专利名称：压力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在发动机中对燃烧室压カ进行测量的压カ测量装置。这种压力測量装置可整合到火花塞内。例如，一种压カ測量装置，该压カ測量装置被设计成具有权利要求所述特征的火花塞，可以从专利DE 102004024341B3中获知。
背景技术：
在包括用于测量燃烧室压力的传感器的火花塞的情况中，必须考虑加热棒相对于外壳的轴向运动，并且外壳必须相对于燃烧室气体密封起来。这些要求可以通过密封隔板 (diaphragm)与外壳相连接并且加热棒延伸穿过密封隔板来实现。虽然也可被设计成外壳的組成部分，这种隔板通常通过铜焊(brazing)、钎焊(soldering)或焊接(welding)来连接到加热棒和外売上。在燃烧室压力的作用下，同时连接到加热棒和外売上的金属隔板使加热棒可以沿轴向运动，并且可以容易地经受燃烧室气体的化学和热负荷。发动机燃烧室内的压カ在ー个工作周期内会变化到极端的程度。根据发动机的速度，这些变化会在非常短的时间间隔内连续发生，因此燃烧室压カ测量的特点在干，在非常短的时间间隔内连续发生剧烈的压カ波动。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种对机动车发动机内燃烧室的压カ进行高精度测量的方法。这个问题通过具备权利要求所述特征的压カ测量装置来解决。本发明的有益改进即为从属权利要求的主題。在根据本发明压カ测量装置的情况中，压カ传感器通过两个隔板来抵御燃烧气体，沿棒的纵向方向观察，两块隔板前后设置。后隔板通过位于燃烧室侧的前隔板来抵御燃烧气体，并因此来远离燃烧所带来的热影响。根据本发明的压カ测量装置可为处于轴向可移动棒附近的火花塞，所述棒为加热棒。然而，这并不是必须的。柴油发动机可设有除压カ测量装置外的一単独的火花塞。汽油发动机不需要火花塞。在本发明的范围内，我们可以认识到，在传统压力測量火花塞的情况中，包围加热棒的密封隔板可以形成一相当大的干扰信号源，该干扰信号源对测量的精度产生负面影响。特別地，密封隔板在燃料燃烧过程中被燃烧室气体大幅加热，并且在发动机工作周期余下的时间内冷却下来。如此强烈的温度波动会伴随变动的热膨胀，并从而在隔板内引起短期的机械负荷。这些机械负荷被转移到加热棒，所以隔板的温度波动可以引起所述加热棒的轴向运动。热引起的棒的运动以及压カ引起的运动通过压カ传感器转换为測量信号。因此， 通过隔板的热膨胀施加到棒上的力引起了ー干扰信号，该干扰信号叠加到实测量尤其是由燃烧室压力施加到加热棒上的力上。
在根据本发明的压カ测量装置的情况中，所述压カ測量装置包括前后设置的两块隔板，后隔板一如从燃烧室看过去一一可以通过前隔板来抵御温度冲击。因此，前隔板使得后隔板与燃烧室气体热隔绝。因此后隔板实质上会在较小的程度上对与燃料点燃有关的短期温度波动做出反应。基于根据本发明两块隔板的組合，总体上来说减少短期温度波动对加热棒所帯来的影响因此是可能的。第二隔板，即从燃烧室看过去的后隔板，优选比第一隔板的弾性低。弾性决定了力和膨胀之间的相关性。因此，既定作用カ对第一隔板上的影响比同等強度的カ对第二隔板的影响所引起的膨胀要大。因而第二隔板比第一隔板硬；在这种情况下，“软”和“硬”的表述应在与用来描述弹簧相同的意义上进行理解。当棒经历轴向位移吋，一返回力(return force)就产生了，在根据本发明的火花塞的情况中，第一隔板和第二隔板促进了返回カ的产生。考虑到第一隔板，即燃烧室侧隔板的弾性大于第二隔板，第一隔板对加热棒运动的影响，以及因此，测量信号可更进ー步减小。特別地，第一隔板的弾性越大，温度冲击发生时热膨胀可产生的力就越小。优选地，第 ニ隔板的的弾性不大于第一隔板弹性的一半，特別优选地，不大于第一隔板弹性的1/5，以及特別地，不大于第一隔板弹性的1/10。优选地，第一隔板的厚度比第二隔板薄，优选不超过其厚度的一半。隔板的弾性取决于其厚度以及所用的材料。特別地，第一隔板合适的材料为镍基合金。耐高温的镍基合金，例如，合金718和合金725，可以从市面上购买。此外，铬镍钢，尤其是高温钢比如1. 4541 或1. 4571，也适合作为例如第一隔板的材料。可以通过棒直接产生的压力作用于传感器，所述传感器用来測量施加于棒上的燃烧室压力。