專利名稱：設(shè)有壓力傳感器的火花塞和設(shè)有這種火花塞的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的火花塞，該火花塞有一金屬殼，其端部有外螺紋可旋入到氣缸頭的螺孔內(nèi)，該殼體在內(nèi)部支承著一個絕緣體特別是用陶瓷做的，有一中央電極延伸通過該絕緣體能與高電壓連接，在殼體螺紋端部區(qū)的內(nèi)表面和絕緣體端的外表面之間形成一個環(huán)狀室，該火花塞還設(shè)有至少一個壓力傳感器，特別是電阻式的，并設(shè)計當(dāng)火花塞在位時使這個傳感器受到相關(guān)燃燒室的壓力。
測量內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的壓力極其重要，它使隨后的熱力計算能在壓力循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。
壓力測量的精度和循環(huán)的定時是在計算燃燒所釋放能量時的關(guān)鍵因素。
曾經(jīng)提出這種測量可用以石英晶體為基礎(chǔ)的壓電式傳感器來完成。石英晶體通過氣缸內(nèi)得到的壓力可被壓縮，壓力施加在石英上可產(chǎn)生以皮庫(庫侖的負(fù)12次方)計的微電流，這個微電流必須在電荷放大器內(nèi)放大。因此這種解決方案就傳感器和放大器而言都很費(fèi)錢并且難于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谖⒘侩娏鲀?nèi)漂移常會發(fā)生。這種形式的測量伴隨著程序，常須對硬件校驗(yàn)。
另外，壓電式傳感器可很好地顯示施加在傳感器上的壓力的差異或變化，但不能給出壓力的實(shí)際或絕對的值。標(biāo)定這個偏置值始終是個問題。
因此曾提出使用壓敏電阻式傳感器來替代壓電式傳感器，這樣做有兩個好處能給出絕對壓力的實(shí)際值，輸出信號很容易用惠斯頓電橋放大。
在另一方面，壓敏電阻式傳感器具有對高溫抗力低的缺點(diǎn)。但目前已能得到能夠承受溫度約為250℃的壓敏電阻式傳感器，這個溫度對裝在火花塞的用途而言已足夠高了。
曾經(jīng)提出在火花塞內(nèi)安裝傳感器特別是壓敏電阻式傳感器的各種解決方案。
但迄今為止所有提出的安裝方案都不能完全令人滿意，因?yàn)樗鼈償_亂燃燒發(fā)生的途徑并導(dǎo)致測得的壓力值不同于實(shí)際值。某些安裝方案包括一個有點(diǎn)相當(dāng)大體積的孔用來將壓力傳輸?shù)絺鞲衅魃希@樣會修改室的體積并產(chǎn)生諧振信號，這些信號與實(shí)際的燃燒現(xiàn)象并不一致。
本發(fā)明的目的主要是要提出一種安裝壓力傳感器特別是壓敏電阻式傳感器的方法，該方法可避免任何對燃燒發(fā)生途徑的可觀的修改，并且使我們得到盡可能準(zhǔn)確的測出值，同時還可合適地保護(hù)傳感器使它不受熱的損害。
按照本發(fā)明，屬于上述形式、設(shè)有壓力傳感器的、用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞，其特征在于該壓力傳感器被安裝在形成環(huán)狀室邊界的殼體的有螺紋的端部的內(nèi)表面沿徑向向外的地方，使環(huán)狀室的幾何形狀尺寸不致由于傳感器的存在而被改變。
一種較好的做法是在殼體的有螺紋的端部上向內(nèi)開出一個凹腔以便容納一個筒部，該筒部能夠復(fù)制出環(huán)狀室的幾何形狀尺寸；該筒部在其外表面上為傳感器開有一個凹部，因此傳感器被包圍在一封閉的空間內(nèi)，該空間以筒部和凹腔的壁為界，另外在筒部的壁上至少設(shè)有一個小直徑的孔使壓力能從燃燒室作用到傳感器上。
留給傳感器的封閉空間用來保護(hù)傳感器使它不受燃燒室高溫的損害。
在一可替代的形式中，傳感器被粘結(jié)到筒部的凹部的外面上而小孔開到所說凹部內(nèi)離開傳感器一些距離使后者在其與粘結(jié)到筒部的一面相對的另一面上受到燃燒室的壓力。
在另一個可替代的形式中，傳感器被粘結(jié)到筒部的凹部的外面上，而小孔開到傳感器與筒部粘結(jié)的那個面上。
