集成压力传感器式预热火花塞及这类预热火花塞的主体

技术领域

[01]本发明涉及集成压力传感器式预热火花塞以及这类预热火花塞 的主体。

背景技术

[02]在内燃机、尤其是狄塞尔式内燃机中，各汽缸包括尤其在发动机 启动中用于加热相应燃烧室内部的预热火花塞。所述预热火花塞被设置在 一穿过发动机汽缸盖头部的带螺纹的孔腔中。所述预热火花塞因此包括适 于被安装在汽缸盖头部的相应孔腔中的一带螺纹主体、以及内部安设有一 预热电极的一指杆体。

[03]同样还已知使压力传感器与一所述预热火花塞集成一体。事实上， 已经注意到对各汽缸内部压力值的了解能够更好地控制该发动机中心燃烧 的进程。所述信息因此能够被用来调节注入到各汽缸内的碳氢燃料。因此 能够减少发动机的污染排放物并使能耗达到最优化。

[04]在现有技术的集成有压力传感器的预热火花塞中，所述压力传感 器被设置在火花塞主体的被称为火花塞头的一部分上，或被安装在所述火 花塞头上。所述火花塞头是火花塞主体的位于汽缸外部的部分。文献EP- 1096141例如描述了一所述预热火花塞。

[05]在这些预热火花塞中，适于把在发动机内部相应汽缸内支配的压 力传输至设置在发动机外部、预热火花塞头内或其上的压力传感器上。存 在不同安装方式以使得施加在位于汽缸内的预热火花塞指杆体上的力被传 输至压力传感器。不同的机械零件因此被间置在压力传感器与火花塞指杆 体之间。这些不同的间置零件对实施的测量产生影响。

[06]此外，由于其位置，所述预热火花塞的压力传感器还承受外部的 震动。汽缸盖头部中的应力还可能干扰由所述预热火花塞的压力传感器进 行的测量。

[07]现有技术的火花塞的缺点因此在于：必需在其安装过程中进行精 确的机械调节，从而导致高成本。此外，尽管机械安装备加注意，一些干 扰力仍将干扰由压力传感器实现的测量。

发明内容

[08]因此本发明的目的是提供可以更好地测量内燃发动机汽缸内的 压力的部件，同时尤其不受汽缸盖头部中的变形和应力、膨胀产生的力和 温度变化等的影响。压力测量还应在更恶劣的环境(高温、高压、存在颗 粒等)中进行，且更可靠。

[09]为此，本发明提出一预热火花塞，该火花塞包括：

[10]一管形主体，该主体一方面在它的端部之一具有火花塞头且另 一方面具有固定区，该固定区具有允许其固定在孔腔中的部件；

[11]一指杆体，其安装在与所述火花塞头相反的端部、于所述火花 塞主体上；和

[12一压力传感器。

[13]对该火花塞，本发明提出：所述指杆体固定至所述火花塞主体， 使得所述指杆体在连接区中与所述主体连在一起；所述火花塞主体在它与 所述指杆体的连接区和它固定在孔腔中的固定区之间具有可弹性变形部 分，从而所述连接区是活动的，并且能够在认定固定的孔腔中相对于所述 固定区纵向地移动；并且，所述压力传感器布置在与所述连接区相连的元 件和所述火花塞的固定的元件之间。

[14]因此，可弹性变形部分像将火花塞主体分为两部分的膜体那样作 用，所述两部分之一为用于安装在汽缸盖头部中的固定部分，另一为承受 相应发动机汽缸中支配的压力的活动部分。该膜体可以变形，且因此活动 部分纵向移动。这个取决于压力的运动因而被传递给压力传感器，因此压 力传感器可以给出有关施加在火花塞指杆体上的压力的指示。由于这个新 的设计，压力传感器的测量不再受到干扰振动或者例如由于预热火花塞锁 定在相应汽缸盖中而产生的应力的干扰。实际上，膜体运动不受汽缸盖头 部中的或火花塞主体其它部分中的应力影响。

[15]一优选实施方式提出：所述可弹性变形部分是延伸在相对所述火 花塞主体成横向的平面中的环形区域。这样，导致可弹性变形部分膨胀的 温度变化对预热火花塞的活动部分的纵向运动没有影响。

[16]在一符合本发明的预热火花塞中，可弹性变形部分例如可以通过 使材料变薄得到。

[17]一符合本发明的预热火花塞的紧凑实施方式是这样一实施方式： 所述管形主体在其外表面上具有一用于实现所述预热火花塞与汽缸盖头部 之间密封的密封锥形部；并且，可弹性变形部分靠近所述密封锥形部。

[18]在本发明的一实施变型中，所述压力传感器是这样的：该传感器 安装在相对于所述固定区固定的支撑零件、与和所述指杆体相连并与所述 连接区一起活动的零件之间。在该变型中，也可考虑：所述固定的支撑零 件位于所述可弹性变形部分和所述压力传感器之间，并且与所述指杆体相 连的所述零件固定在给所述指杆体提供能量的芯件上，并且被预压在所述 压力传感器上。与所述指杆体相连的所述零件例如是焊接在所述芯件上的 环。该零件例如还可以是一个旋拧在芯件上的螺母，该螺母可能被一防松 螺帽保持。

