專利名稱：具有壓力傳感器的預熱火花塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有一壓力傳感器的預熱火花塞。
背景技術：
應當指出，在內(nèi)燃機尤其是狄塞爾(Diesel)發(fā)動機中，了解汽缸內(nèi)的壓力值，可較好地控制該汽缸中的燃燒進程。因此，該信息用于調(diào)節(jié)燃料注入到每個汽缸中。因此，發(fā)動機的污染環(huán)境的排放物質(zhì)可減少，且燃料耗量可最佳化。
在狄塞爾類型的發(fā)動機中，每個汽缸具有一預熱火花塞，尤其在發(fā)動機起動時，所述預熱火花塞可加熱相應的燃燒室內(nèi)部。該預熱火花塞布置在穿過發(fā)動機汽缸蓋的一螺孔中。本領域技術人員公知的是，將一壓力傳感器安裝到一預熱火花塞上。這樣，開在汽缸蓋上的用于接納預熱火花塞的孔，也用于接納一可測定燃燒室內(nèi)的壓力的裝置。因此，避免在汽缸蓋上開一輔助孔。這種孔的形成尤其由于空間缺乏而會產(chǎn)生許多問題即成本問題、密封性問題、保養(yǎng)方便性問題等。
預熱火花塞一般具有一管狀主體，所述管狀主體在其外表面上具有一螺紋部分，可使其固定于開在汽缸蓋上的一相應的孔中。因此，該主體的一部分位于燃燒室的內(nèi)部，另一部分位于其外部。位于燃燒室內(nèi)部的部分具有一指桿，一加熱電極位于所述指桿的內(nèi)部。該電極由穿過預熱火花塞的管狀主體的一芯桿供電。位于燃燒室外部的部分也稱為預熱火花塞頭部。在該頭部處，芯桿接通一電源。公知地，也將一壓力傳感器布置在該頭部處。因此，該傳感器測定施加在預熱火花塞的指桿上的壓力。原則上，通過測定火花塞主體和指桿之間存在的應力，來測定燃燒室中的壓力對所述指桿施加的作用力。圖1示出現(xiàn)有技術中的配有一壓力傳感器的預熱火花塞的一實施例。
在現(xiàn)有技術的該實施例中— —此后將予以詳述，壓力傳感器布置在預熱火花塞主體和一螺母之間，所述壓力傳感器支承在所述預熱火花塞主體上，所述螺母連接于芯桿的上端部，所述芯桿上端部向預熱電極供給電能。在該實施例中，芯桿穿過傳感器。
現(xiàn)有技術中的這種預熱火花塞可測定燃燒室內(nèi)施加在預熱火花塞的指桿上的壓力。但是，其它信號與相應于測得的壓力的信號加在一起。為了很好地測定所述汽缸的燃燒室內(nèi)的壓力，最好能擺脫干擾壓力測定的背景噪聲。背景噪聲例如來自預熱火花塞安裝在其中的汽缸蓋的變形。
因此，本發(fā)明旨在提出一種配有一壓力傳感器的預熱火花塞，其中，與測得的壓力相應的信號不受背景噪聲信號干擾。
為此，本發(fā)明提出的預熱火花塞具有
-一管狀主體，其具有可使其固定在一孔中的部件，[10]-一指桿，其布置在預熱火花塞主體內(nèi)，且接納一加熱電極，以及[11]-一壓力傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，該預熱火花塞還具有一管狀中間構件；一指桿布置在所述管狀中間構件內(nèi)部；所述管狀中間構件安裝在管狀主體中；傳感器通過其相對于指桿的表面連接于所述管狀中間構件，并且，面對所述指桿的所述傳感器的表面支承在所述管狀中間構件上。
預熱火花塞配有一如上所述安裝的管狀中間構件，可在指桿和預熱火花塞主體之間實施分離。因此，壓力傳感器可測定由相應的燃燒室中的壓力施加的推力所產(chǎn)生的應力，而不受預熱火花塞固定在其中的孔處存在的、局部傳遞到該預熱火花塞的主體的應力的影響。
本發(fā)明還提出，管狀中間構件例如在管狀主體的用于處于相應的發(fā)動機燃燒室中的端部附近連接于所述管狀主體。管狀主體的該區(qū)域一般不經(jīng)受外部應力，因此，管狀中間構件不經(jīng)受這種應力。
