具有燃烧压力探测功能的电热塞的制作方法

专利名称：具有燃烧压力探测功能的电热塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，其用做内燃机例如柴油机的起动辅助装置并且能够探测到内燃机的燃烧压力的变化。
背景技术：
作为具有集成到电热塞的燃烧压力探测功能以辅助起动内燃机的一种电热塞，例如在JP-A-2002-327919(第2页，图1)中，披露了一种在其中封装有燃烧压力传感器的电热塞。
该具有燃烧压力探测功能的电热塞设置有圆柱形壳体；金属中心柱体，其固定在上述壳体中使其一个端侧从壳体中暴露出来，并且电连接至加热部件；以及燃烧压力传感器，用于根据由燃烧压力作用在管件上并且通过中心柱体传输的作用力探测所述燃烧压力。而且，在位于壳体另一个端侧上的内周面与中心柱体的外周面之间形成一个壳体部分。在该壳体部分中，如此设置一个由压电元件构成的燃烧压力传感器，以使得该传感器沿着轴向方向经受压应力(或者预载荷)。

发明内容
但是，在这样的在沿着压缩方向的预载荷下使用压电元件的燃烧压力传感器中，敏感度(即，所产生的电荷量与压力的比)根据预载荷的量值而变的不同。特别的，敏感度对于燃烧压力传感器上的较低的预载荷变得较低，而对于较高的预载荷则变得较高。
例如，在将JP-A-2002-327919中描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞安装在内燃机中的情形下，当使用螺钉进行紧固时，由于靠近该紧固部分的壳体前端部的轴向收缩，而使得通过中心柱体施加给燃烧压力传感器的预载荷降低，由此降低了燃烧压力传感器的敏感度。
而且，具有燃烧压力探测功能的电热塞可以如此构造，使得压电元件设置在壳体的与前端侧相对的后端部的表面以及位于与后端侧相对的前端侧上的中心柱体的表面之间。与JP-A-2002-327919中描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞相反，在将这种类型的具有燃烧压力探测功能的电热塞安装在内燃机中时，提高了施加给压电元件的预载荷，从而燃烧压力传感器的敏感度升高。
因此在前述的任一种情形中，当将具有燃烧压力探测功能的电热塞安装在内燃机中时，由于外螺纹部的紧固力(或者紧固扭矩)的不同，施加给压电元件的预载荷增加或者降低。结果，燃烧压力传感器的敏感度被分散从而不能获得正确的探测输出。
而且，在使用电热塞时，如果压电元件的温度发生变化，由于电荷积累效应(electrically focusing effect)在压电元件中会独立于燃烧压力的改变而产生变化，由此不利的严重影响到探测输出。
鉴于上述问题而作出了本发明，并且其目的在于提供一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，其能够探测燃烧压力的变化。
根据本发明的一个方面，提供一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，包括圆柱形壳体；固定在该壳体中以便在通电时产生热量的加热器部件；插入壳体中并且与加热器部件进行导电以便在使用时根据内燃机的燃烧压力的变化而在沿着壳体轴线的轴向方向中相对于壳体被移位的导电中心柱体；用于响应施加于其上的应力的变化而产生电荷的第一压电元件，该第一压电元件具有当该第一压电元件沿着轴向被压缩时用于产生正电荷的第一正表面以及用于产生负电荷的第一负表面；以及用于响应施加于其上的应力的变化而产生电荷的第二压电元件，该第二压电元件具有当该第二压电元件沿着轴向被压缩时用于产生正电荷的第二正表面以及用于产生负电荷的第二负表面；其中第一压电元件和第二压电元件的每一个均受到使其沿着轴向被压缩的预载荷的作用，并且如此设置以便使得当中心柱体移位至后端侧时，施加给第一压电元件和第二压电元件的其中一个以便使其沿着轴向压缩的载荷增加，而施加给另一个以便使其沿着轴向压缩的载荷则降低。
本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞设置有第一压电元件和第二压电元件。而且，当中心柱体置于后端侧时，其中一个压电元件设置为使得压缩载荷沿着轴向增加，而另一个则设置为使得载荷降低。当中心柱体被移位时，如果将由各个压电元件所产生的同一极性的电荷相加，则可以获得所述两个压电元件的更高的输出(即两倍的输出)。
考虑这种情形，其中将第一和第二压电元件如此设置，使得当中心柱体移位至后端侧时，第一压电元件具有增加的轴向压缩载荷，而第二压电元件则具有降低的轴向压缩载荷。在此情形，通过将第一压电元件上的第一正表面和第二压电元件的第二负表面相连接而获得第一输出，并且通过将第一压电元件的第一负表面和第二压电元件的第二正表面相连接而获得第二输出。当中心柱体移位至后端侧时，在第一压电元件中轴向压缩载荷增加从而在第一正表面上产生正电荷，而在第一负表面上则产生负电荷。另一方面，在第二压电元件中，轴向压缩载荷降低从而分别在第二正表面和第二负表面上产生负电荷和正电荷。由此，可从第一输出获得在第一正表面和第二负表面上产生的正电荷，并且可从第二输出获得在第一负表面和第二正表面上产生的负电荷。因此，可以获得更高的输出，即获得在使用一个压电元件获得输出的两倍的输出。
