專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種帶一個(gè)或者多個(gè)燃燒腔的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，與所述每個(gè)燃燒腔連接的點(diǎn)火裝置含有一傳感器，所述傳感器反映一個(gè)燃燒周期內(nèi)單個(gè)燃燒腔內(nèi)被測(cè)量值的變化。上述的點(diǎn)火裝置已記載在2004年11期MTZ期刊上由Hans Houben et al發(fā)表的 《柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓力傳感器加熱塞》Pressure sensor glow plug (PSG) for diesel engines)。這篇文章介紹了一種用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱塞(glow plug)，所述加熱塞集成有一能在燃燒腔內(nèi)測(cè)量由加熱塞產(chǎn)生的壓力的壓力傳感器。燃燒腔內(nèi)的壓力通過加熱塞上的加熱桿(heating rod)傳遞至加熱塞外殼內(nèi)的不銹鋼薄膜內(nèi)，所述不銹鋼薄膜內(nèi)有由微機(jī)械、緊繃的晶體硅電阻線結(jié)合構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋(Wheatstone bridge)。加熱塞的加熱桿被彈性安裝在加熱塞外殼內(nèi)以滿足上述要求。惠斯通電橋連接有一發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置可以基于燃燒腔內(nèi)氣壓隨時(shí)間變化的幅度調(diào)節(jié)燃燒周期。然而，上述裝置的優(yōu)點(diǎn)是由加熱塞及其上可移動(dòng)的加熱桿的昂貴構(gòu)造帶來的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控制燃燒過程的測(cè)量值的方便檢測(cè)途徑。通過一種點(diǎn)火裝置及一種帶有上述點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)。優(yōu)點(diǎn)可在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
及優(yōu)選實(shí)施例中得到闡述。本發(fā)明中，用于檢測(cè)變化量的傳感器，主要受各個(gè)燃燒腔內(nèi)燃燒過程的影響。所述傳感器為加速度傳感器，用于與各個(gè)燃燒腔連接的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置。變化量可通過加速度傳感器獲得，所述變化量為內(nèi)燃機(jī)各個(gè)燃燒腔內(nèi)燃燒過程的特征值并可用于對(duì)各個(gè)燃燒腔內(nèi)燃燒過程的調(diào)節(jié)，點(diǎn)火裝置與各個(gè)包含加速度傳感器的燃燒腔連接。本發(fā)明的有益效果
壓力測(cè)量加熱塞的另一替換方式，當(dāng)點(diǎn)火裝置采用加速度傳感器時(shí)，不需要感知燃燒壓力并將壓力傳遞給傳感器的移動(dòng)部件。加速度傳感器可以集成在加熱塞中，不需要如壓力測(cè)量加熱塞中采用的移動(dòng)方式安裝的加熱桿。所述加熱塞上安裝的加速度傳感器遠(yuǎn)小于加熱塞上安裝的壓力傳感器。本發(fā)明加熱塞可應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。加速度傳感器還可與火花塞或者點(diǎn)火線圈外殼結(jié)合，或者安裝在點(diǎn)火線圈外殼內(nèi)。進(jìn)一步還可以與點(diǎn)火裝置結(jié)合，通過點(diǎn)火裝置在電極凸起(electrode protruding) 與燃燒腔及界定燃燒腔的腔壁之間產(chǎn)生電暈放電。帶電暈放電的點(diǎn)火裝置在文件 W02004/063560 Al 和 W02010/011838 Al 中披露。
燃燒壓力不能直接通過本發(fā)明點(diǎn)火裝置的加速度傳感器直接測(cè)量。由于燃燒壓力不是一個(gè)定值，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)值，因此測(cè)量值不斷變化，盡管如此，燃燒腔內(nèi)燃燒壓力在時(shí)間上的變量可以通過加速度信號(hào)給出，燃燒壓力的以特征量方式的瞬態(tài)調(diào)整都可以通過加速度傳感器產(chǎn)生加速度信號(hào)。這樣使得本發(fā)明中的加速度傳感器尤其適合調(diào)制，通過由加速度傳感器產(chǎn)生的加速度信號(hào)的方式，各個(gè)燃燒腔內(nèi)的燃燒過程可以通過一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置控制。采用由加速度傳感器生成的信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置可以通過預(yù)設(shè)目標(biāo)例如減少排放、減少燃料消耗和/或降低噪音等控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過程。通過采用加速度傳感器的本發(fā)明點(diǎn)火裝置還存在以下額外的有益效果