筒部可被粘結(jié)到殼體螺紋端部內(nèi)的凹腔內(nèi)。傳感器可被粘結(jié)到筒部的凹部內(nèi)。
在一個具體的實(shí)施例中，至少一個接地電極被連接到殼體和地上。所說這些電極的頂尖被互相間隔開一個預(yù)定的距離。筒部上可具有至少一個槽以使這些接地電極的通過。
壓力傳感器可放置在接地電極沿直徑的對面。
筒部可載有多個壓力傳感器。
在另一個實(shí)施例中，筒部具有至少一個形成接地電極的軸向延伸部，中央電極和接地電極的頂尖被間隔開一個預(yù)定的距離。
最好至少有一條溝道在殼體內(nèi)被穿入而平行于火花塞的軸線，其一端開通到內(nèi)藏傳感器的封閉空間內(nèi)，而另一端進(jìn)入到連通外界的空間內(nèi)，這條溝道允許導(dǎo)線通過以便從壓力傳感器導(dǎo)出電信號。
還可將至少一個溫度傳感器設(shè)在筒部上。
本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃機(jī)，其氣缸設(shè)有這種火花塞。
本發(fā)明除了上面列出的一些設(shè)施外，還具有一定數(shù)目的其他設(shè)施，這些設(shè)施將結(jié)合兩個具體的實(shí)施例說明，它們將結(jié)合附圖詳細(xì)說明，但無論如何不能限制本發(fā)明。
圖1為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的火花塞的概略的垂直軸向剖面圖，有些部件為其外觀；圖2為帶有電極頂尖和壓力傳感器的火花塞端部的放大視圖；圖3為筒部的透視圖；圖4為與圖1類似的圖，但所畫為本發(fā)明的火花塞的第二實(shí)施例；圖5為圖4中一個畫圈的、用標(biāo)號V指出的細(xì)節(jié)的放大視圖；圖6為圖4中筒部的立視圖；圖7為圖6中沿線VII-VII切開的剖視圖。
參閱圖1，可見按照本發(fā)明第一實(shí)施例的、用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞1，該火花塞有一金屬殼2，其端部3有外螺紋可旋入到氣缸頭(未示出)的螺孔內(nèi)，該氣缸頭開通到氣缸(未畫出)的燃燒室內(nèi)。
殼體2在其內(nèi)側(cè)支承著一個由陶瓷制成的絕緣體4，中央電極5通過該絕緣體被一連接桿6連接到接線端7，在適當(dāng)時刻可將高電壓施加在其上。連接到殼體2上的第二電極8由金屬條構(gòu)成向內(nèi)彎曲成一直角。兩個電極的頂尖間隔開一個預(yù)定的距離以便產(chǎn)生火花。電極8通過用螺紋旋入氣缸頭內(nèi)的殼體2被接地。在圖1中畫出的例子中，殼體2在其長度的大約中間有一螺帽狀部分9可用來旋緊和旋松螺紋。在殼體2和氣缸頭之間的密封發(fā)生在螺帽9到接線端7的反對側(cè)。
當(dāng)火花塞1在氣缸頭上就位時向燃燒室開通的環(huán)狀室10由螺紋部3的圓筒形內(nèi)表面11和絕緣體4靠近電極5頂尖一端的外表面12作為邊界。在所畫實(shí)施例中，表面12略成截錐形，其小底靠近電極5的頂尖。
絕緣體4具有一個截錐形的肩部4a，以密封的方式如插置一個銅墊密片，擱置在螺紋部3的另一個內(nèi)截錐形的肩部3a上。絕緣體4可用一套管12沿軸向擱置在絕緣體4的寬部13上而被固定在殼體2內(nèi)，套管12是在電極頂尖的另一端被接合和固定在殼體2中的。
火花塞1設(shè)有壓敏電阻式壓力傳感器C。這個壓力傳感器C被安裝在形成環(huán)狀室10邊界的殼體端部3的內(nèi)表面11的徑向外側(cè)，使環(huán)狀室10的幾何形狀尺寸不會由于傳感器的存在而改變。
換句話說，按照本發(fā)明設(shè)有傳感器的火花塞的環(huán)狀室10的內(nèi)表面11仍保持相同的圓筒形狀和相同的尺寸如同沒有設(shè)置傳感器C的火花塞一樣。因此空間10的微觀幾何形狀尺寸沒有改變，這意味著進(jìn)行燃燒的途徑?jīng)]有被修改。
按照一個有效的解決方案，端部3在其內(nèi)側(cè)具有一個臺階狀凹腔14，該凹腔具有與中央電極5同軸的第一圓筒形孔14a。這個孔14a的一端向燃燒室開通，并在另一端延伸到向內(nèi)的徑向臺階15。接著直徑比孔14a小的第二孔14b從臺階15延伸一段比孔14a短的長度。這個第二孔14b的端頭為一向內(nèi)的徑向臺階16，在該處該孔與殼體端部3的端孔的圓筒形表面11相會。