在一優(yōu)選實施例中，中間構件通過緊配合固定在管狀主體上。這樣，在管狀主體上的固定極佳。這里，也可考慮焊接固定。同樣，指桿可通過緊配合或焊接固定到中間構件上。
為了在壓力傳感器處獲得良好的壓力測定靈敏度，管狀中間構件在一第一固定區(qū)域和一第二固定區(qū)域之間具有一變形區(qū)域，在所述第一固定區(qū)域，指桿連接于所述管狀中間構件，在所述第二固定區(qū)域，所述管狀中間構件連接于管狀主體。該變形區(qū)域使指桿具有移動自由度，避免在管狀中間構件和指桿之間產(chǎn)生拉力，這不利于這兩構件之間的壓力測定。
為了傳遞燃燒室中的壓力對預熱火花塞的指桿施加的作用力，一實施例是，一隔環(huán)在管狀中間構件內(nèi)布置在所述指桿和傳感器的相應的表面之間。該隔環(huán)必須是剛性的，以便能傳遞大的應力。此外，它不應干擾測定由于其振動而產(chǎn)生的壓力。因此，它具有一遠離壓力傳感器的通頻帶的固有振動頻率。為了滿足這些要求，隔環(huán)例如用陶瓷材料制成。
上述隔環(huán)可呈一長管狀襯套的形狀，其外徑小于管狀中間構件的內(nèi)徑，且終止于用于通過一截錐形區(qū)域與壓力傳感器相接觸的一側(cè)，以便在所述傳感器一側(cè)具有一基本上與所述傳感器的表面相應的支承面。在該實施例中，一單個部件布置在指桿和傳感器之間。顯然，這有利于作用力的良好傳遞，也易于安裝預熱火花塞。
在本發(fā)明的預熱火花塞中，傳感器優(yōu)選地布置在一固定座中，為此，所述固定座在管狀中間構件中配置在該部件的與用于接納指桿的端部相對的端部附近，所述傳感器例如通過一螺母連接于所述管狀中間構件，所述螺母在其外周邊具有螺紋，所述螺紋嚙合在所述管狀中間構件的內(nèi)端部的一螺絲孔中。在一隔環(huán)布置在指桿和傳感器之間的情況下，螺母使傳感器緊固在所述隔環(huán)上。
本發(fā)明也涉及內(nèi)燃機，尤其是狄塞爾類型的發(fā)動機，其特征在于，它具有一例如上述的預熱火花塞。


從下面參照附圖的說明，本發(fā)明的詳細情況和優(yōu)越性將得到更好的理解，附圖如下[22]圖1示出現(xiàn)有技術中的預熱火花塞；[23]圖2以側(cè)視圖示出本發(fā)明的預熱火花塞；[24]圖3以縱向剖面圖示出圖2所示的預熱火花塞；以及[25]圖4是圖2和3所示的預熱火花塞的立體分解圖。
具體實施例方式圖1以縱向剖面圖示出現(xiàn)有技術中的預熱火花塞，其具有一壓力傳感器，以便能測定發(fā)動機汽缸中的壓力。該預熱火花塞2通常安裝在狄塞爾類型的發(fā)動機4中，確切地說，安裝在該發(fā)動機的一汽缸蓋6中。它具有一主體8、一指桿10、一芯桿12和一壓力傳感器14。
主體8適于通過螺釘連接固定到發(fā)動機4上。為此，汽缸蓋6具有一螺孔，所述螺孔穿過所述汽缸蓋，通到發(fā)動機4的一燃燒室。主體8本身在其外表面上具有螺紋16，其相應于開在汽缸蓋6上的螺絲孔。當螺紋16與汽缸蓋6的螺孔相配合時，由于預熱火花塞2在發(fā)動機4中處于其安裝位置，因此，主體8的一部分朝所述發(fā)動機4內(nèi)即朝燃燒室延伸，而另一部分朝所述發(fā)動機外延伸。
主體8是一鋼制管狀主體，其內(nèi)尤其接納指桿10和芯桿12。指桿10在燃燒室內(nèi)從管狀主體8凸起。指桿在主體8內(nèi)進行緊固調(diào)節(jié)，且接納一預熱電極(未示出)。芯桿12將電能傳輸?shù)轿挥谥笚U10中的電極，因此與該電極接觸，且連接于它在主體8內(nèi)延長的所述指桿10。與指桿10相對地，芯桿12的自由端可使之與一電源導體進行電連接。