可以生成燃燒參數(shù)，例如AQlO和AQ50，分別代表燃料轉(zhuǎn)換效率為10% (AQlO)和50% (AQ50)的曲軸的角度位置。還可以用于檢測(cè)噪音等級(jí)和噪音等級(jí)異常變化的信號(hào)，通過將它們傳遞或者存儲(chǔ)在平板電腦上顯示給駕駛員，便于維修檢查的目的。還可以獲取震動(dòng)聲(knocking sounds)，與傳統(tǒng)的安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的震動(dòng)傳感器相比，不僅可以以發(fā)動(dòng)機(jī)作為整體獲取震動(dòng)聲，還可以以每個(gè)燃燒腔為對(duì)象單個(gè)獲取震動(dòng)聲。還可以識(shí)別由其他部件，例如補(bǔ)償軸(compensation shafts)或者渦輪增壓器 (turbo chargers)產(chǎn)生的變量。因此，加速度傳感器的信號(hào)可以被傳遞給頻率分析儀，可用來監(jiān)控特征值和/或異常頻率，幅度及共振等可產(chǎn)生或者導(dǎo)致?lián)p害的信號(hào)。還可以用來在發(fā)動(dòng)機(jī)及點(diǎn)火裝置開發(fā)階段的高加速壽命實(shí)驗(yàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員簡(jiǎn)寫為HALT (Highly Accelerated Life Test，高加速實(shí)驗(yàn))，和/或確定點(diǎn)火裝置的運(yùn)行強(qiáng)度分析的性能參數(shù)。更適于采用一個(gè)能產(chǎn)生電輸出信號(hào)(electrical output signal)的加速度傳感器。電輸出信號(hào)可傳遞給可對(duì)其處理，解釋和用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒周期控制單元或者調(diào)制的控制裝置或者調(diào)制裝置。電輸出信號(hào)還可以直接被點(diǎn)火裝置處理及解釋，如果點(diǎn)火裝置包括一各個(gè)電信號(hào)對(duì)應(yīng)的電子電路。在產(chǎn)生電暈放電的高頻點(diǎn)火裝置中所述電路可以安裝在加熱塞后面的降溫區(qū)或者點(diǎn)火線圈外殼上面。用于處理及解釋加速度傳感器的電路可與一開環(huán)或者閉環(huán)控制裝置的輸入端連接，特別是與先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置連接。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述加速度傳感器，包括一振動(dòng)塊(seismic mass)，所述振動(dòng)塊通過一彈簧的壓縮與壓電體(piezoelectric body)相對(duì)，所述壓電體通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)。所述加速度傳感器為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。另外，MEMS傳感器也可以作為本發(fā)明中的加速度傳感器。MEMS通過微型機(jī)電系統(tǒng)指定加速度傳感器。還可以有小型化加速度傳感器。包括小型彈簧體系統(tǒng)，彈簧體僅有幾微米寬的硅網(wǎng)，其上彈性懸浮有由硅制成的重體。當(dāng)加速度產(chǎn)生時(shí)，彈性懸浮的重體可被檢測(cè)，所述重體與固定的參考電極的距離會(huì)變化。參考電極與重體間的電容會(huì)隨之改變，因此變化的電容可作為加速度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。MEMS傳感器也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。如果點(diǎn)火裝置包括一具有縱向軸的部件，加速度傳感器優(yōu)先被安裝點(diǎn)火裝置內(nèi)所述部件縱軸的同軸位置，這樣加速度傳感器或者包括加速度傳感器的單元可以同軸環(huán)繞在所述部件上。包含加速度傳感器的單元優(yōu)選的還包括一電子電路，更為具體的是為可可以
