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    关 键 词:
    一种 内燃机 点火装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110241474.1

    申请日:

    2011.08.22

    公开号:

    CN102384002A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):F02P 13/00申请公布日:20120321|||实质审查的生效IPC(主分类):F02P 13/00申请日:20110822|||公开
    IPC分类号: F02P13/00; G01P15/097 主分类号: F02P13/00
    申请人: 博格华纳贝鲁系统有限公司
    发明人: M·萨克曼; B·拉斯特; K·沃伦
    地址: 德国路德维希堡
    优先权: 2010.08.26 DE 102010035422.8
    专利代理机构: 广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205 代理人: 谭志强
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110241474.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.02.03|||2013.09.18|||2012.03.21

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种内燃点火装置,包括一个或者多个燃烧腔(1),每个燃烧腔的点火装置(3、23、30、31)集成有一检测各个燃烧腔(1)内燃烧过程引起的测量值的传感器(5),本发明中所述传感器(5)为加速度传感器。

    权利要求书

    1.一种内燃机点火装置,包括一个或者多个燃烧腔(1),各燃烧腔上连接有点火装置(3、23、30、31),点火装置包括一检测各个燃烧腔(1)内燃烧过程引起的测量值的传感器(5),其特征在于:所述传感器(5)为加速度传感器。2.根据权利要求1所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器提供电输出信号。3.根据权利要求2所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:加速度传感器包括一振动块(5b),所述振动块(5b)被弹簧(5c)压在压电体(5a)上,所述压电体(5a)在振动块(5b)的作用下生成电输出信号。4.根据权利要求2所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器(5)为微型机电系统即MEMS传感器。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述点火装置(3、23、30、31)包括一具有纵向轴(38)的部件(12、18、25、35),所述加速度传感器(5)与具有纵向轴(38)的部件同轴安装。6.根据权利要求5所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器(5)围绕具有带纵向轴的部件(12、18、25、35)。7.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器为多轴传感器,特别是三轴传感器。8.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器(5)安装在加热塞(3)内。9.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:加热塞(3)设有一加热杆(12),所述加热杆(12)的加热头(13)伸入燃烧腔(1)的燃烧区域(1a)内,加速度传感器(5)围绕在加热杆(12)远离燃烧腔(1)的末端,并固定在加热塞(3)的外壳(6)的凹槽(19)处。10.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:加热塞(3)包括一外壳(6),加热杆(12)固定在外壳(6)内,加热杆(12)的加热头(13)延伸入燃烧腔(1)的燃烧区域(1a)内,加热塞(3)还包括一安装在外壳(6)后端的电加热塞连接部件(9)和用于连接加热杆(12)与安装在外壳(6)凹槽(19)处加速度传感器(5)的电支撑导线(10),所述加速度传感器(5)围绕电支撑导线(10)。11.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器(5)安装在火花塞(23)内。12.根据权利要求11所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:火花塞(23)包括一金属外壳(26),贯穿外壳26的中心电极(24),所述中心电极(24)位于隔离器(25)内与外壳(26)电绝缘,隔离器(25)上围绕有加速度传感器(5)。13.根据权利要求12所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:加速度传感器(5)处于并固定在由隔离器(25)的外侧与外壳(26)内侧形成的环形凹槽(28)处。14.根据权利要求8所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:密封座(17)安装在加热塞(3)上,所述加速度传感器(5)与密封座(17)等高。15.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:所述加速度传感器(5)固定在点火线圈(31)的外壳(30)的外侧或者内侧。16.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:点火线圈(31)的外壳(30)有一孔(34),用于固定内燃机的外壳(30),加速度传感器(5)以环形方式安装在孔(34)上,更好地处于孔(34)内。17.根据权利要求1至4任一项所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:加速度传感器(5)位于点火装置(3、23)的外壳(30)内,在燃烧腔(1)内通过点火装置可生成电晕放电。18.一种带一个或者多个燃烧腔(1)的内燃机,每个燃烧腔(1)内包含有如权利要求1至17任一所述的点火装置(3、23)。19.根据权利要求18所述的一种内燃机,其特征在于:燃烧腔(1)在点火装置(3、23)附近由燃烧腔顶壁(7)封闭,所述加速度传感器(5)固定在燃烧腔顶壁(7)的底面或者上面。20.根据权利要求1至17任一项所述的点火装置的用途,可以用来检测点火时间和/或燃烧压力,燃烧压力的变化率和/或例如AQ10和AQ50的燃烧参数,和/或噪音等级,和/或震动声,和/或补偿轴,和/或涡轮增压变量,和/或高加速寿命实验,和/或确定点火装置的运行强度分析的性能参数。21.根据权利要求11所述的一种内燃机点火装置,其特征在于:密封座(21)安装在加热塞(23)上,所述加速度传感器(5)与密封座(21)等高。