通常，压电元件具有电荷积累效应，从而即使在施加于其上的应力没有变化时，也会由于其自身温度变化而产生电荷。当随着电热塞的通电或者发动机起动而使得压电元件自身温度改变时，由于通过电荷积累效应所产生的电荷，所述的输出可能会发生偏移，由此引起错误的探测结果，或者使得正确测量燃烧压力变得困难。
然而，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，两个压电元件的第一正表面和第二负表面相连接，并且第一负表面和第二正表面相连接，如上所述。则由伴随温度变化(即两个压电元件的温度的升高)的电荷积累效应在第一压电元件的第一正表面上产生的电荷能够与在第二压电元件的第二负表面上产生的具有相反极性的电荷相中和。同样的，在第一压电元件的第一负表面上产生的电荷能够与在第二压电元件的第二正表面上产生的具有相反极性的电荷相中和。因此，能够减轻由电荷积累效应导致的所探测输出的波动。
这里，所述压电元件可以由具有压电效应或者逆压电效应的材料制成，并且具体的可通过公知的石英、钛酸铅、锆钛酸铅或者钛酸钡等压电元件而得以实现。
而且，第一压电元件可沿着预定的方向如此被极化，使得当沿着轴向被压缩时，其可以在第一正表面上产生正电荷并且在第一负表面上产生负电荷。因此，第一压电元件能够以如此模式实现，其中该压电元件沿着轴向被极化，并且其中第一正表面和第一负表面垂直于轴线(或者沿着极化方向)，并且可具体实现为使得环形的压电元件沿着轴向被极化从而垂直于轴线(即极化方向)的顶表面和底表面可以为第一正表面和第一负表面。在另一种模式中，第一压电元件可以沿着垂直于轴线的方向被极化以将第一正表面和第一负表面设置为平行于轴线并且垂直于极化方向。具体的，第一压电元件还可以如此实现，使得环形的压电元件沿其轴向被极化，并且使得平行于轴线并且垂直于极化方向(即径向)的内周面和外周面为第一正表面和第一负表面。这些变型也适于第二压电元件。
而且，在第一压电元件的第一正表面和第一负表面上以及在第二压电元件的第二正表面和第二负表面上产生的电荷可以通过四条导线被单独的输送至外部并且适当的进行累加。作为替换，在电热塞中，第一正表面和第二负表面，或者第一负表面和第二正表面可以制成导电的，并且可以将两个表面的电荷通过两条导线单独的输送至外部。作为替换，在电热塞中，可以使得第一正表面和第二负表面导电从而这两个表面的电荷可以通过导线被输送至外部，但是单独的将第一负表面和第二正表面与壳体导电从而它们可以具有地电平(earth level)。相反，在电热塞中，第一负表面和第二正表面可以制成为导电，从而这两个表面的电荷可以通过使用导线而被输送至外部，但是第一正表面和第二负表面可以单独的与壳体导电以便具有地电平。
在具有燃烧压力探测功能的前述电热塞中，第一压电元件沿着轴向被极化，第一正表面和第一负表面分别为垂直于轴线的1-1表面和1-2表面，第二压电元件沿着轴向被极化，并且第二正表面和第二负表面分别为垂直于轴线的2-1表面和2-2表面。
本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞的第一压电元件如此沿轴向被极化，使得垂直于轴线的1-1表面和1-2表面分别为第一正表面和第一负表面。而且，第二压电元件也如此沿轴向被极化，使得垂直于轴线的2-1表面和2-2表面分别为第二正表面和第二负表面。
这样，在本发明的第一和第二压电元件中，用于产生电荷的表面垂直于极化方向并且受到沿着极化方向的预载荷的作用。因此，在1-1表面等上面产生的电荷量高于在其中将载荷沿着垂直于极化方向的方向中进行施加的情形中所产生的电荷量。所以，能够对燃烧压力进行更加准确的测量。
而且，当中心柱体被移位时，如果将由各个压电元件所产生的同一极性的电荷进行累加，则可能象前面一样获得比所述的两个压电元件的输出更高(或者两倍)的输出。
而且，如上所述，如果将1-1表面和2-2表面相连接并且如果将1-2表面和2-1表面相连接，则在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件在其极化方向中被反转。则由于温度变化而在第一压电元件的1-1表面上产生的电荷能够被在第二压电元件的2-2表面上产生的具有相反极性的电荷所中和，并且在第一压电元件的1-2表面上产生的电荷能够被在第二压电元件的2-1表面上产生的具有相反极性的电荷所中和。这样，能够降低由电荷积累效应引起的所探测输出的波动。