一個金屬筒部17被設(shè)計得可被容納在凹腔14內(nèi)并復(fù)制出環(huán)狀室10的幾何形狀尺寸。筒部17將凹腔14填滿使筒部的內(nèi)圓形表面17i與圓筒形表面11的上部對齊，從而使該表面重新構(gòu)成并延伸到向燃燒室開通的端頭。
筒部17具有一個套筒17a可被容納在凹腔14的部分14a內(nèi)，該套管還被一個較薄的頸圈17b架在其上，該頸圈填充在凹腔的部分14b內(nèi)。在筒部17的外圓筒形表面上例如可用銑削開出一個凹部18以便容納傳感器C。該凹部18在燃燒室一側(cè)被一肩部19圍住，而在其相對端是開啟的。
在筒部的外表面上，例如在直徑上與凹部18相對的位置上，用機(jī)加工制出一條與筒部17的軸線平行的槽20，使當(dāng)將筒部17安裝在火花塞的殼體3內(nèi)時在電極8未被彎曲之前允許電極8在其內(nèi)通過。
筒部17可用粘結(jié)固定到殼體3的凹腔14內(nèi)。在殼體內(nèi)穿有一條與火花塞軸線平行的溝道21，以便在一端開通到凹槽14的部分14a內(nèi)。在其另一端，該溝道21開通到一個與外界連接的空間22內(nèi)。
空間22和外界的連接可通過在寬部13上制出的至少一條槽13a來做到。按照另一種可能性，傳感器C的連接導(dǎo)線也可通過一個斜孔22a引出，該斜孔在殼體2的壁上制出，靠近螺帽9而在該螺帽9到螺紋端3的反對的一側(cè)上。
傳感器C可用粘結(jié)固定在凹部18內(nèi)。安裝時，傳感器的連接導(dǎo)線被接合在溝道21內(nèi)，而筒部17被傾斜成角度地取向使凹部18對準(zhǔn)溝道21的中心。其時電極8還沒有向內(nèi)彎曲，這意味著筒部17能夠滑入并粘結(jié)到凹腔14內(nèi)，其時電極8可沿著槽20移動。在筒部17配裝好以后，電極8能被彎曲成直角。
至少有一個小直徑孔23在作為凹部18內(nèi)側(cè)邊界的筒部的薄部24上制出，這個直徑約為幾個十分之一毫米。一個較優(yōu)的做法是制出多個小孔23，在凹部18和室10之間建立起連通關(guān)系，使傳感器C受到在燃燒室內(nèi)得到的壓力。該孔23不會出現(xiàn)諧振問題，因?yàn)槠渲睆綐O小，并且其長度很短，因?yàn)樵摫诓糠?4的厚度很小，約為幾個十分之一毫米。
按照本發(fā)明，傳感器藏在封閉空間內(nèi)以資保護(hù)使它免受燃燒室高溫的損害。
多個壓力傳感器小室可配裝在筒部17的周邊上，然后粘結(jié)到火花塞殼體上，其方式與結(jié)合凹部18說明的方式相似。
通過能被密封的溝道21將傳感器的連接導(dǎo)線穿過并引出使我們有可能同時克服溫度和密封的問題。
圖4到7畫出本發(fā)明的火花塞的第二實(shí)施例，其中與第一實(shí)施例等同或類似的元件用相同的標(biāo)號加一百來指出。
按照第二實(shí)施例的火花塞101具有一個與筒部117成為一體的接地電極108，該電極由一根大致平行于火花塞軸線的金屬條構(gòu)成，從筒部117的圓筒形壁延伸到火花塞之外，其端部向內(nèi)彎曲成直角。兩個電極108和105的頂尖間隔開一個預(yù)定的距離以便產(chǎn)生火花。電極108通過用螺紋旋入到氣缸頭內(nèi)的殼體102而被接地。
當(dāng)火花塞101在氣缸頭內(nèi)就位時環(huán)狀室110向燃燒室開通。環(huán)狀室110的邊界為筒部117的圓筒形內(nèi)表面117i和絕緣體104靠近電極105頂尖一端的截錐形外表面112。
壓力傳感器C被安裝在限定環(huán)狀室110邊界的殼體的端部103內(nèi)，在筒部117的內(nèi)表面117i的沿徑向的外側(cè)，使環(huán)狀室的幾何形狀尺寸不會由于傳感器的存在而被改變。這個端部103在朝向其內(nèi)側(cè)有一凹腔114，筒部117的外圓筒形部被粘結(jié)在凹腔的側(cè)表面上。筒部117能將凹腔114完全填充以致筒部的內(nèi)圓筒形表面117i能與在凹腔114之上的殼體103的內(nèi)部對齊。
