上现有技术的加热塞20被紧固于气缸盖5上，并且使得可以一方面在后者与加热塞20之间建立机械连接，而另一方面一旦完成安装之后通过其横向壁51在位移传感器55上施加压力。
中心芯29的后端29a在与燃烧室9相对的轴向端处(因此沿着延长线11的方向)，在超出主体27之外具有传感器55所用的支承表面57，该传感器因此介于表面51与57之间，以便使得室9中的压力的变化就会被传递至芯29因而通过表面57传递至传感器55，而轭50相对于气缸盖5固定。
应当指出，在这个实施例中，轭50使得可以省去图1中所示的螺母7。
此外，在这个实施例中，传感器55通过增加室9中的压力而加压，而在图1的实施例中，室9中的压力增加将会引起测量顺序的松弛。
尽管加热塞20的主体27通过螺纹连接进而固定于气缸盖5上，但轭50提供了气缸盖与中心芯29之间的直接机械连接，以便避免在通过螺纹连接于气缸盖上的主体27之间可能存在游隙的问题。通过按照这种方式消除这种游隙，传感器55就更加能够测定室9中的压力。
此外，并且与图1相反，轭50使得可以从测量结果中消除加热塞20可能相对于气缸盖5呈现的任何振动，因为在这种情况下，相对运动直接在气缸盖与加热塞20的芯29之间估算，而非在芯29与主体27之间估算。
尽管轭50所示为钟形蹬的方式，在此处带有倒U形横截面，但可以考虑其它形状。
同样，在轭与气缸盖5之间可以考虑除了螺纹连接(59)之外的其它连接(例如带槽反锥连接系统，或者如果这些固定方式能够容许沿延长线11的方向施加于传感器55上的“参考”压力进行改变的话，甚至可以采用焊接)。
理论上，轭50可以焊接，甚至直接制造成气缸盖5的一个整体式部分(例如通过铸造)。
图中再次示出了计算机4，其根据在接触环21a与21b的端子之间测量的电势差来容许控制燃料喷射装置130。如图1中所示，连接环21a和21b通过绝缘环23a和23b与设备的其它部分绝缘。
在图3中，加热塞20的主体27再次被通过螺纹连接于气缸盖5的带螺纹孔3中，中心芯29的后部29a连接于横向支承条57上。
然而，按照这种型式，横向条57被安放于相对于气缸盖(例如在61处通过焊接)固定的轭60上方。
轭的横向壁63与延长线11的方向成直角延伸以便呈现压力传感器65所用的固定支承表面63a，该传感器介于轭(横向壁63)与支承条57之间，受到螺母67的压力，因此其沿方向11拉着芯29以便对传感器施加适当的参考压力。
当然，本发明无论如何不是受限于刚刚通过非限制性实例所描述的实施例。因此，能够理解，本发明可适用于其它类型的内燃机，例如可控点火发动机，特别是汽油发动机。由于可控点火发动机塞子也包括用于固定于气缸盖上的主体和在主体内部延伸的芯(在这两项之间产生火花)，所以根据本发明的测量装置可安放于主体与芯之间以便测量其相对位移。
作为一种变型(未示出)，如果塞子20的构型适用于将传感器200直接安装于塞子的主体27上，则隔离件6可被省去。
所用标号
1  推进单元
3  气缸盖中的孔(加热塞穿过其中)
4  电子计算机
5  气缸盖
6  隔离件
7  固定螺母
9  燃烧室
10    塞外鞘
11    延长线方向
12    密封环
14    紧固于10上的杆
18    电阻元件
20    加热塞
21a   接触环
21b   接触环
23a   绝缘环
23b   绝缘环
27    加热塞的主体
29    加热塞的芯
29a   芯的后端
30    3的螺纹
40    电流引线
45    压电敏感元件
50    轭
51    轭50的横向壁
55    位移传感器/变换器
57    传感器所用的支承表面(紧固于轭上)
59    轭连接于气缸盖上的连接区域
60    轭
61    轭焊接于气缸盖上的区域
63    轭60的横向壁
63a   轭60的横向支承表面
65    位移传感器/变换器
67    螺母
70a   接触环
70b   接触环
90a   绝缘环
90b   绝缘环
110   发动机组
130   燃料喷射装置
200   位移传感器/变换器
200a  传感器的端部
200b  传感器的端部
270   27的螺纹部分

Claims (10)

1.一种内燃机(110)所用的加热塞(20)，其基本上包括
用来固定于发动机上的主体(27)，以及
沿延长线(11)方向延伸的芯(29)，连接于主体上并且用来在发动机的燃烧室(9)内部延伸，以及
用来通过芯(29)在所述压力作用下的位移来测定燃烧室(9)内部的压力的测量装置(200、55、65)，
其特征在于，这种加热塞装备有可以量化芯相对于上面安装着加热塞的发动机的气缸盖(5)的位移的装置(50、60)。
2.根据权利要求1所述的加热塞，其特征在于，可以量化芯相对于气缸盖的位移的装置(50、60)为在其一端紧固于气缸盖(5)上的轭。
3.根据权利要求2所述的加热塞，其特征在于，轭(50、60)通过螺纹连接于气缸盖(5)上。
4.根据权利要求2所述的加热塞，其特征在于，轭(50、60)焊接于气缸盖(5)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的加热塞，其特征在于，测量装置(200、55、65)被安放于轭(50、60)和与所述加热塞(20)的芯(29)成一体的零件(57)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的加热塞，其特征在于，测量装置(200、55、65)包括至少一个在第一端与第二端之间沿着延长线方向绕着芯延伸的管状压电元件(45)，所述管状压电元件在第一端(200a)连接于芯上，而在第二端(200b)通过轭(50、60)连接于气缸盖(5)上。
7.一种装备有推进单元(1)的车辆，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的加热塞(20)，
内燃机(110)，具有燃烧室(9)并且所述加热塞安装于其上，
燃料喷射装置(130)，用于将燃料喷射至发动机的燃烧室中，
处理装置(4)，用于处理通过测量装置所获得的信息，
其中处理装置(4)根据在一个燃烧周期期间通过测量装置(200、55、65)获得的信息来控制喷射装置(130)。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，处理装置(4)包括高频过滤器以便消除关于芯相对于气缸盖振动的信息。
9.根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于，处理装置比较由测量装置在一个周期中所传递的信息与基准值，并且根据这种比较情况来控制喷射装置。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的车辆，其特征在于，其包括柴油机类型的发动机。
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