    说明书

    一种内燃机点火装置

    技术领域

    ?本发明涉及一种内燃机点火装置。

    背景技术

    本发明涉及一种带一个或者多个燃烧腔的内燃机点火装置,与所述每个燃烧腔连接的点火装置含有一传感器,所述传感器反映一个燃烧周期内单个燃烧腔内被测量值的变化。上述的点火装置已记载在2004年11期MTZ期刊上由Hans?Houben?et?al发表的《柴油发动机上的压力传感器加热塞》(Pressure?sensor?glow?plug?(PSG)?for?diesel?engines)。这篇文章介绍了一种用于柴油发动机的加热塞(glow?plug),所述加热塞集成有一能在燃烧腔内测量由加热塞产生的压力的压力传感器。燃烧腔内的压力通过加热塞上的加热杆(heating?rod)传递至加热塞外壳内的不锈钢薄膜内,所述不锈钢薄膜内有由微机械、紧绷的晶体硅电阻线结合构成一个惠斯通电桥(Wheatstone?bridge)。加热塞的加热杆被弹性安装在加热塞外壳内以满足上述要求?;菟雇ǖ缜帕佑幸环⒍刂谱爸?。发动机控制装置可以基于燃烧腔内气压随时间变化的幅度调节燃烧周期。然而,上述装置的优点是由加热塞及其上可移动的加热杆的昂贵构造带来的。

    发明内容

    本发明提供一种控制燃烧过程的测量值的方便检测途径。

    通过一种点火装置及一种带有上述点火装置的内燃机。优点可在本发明的具体实施方式及优选实施例中得到阐述。

    本发明中,用于检测变化量的传感器,主要受各个燃烧腔内燃烧过程的影响。所述传感器为加速度传感器,用于与各个燃烧腔连接的内燃机的点火装置。

    变化量可通过加速度传感器获得,所述变化量为内燃机各个燃烧腔内燃烧过程的特征值并可用于对各个燃烧腔内燃烧过程的调节,点火装置与各个包含加速度传感器的燃烧腔连接。

    本发明的有益效果:

    压力测量加热塞的另一替换方式,当点火装置采用加速度传感器时,不需要感知燃烧压力并将压力传递给传感器的移动部件。

    加速度传感器可以集成在加热塞中,不需要如压力测量加热塞中采用的移动方式安装的加热杆。

    所述加热塞上安装的加速度传感器远小于加热塞上安装的压力传感器。

    本发明加热塞可应用于柴油发动机、奥托发动机和汽油发动机。

    加速度传感器还可与火花塞或者点火线圈外壳结合,或者安装在点火线圈外壳内。进一步还可以与点火装置结合,通过点火装置在电极凸起(electrode?protruding)与燃烧腔及界定燃烧腔的腔壁之间产生电晕放电。带电晕放电的点火装置在文件WO2004/063560?A1和WO2010/011838?A1中披露。

    燃烧压力不能直接通过本发明点火装置的加速度传感器直接测量。由于燃烧压力不是一个定值,而是一个动态值,因此测量值不断变化,尽管如此,燃烧腔内燃烧压力在时间上的变量可以通过加速度信号给出,燃烧压力的以特征量方式的瞬态调整都可以通过加速度传感器产生加速度信号。这样使得本发明中的加速度传感器尤其适合调制,通过由加速度传感器产生的加速度信号的方式,各个燃烧腔内的燃烧过程可以通过一个发动机控制装置控制。