在筒部117的圓筒形外表面上例如可用銑削制出一個大致成L形的凹部118。凹部118的長腿平行于火花塞的軸線延伸并離開電極108向火花塞的內(nèi)側(cè)開通。凹部118的短腿119伸出成圓弧形，有一孔123開通到短腿119內(nèi)離開傳感器C一個距離而傳感器C被容納在凹部118的長腿內(nèi)?？?23在筒部117的薄壁部124上制出，這個薄壁部124是在L形的凹部118上形成的。當(dāng)然可以有多個孔123，只要它們不是在傳感器C上開通。
在殼體102內(nèi)至少穿通有一條平行于火花塞軸線的溝道，其一端開通到凹腔114內(nèi)，而其另一端開通到一個與外界連通的空間122內(nèi)。這條溝道預(yù)定用來容納傳感器C的連接導(dǎo)線121，導(dǎo)線121預(yù)定延伸通過一個在殼體102的壁上靠近螺帽109而在螺帽到螺紋端103的反對側(cè)制出的斜孔。如從圖5可最好地看到，連接導(dǎo)線由一根粘結(jié)或銅焊在筒部117的圓筒形外表面上的套管121和多條在套管內(nèi)延伸的測量線121a構(gòu)成。有一密封件125設(shè)在凹部118內(nèi)以便在測量線121c和傳感器C之間提供密封。
圖4示出壓緊在火花塞殼體102部件109上的密封墊并預(yù)定要壓緊在氣缸頭上。
直接在筒部117上設(shè)置接地電極108可使機(jī)加工較為容易。當(dāng)然可設(shè)想在一個火花塞上設(shè)有多個接地電極，或者替代的辦法是在火花塞上為置環(huán)形的接地電極如同在競爭的內(nèi)燃機(jī)中所用的火花塞那樣。
在火花塞如圖1到7所示只有一個接地電極時，火花可在電極5、105的下端和面對它的接地電極8、108之間沿軸向起弧。在火花塞具有多個接地電極時，這些電極的下端都沿徑向彎向中央電極，因此火花沿徑向起弧。在競爭的內(nèi)燃機(jī)所用火花塞具有環(huán)形接地電極的情況下，筒部有一內(nèi)頸圈沿徑向向中央電極，因此火花能在中央電極的周邊上的任何一點(diǎn)起弧。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用的火花塞(1、101)，具有一個金屬殼(2、102)，其端部(3、103)有外螺紋可旋入到氣缸頭的螺孔內(nèi)，該殼體在內(nèi)側(cè)支承著一個絕緣體(4、104)，特別是用陶瓷做的，有一中央電極(5、105)延伸通過該絕緣體而能與高電壓連接，在殼體螺紋端部區(qū)(3、103)的內(nèi)表面(11、117i)和絕緣體端(4、104)的外表面之間形成一個環(huán)狀室(10、110)，該火花塞還設(shè)有至少一個壓力傳感器(C)，特別是電阻式的，并這種設(shè)計使當(dāng)火花塞在位時該傳感器能受到相關(guān)燃燒室的壓力，該壓力傳感器(C)被安裝在形成環(huán)狀室(10、110)邊界的殼體的螺紋端部(3、103)的內(nèi)表面(11、117i)沿徑向向外的地方，使環(huán)狀室(10、110)的幾何形狀尺寸不致由于傳感器的存在而被改變，其特征為，在殼體的螺紋端部上向內(nèi)開出一個凹腔(14、114)以便容納一個筒部(17、117)，該筒部能夠復(fù)制出環(huán)狀室(10、110)的幾何形狀尺寸。
2.權(quán)利要求1的火花塞，其特征為，傳感器(C)為壓敏電阻式傳感器。
3.權(quán)利要求1或2的火花塞，其特征為，在筒部(17、117)的外表面上為傳感器開有一個凹部(18、118)，因此傳感器被包圍在一封閉的空間內(nèi)，該空間以筒部(17、117)和凹腔(14、114)的壁為界，另外在筒部的壁的薄部(24、124)上至少設(shè)有一個小直徑的孔(23、123)，使壓力能從燃燒室作用到傳感器上。
4.以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的火花塞，其特征為，凹腔(14)被制成臺階狀，并有與中央電極(5)同軸的第一圓筒形孔(14a)，這個孔(14a)的一端向燃燒室開通，并在另一端延伸到向內(nèi)的徑向臺階(15)，接著直徑比孔(14a)小的第二孔(14b)從臺階(15)延伸一段比孔(14a)短的長度，這個第二孔(14b)的終端為一向內(nèi)的徑向臺階(16)，在該處該孔與部件(3)端孔的圓筒形表面(11)相會。