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，包括当通电时产生热量的加热器部件；圆柱形壳体，具有位于轴向方向的最前端侧上的壳体前端部；位于轴向方向的最后端侧上的壳体后端部；位于壳体前端部和壳体后端部之间用于将壳体拧入内燃机的安装孔内的外螺纹部；位于壳体前端部和外螺纹部之间并且受压以便与安装孔中的预定部分形成直接或者间接接触从而在壳体和安装孔之间保持气密性的密封部；沿着轴向位于外螺纹部的前端侧上的加热器固定部，通过拧紧将壳体安装在内燃机中从而壳体前端部位于内燃机的燃烧室侧；导电中心柱体，包括位于轴向后端侧上的中心柱体后端部；以及位于轴向前端侧上的中心柱体前端部，该中心柱体容纳在壳体中，设置为使得中心柱体后端部从壳体后端部突出，在中心柱体前端部与加热器部件导电连接，并且直接或者间接而且机械地牢固连接至加热器部件；沿着轴向被极化的第一压电元件，用于响应施加于其上的应力的变化而产生电荷，并且具有垂直于轴线的1-1表面和1-2表面，用于当该第一压电元件沿着轴向被压缩时在1-1表面上产生正电荷并且在1-2表面上产生负电荷；以及沿着轴向被极化的第二压电元件，用于响应施加于其上的应力的变化而产生电荷，并且具有垂直于轴线的2-1表面和2-2表面，用于当该第二压电元件沿着轴向被压缩时在2-1表面上产生正电荷并且在2-2表面上产生负电荷，其中第一压电元件和第二压电元件与壳体的壳体后端部和中心柱体直接或者间接接合以便沿着轴向被夹紧，并且其中第一压电元件和第二压电元件的每一个受到将其沿着轴向进行压缩的预载荷的作用，并且如此设置以便使得当中心柱体移位至后端侧时，施加给第一压电元件和第二压电元件的其中一个以用于将其沿着轴向压缩的载荷增加，而施加给另一个以便将其沿着轴向压缩的载荷则降低。
本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞也设置有第一压电元件和第二压电元件。而且，其中一个压电元件设置为使得当中心柱体移位至后端侧时压缩载荷沿着轴向增加，而另一个则设置为使得载荷降低。当中心柱体移位时，如果将由各个压电元件所产生的具有同一极性的电荷累加，则可以获得比两个压电元件的输出更高的输出(例如两倍的输出)。
考虑下面这种情形，其中第一和第二压电元件如此设置，使得当中心柱体移位至后端侧时，第一压电元件具有增加的轴向压缩载荷，而第二压电元件则具有降低的轴向压缩载荷。在此情形，通过将第一压电元件的1-1表面和第二压电元件的2-2表面相连接而获得第一输出，并且通过将第一压电元件的1-2表面和第二压电元件的2-1表面相连接而获得第二输出。当中心柱体移位至后端侧时，在第一压电元件中轴向压缩载荷增加从而在1-1表面上产生正电荷并且在1-2表面上产生负电荷。另一方面，在第二压电元件中，轴向压缩载荷降低从而分别在2-1表面和2-2表面上产生负电荷和正电荷。因此，可以从第一输出获得在1-1表面和2-2表面上产生的正电荷，并且从第二输出获得在1-2表面和2-1表面上产生的负电荷。这样，能够获得高达在使用一个压电元件的情形下获得的输出的两倍的输出。
当将本发明的电热塞的壳体安装在内燃机的安装孔内时，位于外螺纹部和密封部之间的壳体部分随着紧固操作的进行而被轴向的压缩，从而其尺寸由于弹性而稍微的收缩。在另一方面，中心柱体直接或者间接而且机械地牢固连接至加热器部件。具体的，当加热器部件沿着轴向移位时，中心柱体也沿着轴向移位。加热器部件以如此状态固定在壳体中，从而随着壳体的收缩，中心柱体关于壳体即壳体的外螺纹部相对的移动至后端侧。
这里在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，当中心柱体移位至壳体的后端侧时，施加给两个压电元件的其中一个的压缩预载荷增加，而施加给另一个的压缩预载荷则降低。更为具体的，在前述配置的情形中，施加给第一压电元件的压缩预载荷增加，而施加给第二压电元件的压缩预载荷则降低。如上所述，在施加给压电元件的预载荷增加的情形下，对压力变化的敏感度具有升高的趋势。在预载荷降低的情形下，对压力变化的敏感度具有降低的趋势。因此，在前述情形中，第一压电元件的敏感度增加，但是第二压电元件的敏感度则降低。
因此，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，两个压电元件的1-1表面和2-2表面相互连接，并且1-2表面和2-1表面相互连接，从而将由第一压电元件和第二压电元件所单独产生的电荷累加。然后，电荷被输出，而同时各个压电元件的敏感度的变化被抵消。这降低了由于在紧固电热塞时所产生的中心柱体的位移之间的量值的差异、即在紧固时紧固扭矩之间的量值的差异对于压电元件敏感度的影响。即使使用不同的紧固扭矩执行紧固操作，两个压电元件仍能够抑制它们的敏感度变动。因此，能够提供这种具有燃烧压力探测功能的电热塞，其能够容易的运用紧固扭矩并且能够正确的探测燃烧压力的变化。
而且，压电元件具有电荷积累效应以通过其自身的温度变化而产生电荷，即使施加于其上的应力没有变化。当随着电热塞的通电或者发动机起动而使得压电元件自身温度改变时，由于通过电荷积累效应所产生的电荷，所述的输出可能会发生偏移，由此引起错误的探测结果，或者使得正确测量燃烧压力变得困难。
然而，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，两个压电元件的1-1表面和2-2表面相连接，并且1-2表面和2-1表面相连接，如上所述。这样，第一压电元件和第二压电元件相连接以使得它们的极化方向相互反向。则由温度变化而在第一压电元件的1-1表面上产生的电荷能够与在第二压电元件的2-2表面上产生的具有相反极性的电荷相中和。同样的，在第一压电元件的1-2表面上产生的电荷能够与在第二压电元件的2-1表面上产生的具有相反极性的电荷相中和。因此，能够减轻由电荷积累效应导致的所探测输出的波动。