5處理加速度傳感器信號(hào)的微處理器或者類似微電子電路元件。對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，加速度傳感器可以優(yōu)選安裝在加熱塞內(nèi)。加熱塞的加熱桿的末端伸入燃燒腔。加速度傳感器或者包括加速傳感器的單元可為環(huán)形，這樣可以圍繞于遠(yuǎn)離燃燒腔的加熱桿的末端。這端的溫度足夠低，使得本發(fā)明前述的加速度傳感器能夠承受。加熱塞通常具有金屬外殼，所述金屬外殼用來界定加熱塞的本體，加熱桿的加熱頭從本體上突出伸入燃燒腔內(nèi)。連接裝置與加熱頭之間有一導(dǎo)電線。導(dǎo)電線亦可稱為加熱塞的內(nèi)部電極。加速度傳感器可以沿著導(dǎo)電線(內(nèi)部電極)圍繞在加熱塞外殼內(nèi)。優(yōu)選地， 加速度傳感器設(shè)置在加熱塞外殼的凹槽處。加熱塞此處的溫度低于加熱桿凹槽端的溫度。 加速度傳感器的信號(hào)相通過電路的處理輸出，處理后的加速度傳感器信號(hào)通過電連接裝置傳遞給加熱塞，所述電連接裝置位于加熱塞的凹槽端。在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中，加速度傳感器安裝在火花塞內(nèi)?；鸹ㄈǔ＞哂幸唤饘偻鈿?，具有一從中穿過外殼的中間電極和一隔離所述中間電極與外殼的隔離器。優(yōu)選地，加速度傳感器可為一包括加速度傳感器的單元，所述單元圍繞隔離器，進(jìn)一步，所述包括傳感器的單元位于環(huán)形由外殼的內(nèi)側(cè)和隔離器的外側(cè)之間形成的凹槽處。凹槽可通過隔離器或者內(nèi)部的外殼或隔離器和外殼一起調(diào)整?？紤]到凹槽由隔離器形成，所述凹槽通過模具成型的粉末冶金方式獲得，不需要額外的手段來實(shí)現(xiàn)。加熱塞和火花塞通過擰入螺釘孔固定密封在燃燒腔內(nèi)，出于上述的目的，燃燒腔頂壁上設(shè)有密封座，所述密封座與加熱塞或者火花塞的密封面吻合達(dá)到密封的效果。加速度傳感器優(yōu)選地設(shè)置在與密封座等高處的加熱塞或者火花塞外殼內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)便于保證燃燒腔頂部的變化以最小衰減和最大的帶寬傳遞給加速度傳感器。更進(jìn)一步，所述結(jié)構(gòu)可以使得加速度傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭的冷卻汽缸模塊可靠的熱傳導(dǎo)連接，所述熱傳導(dǎo)連接可使加速度傳感器的溫度可靠的低于150°C，這對(duì)于敏感的電子元件很關(guān)鍵。燃燒腔頂壁即在燃燒腔內(nèi)突出有加熱塞或者火花塞，載氣(燃油和空氣，拋出的燃燒殘余物)的反應(yīng)發(fā)生的位置，并構(gòu)成燃燒腔的頂壁。帶往復(fù)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)中，可移動(dòng)的汽缸頭形成燃燒腔的頂部。顯然，即使加速度傳感器安裝在點(diǎn)火線圈外殼內(nèi)或者上面，加速度傳感器與各個(gè)燃燒腔的連接可滿足將燃燒腔內(nèi)或者上面的變化傳遞給加速度傳感器，尤其是發(fā)生在燃燒腔頂壁的變化可以以足夠小的衰減和足夠大的帶寬傳遞給加速度傳感器，這樣加速度傳感器可以檢測(cè)各個(gè)燃燒腔過程中的變化。點(diǎn)火線圈及點(diǎn)火線圈外殼直接固定在燃燒腔頂壁。 點(diǎn)火線圈外殼通過安裝孔與在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒腔頂部形成的螺釘固定連接。上述例子中，加速度傳感器優(yōu)選地設(shè)置在點(diǎn)火線圈外殼的安裝孔上，因?yàn)檫@種與燃燒腔頂部的物理連接效果特別好。特別地，加速度傳感器或者包含加速度傳感器的單元為環(huán)形的，這樣可沿著安裝孔的路徑密封固定連接。如果發(fā)動(dòng)機(jī)帶有HF點(diǎn)火裝置，即可在燃燒腔內(nèi)產(chǎn)生電暈放電，加速度傳感器優(yōu)選地設(shè)置在點(diǎn)火裝置外殼內(nèi)部。所述點(diǎn)火裝置，包括一 HF火花塞，所述HF火花塞有一個(gè)與加熱塞外殼類似的細(xì)長(zhǎng)的圓柱形的外殼。電極與外殼的同軸，且與外殼電絕緣。線圈和/或高頻振蕩電路的電容安裝在外殼的背面。上述HF火花塞優(yōu)選地與加熱塞、傳統(tǒng)的火花塞使用安裝在高頻火花塞外殼內(nèi)的同軸加速度傳感器或者包含加速度傳感器的單元。在HF火花塞內(nèi)，根據(jù)是否在火花塞和加熱塞內(nèi)設(shè)置加速度傳感器及選擇哪種加速度傳感器的已整合成為一個(gè)加速度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明中火花塞和加熱塞安裝有加速度傳感器，對(duì)于HF 火花塞同樣有效。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明 圖1是帶加熱塞和控制裝置的內(nèi)燃機(jī)燃燒腔的原理框圖； 圖2是移除汽缸蓋的剖面圖3是集成有環(huán)形加速度傳感器的加熱塞第一實(shí)施例的縱向視圖； 圖4是集成有環(huán)形加速度傳感器的加熱塞第二實(shí)施例的縱向視圖； 圖5是集成有環(huán)形加速度傳感器的加熱塞第三實(shí)施例的縱向視圖； 圖6是圖3的局部放大圖7是帶有MEMS加速度傳感器的加熱塞第四實(shí)施例的縱向視圖； 圖8是圖7的局部放大圖9是本發(fā)明帶有加熱塞和控制裝置的燃燒腔的原理框圖； 圖10是集成有加速度傳感器的火花塞第一實(shí)施例的縱向視圖； 圖11是集成有加速度傳感器的火花塞第二實(shí)施例的縱向視圖； 圖12是帶火花塞和點(diǎn)火線圈并集成有加速度傳感器的燃燒腔的原理框圖； 圖13是點(diǎn)火線圈外殼內(nèi)集成有加速度傳感器的斜視圖； 圖14是圖13中外殼側(cè)面的安裝孔的縱向視圖； 圖15是圖14中集成有加速度傳感器的安裝孔的局部放大圖； 圖16是圖15的另一種變形結(jié)構(gòu)的示意圖。不同附圖中相同或者相應(yīng)部分指定同一附圖標(biāo)記。附圖標(biāo)記