    采用由加速度传感器生成的信号,发动机控制装置可以通过预设目标例如减少排放、减少燃料消耗和/或降低噪音等控制发动机内的燃烧过程。

    通过采用加速度传感器的本发明点火装置还存在以下额外的有益效果:

    可以生成燃烧参数,例如AQ10和AQ50,分别代表燃料转换效率为10%(AQ10)和50%(AQ50)的曲轴的角度位置。

    还可以用于检测噪音等级和噪音等级异常变化的信号,通过将它们传递或者存储在平板电脑上显示给驾驶员,便于维修检查的目的。

    还可以获取震动声(knocking?sounds),与传统的安装在发动机上的震动传感器相比,不仅可以以发动机作为整体获取震动声,还可以以每个燃烧腔为对象单个获取震动声。

    还可以识别由其他部件,例如补偿轴(compensation?shafts)或者涡轮增压器(turbo?chargers)产生的变量。因此,加速度传感器的信号可以被传递给频率分析仪,可用来监控特征值和/或异常频率,幅度及共振等可产生或者导致损害的信号。

    还可以用来在发动机及点火装置开发阶段的高加速寿命实验,本领域技术人员简写为HALT(Highly?Accelerated?Life?Test,高加速实验),和/或确定点火装置的运行强度分析的性能参数。

    更适于采用一个能产生电输出信号(electrical?output?signal)的加速度传感器。电输出信号可传递给可对其处理,解释和用于发动机燃烧周期控制单元或者调制的控制装置或者调制装置。电输出信号还可以直接被点火装置处理及解释,如果点火装置包括一各个电信号对应的电子电路。在产生电晕放电的高频点火装置中所述电路可以安装在加热塞后面的降温区或者点火线圈外壳上面。用于处理及解释加速度传感器的电路可与一开环或者闭环控制装置的输入端连接,特别是与先进发动机上的发动机控制装置连接。

    为了实现本发明的目的,所述加速度传感器,包括一振动块(seismic?mass),所述振动块通过一弹簧的压缩与压电体(piezoelectric?body)相对,所述压电体通过压电效应产生电信号。所述加速度传感器为本领域技术人员公知的技术。

    另外,MEMS传感器也可以作为本发明中的加速度传感器。MEMS通过微型机电系统指定加速度传感器?;箍梢杂行⌒突铀俣却衅?。包括小型弹簧体系统,弹簧体仅有几微米宽的硅网,其上弹性悬浮有由硅制成的重体。当加速度产生时,弹性悬浮的重体可被检测,所述重体与固定的参考电极的距离会变化。参考电极与重体间的电容会随之改变,因此变化的电容可作为加速度测量的标准。MEMS?传感器也是本领域技术人员公知的技术。

    如果点火装置包括一具有纵向轴的部件,加速度传感器优先被安装点火装置内所述部件纵轴的同轴位置,这样加速度传感器或者包括加速度传感器的单元可以同轴环绕在所述部件上。包含加速度传感器的单元优选的还包括一电子电路,更为具体的是为可可以处理加速度传感器信号的微处理器或者类似微电子电路元件。对于柴油发动机,加速度传感器可以优选安装在加热塞内。加热塞的加热杆的末端伸入燃烧腔。加速度传感器或者包括加速传感器的单元可为环形,这样可以围绕于远离燃烧腔的加热杆的末端。这端的温度足够低,使得本发明前述的加速度传感器能够承受。

    加热塞通常具有金属外壳,所述金属外壳用来界定加热塞的本体,加热杆的加热头从本体上突出伸入燃烧腔内。连接装置与加热头之间有一导电线。导电线亦可称为加热塞的内部电极。加速度传感器可以沿着导电线(内部电极)围绕在加热塞外壳内。优选地,加速度传感器设置在加热塞外壳的凹槽处。加热塞此处的温度低于加热杆凹槽端的温度。加速度传感器的信号相通过电路的处理输出,处理后的加速度传感器信号通过电连接装置传递给加热塞,所述电连接装置位于加热塞的凹槽端。