在另一方面，将两个压电元件设置为与壳体后端部和中心柱体的后端侧相接合，即在位于最远离其中安装有加热器部件和电热塞的内燃机的位置处。因此，压电元件基本不受加热器部件以及内燃机的温度升高的影响。
根据本发明的再一个方面，提供一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，包括当通电时产生热量的加热器部件；圆柱形壳体，具有位于轴向方向的最前端侧上的壳体前端部；壳体后端部，位于轴向方向的最后端侧上，具有径向向内的突出并且具有指向轴向前端侧的前端朝内凸起表面的朝内凸起，以及位于朝内凸起的轴向前端侧上并且具有与前端朝内凸起表面相对的后端相对表面；位于壳体前端部和壳体后端部之间用于将壳体拧入内燃机的安装孔内的外螺纹部；位于壳体前端部和外螺纹部之间并且受压以便与安装孔中的预定部分形成直接或者间接接触从而在壳体和安装孔之间保持气密性的密封部；沿着轴向位于外螺纹部的前端侧上的加热器固定部，通过拧紧将壳体安装在内燃机中从而壳体前端部位于内燃机的燃烧室侧；导电中心柱体，具有位于轴向后端侧上的中心柱体后端部；位于轴向前端侧上的中心柱体前端部；以及位于中心柱体后端部和中心柱体前端部之间并且沿径向向外突出的朝外凸起，该朝外凸起具有指向轴向后端侧的后端朝外凸起表面以及指向轴向前端侧的前端朝外凸起表面，该中心柱体容纳在壳体中，设置为使得中心柱体后端部从壳体后端部突出，在中心柱体前端部与加热器部件导电连接，并且直接或者间接而且机械地牢固连接至加热器部件；夹在壳体的朝内凸起的前端朝内凸起表面以及朝外凸起的后端朝外凸起表面之间并且沿着轴向被极化以便响应施加于其上的应力的变化而产生电荷的第一压电元件，并且具有垂直于轴线的1-1表面和1-2表面，用于当该第一压电元件沿着轴向被压缩时在1-1表面上产生正电荷并且在1-2表面上产生负电荷；以及夹在壳体的相对部的后端相对表面以及朝外凸起的前端朝外凸起表面之间并且沿着轴向被极化以便响应施加于其上的应力的变化而产生电荷的第二压电元件，并且具有垂直于轴线的2-1表面和2-2表面，用于当该第二压电元件沿着轴向被压缩时在2-1表面上产生正电荷并且在2-2表面上产生负电荷，其中第一压电元件和第二压电元件的每一个受到将其沿着轴向进行压缩的预载荷的作用。
如上所述，当具有第一压电元件和第二压电元件的具有燃烧压力探测功能的电热塞的中心柱体移位至后端侧时，其中一个压电元件设置为具有沿着轴向增加的压缩载荷，而另一个则设置为具有降低的载荷。然而，如果将其如此构造以设置第一压电元件和第二压电元件，则该电热塞将具有复杂的构造。
相反，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，夹在壳体的朝内凸起以及中心柱体的朝外凸起之间的第一压电元件、以及夹在壳体的相对部和中心柱体的朝外凸起之间的第二压电元件在预载荷下进行设置。因此，当中心柱体移位至后端侧时，用于压缩第一压电元件的载荷增加。另一方面，用于压缩第二压电元件的载荷降低。简言之，如此进行构造，使得中心柱体的朝外凸起能够增加第一压电元件的压应力并且同时降低第二压电元件的压应力。显然，当中心柱体移位至前端侧时，则情况相反。
而且，在该具有燃烧压力探测功能的电热塞中，如此施加预载荷，使得朝内凸起和壳体的相对部夹住第一压电元件，第二压电元件和中心柱体的朝外凸起位于它们之间。因此，预载荷可以同时的施加给两个压电元件，并且第一压电元件和第二压电元件相互堆叠，从而在制造电热塞时，可以施加具有同一量值的预载荷。而且，中心柱体的朝外凸起的两个表面(即前端朝外凸起表面和后端朝外凸起表面)，从而中心柱体的结构被简化。结果，该具有燃烧压力探测功能的电热塞能够具有较简单的结构并且能够降低成本而且减小尺寸。
与根据前述本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞相同，本发明的该具有燃烧压力探测功能的电热塞具有如此设置的第一压电元件和第二压电元件，使得当中心柱体移位至后端侧时，用于沿着轴向压缩第一压电元件的载荷增加，而用于沿着轴向压缩第二压电元件的载荷则降低。因此，如果同样的在该具有燃烧压力探测功能的电热塞中将两个压电元件相连接，则可以获得高达在使用一个压电元件的情形下的输出的两倍的输出，以减轻紧固扭矩的量值对于压电元件敏感度的影响。
而且，在该具有燃烧压力探测功能的电热塞中，能够降低由于电荷积累效应而造成的探测输出的波动。
在该进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件为彼此具有相同特性的压电元件。
在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件具有相同的特性。因此如果第一压电元件和第二压电元件产生相似的温度变化，则由于电荷积累效应而在第一压电元件的1-1表面上产生的电荷与在第二压电元件的2-2表面上产生的电荷具有相反的极性和相等的量。同样的，由于电荷积累效应而在第一压电元件的1-2表面上产生的电荷与在第二压电元件的2-1表面上产生的电荷具有相反的极性和相等的量。因此，该具有燃烧压力探测功能的电热塞由于电荷积累效应而在第一压电元件和第二压电元件上产生这样的正好能够相互中和的量的电荷。因此，如果将1-1表面和2-2表面相连接，并且将1-2表面和2-1表面相连接，则能够充分的抑制由于电荷积累效应而对第一和第二压电元件的输出的电荷产生情况的影响。这样，能够提供这样一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，其能够充分的抑制由于电荷积累效应而产生的影响，由此正确的探测燃烧压力。