壓力傳感器是一壓電傳感器。它包括一壓電元件18，其布置在兩個用導電材料制成的接觸元件20之間，傳感器本身通過電絕緣構件22與預熱火花塞2的其余部分進行電絕緣。壓力傳感器14通過一支承件24支承在主體8上。傳感器的另一表面支承在一連接于芯桿12的上端部的螺母26上。壓力傳感器14所處的、位于發(fā)動機外部的預熱火花塞2的部分也稱為預熱火花塞頭部。在該頭部處，主體8具有一握持區(qū)域28，用于使預熱火花塞2相對于汽缸蓋6進行安裝/拆卸。通常，該握持區(qū)域28呈具有六邊形橫截面的圓柱形。這樣，借助于一扳手，從汽缸蓋6的外部，可安裝和拆卸預熱火花塞2。該握持區(qū)域28的直徑通常大于主體8的其余部分的直徑。
圖2以外形圖示出本發(fā)明的預熱火花塞。相對于圖1所示的預熱火花塞，由圖可見，主體8在其外表面上具有螺紋16。在主體8的頭部一側(cè)也可看到一握持區(qū)域28。一指桿10′位于預熱火花塞的另一端部。在該圖所示的實施例中，涉及一陶瓷指桿10′。作為第一優(yōu)越性，這種指桿的使用壽命長于一般在現(xiàn)有技術中的預熱火花塞上遇到的指桿的使用壽命。它也具有更為緊湊的形狀。因此，指桿10′基本上比圖1所示的指桿10小得多。
圖2至4所示的預熱火花塞也具有一壓力傳感器14。這里還涉及一壓電傳感器，其可與圖1所示的預熱火花塞的傳感器是同一類型的。
當如圖1所示指桿10在主體8中調(diào)節(jié)時，在圖2至4所示的實施例中，根據(jù)本發(fā)明，一管狀中間構件30布置在所述主體8和指桿10′之間。該管狀中間構件30旨在使指桿10′與主體8隔離。
現(xiàn)有技術中的傳感器與這里所述的本發(fā)明的傳感器之間的一重要差別是，所述壓力傳感器不再布置在主體8和指桿10之間，而是布置在指桿10′和管狀中間構件30之間。這尤其從圖3的剖面圖看得很清楚。
下文中，考慮用于在預熱火花塞固定在發(fā)動機上時處于燃燒室一側(cè)的構件，相對于在預熱火花塞頭部一側(cè)位于燃燒室外部的構件，布置在一低處。
指桿10′在管狀中間構件30的下端部進行緊固調(diào)節(jié)。通常，只有指桿10′的上部位于管狀中間構件30內(nèi)，所述指桿10′的下部凸出在支承它的部件之外，以便處于燃燒室內(nèi)，加熱在此遇到的混合氣。
供給指桿10′電能的芯桿12穿過整個管狀中間構件30。
管狀中間構件30本身通過緊配合固定在主體8的下端部一固定區(qū)域32處。預熱火花塞的端部有時也稱為預熱火花塞的錐端。在管狀中間構件30在主體8上的固定區(qū)域32的上面，所述管狀中間構件30在所述主體8內(nèi)自由延伸。管狀中間構件30在其上部擴口，具有一直徑較大的區(qū)域，為傳感器14提供固定座34。因此，在所述預熱火花塞中，該傳感器14位于預熱火花塞頭部處，即位于其上部。
該固定座34的上部攻有螺紋，以便能接納一具有外螺紋的螺母36。該螺母36配設成支承在傳感器14的上端面上。該傳感器14的下表面本身靠在一隔環(huán)38上。隔環(huán)38使指桿10′連接于傳感器14。
傳感器14例如是圖1所示類型的傳感器。這里不描述該傳感器。圖1所示的傳感器14與圖2至4所示的傳感器之間的一重要差別是，在圖1上，傳感器14在拉伸時工作，而在圖2至4上，傳感器在壓縮時工作。但是，這不改變其結(jié)構，尤其是一壓電元件，其布置在兩個連接有電線的接觸元件之間。
隔環(huán)38是一管狀部件，以便尤其是使芯桿12在其中央通過。隔環(huán)38的外徑適應于管狀中間構件30的內(nèi)徑，以便在其內(nèi)自由延伸。在其下部，隔環(huán)38的直徑適應于指桿10′的直徑。在其上部，隔環(huán)38的直徑適應于傳感器14的下表面的直徑。因此，如圖所示，隔環(huán)在其上部具有一截錐形區(qū)域40，可從相應于指桿10′的直徑逐漸改變到傳感器14的直徑。