    在奥托发动机中,加速度传感器安装在火花塞内?;鸹ㄈǔ>哂幸唤鹗敉饪?,具有一从中穿过外壳的中间电极和一隔离所述中间电极与外壳的隔离器。优选地,加速度传感器可为一包括加速度传感器的单元,所述单元围绕隔离器,进一步,所述包括传感器的单元位于环形由外壳的内侧和隔离器的外侧之间形成的凹槽处。凹槽可通过隔离器或者内部的外壳或隔离器和外壳一起调整??悸堑桨疾塾筛衾肫餍纬?,所述凹槽通过模具成型的粉末冶金方式获得,不需要额外的手段来实现。

    加热塞和火花塞通过拧入螺钉孔固定密封在燃烧腔内,出于上述的目的,燃烧腔顶壁上设有密封座,所述密封座与加热塞或者火花塞的密封面吻合达到密封的效果。加速度传感器优选地设置在与密封座等高处的加热塞或者火花塞外壳内。这样的结构便于保证燃烧腔顶部的变化以最小衰减和最大的带宽传递给加速度传感器。更进一步,所述结构可以使得加速度传感器与发动机汽缸头的冷却汽缸??榭煽康娜却剂?,所述热传导连接可使加速度传感器的温度可靠的低于150℃,这对于敏感的电子元件很关键。燃烧腔顶壁即在燃烧腔内突出有加热塞或者火花塞,载气(燃油和空气,抛出的燃烧残余物)的反应发生的位置,并构成燃烧腔的顶壁。带往复活塞的发动机中,可移动的汽缸头形成燃烧腔的顶部。

    显然,即使加速度传感器安装在点火线圈外壳内或者上面,加速度传感器与各个燃烧腔的连接可满足将燃烧腔内或者上面的变化传递给加速度传感器,尤其是发生在燃烧腔顶壁的变化可以以足够小的衰减和足够大的带宽传递给加速度传感器,这样加速度传感器可以检测各个燃烧腔过程中的变化。点火线圈及点火线圈外壳直接固定在燃烧腔顶壁。点火线圈外壳通过安装孔与在发动机燃烧腔顶部形成的螺钉固定连接。上述例子中,加速度传感器优选地设置在点火线圈外壳的安装孔上,因为这种与燃烧腔顶部的物理连接效果特别好。特别地,加速度传感器或者包含加速度传感器的单元为环形的,这样可沿着安装孔的路径密封固定连接。

    如果发动机带有HF点火装置,即可在燃烧腔内产生电晕放电,加速度传感器优选地设置在点火装置外壳内部。所述点火装置,包括一HF火花塞,所述HF火花塞有一个与加热塞外壳类似的细长的圆柱形的外壳。电极与外壳的同轴,且与外壳电绝缘。线圈和/或高频振荡电路的电容安装在外壳的背面。上述HF火花塞优选地与加热塞、传统的火花塞使用安装在高频火花塞外壳内的同轴加速度传感器或者包含加速度传感器的单元。在HF火花塞内,根据是否在火花塞和加热塞内设置加速度传感器及选择哪种加速度传感器的已整合成为一个加速度传感器的标准。本发明中火花塞和加热塞安装有加速度传感器,对于HF火花塞同样有效。

    附图说明:

    下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:

    图1是带加热塞和控制装置的内燃机燃烧腔的原理框图;

    图2是移除汽缸盖的剖面图;

    图3是集成有环形加速度传感器的加热塞第一实施例的纵向视图;

    图4是集成有环形加速度传感器的加热塞第二实施例的纵向视图;

    图5是集成有环形加速度传感器的加热塞第三实施例的纵向视图;

    图6是图3的局部放大图;

    图7是带有MEMS加速度传感器的加热塞第四实施例的纵向视图;

    图8是图7的局部放大图;

    图9是本发明带有加热塞和控制装置的燃烧腔的原理框图;

    图10是集成有加速度传感器的火花塞第一实施例的纵向视图;

    图11是集成有加速度传感器的火花塞第二实施例的纵向视图;

    图12是带火花塞和点火线圈并集成有加速度传感器的燃烧腔的原理框图;

    图13是点火线圈外壳内集成有加速度传感器的斜视图;

    图14是图13中外壳侧面的安装孔的纵向视图;

    图15是图14中集成有加速度传感器的安装孔的局部放大图;

    图16是图15的另一种变形结构的示意图。

    不同附图中相同或者相应部分指定同一附图标记。

    附图标记:

