ITMI20061439A1 - Dispositivo atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

IT2032/06/B

STUDIO BREVETTI JAUMANN

... * Jaurnann P. & C. Sa$;<■■>" “'“'"'"N sui muro, T3 ;;20121 MILANO ;;Ditta: ROBERT BOSCH GMBH ;Con sede a Stoccarda (Germania) ; ; DESCRIZIONE ;* 2006 A 0 o ) 4 3 g STATO DELL'ARTE

L' invenzione concerne un dispositivo atto

alla rilevazione della pressione nella camera di

scoppio di un motore a combustione interna, avente

le caratteristiche di cui alla definizione

introduttiva della rivendicazione 1 indipendente,

come quello che a titolo di esempio è noto dal

documento DE 19680 912 C2.

Un componente essenziale dei moderni sistemi

di regolazione per motori è la rilevazione della

pressione nella camera di scoppio che, per

l'auspicata riduzione delle emissioni, deve essere

rilevata con grande precisione. A motivo degli

spazi assai ristretti nella testata dei moderni

motori multi-valvoìa sì tende ad installare in un

componente già esistente i dispositivi che servono

per rilevare la pressione nella camera di scoppio

del motore a combustione interna. Come punto

d'installazione ideale, che dispone di un accesso

diretto alla camera di scoppio di un cilindro,

viene generalmente considerata la candela ad

incandescenza (GSK). Dal documento DE 196 80 912 IT2032/06/B

C2 è così noto un dispositivo atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio di un motore a combustione interna, nel quale un sensore di pressione è disposto, tra un segmento riscaldante ed un organo fìsso, in una candela ad incandescenza ed il segmento riscaldante è previsto per trasmettere la pressione del cilindro al sensore di pressione.

Compito dell'invenzione è quello di procurare un dispositivo economico ed affidabile atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio di un cilindro di un motore a combustione interna, specialmente di un motore Diesel, il quale utilizzi un elemento dì rilevazione della pressione integrato in una candela ad incandescenza, laddove per quanto possibile devono essere mantenute le dimensioni di una convenzionale candela ad incandescenza e l'elemento di rilevazione della pressione è montato nel modo più semplice possibile.

VANTAGGI DELL'INVENZIONE

Il dispositivo conforme all'invenzione, atto alla rilevazione della pressione nella camera dì scoppio in motori a combustione interna, avente le caratteristiche che caratterizzano la IT2032/06/B

rivendicazione 1, consente una strutturazione per quanto possìbile semplice e robusta della candela ad incandescenza con funzione di rilevamento della pressione. A motivo della semplice strutturazione esiste, ai fini della progettazione della candela ad incandescenza, una libertà di Design relativamente grande. Ciò viene vantaggiosamente conseguito per il fatto che il mantello dell'involucro della candela ad incandescenza è previsto per trasmettere la pressione della camera di scoppio all'elemento di rilevazione della pressione. Un separato manicotto che serve a precaricare l'elemento di rilevazione della pressione diventa vantaggiosamente superfluo. Particolarmente vantaggioso è il fatto che per la rilevazione della pressione viene utilizzato non solo lo spinotto ad incandescenza, bensì l'intero segmento, rivolto verso la camera dì scoppio, della candela ad incandescenza. Dato che lo spinotto ad incandescenza non deve più muoversi relativamente all'involucro, il dispositivo diventa insensibile alla cokizzazione. Dato che l'elemento di rilevazione della pressione può essere costituito da un elemento sensore strutturato in modo compatto, i gradienti di IT2032/06/B

temperatura hanno ripercussioni solo modeste.

Vantaggiose esecuzioni e vantaggiosi sviluppi dell<f>invenzione vengono conseguiti per effetto delle caratteristiche indicate nelle rivendicazioni subordinate.

DISEGNI

Un esempio di realizzazione dell'invenzione è rappresentato nei disegni e viene illustrato nella descrizione che segue. L'unica figura fa vedere un dispositivo, disposto sul cilindro di un motore a combustione interna, atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio, contemplante un elemento di rilevazione della pressione alloggiato in una candela ad incandescenza.