這里，壓力傳感器14僅測定相應的燃燒室中的壓力所產(chǎn)生的應力。施加在預熱火花塞安裝在其中的汽缸蓋6上的各種應力，尤其是與燃燒室中的壓力不成正比的應力，對傳感器14測得的壓力無影響。實際上，管狀中間構件30在主體8的不經(jīng)受與預熱火花塞2擰緊在其中的汽缸蓋6的變形有關的應力的一區(qū)域處，保持在所述主體中。實際上，這些變形較多地出現(xiàn)在螺紋16處。
傳感器14安裝在管狀中間構件30和指桿10′之間。為了很好地測定施加在指桿10′上的壓力，在預熱火花塞的設計中，應注意配設管狀中間構件30的一變形區(qū)域42。該變形區(qū)域42位于指桿10′緊配合在管狀中間構件30中的區(qū)域和所述管狀中間構件30在主體8中調(diào)節(jié)的區(qū)域之間。該變形區(qū)域42有利于將壓力對指桿10′施加的作用力傳遞到傳感器14。
這里，隔環(huán)38的作用較大，必須非常注意其制造情況。傳遞對指桿10′施加的作用力時，隔環(huán)38不應傳遞寄生作用力。因此，應當注意隔環(huán)一方面不與供給指桿10′電能的芯桿12接觸，另一方面不與管狀中間構件30接觸。
也應該注意該隔環(huán)的固有振動模式不干擾傳感器14的壓力測定。因此，應當確保使該隔環(huán)38的固有振動頻率遠離傳感器14的通頻帶。選用陶瓷作為材料制造該隔環(huán)38，這些問題可得到解決。
如圖3和4所示，預熱火花塞頭部可具有一合成材料復合模制部件44。該部件可安裝預熱火花塞頭部的握持區(qū)域28。用合成材料復合模制，可確保預熱火花塞頭部的良好密封性，且確保很好地保護與傳感器14的接觸元件相連接的電線的電連接。
具有一壓力傳感器14的預熱火花塞2，例如上述的預熱火花塞，可極佳地測定一燃燒室之內(nèi)的壓力。該壓力的測定完全與可能干擾該壓力測定的背景噪聲分開。因此，即使在存在布置于每個汽缸處的噴嘴的情況下，安裝在本發(fā)明的預熱火花塞中的壓力傳感器也可擺脫這些噴嘴施加的應力所引發(fā)的汽缸蓋的變形。管狀中間構件處的變形區(qū)域本身可獲得傳感器進行的測定的良好靈敏度。
尤其如圖4所示，盡管插入一管狀中間構件，本發(fā)明的預熱火花塞仍易于安裝。這涉及在預熱火花塞頭部處通過合成材料復合模制密封的一疊置零件。
本發(fā)明不局限于作為非限制性實施例給出的上述優(yōu)選實施例。本發(fā)明也涉及在本領域技術人員力所能及的范圍內(nèi)的所有實施例。
因此，例如，本發(fā)明完全可配設一傳統(tǒng)的指桿。因此，預熱火花塞的設計必須適于尺寸較大的指桿，但顯然，仍可插入一管狀中間構件，以便在預熱火花塞主體及其指桿之間進行分離。
指桿固定在管狀中間構件中，以及管狀中間構件固定在主體中，如上所述，通過緊配合進行?？刹捎昧硪还潭ǚ绞?例如焊接)。
一種可選的解決方案是可使用一隔環(huán)。例如，可配設一螺母，所述螺母連接于供給指桿電能的芯桿，壓力傳感器的下表面支承在所述螺母上。為了承受要傳遞的很大的機械作用力，可考慮該芯桿進行剛性固定。如果保留該隔環(huán)，它可采用與上述的形狀不同的形狀。這種形狀是有利的，因為在指桿和傳感器之間僅具有一整件。但是，可具有與一支承墊圈相連接的一隔環(huán)，在所述隔環(huán)和傳感器之間形成接合面。
權利要求
1.預熱火花塞(2)，其具有-一管狀主體(8)，其具有可使其固定在一孔中的部件(16)，-一指桿(10′)，其布置在所述預熱火花塞主體(8)內(nèi)，且接納一加熱電極，以及-一壓力傳感器(14)，其特征在于，它具有一管狀中間構件(30)；所述指桿(10′)布置在所述管狀中間構件(30)內(nèi)；所述管狀中間構件(30)安裝在所述管狀主體(8)中；所述傳感器(14)通過其與所述指桿(10′)相對的表面連接于所述管狀中間構件(30)；面對所述指桿(10′)的、所述傳感器(14)的表面支承在所述指桿(10′)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述管狀中間構件(30)在所述管狀主體(8)的端部附近連接于所述管狀主體(8)，所述管狀主體(8)的端部旨在安放于相應的發(fā)動機(4)的燃燒室中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述中間構件(30)通過緊配合固定在所述管狀主體(8)上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述中間構件(30)焊接在所述管狀主體(8)上。