[19]压电传感器特别适于作为符合本发明的预热火花塞中的压力传 感器。

[20]在符合本发明的预热压力火花塞中，所述压力传感器优选位于所 述管形主体中、于将所述火花塞固定在孔腔中的固定区处。因此传感器可 以非常靠近汽缸，这有利于实现很好的压力测量。

[21]本发明还涉及预热火花塞的主体，该主体一方面在它的端部之一 具有火花塞头且另一方面具有固定区，该固定区具有允许其固定在孔腔中 的部件，其特征在于，所述火花塞主体在它与所述指杆体的连接区和它固 定在孔腔中的固定区之间具有可弹性变形部分，从而所述连接区是活动的， 并且能够在认定固定的孔腔中相对于所述固定区纵向地移动。在该预热火 花塞的主体中，所述可弹性变形部分优选是延伸在相对所述火花塞主体成 横向的平面中的环形区域。

[22]本发明最后涉及内燃发动机，特别是狄塞尔式内燃发动机，该发 动机包括如上所述的预热火花塞。

附图说明

[23]通过下面参照以下附图进行的描述可以更好地了解本发明的细 节和优点：

[24]图1是符合本发明的火花塞的外视图；

[25]图2是图1压力传感器的下部分的纵剖面视图；及

[26]图3是符合本发明的预热火花塞的膜体和它的压力传感器的细节 图。

具体实施方式

[27]在图1和2中能看出一预热火花塞，本领域技术人员公知地所述 预热火花塞包括一主体2、一指杆体4、一芯件(me)6与一压力传感器 8。

[28]主体2呈管状且具有多个圆柱段。在被称为火花塞头10的第一 端部上，火花塞主体具有一握持区，该握持区带有为六边形横截面的外表 面。该握持区用于通过拧紧/旋松安装和拆卸预热火花塞。为了实现安装， 设有与火花塞头10相邻的螺纹区12。相应的螺纹设在发动机汽缸盖头部 中，以便与螺纹区12配合。为了完善汽缸盖头部与预热火花塞之间的密封 性，还考虑在主体2上实施一密封锥形部14。该密封锥形部14将与汽缸 盖头部中形成的互补锥形表面配合，并通过形状调节保证这两个零件之间 非常好的密封。

[29]在与火花塞头相反的一侧，火花塞主体2支承所述火花塞的指杆 体4。该指杆体用于在相应发动机的燃烧室中就位。该指杆体4形成预加 热火花塞的加热元件。

[30]如图所示，指杆体4优选是陶瓷制指杆体。这类指杆体是本领域 技术人员所了解的，因此这里不再详细描述。可以有小尺寸的加热元件。 通过穿过整个火花塞主体2的芯件6给所述指杆体4提供电流。在火花塞 头10处设有一连接件(未示出)，以使芯件6与一电源连接。

[31]火花塞主体2的与火花塞头相反的端部支承有指杆体4。该端部 是为圆柱形截面的区域，其内径适配于指杆体4的外径。例如通过钎焊实 现指杆体4在主体2的端部16上的固定。钎焊可以在端部16的整个高度 上进行，端部16的直径适配于指杆体4的直径。钎焊可以使指杆体4与火 花塞主体2的端部16连在一起。这里可以使用其它技术来使指杆体4连接 至主体2的端部16。为了有利于钎焊，可以考虑：包括端部16的火花塞 主体2下部分由一种适当材料制成。这种材料的膨胀系数优选接近为形成 指杆体4所使用的陶瓷的膨胀系数。因此，火花塞的主体2可以由多个零 件组装形成。在图3中看到，所示的主体2包括一个接合面，所述接合面 对应于两个互相焊接以形成主体2的零件的组装部。

[32]火花塞主体2的端部16形成火花塞主体2和指杆体4之间的连 接区。该连接区通过主体的可弹性变形部分与火花塞主体2的其它部分连 接，下面将该弹性部分称为膜体18。通过膜体18在密封锥形部14处实现 端部16和火花塞主体2的其它部分的连接。

[33]膜体18呈一位于与火花塞主体2的轴线垂直的平面中的环形垫 片。膜体的厚度(纵向测得)例如大约为0.3mm。该厚度小于主体2的壁 厚。主体2的壁厚例如可以在0.5mm到1mm之间。该膜体18的宽度大 约为0.5mm。在该数字例子中，这就意味着膜体18的外半径与它的内半 径之差为0.5mm。

[34]正如可以在图3中看到的，膜体18的大直径外边缘与密封锥形 部14连接。火花塞主体2的处于该密封锥形部14和螺纹区12之间并包括 该螺纹区在内的部分是一刚性区。该区安装在相应汽缸盖头部中，并认定 它是固定的。当在指杆体4上施加轴向力时，膜体18弯曲，并且指杆体4 和主体2的端部16一样纵向地移动。因此在膜体18的一侧有火花塞主体 2的一个假定固定的区域，而在另一侧具有一活动区域。因此膜体18实现 这两个区域之间的分离。