1燃燒腔；Ia燃燒區(qū)域；2活塞；2a連桿；3加熱塞；
4控制裝置；
5加速度傳感器；
5a壓電體；
5b震動(dòng)體；
5c環(huán)形彈簧；
6加熱塞外殼；
7燃燒腔頂壁/汽缸蓋；
8基底；
9電加熱塞連接部件； 10支撐線； 11隔離器； 12加熱桿； 13陶瓷隔離器； 14腔室； 15冷卻腔； 16密封面；17密封座；18內(nèi)部電極；19凹槽；20信號(hào)線；21肩部的密封座；22密封環(huán)；23火花塞；24中心電極；25陶瓷隔離器；26火花塞外殼；2726的外部線路；28凹槽；29電火花塞連接部件；30點(diǎn)火線圈外殼；31點(diǎn)火線圈；32入口點(diǎn)連接部件；3330的底座；34孔；35螺釘；36凹槽；37支撐環(huán)；38點(diǎn)火裝置的縱向軸。
具體實(shí)施例方式圖1的原理框圖顯示了一燃燒腔1，燃燒腔1的汽缸內(nèi)設(shè)有活塞2，活塞2上安裝有加熱桿加。燃燒腔1通過燃燒腔頂壁(combustion chamber roof)7向上封閉。在活塞 2與燃燒腔頂壁7之間的區(qū)域Ia內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。因此，此處區(qū)域Ia被稱為燃燒區(qū)域。從燃燒腔頂壁7插入有一加熱塞3。加熱塞3連接有一控制裝置4?？刂蒲b置4為一控制引擎性能的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，亦可稱為加熱控制裝置，可分解為單個(gè)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒腔的加熱塞的控制裝置。加熱塞3的外殼6內(nèi)安裝有加速度傳感器5，外殼通常作為加熱塞的附件一起構(gòu)成加熱塞。傳感器集成有一分析電路或者分析電路的部分，以構(gòu)成處理來自加速度傳感器5的測(cè)量信號(hào)的單元。如果加熱塞3的外殼6內(nèi)沒有分析電路，則分析電路可以位于控制裝置4內(nèi)。加速度傳感器5可以為單軸、雙軸或者三軸傳感器，可以測(cè)量發(fā)生在一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)不同方向軸上的加速度。由于傳感器設(shè)置在燃燒腔頂壁7內(nèi)或者燃燒腔頂壁7之上， 加速度傳感器5主要并且最先檢測(cè)燃燒腔頂壁7和加熱塞3上的移動(dòng)，主要并且最先被燃燒區(qū)域Ia和/或燃燒腔1的移動(dòng)部件的與燃燒腔1和驅(qū)動(dòng)部件的相關(guān)的數(shù)值激發(fā)，所述移動(dòng)部件具體為活塞2。加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7之間良好的機(jī)械連接很重要，這樣發(fā)生在燃燒腔頂壁7上的加速度變化可以在最小的衰減和最大的帶寬下傳遞給加速度傳感器5。因此，加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7的高度相同，特別是設(shè)置在鄰近燃燒腔頂壁7的下部，具有更好的效果。加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7之間的良好物理連接意味著存在良好的熱傳導(dǎo)連接。燃燒腔頂壁7，通常為移動(dòng)式的汽缸頭，一般需要制冷處理。汽缸頭上布有供抽送發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的制冷通道15。在燃燒腔頂壁7上設(shè)置的與之高度相等的加速度傳感器5的溫度將維持在150°C以下，這樣對(duì)電子電氣元件很重要。燃燒腔1內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程是燃燒腔頂壁7和加熱塞3上產(chǎn)生加速度的主要原因。加速度傳感器5提供的加速度信號(hào)的值，特別是變化率(variation in time)，可以推測(cè)燃燒腔1內(nèi)的燃燒過程，可以判斷出最佳的點(diǎn)火時(shí)機(jī)和完全點(diǎn)火時(shí)前端火焰的傳播速度，所述信息可作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的輸入數(shù)據(jù)，以控制燃燒周期，或者作為加熱控制裝置的輸入數(shù)據(jù)，以控制加熱塞3的加熱過程。圖2顯示了汽缸頭垂直方向的剖面視圖，汽缸頭朝上有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔1，在下端有往復(fù)性活塞作為燃燒腔頂壁7。加熱塞3處于可見的位置，加熱塞的圓柱形外殼6通過汽缸頭7上的導(dǎo)向孔插入并與之保持良好的熱傳導(dǎo)接觸。加熱桿12的加熱頭13從加熱塞外殼6延伸出并伸入燃燒區(qū)域la。通道14形成一個(gè)噴嘴并在加熱頭13附近指向燃燒區(qū)域。