[发明专利]具有包围燃烧室外面的加热棒的载荷感应套筒的电热塞

说明书

技术领域

本发明涉及电热塞(glow plug)，特别是用于柴油机的电热塞，包括加热棒，以及可以进行缸体压力测量的集成的载荷传感器。

背景技术

电热塞的加热棒是刚性杆或棒的形式，其沿作为主轴的轴线从柱塞本体纵向延伸到燃烧室内。贯穿全文，术语“远端”以及衍生词代表轴向位于延伸到燃烧室内的加热棒的自由末端侧的方向，元件或部分，并且术语“近端”及其衍生词代表轴向位于相反侧，也就是朝向安装电热塞的发动机的缸体头部外侧的方向，元件或部分。

加热棒还从近端侧延伸到柱塞体内，并且具有近侧末端，其被装备有形成加热棒的第一电源端子的电连接部，通常具有轴向伸出加热棒的近侧末端的电极。贯穿全文，当提供加热棒电源电极时，不认为所述电源电极形成加热棒自身的一体部分。因此，当提供电源电极时，加热棒的近侧末端不同于电源电极的近侧末端。

柱塞包括圆柱形柱塞体，其具有带螺纹的外部用于安装到缸体头部上，并且形成用于接纳从所述近侧末端延伸的加热棒的近端部的圆柱形内部壳体，所述壳体具有用于加热棒穿过的开口，以使加热棒(在远端侧)轴向伸出所述近端部和开口，并且具有与加热棒的远侧末端一样远的加热远端部。

加热棒是陶瓷棒的形式或是标准化的恒定尺寸的金属管的形式，陶瓷棒被机加工成形并且设置在安装于柱塞体内的外围金属管内(通过铜焊固定或通过(紧固装置)强迫插入)；金属管在其远侧末端被封闭(此金属管接纳电源电极)。因此不管哪个实施例，加热棒都包括外围金属管。此外围金属管的外径在延伸到柱塞体内的加热棒的近端部中至少大约恒定，并且根据标准必须等于4mm。

柱塞还包括用于将加热棒的所述近端部安装到所述接纳壳体中的装置，所述安装装置能够：

允许加热棒相对于柱塞体的轴向平移运动，以便可以测量缸体压力，

保证加热棒和柱塞体之间的不渗透性，从而限定不暴露于燃烧室气氛中的接纳壳体的近端区域，

与至加热棒和载荷传感器的各种电连接相容和/或提供所述各种电连接。

将这种载荷传感器集成到电热塞内用于缸体压力测量带来了许多矛盾和不能解决的问题。具体地，传感器必须暴露于燃烧室气氛中，或者承受那里非常高的温度，并且可能造成它的破坏，或至少严重妨碍其行驶功能；另外其必须能够容置于柱塞内，至少减少了柱塞内的可用空间；以及传感器的功能行驶必须可靠，也就是，不受(例如，振荡现象、阻尼(damping)、不同的热膨胀等)干扰地产生表示缸体压力的信号。

已经建议了将载荷传感器集成到电热塞内的各种方法。

在第一个已知的解决方案中(例如，参考US 7444973)，由于需要径向空间，载荷传感器被置于加热棒的电源电极的近侧末端，也就是缸体头部外侧，其所处的位置距加热棒自身轴向某一距离，且甚至可以认为是电热塞外面。此方案的主要缺点是干扰测量，由于缸体头部和柱塞体(在朝向电极延伸的部分中)的变形。缸体头部的变形模式从一个发动机到另一个发动机各不相同，从而载荷传感器不能进行绝对标定。有利地，承受燃烧室内压力载荷的加热棒和传感器之间的运动学连接装置的长度在传感器的通频带中产生常规振动模式(normal vibration mode)，这可能阻碍其行使功能。

在第二个已知的解决方案中(例如，参考US 7581520，US2009/0242540)，传感器是围绕着电源电极或延长杆的形式，伸出加热棒的近侧末端，并且弹性可变形的挠性不渗透性薄膜被提供用于将加热棒的远端部连接至柱塞体，从而提供不渗透性并且允许轴向平移运动。因此，传感器与燃烧室相对较好地热绝缘。但其到加热棒的机械连接装置需要特别复杂的外围安装零件，因此，一方面导致机械阻抗(并且因此可能干涉常规模式)，另一方面导致热膨胀差别的问题，这些问题解决起来相对较复杂。

在第三个已知的解决方案中(例如，参考US 20080216786，EP2138819)，其被限制于具有陶瓷棒的加热棒的情况，传感器被直接抵靠着加热棒的近侧末端放置。此方案可在加热棒和传感器之间建立更直接的连接，但带来的问题是传感器对空间的要求以及其与加热棒(电极)的电连接元件发生干涉。另外，与装配体单元(柱塞体/加热棒/传感器/柱塞体)的常规模式和热膨胀差别相关联的问题仍存在。在本文中，应注意加热棒的长度典型地为约50mm(对于4mm的直径来说)。最后，此方案与所谓的全金属加热棒不相容，全金属加热棒是金属管的形式。