DESCRIZIONE DI UN ESEMPIO DI REALIZZAZIONE

L'unica figura fa vedere un dispositivo conforme all'invenzione, atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio dì motore a combustione interna. Il dispositivo contempla una candela ad incandescenza 1, la quale è disposta su una testata del motore a combustione interna 2. La candela ad incandescenza presenta un mantello metallico 14 dell'involucro, per esempio cilindrico, che alloggia una camera interna 6, che può essere formato da un unico pezzo oppure, come IT2032/06/B

fatto vedere in questo esempio di realizzazione, al fine di facilitare il montaggio, vantaggiosamente anche da più pezzi, con per esempio una prima parte 14c dell'involucro ed una seconda parte 14d dell'involucro, e che si estende nel senso di montaggio 8 della candela ad incandescenza 1. La candela ad incandescenza 1 presenta inoltre uno spinotto ad incandescenza 12 per esempio di ceramica, il quale è saldato in un tubo di supporto 13, il quale è brasato oppure è inserito a forza nella prima parte 14c del mantello 14 dell'involucro per, in seguito a ciò, garantire l'ermeticità della candela ad incandescenza. La seconda parte 14d del mantello 14 dell'involucro presenta sul proprio perimetro mezzi di fissaggio 14b, per esempio sottoforma di una filettatura esterna. La candela ad incandescenza 1 viene avvitata in maniera nota, nel senso di montaggio 8, in un'apertura di montaggio 5 di una testata del motore a combustione interna 2, cosicché il segmento 11, recante lo spinotto ad incandescenza 12, della candela ad incandescenza 1 è rivolto verso la camera di scoppio 3, Il mantello 14 dell'involucro presenta sul lato frontale 14a della proprio IT2Q32/Q6/B

estremità inserita nell'apertura di montaggio 5 una faccia anulare conica che va a poggiare su una sede di tenuta 9 conica della testata. Il precarico necessario per 1'ermetizzazione della sede di tenuta conica viene generato all'atto del montaggio tramite i mezzi di fissaggio 14b.

La candela ad incandescenza 1 presenta inoltre nel proprio interno un elemento di grafite 15 che serve al contattamento dello spinotto ad incandescenza 12 con il contatto positivo ed un elemento isolante 17 a forma di manicotto, calzato sopra lo spinotto ad incandescenza 12 e l'elemento dì grafite 15, il quale ìsola il contatto positivo dello spinotto ad incandescenza 12 e l'elemento dì grafite 15 rispetto al mantello 14 dell'involucro della candela ad incandescenza che si trova al potenziale di massa. L'elemento di grafite 15 è connesso ad una linea di connessione 16, la quale passa attraverso l'elemento isolante 17. Tramite 11 tubo di supporto 13 ed il mantello 14 dell'involucro ha luogo la connessione del contatto negativo dello spinotto ad incandescenza 12 alla massa del motore.

Il segmento 11, che nella posizione montata è soggetto alla pressione della camera di scoppio, IT2G32/06/B

della candela ad incandescenza 1 contempla lo spinotto ad incandescenza 12, il tubo di supporto 13 e la zona, che non va a poggiare sulla sede di tenuta conica 9, della faccia frontale 14a del mantello 14 dell'involucro· La forza di compressione, complessivamente esercitata dalla pressione della camera dì scoppio su questo segmento 11 lato-camera di scoppio della candela ad incandescenza, si propaga fino al punto di fissaggio della candela ad incandescenza e perciò fino ai mezzi di fissaggio 14b. In questo percorso di dinamico è inserito, come elemento dì rilevazione della pressione 20, un elemento piezoelettrico, a titolo dì esempio un elemento sensore al quarzo. Utilizzati possono però essere anche una piezo-ceramica, oppure un altro elemento adatto. L'elemento dì rilevazione della pressione 20 è realizzato a forma di disco, contemplante una prima faccia anulare ed una seconda faccia anulare, opposta alla precedente, nonché una sfinestratura interna per il passaggio della linea di connessione 16. L'elemento di rilevazione della pressione 20 poggia con la prima faccia anulare su una prima faccia di appoggio 21, che si estende perpendicolarmente rispetto al senso di montaggio IT2032/06/B