汽缸頭7布設(shè)有多個(gè)制冷通道15。圖3-圖5顯示了在加熱塞3的外殼6內(nèi)安裝加速度傳感器5的三種不同的位置。在加熱塞3的外殼6的前端設(shè)有一錐形密封面16，所述密封面與倒錐形密封座17 相對(duì)，所述密封座設(shè)置在接受加熱塞3的汽缸頭7的孔內(nèi)。在圖3所示的加熱塞3的實(shí)施例中，加速度傳感器5安裝在加熱塞3的外殼6的錐形密閉面6附近，相應(yīng)地與燃燒腔頂壁7的密封座17相鄰。這樣的位置，由于加速度傳感器5直接設(shè)置在燃燒區(qū)域Ia內(nèi)，便于通過加速度傳感器5檢測(cè)燃燒過程。密封座17與密封面16的結(jié)合可以保證與燃燒腔頂壁7有良好的熱傳導(dǎo)連接。可以設(shè)置測(cè)量加速度最佳的測(cè)量先決條件，如檢測(cè)燃燒腔1內(nèi)的燃燒過程起點(diǎn)的加速度值。加速度傳感器5為環(huán)形的，設(shè)置在加熱塞外殼6的凹槽內(nèi)，優(yōu)選地圍繞同軸后方的加熱桿12的冷卻端，由于外殼6與制冷的燃燒腔頂壁7的密封座17直接良好的連接，可以保證溫度低于150°C。在圖4所示的具體實(shí)施例中，加速度傳感器5也為環(huán)形的，然而與圖3相比，沿加熱塞3的冷卻端向后移動(dòng)。位于加熱塞3的中間位置，優(yōu)選地包圍同軸的內(nèi)部電極18，所述內(nèi)部電極18給加熱桿12提供電流。在圖5所示的實(shí)施例中，加速度傳感器15在加熱塞3的外殼6的繼續(xù)往后移，位于電加熱塞連接部件9處。這里，所述加速度傳感器5為環(huán)形，加熱塞3的內(nèi)部電極18可以貫穿其中。一個(gè)螺紋孔，加熱塞3通過螺紋孔擰入燃燒腔頂壁7上的孔，位于處于加速度傳感器5與電加熱塞連接部件9之間加速度傳感器5的附近。緊固螺紋連接保證加速度傳感器5可以理想的接受測(cè)量的加速度變化情況。加速度信號(hào)僅受傳遞金屬剛度的而衰減。 在加熱塞連接部件9的螺紋之上設(shè)置加速度傳感器5也是可以的，但這種情況會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰減，不是最優(yōu)的。圖6顯示了圖3中加速度傳感器5的安裝細(xì)節(jié)一個(gè)放置在另一個(gè)上面，例如，環(huán)形壓電體5a，環(huán)形振動(dòng)塊恥和環(huán)形彈簧5c，所述環(huán)形彈簧5c與壓電體fe相對(duì)并頂住其間
9的振動(dòng)塊恥。所述三個(gè)部件5 5b和5c位于加熱塞3的外殼6內(nèi)的環(huán)形凹槽19內(nèi)。所述凹槽19與加熱桿12的后端同軸，加熱塞3的縱向軸38朝向加熱桿12開口。壓電體5 振動(dòng)塊恥及彈簧5c還可以以相反的順序設(shè)置在凹槽19內(nèi)，在但加速度傳感器5步入圖6所示的安裝形式靈敏，圖6中彈簧5c安裝在振動(dòng)塊恥遠(yuǎn)離燃燒區(qū)域 Ia的一側(cè)，壓電體fe安裝在振動(dòng)塊恥指向燃燒區(qū)域Ia的一側(cè)。電連接部件與壓電體fe連接，提取由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)，圖6中未顯示出電導(dǎo)線，通過這樣的連接可傳遞至安裝在加熱塞3的外殼內(nèi)部或者外部或者部分在內(nèi)部分在外的分析電路。圖6所示的加速度傳感器5亦可以用于圖4和圖5所示的實(shí)施例中。將壓電體如與分析電路連接的導(dǎo)線，可為電纜，尤其是屏蔽電纜，或者印制在剛性或者撓性基板(例如柔性金屬箔)上的屏蔽線或者非屏蔽線。印制導(dǎo)體路徑可以預(yù)先設(shè)計(jì)在加熱塞3外殼6的內(nèi)部或者外部。當(dāng)組裝圖3中所示的加熱塞3時(shí)，可以采用如下方式首先從外殼的前端將加速度傳感器fe安裝在凹槽19處，接著從同一端將帶內(nèi)部電極18的加熱桿12插入外殼6內(nèi)，并貫穿安裝在里面的加速度傳感器5，最后，從外殼的后端將加熱塞連接部件9封裝起來。當(dāng)組裝圖4中所述的加熱塞3時(shí)，可采用如下方式首先是來自加熱塞連接部件9 的加速度傳感器被安裝在加熱塞3的外殼6內(nèi)的凹槽19處，接著將加熱桿12從外殼6的前端插入，接著內(nèi)部電極沿著加速度傳感器5中間的孔推入并通過螺紋固定在外殼6內(nèi)。最后，從外殼6的后端安裝電加熱塞連接部件。在圖5所示的實(shí)施例中，加熱塞3可采用以下方式組裝帶內(nèi)部電極18的加熱桿 12從外殼的前端通過螺紋方式固定，接著，加速度傳感器5從加熱塞連接部件9的方向推入外殼6內(nèi)并卡住凹槽內(nèi)。最后，安裝電加熱塞連接部件9。結(jié)合圖7和圖8，加速度傳感器5安裝在加熱桿12的后端附近。加速度傳感器5 固定在基板8上，所述基板8通過一隔離器11與陶瓷隔離器1 連接，這樣將加熱塞3的內(nèi)部電極18與加熱桿12隔離開。加熱桿12的加熱電流來自內(nèi)部電極18。在圖7和圖8 的例子中，加速度傳感器5不包圍內(nèi)部電極18。相反，加熱桿12的內(nèi)部電極18連接有繞過加速度傳感器5的柔性導(dǎo)線10。來自加速度傳感器的信號(hào)線20，可為屏蔽線或者柔性金屬箔，與之相連的電加熱塞連接部件9進(jìn)一步還電連接有一解釋加速度信號(hào)的處理器。