优选地，然而，通过包围棒的力变送器(force transmitter)所产生的压カ来作用于传感器。所述カ变送器设置在外壳内，并与棒相连，例如，其可以是环、线圈或管。棒的轴向运动被传递给连接到棒上的カ变送器，力变送器接着作用于传感器。利用这种カ变送器，可以有利地进ー步减小热冲击对压カ信号的影响。特別地，力变送器可以充当弹簧，对棒的位移产生ー返回力。优选地，当棒经历压力引起的位移吋，力变送器产生ー返回力，所述返回力大于由该位移引起的第一隔板的返回力。优选地，当棒经历压カ引起的位移吋，力变送器产生ー返回力，所述返回力小于产生的第二隔板的返回力。根据本发明的进ー步有益改进，外壳由至少两个外壳部分装配而成，其中前外壳部分，即燃烧室侧的外壳部分包围第二隔板，而后外壳部分则包围传感器。
參考附图，本发明的进ー步细节及其有益效果将通过实施例进行说明。相同或相似的优点会利用相同的附图标记进行标示。在附图中
图1示出了一火花塞实施例的示意图； 图2示出了另ー火花塞实施例的示意图； 图3示出了另ー火花塞实施例的示意图； 图4示出了另ー火花塞实施例的示意图； 图5示出了另ー实施例的示意图。
其中，1、后外壳部分；2、中间件；3、前外壳部分；4、棒；5、传感器；6、力变送器；7、 焊接套；8、第一隔板；9、第二隔板；10、阻塞物；11、内极；12、帽；13、绝缘环；14、传感器接触件；15、另一中间件。
具体实施例方式以火花塞形式存在的压カ测量装置的ー实例在图1的侧视图中进行了示意性描述。所述火花塞具有多组件外壳1、2、3，一加热棒4从外壳内伸出，该加热棒能够在燃烧室压カ的作用下沿轴向运动。燃烧室压力越大，加热棒4被压入外壳的程度就越大。用于测量作用于加热棒4的燃烧室压力的传感器5被设置在外壳当中。压カ传感器5将施加其上的作用カ转换为电信号。在所示实施例中，传感器5是压电式传感器。也可采用其它传感器来测量压力，例如，应变计。力变送器6的压カ以包围加热棒4的管的形式作用于传感器5。例如，利用焊接套 7将カ变送器6与加热棒4相连。传感器5通过前后设置的两块密封隔板8、9来抵御燃烧室气体。在所示实施例中， 第一隔板8设置于最接近燃烧室的外壳末端上。第二隔板9设置于传感器5和第一隔板8 之间。第一隔板8与第二隔板9以结合的方式(例如，通过铜焊、钎焊或焊接)与加热棒4相连接。在所示实施例中，隔板8、9被设计成独立的组件，并且通过例如，铜焊、钎焊或焊接的方式连接到外壳的外缘上。第一隔板8暴露于热的燃烧室气体中，该燃烧室气体会产生短期几百度的温度波动。这些温度波动伴有热膨胀，热膨胀会引起作用于加热棒4上的力。这些カ越小，第一隔板8的弾性就越大。在所示实施例中，第一隔板8的弾性因此要大于第二隔板9。这就意味着，当加热棒4经历轴向位移吋，第一隔板8所产生的返回力要小于第二隔板9。为了达到上述目的， 可以将第一隔板8的厚度设计得较第二隔板9薄，例如，和/或可以使用更具弹性的材料来制作。特別是镍基合金同时具备较高的弾性和良好的耐温性。第一隔板8和第二隔板9充当弹簧，该弹簧以ー返回力对压カ引起的加热棒4的位移做出反应。对于既定位移，由第二隔板9产生的返回カ大于第一隔板8产生的返回力。 在所示实施例中，第二隔板9产生的返回カ大于第一隔板产生的返回力的10倍以上，特別地，大于20倍以上。因此，第二隔板9所形成的弹簧的弹簧硬度大于第一隔板8形成的弹簧的弹簧硬度的10倍以上，甚至大于20倍以上。力变送器6能够形成另ー弹簧，该弹簧产生作用于加热棒4轴向位移的返回力。该另ー弹簧的弹簧硬度应大于由第一隔板8所形成弹簧的弹簧硬度。在所示实施例中，カ变送器6产生一作用于加热棒4既定轴向位移的返回力，该返回カ小于第二隔板9所产生的返回力，并且大于由第一隔板8所产生的返回力。在所示实施例中，外壳由前売部分3、后壳部分1以及中间件2組成，中间件2连接到前売部分和后壳部分。第一隔板8与前売部分3相连，第二隔板9与中间件2相连。前壳部分3包围第二隔板9。图1所示的设计使得加热塞容易组装。因为中间件2带有传感器5，其可以连接到加热棒4以形成一个组件。用较小的努力就可以将第二隔板9与加热棒4和中间件2相连接。然后，将中间件2连接到后壳部分1和前売部分3。一包围内极11的阻塞物(Stopper)IO可设置在力变送器6和传感器5之间，内极 11延伸至加热棒4。