8, del mantello dell'involucro. Questa prima faccia di appoggio 21 è per esempio ricavata su una prima sporgenza interna 14e del mantello 14 dell'involucro, la quale sporge dalla parete interna del mantello 14 dell'involucro, in senso radiale, nella camera interna 6. L'elemento di rilevazione della pressione 20 poggia inoltre, con un secondo lato opposto rispetto al primo lato, su una seconda faccia dì appoggio 22, che si estende perpendicolarmente rispetto al senso di montaggio, del mantello 14 dell'involucro. Questa seconda faccia di appoggio 22 è ricavata su una seconda sporgenza interna 26 che, a tìtolo di esempio, viene formata da un manicotto 18 saldato assieme alla parete interna del mantello 14 dell'involucro. La prima e la seconda faccia di appoggio possono però essere anche disposte in modo da formare con il senso dì montaggio un altro angolo, diverso da zero gradi. All'atto del montaggio l'elemento di rilevazione della pressione 20 anulare può allora essere collocato con un primo lato sulla prima faccia di appoggio 21. Il manicotto 18 può successivamente essere introdotto nella camera interna 6 del mantello 14 dell'involucro in modo che la seconda faccia di IT2032/06/B

appoggio 22, ricavata sul manicotto, entri in appoggio con il secondo lato dell'elemento di rilevazione della pressione 20. Il perimetro esterno del manicotto viene saldamente accoppiato con la parete interna del mantello 14 dell'involucro mediante una giunzione saldata 23. L'elemento di rilevazione della pressione 20 è disposto, guardando nel senso di montaggio 8, tra il segmento 11 lato-camera di scoppio ed i mezzi di fissaggio 14b.

Il flusso delle forze, diretto dal segmento 11 verso i mezzi di fissaggio 14b, viene trasmesso, nel punto della prima sporgenza interna 14e, solo attraverso il mantello 14 dell'involucro. La linea di connessione 16 elastica non trasmette alcuna forza. Dalla zona, recante la sporgenza interna, del mantello 14 dell'involucro il flusso delle forze viene trasmesso in parte direttamente all'elemento di rilevazione della pressione 20 ed in parte al segmento di parete 24, che abbraccia l'elemento di rilevazione della pressione, del mantello 14 dell'involucro, per cui il flusso delle forze viene ripartito in un rapporto costante tra l'elemento di rilevazione della pressione ed il IT2032/06/B

segmento di parete 24 che abbraccia l'elemento di rilevazione della pressione 20. Questo rapporto dipende solo dalle sezioni di passaggio e dalla rigidità del mantello dell'involucro e dell'elemento di rilevazione della pressione, valori questi che restano costanti per l'intera vita utile.

Vantaggioso è saldare il manicotto 18 assieme al mantello 14 dell'involucro in modo che l'elemento di rilevazione della pressione 20 non subisca in un primo tempo alcun precarico. Un precaricamento dell'elemento di rilevazione della pressione può poi aver luogo all'atto dell'avvitamento della candela ad incandescenza nella testata e del ricalcamento che ne risulta del mantello 14 dell'involucro. Al fine di ridurre le tensioni di compressione nell'elemento dì rilevazione della pressione, tra elemento di rilevazione della pressione 20 e manicotto 18 può anche essere in un primo tempo prevista una piccola luce che, a titolo di esempio 1, può essere realizzata per il fatto che l'effetto piezo-elettrico dell'elemento di rilevazione della pressione viene sfruttato, in senso attivo, all'atto della saldatura del manicotto 18. Quando IT2032/067B

la candela ad incandescenza viene avvitata la luce viene poi chiusa. Può così essere fatto sì che vengano sopportati carichi dì avvitamento più elevati,, oppure possano essere utilizzati elementi di rilevazione della pressione che altrimenti non sarebbero sufficientemente resìstenti alla compressione .