圖 7和圖8所示的加速度傳感器5為MEMS傳感器，如前面描述的傳感器。加熱塞上設(shè)有的加速度傳感器5不僅可以基于加速度信號(hào)得出燃燒腔1內(nèi)的相對(duì)燃燒壓力的情況，還可以觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音生成并監(jiān)視其異常情況。各個(gè)燃燒腔1內(nèi)的轟鳴可以檢測(cè)或者通過控制燃燒來消除。加速度信號(hào)的曲線可以決定點(diǎn)火時(shí)間，并得出燃燒腔1內(nèi)的火焰的傳播速度。最后，還可以測(cè)量加熱塞在引擎工作期間的加速度，并用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)壽命測(cè)試(Highly Accelerated Life Test, HALT)。最后，由加熱塞3內(nèi)的加速度傳感器5得到的加速度信號(hào)可以用于基于發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)燃燒腔內(nèi)的加速度信號(hào)控制或者調(diào)整加熱塞的加熱的溫度。圖9所示的實(shí)施例與圖1中實(shí)施例的差別在于其應(yīng)用于奧托發(fā)動(dòng)機(jī)而不是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。相應(yīng)地，火花塞23替換加熱塞3?；鸹ㄈ?3的外殼沈內(nèi)安裝有加速度傳感器5，作為火花塞的附件。傳感器進(jìn)一步還連接有一分析電路或者分析電路的部分以構(gòu)成一處理來自傳感器5的加速度信號(hào)的單元。如果火花塞23的外殼沈內(nèi)沒有分析電路，則分析電路位于控制裝置4內(nèi)。加速度傳感器5可以為單軸、雙軸或者三軸傳感器，可以測(cè)量發(fā)生在一個(gè)，兩個(gè)或者三個(gè)不同方向軸上的加速度。由于傳感器設(shè)置在燃燒腔頂壁7內(nèi)或者燃燒腔頂壁7之上， 加速度傳感器5主要并且最先檢測(cè)燃燒腔頂壁7和加熱塞3上的移動(dòng)，主要并且最先被燃燒區(qū)域Ia和/或燃燒腔1的移動(dòng)部件的與燃燒腔1和驅(qū)動(dòng)部件的相關(guān)的數(shù)值激發(fā)，所述移動(dòng)部件具體為活塞2。加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7之間良好的機(jī)械連接很重要，這樣發(fā)生在燃燒腔頂壁7上的加速度變化可以在最小的衰減和最大的帶寬下傳遞給加速度傳感器5。因此，加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7的高度相同，特別是設(shè)置在鄰近燃燒腔頂壁7的下部，具有更好的效果。加速度傳感器5與燃燒腔頂壁7之間的良好物理連接意味著存在良好的熱傳導(dǎo)連接。燃燒腔頂壁7，通常為移動(dòng)式的汽缸頭，一般需要制冷處理。汽缸頭上布有供抽送發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的制冷通道15。在燃燒腔頂壁7上設(shè)置的與之高度相等的加速度傳感器5的溫度將維持在150°C以下，這樣對(duì)電子電氣元件很重要。燃燒腔1內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程是燃燒腔頂壁7和火花23上產(chǎn)生加速度的主要原因。加速度傳感器5提供的加速度信號(hào)的值，特別是變化率(variation in time)，可以推測(cè)燃燒腔 1內(nèi)的燃燒過程，可以判斷出最佳的點(diǎn)火時(shí)機(jī)和完全點(diǎn)火時(shí)前端火焰的傳播速度，所述信息可作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的輸入數(shù)據(jù)，以控制燃燒周期，或者作為加熱控制裝置的輸入數(shù)據(jù)， 以控制火花塞23的加熱過程。圖10和圖11顯示了加速度傳感器安裝在火花塞23的外殼沈內(nèi)的兩種不同方式。 兩種方式中的導(dǎo)線27位于火花塞23前部的外殼沈的外側(cè)，所述導(dǎo)線可以通過位于燃燒腔頂壁7的導(dǎo)線孔擰入火花塞23內(nèi)，所述燃燒腔頂壁為一移動(dòng)式的汽缸頭。一個(gè)肩部21與外部導(dǎo)線27連接，在肩部之前設(shè)置有一密封環(huán)22。所述密封環(huán)與燃燒腔頂壁7形成的密封