    1?燃烧腔;1a燃烧区域;2?活塞;2a?连杆;3?加热塞;

    4?控制装置;

    5?加速度传感器;

    5a?压电体;

    5b?震动体;

    5c?环形弹簧;

    6?加热塞外壳;

    7?燃烧腔顶壁/汽缸盖;

    8?基底;

    9?电加热塞连接部件;

    10?支撑线;

    11?隔离器;

    12?加热杆;

    13?陶瓷隔离器;

    14?腔室;

    15?冷却腔;

    16?密封面;

    17?密封座;

    18?内部电极;

    19?凹槽;

    20?信号线;

    21?肩部的密封座;

    22?密封环;

    23?火花塞;

    24?中心电极;

    25?陶瓷隔离器;

    26?火花塞外壳;

    27?26的外部线路;

    28?凹槽;

    29?电火花塞连接部件;

    30?点火线圈外壳;

    31?点火线圈;

    32?入口点连接部件;

    33?30的底座;

    34?孔;

    35?螺钉;

    36?凹槽;

    37?支撑环;

    38?点火装置的纵向轴。

    具体实施方式

    图1的原理框图显示了一燃烧腔1,燃烧腔1的汽缸内设有活塞2,活塞2上安装有加热杆2a。燃烧腔1通过燃烧腔顶壁(combustion?chamber?roof)7向上封闭。在活塞2与燃烧腔顶壁7之间的区域1a内发生燃烧反应。因此,此处区域1a被称为燃烧区域。从燃烧腔顶壁7插入有一加热塞3。加热塞3连接有一控制装置4??刂谱爸?为一控制引擎性能的发动机控制装置,亦可称为加热控制装置,可分解为单个的发动机燃烧腔的加热塞的控制装置。加热塞3的外壳6内安装有加速度传感器5,外壳通常作为加热塞的附件一起构成加热塞。传感器集成有一分析电路或者分析电路的部分,以构成处理来自加速度传感器5的测量信号的单元。如果加热塞3的外壳6内没有分析电路,则分析电路可以位于控制装置4内。

    加速度传感器5可以为单轴、双轴或者三轴传感器,可以测量发生在一个、两个或者三个不同方向轴上的加速度。由于传感器设置在燃烧腔顶壁7内或者燃烧腔顶壁7之上,加速度传感器5主要并且最先检测燃烧腔顶壁7和加热塞3上的移动,主要并且最先被燃烧区域1a和/或燃烧腔1的移动部件的与燃烧腔1和驱动部件的相关的数值激发,所述移动部件具体为活塞2。

    加速度传感器5与燃烧腔顶壁7之间良好的机械连接很重要,这样发生在燃烧腔顶壁7上的加速度变化可以在最小的衰减和最大的带宽下传递给加速度传感器5。因此,加速度传感器5与燃烧腔顶壁7的高度相同,特别是设置在邻近燃烧腔顶壁7的下部,具有更好的效果。加速度传感器5与燃烧腔顶壁7之间的良好物理连接意味着存在良好的热传导连接。燃烧腔顶壁7,通常为移动式的汽缸头,一般需要制冷处理。汽缸头上布有供抽送发动机冷却液的制冷通道15。在燃烧腔顶壁7上设置的与之高度相等的加速度传感器5的温度将维持在150℃以下,这样对电子电气元件很重要。

    燃烧腔1内的动态过程是燃烧腔顶壁7和加热塞3上产生加速度的主要原因。加速度传感器5提供的加速度信号的值,特别是变化率(variation?in?time),可以推测燃烧腔1内的燃烧过程,可以判断出最佳的点火时机和完全点火时前端火焰的传播速度,所述信息可作为发动机控制装置的输入数据,以控制燃烧周期,或者作为加热控制装置的输入数据,以控制加热塞3的加热过程。

    图2显示了汽缸头垂直方向的剖面视图,汽缸头朝上有柴油发动机的燃烧腔1,在下端有往复性活塞作为燃烧腔顶壁7。加热塞3处于可见的位置,加热塞的圆柱形外壳6通过汽缸头7上的导向孔插入并与之保持良好的热传导接触。加热杆12的加热头13从加热塞外壳6延伸出并伸入燃烧区域1a。通道14形成一个喷嘴并在加热头13附近指向燃烧区域。汽缸头7布设有多个制冷通道15。