Dopo la saldatura dei manicotto 18 ha luogo, a titolo di esempio per mezzo di un processo dì brasatura, il contattamento dell'elemento di rilevazione della pressione 20 con un elemento circuitale 19. In corrispondenza di una sfinestratura interna 27 l'elemento di rilevazione della pressione 20 è dotato di connessioni elettriche 25, che unitamente alla linea di connessione 16, sono fatte passare attraverso una sfinestratura interna del manicotto 18. L'elemento di rilevazione della pressione 20 è collegato, tramite le connessioni elettriche 25 con l'elemento circuitale 19 disposto nella camera interna 6 del mantello 14 dell'involucro. L'elemento circuitale 19 serve all'alloggiamento del circuito analizzatore (amplificatore dì carica o dell'elettrometro, nonché dei componenti che servono al circuito di compatibilità elettroIT2032/06/B

magnetica, che sono rappresentati schematicamente nella figura, e può per esempio essere incollato su un elemento di materia plastica qui non rappresentato. Dopo aver saldato il manicotto 18 ed avere realizzato il contattamento, la seconda parte 14d dell'involucro viene calzata e saldata assieme alla prima parte 14c dell'involucro. La connessione esterna della linea di connessione 16 della corrente di incandescenza e dell'elemento circuitale 19 ha luogo tramite una connessione elettrica 7 che è collegata con l'elemento circuitale 19 e con a linea di connessine della corrente di incandescenza ed è realizzata sul lato della candela ad incandescenza 1 opposto rispetto alla camera di scoppio.

Il flusso di forze, che dalla prima faccia di appoggio 21 agisce, attraverso l'elemento di rilevazione della pressione 20, in direzione della seconda sporgenza interna 26, genera una forza di compressione sulla faccia anulare, rivolta verso la prima faccia di appoggio 21, dell'elemento di rilevazione della pressione 20, per cui nell'elemento di rilevazione della pressione 20 vengono generati vettori di carica liberi. Sull'elemento circuitale 19, disposto nella IT2032/06/B

candela ad incandescenza 1, può per esempio essere disposto,, per l'elaborazione del segnale, un circuito amplificatore (amplificatore di carica o dell'elettrometro), il quale, a partire dalla carica che defluisce, generata nell'elemento di rilevazione della pressione, genera una tensione e, per effetto di una taratura, può anche fornire, come segnale di uscita del sensore, una definita curva caratteristica (per esempio tra 0,5 e 4,5 V). Il livello della tensione è in funzione della forza di compressione che agisce sull'elemento dì rilevazione della pressione, la quale, tenendo costante l'area della sezione trasversale dell'elemento piezoelettrico, dipende dalla pressione esercitata.

Una caratteristica dell'elaborazione del segnale tramite un amplificatore di carica oppure elettro-metrico è che le cariche generate piezoelettricamente con il tempo defluiscono e pertanto il segnale misurato si azzera. Ciò significa contemporaneamente che modifiche delle forze di compressione sull'elemento sensore di quarzo, che sono nettamente più lente rispetto alle modifiche dovute all'andamento della pressione nella camera di scoppio, non generano IT2032/06/B

alcun errore di misurazione sottoforma di Offset. Unitamente alla proprietà del quarzo, per cui la sensibilità, a differenza delle piezo-ceramiche, non dipende dalla forza di precarico, ciò porta al fatto che lenti modifiche della forza di precarico, come quelle che si hanno per esempio per effetto di modificazioni della temperatura della testata, oppure per effetto dell'avvitamento all'atto del montaggio nella testata, non generano alcun errore di misurazione fino a che è presente una forza di precarico minima, la quale garantisca che non si verifichi un sollevamento ed un appoggio sull'elemento sensore al quarzo. Ciò porterebbe ad errori dì misurazione ed al prematura, mancato funzionamento dell'elemento sensore al quarzo. Per una corretta misurazione della pressione è pertanto solo necessario che una relazione univoca e costante lungo la vita utile esista tra una pressione nella camera di scoppio ed una forza sull'elemento sensore al quarzo. Un ulteriore vantaggio del quarzo è la sua grande robustezza nei confronti delle sollecitazioni di compressione .