座一起工作。在圖10所示的火花塞的實(shí)施例中，加速度傳感器5與外部導(dǎo)線27等高設(shè)置并位于火花塞23的內(nèi)部電極附近。由于加速度傳感器直接位于燃燒區(qū)域Ia的上面，這樣的位置便于通過加速度傳感器5檢測(cè)燃燒過程。進(jìn)一步，結(jié)合肩部21，密封環(huán)22和燃燒腔頂壁 7上的密封座可以保證加速度傳感器5與燃燒腔頂壁可靠的物理連接。預(yù)先可以設(shè)定加速度傳感器優(yōu)選的參數(shù)，這樣可以檢測(cè)各個(gè)燃燒腔1內(nèi)燃燒周期的起點(diǎn)。加速度傳感器5與相應(yīng)的環(huán)形組成部件一致為環(huán)形的，優(yōu)選的與火花塞23的縱向軸38同軸并位于凹槽觀處，所述凹槽觀由火花塞23的外殼沈與陶瓷隔離器25形成。加速度傳感器由于與冷卻的燃燒腔頂壁7保持良好接觸，因此其溫度處于150°C以下。加速度傳感器5的組裝與圖6所示的加熱塞中一致。信號(hào)線20用于通過隔離器25與外殼沈的空隙連接柔性金屬箔上的屏蔽線和電加熱塞連接部件四。在加熱塞中集成加速度傳感器的有益效果，對(duì)于集成了加速度傳感器的火花塞同樣有效。在圖11所示的實(shí)施例中，加速度傳感器5為包含所述傳感器的一個(gè)單元，所述單元亦為環(huán)形并與火花塞23的縱向軸38同軸，然而與圖10相比，更接近于火花塞的冷卻端。 所述傳感器位于火花塞23中部的凹槽28處，處于火花塞23的外殼沈內(nèi)并與環(huán)形肩部21同高。此處火花塞23與冷卻的燃燒腔頂壁7的機(jī)械和熱傳導(dǎo)連接很好，同時(shí)加速度傳感器 5與燃燒腔頂壁7的熱傳導(dǎo)連接也良好。檢測(cè)燃燒區(qū)域Ia燃燒周期起點(diǎn)的加速度信號(hào)會(huì)到達(dá)加速度傳感器5、火花塞23的金屬外殼及燃燒腔頂壁7的金屬。圖12所示的實(shí)施例與圖9所示的實(shí)施例的區(qū)別在于加速度傳感器不在火花塞23 內(nèi)，而是在點(diǎn)火線圈31的外殼30內(nèi)側(cè)或者點(diǎn)火線圈31的外殼30的外側(cè)。點(diǎn)火線圈31與安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的火花塞23連接。點(diǎn)火線圈31的外殼30旋入發(fā)動(dòng)機(jī)模塊內(nèi)，特別是燃燒腔頂壁7內(nèi)，例如燃燒腔頂壁7為移動(dòng)的汽缸頭。圖13和圖14顯示了點(diǎn)火線圈31的外殼30內(nèi)集成有加速度傳感器的實(shí)施例。圖 13中顯示了外殼30的斜視圖，圖中移除了外殼30的蓋子，這樣可以看見里面的點(diǎn)火線圈 31。電加熱塞連接部件32位于外殼30的外側(cè)。外殼30的基座33上設(shè)有孔34，這樣外殼 30可以通過燃燒腔頂壁7提供的螺釘35來固定。參照?qǐng)D14至圖16，加速度傳感器5位于孔34的凹槽36處，通過支撐環(huán)37固定。 加速度傳感器5或者包含加速傳感器的單元一環(huán)形的方式圍繞孔34中的螺釘35。這樣的結(jié)構(gòu)，加速度傳感器5直接位于燃燒區(qū)域Ia上面的燃燒腔頂壁附近。設(shè)定燃燒區(qū)域Ia內(nèi)燃燒過程中測(cè)量加速度信號(hào)的參數(shù)。圖15和16顯示了在孔34內(nèi)安裝加速度傳感器5的兩種不同方式。在上述兩種方式中，采用如圖6所示的壓電體加速度傳感器5，可以參考圖6中的描述。在圖15中，彈簧5c位于上方，壓電體fe位于下方。在圖16的實(shí)施例中，順序正好相反。兩個(gè)例子中振動(dòng)塊恥都位于彈簧5c和壓電體fe之間。點(diǎn)火線圈31還可以與其他種類的加速度傳感器連接，例如可以參考圖8中所述的 MEMS加速度傳感器。參照?qǐng)D12至16，加速度傳感器5輸出的信號(hào)的電連接可以為印制在基板或者撓性板，例如柔性金屬箔上印制的導(dǎo)線或者屏蔽線，所述導(dǎo)線上還連接有解釋信號(hào)的處理器。線路優(yōu)選為屏蔽線。為了簡(jiǎn)化，圖13至16中省略了電結(jié)點(diǎn)和連接導(dǎo)線。前文中所述加熱塞3內(nèi)或者火花塞23內(nèi)加速度傳感器的有益效果，同樣適用于點(diǎn)火線圈32的外殼沈的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)設(shè)置加速度傳感器5的結(jié)構(gòu)。以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)限定的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，包括一個(gè)或者多個(gè)燃燒腔(1 )，各燃燒腔上連接有點(diǎn)火裝置 (3、23、30、31)，點(diǎn)火裝置包括一檢測(cè)各個(gè)燃燒腔(1)內(nèi)燃燒過程引起的測(cè)量值的傳感器 (5)，其特征在于所述傳感器(5)為加速度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器提供電輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于加速度傳感器包括一振動(dòng)塊(5b)，所述振動(dòng)塊(5b)被彈簧(5c)壓在壓電體(5a)上，所述壓電體(5a)在振動(dòng)塊 (5b)的作用下生成電輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器(5)為微型機(jī)電系統(tǒng)即MEMS傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火裝置(3、23、30、31)包括一具有縱向軸(38)的部件(12、18、25、35)，所述加速度傳感器(5)與具有縱向軸(38)的部件同軸安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器(5)圍繞具有帶縱向軸的部件(12、18、25、35 