在该进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，还可以包括下述部件中的至少任何一个用于使得第一压电元件的1-1表面和第二压电元件的2-2表面相互导电的第一导电通路部件；以及用于使得第一压电元件的1-2表面和第二压电元件的2-1表面导电的第二导电通路部件，并且在两个表面的径向外侧上，第一导电通路具有横跨在导电的两个表面之间的桥接部，从而使得此两个表面导电。
本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞设置有用于将1-1表面和2-2表面导电连接的第一导电通路部件以及用于将1-2表面和2-1表面导电连接的第二导电通路部件中的至少一个。而且，第一导电通路部件和第二导电通路部件在径向外侧上具有横跨在两个导电表面(即1-1表面和2-2表面、或者1-2表面和2-1表面)之间的桥接部。因此，如果将导线与桥接部相连接并且引出至外部，则两个表面的电荷能够被容易的传送至外部。
在该进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一导电通路部件和第二导电通路部件中的每一个包括第一部件，具有第一邻接部，用于邻靠通过其导电的两个表面的其中一个；从第一表面邻接部径向向外延伸的第一桥接部形成部，以用于形成至少一部分桥接部；第二部件，具有第二邻接部，用于邻靠通过其导电的两个表面的另一个；以及从第二表面邻接部径向向外延伸的第二桥接部形成部，用于与第一桥接部形成部一起形成桥接部。
考虑具有燃烧压力探测功能的电热塞的组装，在第一导电通路部件和第二导电通路部件由单独的部件构成的情形下，横跨在两个表面之间的桥接部的长度要大于在组装之后所需的长度。如果将桥接部制成为具有用于组装的长度，则在组装之后其长度可能过长。具有过长长度的桥接部可接触壳体或者其它部分并且会形成短路，从而不能正确的探测燃烧压力。
相反，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一导电通路部件和第二导电通路部件分别由第一部件和第二部件构成。而且，第一部件具有第一表面邻接部，用于邻靠与第一导电通路部件或第二导电通路部件自身导电的两个表面(例如1-1表面和2-2表面、或者1-2表面和2-1表面)的其中一个，以及从第一表面邻接部径向向外延伸并且形成至少一部分桥接部的第一桥接部形成部。在另一方面，第二部件具有第二表面邻接部，用于邻靠与第一导电通路部件或第二导电通路部件自身导电的两个表面的另一个，以及从第二表面邻接部径向向外延伸并且与第一桥接部形成部一起形成桥接部的第二桥接部形成部。
这样，第一导电通路部件和第二导电通路部件由第一部件和第二部件构成。因此，有利于第一导电通路部件和第二导电通路部件的组装，并且桥接部可由第一桥接部形成部和第二桥接部形成部形成。这样，通过适当地调整桥接部的长度或者形状能够容易的防止与壳体等部件形成短路。
在如此进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件与中心柱体和壳体绝缘。
第一压电元件和第二压电元件并不是必须与中心柱体或者壳体绝缘。例如，第一压电元件的1-2表面和第二压电元件的2-1表面均设置为与壳体导电，而可以从第一压电元件的1-1表面和第二压电元件的2-2表面获得输出。简言之，能够共同使用与发动机组导电并且设置为地电平的壳体、第一压电元件的1-2表面和第二压电元件的2-1表面。
然而，在起动时或者在余辉通电(after glow energizing)时供给电热塞高达几十至100安培的电流，从而在电热塞通电时地电平发生波动。结果，由于地电平的波动而引起来自1-1表面和2-2表面的输出产生波动，并且正确的测量燃烧压力变得困难。
相反，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件与中心柱体和壳体绝缘。因此第一压电元件和第二压电元件的输出具有如此电平，其不仅由于壳体中的地电平而且还由于中心柱体中的加热器电压电平而浮动。结果，输出电平不受由电热塞通电而引起的地电平波动的影响。
在如此进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，在第一压电元件的1-1表面和第二压电元件的2-2表面以及第一压电元件的1-2表面和第二压电元件的2-1表面其中一对的两个表面上所产生的电荷在与中心柱体和壳体绝缘的情况下输送至外部，并且在另一对的两个表面上产生的电荷可通过壳体输送至外部。
在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，1-1表面和2-2表面或者1-2表面和2-1表面的成对表面与中心柱体和壳体绝缘并且引出至外部。其余的一对表面与壳体导电。换言之，其它的两个表面设置为壳体的地电平。