5.權(quán)利要求4的火花塞，其特征為，筒部(17)具有一個套管(17a)可被容納在凹腔(14)的部分(14a)內(nèi)，該套管還被一個較薄的頸圈(17b)架在其上，該頸圈填充在凹腔的部分(14b)內(nèi)，凹部(18)是在筒部(17)的圓筒形外表面上制出的。
6.權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)的火花塞，其特征為，筒部(17、117)被粘結(jié)到殼體螺紋端部(3、103)內(nèi)的凹腔(14、114)內(nèi)。
7.權(quán)利要求3的火花塞，其特征為，傳感器(C)被粘結(jié)到筒部(117)的凹部(118)的外面上，而小孔(123)開到所說凹部內(nèi)，離開傳感器一些距離，使后者在其與粘結(jié)到筒部的一面相對的另一面上受到燃燒室的壓力。
8.權(quán)利要求3的火花塞，其特征為，傳感器(C)被粘結(jié)到筒部(17)的凹部(18)的外面上，而小孔(23)開到傳感器與筒部粘結(jié)的那個面上。
9.以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的火花塞，其中至少有一個接地電極(8)被連接到殼體和地上，所說電極(5、8)的頂尖被預(yù)定的距離間隔開，其特征為，筒部(17)具有至少一個槽(20)以便接電電極(8)的通過。
10.權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)的火花塞，其特征為，筒部(117)具有至少一個形成接地電極(108)的軸向延伸部，中央電極(105)和接地電極(108)的頂尖被預(yù)定的距離間隔開。
11.以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的火花塞，其特征為，至少有一條溝道(21、121)被穿入到殼體(2、102)內(nèi)而平行于火花塞的軸線，其一端開通到內(nèi)藏傳感器(C)的封閉空間內(nèi)，而另一端進(jìn)入到連通外界的空間(22、122)內(nèi)，這條溝道允許導(dǎo)線(121a)通過，以便從壓力傳感器導(dǎo)出電信號。
12.以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的火花塞，其特征為，至少有一個溫度傳感器設(shè)在筒部上。
13.氣缸內(nèi)設(shè)有按照權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)的火花塞的內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用的火花塞(1、101),具有一個金屬殼(2、102),其端部(3、103)有外螺紋可旋入到氣缸頭的螺孔內(nèi),該殼體在內(nèi)側(cè)支承著一個絕緣體(4、104),特別是用陶瓷做的,有一中央電極(5、105)延伸通過該絕緣體而能與高電壓連接,在殼體螺紋端部區(qū)(3、103)的內(nèi)表面(11、117i)和絕緣體端(4、104)的外表面之間形成一個環(huán)狀室(10、110),該火花塞還設(shè)有至少一個壓力傳感器(C),特別是電阻式的,并這種設(shè)計使當(dāng)火花塞在位時該傳感器能受到相關(guān)燃燒室的壓力,該壓力傳感器(C)被安裝在形成環(huán)狀室(10、110)邊界的殼體的螺紋端部(3、103)的內(nèi)表面(11、117i)沿徑向向外的地方,使環(huán)狀室(10、110)的幾何形狀尺寸不致由于傳感器的存在而被改變,其特征為,在殼體的螺紋端部上向內(nèi)開出一個凹腔(14、114)以便容納一個筒部(17、117),該筒部能夠復(fù)制出環(huán)狀室(10、110)的幾何形狀尺寸。
文檔編號H01T13/40GK1369057SQ0081156
公開日2002年9月11日 申請日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月18日
發(fā)明者達(dá)尼埃爾·德雷克 申請人:達(dá)尼埃爾·德雷克