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器為多軸傳感器，特別是三軸傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器(5)安裝在加熱塞(3)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于加熱塞(3)設(shè)有一加熱桿(12)，所述加熱桿(12)的加熱頭(13)伸入燃燒腔(1)的燃燒區(qū)域(Ia)內(nèi)，加速度傳感器(5)圍繞在加熱桿(12)遠(yuǎn)離燃燒腔(1)的末端，并固定在加熱塞(3)的外殼(6)的凹槽(19)處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于加熱塞(3) 包括一外殼(6)，加熱桿(12)固定在外殼(6)內(nèi)，加熱桿(12)的加熱頭(13)延伸入燃燒腔(1)的燃燒區(qū)域(Ia)內(nèi)，加熱塞(3 )還包括一安裝在外殼(6 )后端的電加熱塞連接部件(9)和用于連接加熱桿(12)與安裝在外殼(6)凹槽(19)處加速度傳感器(5)的電支撐導(dǎo)線(10)，所述加速度傳感器(5)圍繞電支撐導(dǎo)線(10)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器(5)安裝在火花塞(23)內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于火花塞(23)包括一金屬外殼(26)，貫穿外殼26的中心電極(24)，所述中心電極(24)位于隔離器(25)內(nèi)與外殼 (26)電絕緣，隔離器(25)上圍繞有加速度傳感器(5)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于加速度傳感器(5)處于并固定在由隔離器(25)的外側(cè)與外殼(26)內(nèi)側(cè)形成的環(huán)形凹槽(28)處。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于密封座(17)安裝在加熱塞(3)上，所述加速度傳感器(5)與密封座(17)等高。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述加速度傳感器(5)固定在點(diǎn)火線圈(31)的外殼(30)的外側(cè)或者內(nèi)側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于點(diǎn)火線圈 (31)的外殼(30)有一孔(34)，用于固定內(nèi)燃機(jī)的外殼(30)，加速度傳感器(5)以環(huán)形方式安裝在孔(34)上，更好地處于孔(34)內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于加速度傳感器(5)位于點(diǎn)火裝置(3、23)的外殼(30)內(nèi)，在燃燒腔(1)內(nèi)通過點(diǎn)火裝置可生成電暈放電。
18.—種帶一個(gè)或者多個(gè)燃燒腔(1)的內(nèi)燃機(jī)，每個(gè)燃燒腔(1)內(nèi)包含有如權(quán)利要求1 至17任一所述的點(diǎn)火裝置(3、23)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的一種內(nèi)燃機(jī)，其特征在于燃燒腔(1)在點(diǎn)火裝置(3、23) 附近由燃燒腔頂壁(7)封閉，所述加速度傳感器(5)固定在燃燒腔頂壁(7)的底面或者上
20.根據(jù)權(quán)利要求1至17任一項(xiàng)所述的點(diǎn)火裝置的用途，可以用來檢測(cè)點(diǎn)火時(shí)間和/ 或燃燒壓力，燃燒壓力的變化率和/或例如AQlO和AQ50的燃燒參數(shù)，和/或噪音等級(jí)，和 /或震動(dòng)聲，和/或補(bǔ)償軸，和/或渦輪增壓變量，和/或高加速壽命實(shí)驗(yàn)，和/或確定點(diǎn)火裝置的運(yùn)行強(qiáng)度分析的性能參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于密封座(21)安裝在加熱塞(23)上，所述加速度傳感器(5)與密封座(21)等高。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃點(diǎn)火裝置，包括一個(gè)或者多個(gè)燃燒腔(1)，每個(gè)燃燒腔的點(diǎn)火裝置(3、23、30、31)集成有一檢測(cè)各個(gè)燃燒腔(1)內(nèi)燃燒過程引起的測(cè)量值的傳感器(5)，本發(fā)明中所述傳感器(5)為加速度傳感器。
文檔編號(hào)G01P15/097GK102384002SQ20111024147
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者B·拉斯特, K·沃倫, M·薩克曼 申請(qǐng)人:博格華納貝魯系統(tǒng)有限公司