如上所述，当在起动或者余辉通电从而向电热塞供给高电流时，地电平会发生波动以引起输出的波动。如果能够通过测量电路等单独的避免该问题，则能够产生如此优点，即引出到外部的导线的数目被减少，并且压电元件周围的构造能够被简化以提供低廉的电热塞。
而且，在如此进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，壳体还可具有位于轴向的最前端侧上的壳体前端部；位于轴向的最后端侧上的壳体后端部；位于壳体前端部和壳体后端部之间的外螺纹部，以用于将壳体拧入内燃机的安装孔中；以及位于壳体后端部和外螺纹部之间的工具接合部以便在拧紧时与工具相接合，并且第一压电元件和第二压电元件可以设置在壳体后端部中。
在该具有燃烧压力探测功能的电热塞中的工具接合部与工具形成接合以便将电热塞紧固在内燃机中。因此，需要将工具接合部制造为具有足够的厚度以避免发生任何的变形。然而，在其中压电元件设置在工具接合部的径向内侧上的模式中，工具接合部易于变薄从而其强度被降低并且发生变形。
相反，在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，第一压电元件和第二压电元件比工具接合部更靠近后端的设置在壳体后端部中。因此，可以选择工具接合部的尺寸例如其厚度，而不会受到第一压电元件和第二压电元件的尺寸和设置的影响，从而该工具接合部具有非常高的强度。
而且，第一压电元件和第二压电元件如此设置在壳体后端部中，从而当操作时可以避免它们受到工具等的碰击。因此，能够提供这样一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，当安装时能够容易的对其进行操作并且具有高的可靠性。
这里，工具接合部指的是具有如此适当的形状以便当将该具有燃烧压力探测功能的电热塞安装在内燃机中或者从内燃机上拆除时能够与例如扳钳或扳手等工具相接合的部分。特别的，工具接合部指的是六边形部或者双面部。
而且，在如此进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，壳体可在其后端侧上用树脂密封。
在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，壳体在其后端侧上用树脂密封。因此，设置在壳体后端部中的压电元件等部件能够受到保护从而不受水分或者油液的侵蚀。因此，能够提供一种更加可靠的具有燃烧压力探测功能的电热塞。
如此进一步描述的具有燃烧压力探测功能的电热塞还可包括使得中心柱体插入其中的环形密封部件，并且该密封部件可设置在第一压电元件和第二压电元件的沿着轴向观察的前端侧上，以便使得比密封部件更加靠近第一压电元件和第二压电元件侧的位于中心柱体的外侧面和壳体的内侧面之间的空间相对于位于密封部件的前端侧上的空间保持气密性。
在本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞中，环形密封部件设置在第一压电元件和第二压电元件的沿着轴向观察的前端侧上，并且使得比密封部件更加靠近第一压电元件和第二压电元件侧的位于中心柱体的外侧面和壳体的内侧面之间的空间相对于位于密封部件的前端侧上的空间保持气密性。即使燃烧气体从前端侧侵入中心柱体和壳体内侧面之间的空间，该气体并不到达第一压电元件和第二压电元件部分。结果，第一压电元件和第二压电元件并不受到来自燃烧气体压力的应力作用，从而它们的输出不受影响。结果，本发明的具有燃烧压力探测功能的电热塞能够提供正确的燃烧压力探测输出。
这里，该环形密封部件可以是任何能够使得比密封部件更加靠近第一压电元件和第二压电元件侧的位于中心柱体和壳体的内侧面之间的空间相对于位于密封部件的前端侧上的空间保持气密性的部件。具体的，可以由具有高的耐热性能的氟橡胶等橡胶的O形环制造该密封部件。


图1A和1B示出根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞，其中图1A为整体的一半截面，图1B为靠近前端的主要部分的放大的纵向截面；图2为以放大的比例示出的靠近根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的后端的部分的放大的纵向截面；图3A和3B示出其中根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞安装在延伸通过内燃机外侧以及燃烧室表面的安装孔中的状态，其中图3A为示出整体的一半截面，图3B为靠近前端的主要部分的放大的纵向截面；图4A和4B示出根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞，其中图4A为俯视图，图4B为示出燃烧压力传感器的结构的示意图；图5A和5B示出形成根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的壳体的一部分的传感器盖帽，其中图5A为俯视图，图5B为纵向截面；图6A和6B示出形成根