传感器5通过ー帽12固定于中间件2内，内极11与传感器接触件14 穿过帽12。一绝缘环13可设置于帽12和传感器5之间。图2示出了火花塞的另ー实施例。该实施例与图1所示实施例的不同之处主要在于第一隔板8的设计。在图1所示的实施例中，第一隔板8与外壳的端面连接。第一隔板8 因此具有近似L形的截面。然而，在图2所示的实施例中，第一隔板8延伸到外壳的侧面。 第一隔板8因此能够覆盖火花塞的锥形密封座。因此这就能很好地实现第一隔板8与发动机冷却系统的热连接，从而降低第一隔板8的热负荷。图3示出了火花塞的另ー实施例，在此情况下，第一隔板8和第二隔板9均被外壳所包围。第一隔板8和第二隔板9可以形成双重隔板。在图3所示的实施例中，如同上述实施例一祥，第一隔板8和第二隔板9之间存在一开放的空间。图4示出了火花塞的另ー实施例，其与图1所示实施例的不同之处主要仅在干，第 ー隔板8与外壳前部作为ー单件形成。在图3所示实施例中，前隔板8通过前外壳部分3来保护其免受损坏。然而，这种优点会被可能焦化的缺点所抵消。焦化可限制加热棒的可动性，从而阻碍和损坏压カ測量功能。焦化可由冷组件上的积灰引起。尤其是对于在现代燃烧系统中经常使用的高废气循环系统而言，存在増加的焦化风险。然而，在图1、2和4所示的实施例中，焦化实际上被排除。图5示意描绘了火花塞的另ー实施例。在该实施例中，提供了第二中间件15，第二中间件15把中间件2和前外壳部分3连接起来。在该实施例中，另一中间件15带有第一隔板8，中间件2则带有第二隔板9。
权利要求
1.一种压カ測量装置，包括一夕卜冗；一棒(4)，所述棒(4)在燃烧室压力的作用下可在外壳内沿轴向运动，并从外壳伸出；一传感器(5 )，所述传感器(5 )用于测量作用于棒(4 )的燃烧室压力；以及ー隔板(8)，所述隔板(8)与外壳相连，并且棒(4)从隔板(8)中伸出；其特征在于一第二隔板(9)设置在传感器(5)和隔板(8)之间，当棒(4)经历由作用于棒(4) 的压カ引起的轴向位移吋，所述第二隔板(9)产生ー返回力。
2.根据权利要求1所述的压力測量装置，其特征在于该压カ測量装置为火花塞，其中棒(4)为火花塞的加热棒。
3.根据前述权利要求任一项所述的压カ测量装置，其特征在于第二隔板(9)的弾性小于第一隔板(8)的弾性。
4.根据前述权利要求任一项所述的压カ测量装置，其特征在于包围棒(4)的カ变送器(6)设置于外壳内，该カ变送器(6)与棒(4)连接，并作用于传感器(5)，所述传感器(5) 将カ变送器(6)施加于其上的カ转换为电信号。
5.根据权利要求4所述的压力測量装置，其特征在干力变送器(6)为一管。
6.根据权利要求4或5所述的压力測量装置，其特征在于当加热棒(4)经历由压カ引起的位移吋，力变送器(6)产生ー返回力，所述返回力小于因此由第二隔板(9)产生的返回力。
7.根据前述权利要求任一项所述的压カ测量装置，其特征在于所述外壳通过前外壳部分(3)、后外壳部分(1)以及至少ー个中间件(2)组装，所述中间件(2)将前外壳部分(3) 和后外壳部分(1)连接起来。
8.根据权利要求7所述的压力測量装置，其特征在于中间件(2)带有第二隔板(9)。
9.根据权利要求7或8所述的压力測量装置，其特征在于中间件(2)带有传感器(5)。
10.根据前述权利要求任一项所述的压カ测量装置，其特征在于前外壳部分(3)包围所述第二隔板(9)。
11.根据前述权利要求任一项所述的压カ测量装置，其特征在于第一和第二隔板(9) 均以防气体滲透方式与加热棒(4)和外壳连接。
全文摘要
本发明公开了一种压力测量装置，所述压力测量装置包括一外壳、一棒、一传感器以及一隔板、一第二隔板，所述棒在燃烧室压力的作用下可在外壳内沿轴向运动，并从外壳伸出，所述传感器用于测量作用于棒的燃烧室压力，所述隔板与外壳相连，棒从外壳中伸出。根据本发明，所述第二隔板设置于传感器和隔板之间，当棒经历由作用于棒的压力引起的位移时，第二隔板产生一返回力。
文档编号F02P13/00GK102564683SQ20111026347
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月7日 优先权日2010年9月10日
发明者B·拉斯特, C·波蒂兹, G·里克斯艾克, M·萨克曼 申请人:博格华纳贝鲁系统有限公司