    图3-图5显示了在加热塞3的外壳6内安装加速度传感器5的三种不同的位置。

    在加热塞3的外壳6的前端设有一锥形密封面16,所述密封面与倒锥形密封座17相对,所述密封座设置在接受加热塞3的汽缸头7的孔内。

    在图3所示的加热塞3的实施例中,加速度传感器5安装在加热塞3的外壳6的锥形密闭面6附近,相应地与燃烧腔顶壁7的密封座17相邻。这样的位置,由于加速度传感器5直接设置在燃烧区域1a内,便于通过加速度传感器5检测燃烧过程。密封座17与密封面16的结合可以保证与燃烧腔顶壁7有良好的热传导连接??梢陨柚貌饬考铀俣茸罴训牟饬肯染鎏跫?,如检测燃烧腔1内的燃烧过程起点的加速度值。

    加速度传感器5为环形的,设置在加热塞外壳6的凹槽内,优选地围绕同轴后方的加热杆12的冷却端,由于外壳6与制冷的燃烧腔顶壁7的密封座17直接良好的连接,可以保证温度低于150℃。

    在图4所示的具体实施例中,加速度传感器5也为环形的,然而与图3相比,沿加热塞3的冷却端向后移动。位于加热塞3的中间位置,优选地包围同轴的内部电极18,所述内部电极18给加热杆12提供电流。

    在图5所示的实施例中,加速度传感器15在加热塞3的外壳6的继续往后移,位于电加热塞连接部件9处。这里,所述加速度传感器5为环形,加热塞3的内部电极18可以贯穿其中。一个螺纹孔,加热塞3通过螺纹孔拧入燃烧腔顶壁7上的孔,位于处于加速度传感器5与电加热塞连接部件9之间加速度传感器5的附近。紧固螺纹连接保证加速度传感器5可以理想的接受测量的加速度变化情况。加速度信号仅受传递金属刚度的而衰减。在加热塞连接部件9的螺纹之上设置加速度传感器5也是可以的,但这种情况会导致信号的衰减,不是最优的。

    图6显示了图3中加速度传感器5的安装细节:一个放置在另一个上面,例如,环形压电体5a,环形振动块5b和环形弹簧5c,所述环形弹簧5c与压电体5a相对并顶住其间的振动块5b。所述三个部件5a,5b和5c位于加热塞3的外壳6内的环形凹槽19内。所述凹槽19与加热杆12的后端同轴,加热塞3的纵向轴38朝向加热杆12开口。

    压电体5a,振动块5b及弹簧5c还可以以相反的顺序设置在凹槽19内,在但加速度传感器5步入图6所示的安装形式灵敏,图6中弹簧5c安装在振动块5b远离燃烧区域1a的一侧,压电体5a安装在振动块5b指向燃烧区域1a的一侧。

    电连接部件与压电体5a连接,提取由于压电效应产生的电压信号,图6中未显示出电导线,通过这样的连接可传递至安装在加热塞3的外壳内部或者外部或者部分在内部分在外的分析电路。

    图6所示的加速度传感器5亦可以用于图4和图5所示的实施例中。

    将压电体5a与分析电路连接的导线,可为电缆,尤其是屏蔽电缆,或者印制在刚性或者挠性基板(例如柔性金属箔)上的屏蔽线或者非屏蔽线。印制导体路径可以预先设计在加热塞3外壳6的内部或者外部。

    当组装图3中所示的加热塞3时,可以采用如下方式:首先从外壳的前端将加速度传感器5a安装在凹槽19处,接着从同一端将带内部电极18的加热杆12插入外壳6内,并贯穿安装在里面的加速度传感器5,最后,从外壳的后端将加热塞连接部件9封装起来。

    当组装图4中所述的加热塞3时,可采用如下方式:首先是来自加热塞连接部件9的加速度传感器被安装在加热塞3的外壳6内的凹槽19处,接着将加热杆12从外壳6的前端插入,接着内部电极沿着加速度传感器5中间的孔推入并通过螺纹固定在外壳6内。最后,从外壳6的后端安装电加热塞连接部件。