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的中心柱体的一部分的中心柱体套筒，其中图6A为俯视图，图6B为纵向截面；图7为示出根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的电极部件的示意图；图8A和8B示出根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的封闭部件，其中图8A为俯视图，图8B为纵向截面；图9为用于说明中心柱体的位移与在根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的燃烧压力传感器部分中所产生的电荷之间的关系的示意图；图10为示出通过使用内燃机而用于测量具有燃烧压力探测功能的电热塞的传感器输出的系统的示意图；图11为示出通过使用图10所示的测量系统获得的内燃机的曲柄转角以及根据实施例1和对照例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的输出之间关系的曲线图；图12A和12B示出通过使用空气室而用于测量根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的传感器输出的系统，其中图12A为整个系统的示意图，图12B为示出空气室的输入阀和输出阀的动作的时间表。
图13为示出通过使用图12A和12B的测量系统获得的各个紧固扭矩与根据实施例1和对照例1和2的具有燃烧压力探测功能的电热塞的传感器输出的量值之间关系的曲线图；图14为用于说明根据实施例1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的燃烧压力传感器的电荷积累效应的示意图；图15A、15B和15C示出当具有燃烧压力探测功能的电热塞被加热时由压电元件所产生的电荷量以及压电元件的温度的变化，其中图15A代表对照例1，图15B代表对照例2，图15C代表实施例1；图16为示出根据变型1的具有燃烧压力探测功能的电热塞的前端附近的放大的纵向截面；图17为示出根据变型2的具有燃烧压力探测功能的电热塞的第一压电元件和第二压电元件的设置、极化方向以及电荷引出的示意图；图18为根据实施例2的具有燃烧压力探测功能的电热塞的一半截面；图19以放大的比例示出根据实施例2的具有燃烧压力探测功能的电热塞的后端附近的局部放大的纵向截面；并且图20为示出在根据实施例2的具有燃烧压力探测功能的电热塞中使用的电极部件的示意图。
参考标记与符号的说明
100 内燃机1000，2000，5000，6000 电热塞(具有燃烧压力探测功能的电热塞)1005，2005，6005 燃烧压力传感器1100，5101 加热器部件5100 罩体部件(加热器部件)1150 加热器连接部1200，5200 壳体1201，5201 壳体前端部1202 壳体后端部1203 外螺纹部1204，5204 密封部1205 加热器固定部1206 工具接合部1207 (壳体的)内侧面1210 加热器固定部件(加热器固定部)1221 相对部1222 后端相对表面1223 壳体本体后端部1231，6231 朝内凸起1234，6234 前端朝内凸起表面1300，5300 中心柱体1303 (中心柱体的)外侧面1310 中心柱体后端部1320 中心柱体前端部1340，6340 中心柱体套筒1342，6342 朝外凸起1345，6345 后端朝外凸起表面1346，6346 前端朝外凸起表面1400，2400 第一压电元件
14101-1 表面(第一正表面)14201-2 表面(第一负表面)2410 第一内周面(第一正表面)2420 第一外周面(第一负表面)2631 第一内周面电极2641 第一外周面电极1500，2500 第二压电元件1510 2-1表面(第二正表面)1520 2-2表面(第二负表面)2510 第二内周面(第二正表面)2520 第二外周面(第二负表面)2633 第二内周面电极2643 第二外周面电极1630 第一电极部件(第一导电通路部件)1640，6640 第二电极部件(第二导电通路部件)1631 1-1电极部(第一表面邻接部)1633 2-2电极部(第二表面邻接部)1641，6641 1-2电极部(第一表面邻接部)1643，6643 2-1电极部(第二表面邻接部)1632 第一连接部(桥接部)1642，6647 第二连接部(桥接部)1700 O形环(密封部件)6642 第一延伸部6644 第二延伸部6645 1-2电极部件(第二导电通路部件)6646 2-1电极部件(第二导电通路部件)AX 轴线AXT 轴向PL 预载荷PLT 极化方向
具体实施例方式
下面将参考附图描述根据本发明的实施例的具有燃烧压力探测功能的电热塞。
〔实施例1〕首先，参考附图描述本发明的第一实施例。电热塞1000能够对加热器部件1100进行加热以便在通电时辅助起动内燃机，并且具有设置为用于探测内燃机的燃烧压力变化的燃烧压力传感器1005。如图1A所示，该电热塞1000设置有在沿着轴线AX的方向AXT(简称为“轴向”)中延伸的圆柱形壳体1200；固定在壳体1200中的导电中心柱体1300；以及设置在中心柱体1300的轴向前端侧(位于下侧并且简称为“前端侧”)上的加热器部件1100。