LEGENDA

1 Candela ad incandescenza

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2 Motore a combustione interna

3 Camera di scoppio

5 Apertura dì montaggio

6 Camera interna

7 Connessione elettrica

8 Senso di montaggio

9 Sede di tenuta conica

11 Segmento della candela ad incandescenza investito dalla pressione

12 Spinotto ad incandescenza

13 Tubo di supporto

14 Mantello dell'involucro

14a Lato frontale

14b Mezzi di fissaggio

14c Prima parte dell'involucro

14d Seconda parte dell'involucro

14e Prima sporgenza interna

15 Elemento di Grafite

16 Linea di connessione

17 Elemento isolante

18 Manicotto

19 Elemento circuitale

20 Elemento di rilevazione della pressione 21 Prima faccia di appoggio

22 Seconda faccia di appoggio

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23 Giunzione saldata

24 Segmento di parete

25 Connessione elettrica

26 Seconda sporgenza interna 27 Sfinestratura interna

Claims (1)

1. IT2032/06/B RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo atto alla rilevazione della pressione nella camera di scoppio di un motore a combustione interna, comprendente una candela ad incandescenza (1) contemplante un mantello (14} dell'involucro, che si estende in un senso di montaggio (8) della candela ad incandescenza, ed un elemento dì rilevazione della pressione (20) alloggiato nella candela ad incandescenza, caratterizzato dal fatto che il mantello (14) dell'involucro della candela ad incandescenza (1) è previsto per trasmettere la pressione della camera di scoppio all'elemento di rilevazione della pressione (20), 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sul mantello (14) dell'involucro sono ricavati mezzi di fissaggio (14b) che servono al fissaggio della candela ad incandescenza (1) sul motore a combustione interna (2), e dal fatto che l'elemento di rilevazione della pressione (20) è disposto, nel senso di montaggio (8) della candela ad incandescenza, tra i mezzi di fissaggio (14b) ed un segmento (11) della candela ad incandescenza previsto per essere investito dalla pressione nella camera di scoppio. IT2Q32/06/B 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento di rilevazione della pressione {20} entra in appoggio, con un primo lato, su una prima faccia di appoggio (21) del mantello (14) dell'involucro che rispetto al senso di montaggio (8) si estende in modo da formare un angolo diverso da zero gradi. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'elemento di rilevazione della pressione (20) entra in appoggio, con un secondo lato opposto rispetto al primo lato, su una seconda faccia di appoggio (22) del mantello (14) dell'involucro che rispetto al senso di montaggio si estende in modo da formare un angolo diverso da zero gradi. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 oppure 4, caratterizzato dal fatto che la prima faccia di appoggio (21) è ricavata su una prima sporgenza interna (14e) del mantello dell'involucro e/oppure la seconda faccia di appoggio (22) è ricavata su una seconda sporgenza interna (26) del mantello dell'involucro. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'elemento di IT2032/06/B rilevazione della pressione (20) è realizzato a forma di disco, con una prima faccia anulare per l'appoggio sulla prima faccia di appoggio (21), una seconda faccia anulare per l'appoggio sulla seconda faccia di appoggio (22) del mantello dell'involucro, e con una sfinestratura interna (27) per il passaggio di una linea di connessione (16) di uno spinotto ad incandescenza (12) della candela ad incandescenza (1). 7 . Dispositivo secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che quando dalla pressione viene investito quel segmento (11) della candela ad incandescenza (1) che, nella posizione di montaggio della candela ad incandescenza (1), è rivolto verso la camera di scoppio (3), la forza di compressione esercitata su questo segmento agisce interamente nella direzione dei mezzi di fissaggio (14b) passando per l'elemento di rilevazione della pressione (20) ed un segmento di parete (24), che abbraccia l'elemento di rilevazione della pressione, del mantello (14) dell'involucro. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la forza di compressione esercitata viene ripartita in un /06/B rapporto costante tra l'elemento di rilevazione della pressione (20) ed il segmento di parete (24), che abbraccia l'elemento di rilevazione della pressione, del mantello (14) dell'involucro. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che l'elemento di rilevazione della pressione (20) è un elemento piezoelettrico, in special modo un elemento sensore al quarzo. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che l'elemento di rilevazione della pressione (20) è collegato con un elemento circuitale (19) che è disposto nella candela ad incandescenza e serve per elaborare il segnale e/oppure per analizzare il segnale. Il Mandatario (Paolo Jaumann) dello