    在图5所示的实施例中,加热塞3可采用以下方式组装:带内部电极18的加热杆12从外壳的前端通过螺纹方式固定,接着,加速度传感器5从加热塞连接部件9的方向推入外壳6内并卡住凹槽内。最后,安装电加热塞连接部件9。

    结合图7和图8,加速度传感器5安装在加热杆12的后端附近。加速度传感器5固定在基板8上,所述基板8通过一隔离器11与陶瓷隔离器12a连接,这样将加热塞3的内部电极18与加热杆12隔离开。加热杆12的加热电流来自内部电极18。在图7和图8的例子中,加速度传感器5不包围内部电极18。相反,加热杆12的内部电极18连接有绕过加速度传感器5的柔性导线10。来自加速度传感器的信号线20,可为屏蔽线或者柔性金属箔,与之相连的电加热塞连接部件9进一步还电连接有一解释加速度信号的处理器。图7和图8所示的加速度传感器5为MEMS传感器,如前面描述的传感器。

    加热塞上设有的加速度传感器5不仅可以基于加速度信号得出燃烧腔1内的相对燃烧压力的情况,还可以观察发动机的噪音生成并监视其异常情况。各个燃烧腔1内的轰鸣可以检测或者通过控制燃烧来消除。加速度信号的曲线可以决定点火时间,并得出燃烧腔1内的火焰的传播速度。最后,还可以测量加热塞在引擎工作期间的加速度,并用于高速运转寿命测试(Highly?Accelerated?Life?Test,?HALT)。最后,由加热塞3内的加速度传感器5得到的加速度信号可以用于基于发动机各个燃烧腔内的加速度信号控制或者调整加热塞的加热的温度。

    图9所示的实施例与图1中实施例的差别在于其应用于奥托发动机而不是柴油发动机。相应地,火花塞23替换加热塞3?;鸹ㄈ?3的外壳26内安装有加速度传感器5,作为火花塞的附件。传感器进一步还连接有一分析电路或者分析电路的部分以构成一处理来自传感器5的加速度信号的单元。如果火花塞23的外壳26内没有分析电路,则分析电路位于控制装置4内。

    加速度传感器5可以为单轴、双轴或者三轴传感器,可以测量发生在一个,两个或者三个不同方向轴上的加速度。由于传感器设置在燃烧腔顶壁7内或者燃烧腔顶壁7之上,加速度传感器5主要并且最先检测燃烧腔顶壁7和加热塞3上的移动,主要并且最先被燃烧区域1a和/或燃烧腔1的移动部件的与燃烧腔1和驱动部件的相关的数值激发,所述移动部件具体为活塞2。

    加速度传感器5与燃烧腔顶壁7之间良好的机械连接很重要,这样发生在燃烧腔顶壁7上的加速度变化可以在最小的衰减和最大的带宽下传递给加速度传感器5。因此,加速度传感器5与燃烧腔顶壁7的高度相同,特别是设置在邻近燃烧腔顶壁7的下部,具有更好的效果。加速度传感器5与燃烧腔顶壁7之间的良好物理连接意味着存在良好的热传导连接。燃烧腔顶壁7,通常为移动式的汽缸头,一般需要制冷处理。汽缸头上布有供抽送发动机冷却液的制冷通道15。在燃烧腔顶壁7上设置的与之高度相等的加速度传感器5的温度将维持在150℃以下,这样对电子电气元件很重要。

    燃烧腔1内的动态过程是燃烧腔顶壁7和火花23上产生加速度的主要原因。加速度传感器5提供的加速度信号的值,特别是变化率(variation?in?time),可以推测燃烧腔1内的燃烧过程,可以判断出最佳的点火时机和完全点火时前端火焰的传播速度,所述信息可作为发动机控制装置的输入数据,以控制燃烧周期,或者作为加热控制装置的输入数据,以控制火花塞23的加热过程。