[35]压力施加在相应汽缸的内部时，该压力在指杆体4上施加一趋于 使指杆体缩进到火花塞主体2中的力。该压力的测量通过压力传感器8进 行。这是一压电传感器。

[36]压力传感器8安装在一方面与火花塞主体2的不动部分连在一起 的固定元件、与另一方面和指杆体4连在一起的活动零件之间。

[37]下文把固定元件叫做分界体20。这是一圆柱形的管状元件。它的 形状和尺寸适于一方面使其装纳在管形主体2内，另一方面又能使芯件6 通过。该分界体(interface)20位于火花塞主体2中、正好在密封锥形部 14之上。因此该零件非常靠近指杆体4。在火花塞主体2的内表面中设有 一承座22，用以接纳分界体20。

[38]压力传感器8将就位于分界体20上，即在火花塞头10一侧。一 电绝缘元件24以传统方式位于分界体20和压电传感器8之间。该传感器 包括一位于两个导电材料制的接触元件28之间的压电元件26。这些接触 元件28中的每一个配设有包覆模制(surmouler)成柱形部分形式的一连 接栅网(英文通常称为“lead-frame”)。图中没有出示这些连接栅网。 这里也可设置更传统的连接爪。

[39]上面提到的活动零件位于压力传感器8之上。这里是一环30。环 30也通过一电绝缘元件24与压力传感器8电绝缘。环30例如通过激光焊 接被焊接在芯件6上。

[40]在静止状态，当没有任何压力施加在指杆体4上时，压力传感器 8处于应力下。当压力施加在指杆体4上时，压力传感器处的应力减小， 并且该压力传感器8测量该应力变化。

[41]正如可以看到的，压力传感器布置成非常靠近燃烧室。它非常靠 近指杆体4。这样就简化了传感器的安装。使该传感器进行的测量更准确。 当预热火花塞安装在发动机中时，压力传感器就位于汽缸盖头部内。相对 预加热火花塞，传感器位于固定区(在密封锥形部14与螺纹区12之间) 处，在该固定区实现预加热火花塞与汽缸盖头部之间的连接。

[42]上面描述的预加热火花塞的压力传感器8对汽缸盖头部中的应力 不敏感。因此这些不同应力不会影响到该传感器进行的测量。

[43]压力传感器还与相应燃烧室中的颗粒和其它杂质隔绝。端部16 与指杆体4之间的连接完全密封，因此可防止颗粒向压力传感器的任何迁 移。

[44]正如上面指出的，膜体18优选位于相对火花塞主体2成横向的 平面内。因而尤其包括指杆体4的活动组件可以根据相应汽缸中支配的并 施加在指杆体4上的压力，从上向下移动(这里认定火花塞处于垂直位置， 火花塞头向上)。膜体的这种移动通过火花塞的芯件6传递给压电元件26。

[45]在所示的实施方式中，分界体20非常靠近指杆体4。但是，这两 个零件之间存在间隙。为了不妨碍指杆体4的运动，该间隙足够大。因此 在指杆体4与分界体20之间设置有一明显大于指杆体4的运动幅度的间 隙。

[46]进行的压力测量优选与温度无关。为此，优选地选择一种在膜体 承受的温度范围内弹性不会变化的合金制成膜体18。

[47]同样，压电元件26也选择成使它的灵敏度与温度无关。为了耐 受压力传感器所承受的较高温度，压电元件26例如具有单晶体形式。但是 也可使用高居里温度(température de Curie)、例如高于500℃的多晶体。

[48]很容易注意到，在所示优选实施方式——其中，膜体横向地延伸， 即膜体在垂直于压力传感器8测量方向的平面内延伸——中，膜体18的膨 胀对施加在压电元件26上的应力没有影响。

[49]本发明不局限于上面描述的实施方式和提到的变型。本发明也涉 及本领域技术人员能力范围内的所有实施方式。

[50]因此，例如，所有指出的数字数据只是作为不限定的示例。

[51]在描述的实施方式中，压力传感器非常靠近形成预热火花塞加热 元件的指杆体布置。压力传感器远离该指杆体也并不会超出本发明的范围。

[52]所描述的压力传感器是预应力安装的压电传感器。也可考虑压电 元件例如压缩工作的另一实施方式。

[53]优选通过使材料变薄得到所述膜体。但是，如果火花塞主体的壁 比较薄，则不用拉薄就可得到允许纵向运动的弹性变形区。适当形状的火 花塞主体可以获得该膜体。

[54]弹性变形膜体的位置可以与上面描述的不同。所描述的优选实施 方式可以使预加热火花塞具有紧凑的结构。在某些情况下，可以考虑不太 紧凑的结构。因此例如可以设置具有第一突肩和第二突肩的火花塞主体， 其中弹性变形膜体位于第一突肩处，而第二突肩带有密封锥形部。