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述指桿(10′)通過緊配合固定到所述中間構件(30)上。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述指桿(10′)焊接到所述中間構件(30)上。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述管狀中間構件(30)在所述指桿(10′)連接于所述管狀中間構件(30)的一第一固定區(qū)域和所述管狀中間構件(30)連接于所述管狀主體(8)的一第二固定區(qū)域(32)之間具有一變形區(qū)域(42)。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，一隔環(huán)(38)在所述管狀中間構件(30)內(nèi)布置在所述指桿(10′)和所述傳感器(14)的相應的表面之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述隔環(huán)(38)用陶瓷材料制成。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述隔環(huán)(38)呈一長管狀襯套的形狀，其外徑小于所述管狀中間構件(30)的內(nèi)徑，且終止于用于通過一截錐形區(qū)域(40)與所述壓力傳感器相接觸的一側(cè)，以便在所述傳感器(14)一側(cè)具有一基本上與所述傳感器(14)的表面相應的支承面。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的預熱火花塞(2)，其特征在于，所述傳感器(14)布置在一固定座(34)中，為此，所述固定座(34)在所述管狀中間構件(30)中布置在該部件的與用于接納所述指桿(10′)的端部相對的端部附近；所述傳感器(14)通過一螺母(36)連接于所述管狀中間構件(30)，所述螺母(36)在其外周邊具有螺紋，嚙合于開在所述管狀中間構件(30)的內(nèi)端部的一螺絲孔中。
12.內(nèi)燃機(4)，尤其是狄塞爾類型的發(fā)動機，其特征在于，它具有一根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的預熱火花塞(2)。
全文摘要
本發(fā)明的預熱火花塞具有一管狀主體，其具有可使其固定在一孔中的部件、一布置在所述管狀主體中的管狀中間構件(30)、一布置在所述管狀中間構件(30)中且具有一加熱電極的指桿(10′)、以及一通過與所述指桿(10′)相對的表面連接于所述管狀中間構件(30)的壓力傳感器(14)，其特征在于，面對所述指桿(10′)的所述傳感器(14)的表面支承在所述管狀中間構件(30)上。
文檔編號F23Q7/00GK1954179SQ200580013138
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權日2004年4月27日
發(fā)明者B·拉斯特, C·帕特里, A·拉蒙, J·伯羅斯, S·戈雷蒂 申請人:西門子Vdo汽車公司, 聯(lián)合莫古爾燃料有限公司