    图10和图11显示了加速度传感器安装在火花塞23的外壳26内的两种不同方式。两种方式中的导线27位于火花塞23前部的外壳26的外侧,所述导线可以通过位于燃烧腔顶壁7的导线孔拧入火花塞23内,所述燃烧腔顶壁为一移动式的汽缸头。一个肩部21与外部导线27连接,在肩部之前设置有一密封环22。所述密封环与燃烧腔顶壁7形成的密封座一起工作。

    在图10所示的火花塞的实施例中,加速度传感器5与外部导线27等高设置并位于火花塞23的内部电极附近。由于加速度传感器直接位于燃烧区域1a的上面,这样的位置便于通过加速度传感器5检测燃烧过程。进一步,结合肩部21,密封环22和燃烧腔顶壁7上的密封座可以保证加速度传感器5与燃烧腔顶壁可靠的物理连接。预先可以设定加速度传感器优选的参数,这样可以检测各个燃烧腔1内燃烧周期的起点。

    加速度传感器5与相应的环形组成部件一致为环形的,优选的与火花塞23的纵向轴38同轴并位于凹槽28处,所述凹槽28由火花塞23的外壳26与陶瓷隔离器25形成。加速度传感器由于与冷却的燃烧腔顶壁7保持良好接触,因此其温度处于150℃以下。加速度传感器5的组装与图6所示的加热塞中一致。信号线20用于通过隔离器25与外壳26的空隙连接柔性金属箔上的屏蔽线和电加热塞连接部件29。

    在加热塞中集成加速度传感器的有益效果,对于集成了加速度传感器的火花塞同样有效。

    在图11所示的实施例中,加速度传感器5为包含所述传感器的一个单元,所述单元亦为环形并与火花塞23的纵向轴38同轴,然而与图10相比,更接近于火花塞的冷却端。所述传感器位于火花塞23中部的凹槽28处,处于火花塞23的外壳26内并与环形肩部21同高。此处火花塞23与冷却的燃烧腔顶壁7的机械和热传导连接很好,同时加速度传感器5与燃烧腔顶壁7的热传导连接也良好。检测燃烧区域1a燃烧周期起点的加速度信号会到达加速度传感器5、火花塞23的金属外壳及燃烧腔顶壁7的金属。

    图12所示的实施例与图9所示的实施例的区别在于加速度传感器不在火花塞23内,而是在点火线圈31的外壳30内侧或者点火线圈31的外壳30的外侧。点火线圈31与安装在发动机内的火花塞23连接。点火线圈31的外壳30旋入发动机??槟?,特别是燃烧腔顶壁7内,例如燃烧腔顶壁7为移动的汽缸头。

    图13和图14显示了点火线圈31的外壳30内集成有加速度传感器的实施例。图13中显示了外壳30的斜视图,图中移除了外壳30的盖子,这样可以看见里面的点火线圈31。电加热塞连接部件32位于外壳30的外侧。外壳30的基座33上设有孔34,这样外壳30可以通过燃烧腔顶壁7提供的螺钉35来固定。

    参照图14至图16,加速度传感器5位于孔34的凹槽36处,通过支撑环37固定。加速度传感器5或者包含加速传感器的单元一环形的方式围绕孔34中的螺钉35。这样的结构,加速度传感器5直接位于燃烧区域1a上面的燃烧腔顶壁附近。设定燃烧区域1a内燃烧过程中测量加速度信号的参数。

    图15和16显示了在孔34内安装加速度传感器5的两种不同方式。在上述两种方式中,采用如图6所示的压电体加速度传感器5,可以参考图6中的描述。在图15中,弹簧5c位于上方,压电体5a位于下方。在图16的实施例中,顺序正好相反。两个例子中振动块5b都位于弹簧5c和压电体5a之间。

    点火线圈31还可以与其他种类的加速度传感器连接,例如可以参考图8中所述的MEMS加速度传感器。

    参照图12至16,加速度传感器5输出的信号的电连接可以为印制在基板或者挠性板,例如柔性金属箔上印制的导线或者屏蔽线,所述导线上还连接有解释信号的处理器。线路优选为屏蔽线。为了简化,图13至16中省略了电结点和连接导线。

    前文中所述加热塞3内或者火花塞23内加速度传感器的有益效果,同样适用于点火线圈32的外壳26的内侧或者外侧设置加速度传感器5的结构。

    以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请限定的范围内。

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