如图1B所示，该加热器部件1100在加热器前端部1101处形成为具有基本为半球形的形状并且具有由氮化硅陶瓷制成的圆杆形状。该加热器部件1100在其加热器前端部1101中设置有由非金属加热元件制成的加热器加热部1110。而且，该加热器部件1100在其后端侧的外周面上设置有加热器连接部1140和1150，所述连接部用做加热上述加热器加热部1110所需的电力输送端子。加热器部件1100还设置有加热器导体1120和1130以便分别使得加热器加热部1110的两个端部与加热器连接部1140和1150导电。这些构件用氮化硅陶瓷进行封装。
另一方面，如图1A、1B和2所示，壳体1200由如下构件构成圆柱形壳体本体部件1220；设置在壳体本体部件1220的前端侧上的加热器固定部件1210，以用于固定前述的加热器部件1100；以及设置在壳体本体部件1220的后端侧的传感器盖帽1230(参考图2)。
在这些构件中，如图1B所示，加热器固定部件1210和壳体本体部件1220通过激光焊接固定在前端侧焊接部1224处，该焊接部定位在壳体本体部件1220的前端侧(位于图1A中的下侧)上。而且，壳体本体部件1220和传感器盖帽1230利用激光焊接在后端侧第一焊接部1225处固定，该焊接部定位在壳体本体部件1220的轴向后端侧(位于图2中的上侧，简称为后端侧)上。
在由该三个部件如此构成的壳体1200中，位于最前端侧上的部分称为壳体前端部1201，位于最后端侧上的部分称为壳体后端部1202。
在壳体前端部1201与壳体后端部1202之间，即在壳体本体部件1220的轴向中间部处，该壳体1200设置有用于将壳体1200安装在内燃机100的安装孔101中的外螺纹部1203，如图3A所示。而且，在壳体后端部1202与外螺纹部1203之间，壳体1200的壳体本体部件1220设置有用于在拧紧时接合扳手的六边形工具接合部1206。并且进一步，在壳体前端部1201与外螺纹部1203之间，即在加热器固定部件1210的后端部处，壳体1200设置有具有汇聚锥形面并且压靠在安装孔101的安装面103上以便由此保持壳体1200和安装孔101的气密性的密封部1204。因此，如从图1A明显示出的，加热器固定部件1210位于外螺纹部1203的轴向前端侧上。
在另一方面，加热器固定部件1210将加热器部件1100固定使其加热器前端部1101从壳体前端部1201向前端侧突出。更具体的，在加热器固定部件1210中，位于加热器部件1100的后端侧上的加热器后端部1102压配在加热器固定部1205中。因此，加热器固定部件1210与加热器部件1100形成气密性接触，从而即便在将电热塞1000安装在内燃机100中的情形下，仍然可以避免高压燃烧气体侵入到壳体1200中。
而且，加热器部件1100的加热器连接部1140与加热器固定部件1210的内周面制成为能够导电，从而加热器部件1100的加热器加热部1110在其一个端部处与壳体1200电连接。
在另一方面，对于加热器部件1100，其加热器后端部1102压配在由金属制成的连接环1330的连接环前端部1331中。而且，中心柱体1300的中心柱体前端部1320插入连接环1330的连接环后端部1332的内周面中并且固定在中心柱体前端焊接部1321处。由此，中心柱体1300与加热器部件1100通过连接环1330机械的牢固连接。
中心柱体1300与加热器部件1100的加热器连接部1150通过连接环1330电连接。
因此，加热器部件1100能够通过在壳体1200与中心柱体1300之间施加电压而被加热。
此处描述的是最靠近壳体1200的后端侧定位的壳体后端部1202。该壳体后端部1202包括传感器盖帽1230与壳体本体部件1220的壳体本体后端部1223。
其中，如图5B所示，传感器盖帽1230设置有基本为圆柱形形状的主干部1232以及环形部1233，该环形部位于主干部1232的轴向前端侧(位于下侧)。传感器盖帽1230还设置有朝内凸起1231，其沿着垂直于轴线AX的方向并且从主干部1232的轴向后端(位于图5B的上侧)沿着径向朝内突出。而且，该朝内凸起1231包括有前端相对朝内凸起表面1234，其面对轴向前端侧。在另一方面，将环形部1233制成为比主干部1232更薄。
在另一方面，主干部1232与朝内凸起1231具有通孔1235，用于使得中心柱体1300沿其轴线AX从中通过，并且用于使得将在后面描述的配线部件从中穿过。如图5A所示，该通孔1235在含有轴线AX的俯视图中形成基本为U形的形状，并且在主干部1232中具有轴向延伸的狭槽形状。
这里，如上所述的，将传感器盖帽1230和壳体本体后端部1223固定在后端侧第一焊接部1225处(参考图2)。由此，传感器盖帽1230的朝内凸起1231和主干部1232与壳体本体后端部1223限定了用于在其中容纳将在后面描述的燃烧压力传感器1005的封闭空间G。
位于封闭空间G的前端侧的壳体本体后端部1223构成与朝内凸起1231的朝内凸起表面1234面对的相对部1221。在另一方面，相对部1221含有相对表面1222，其用做壳体本体部件1220的后端表面并且面对轴向后端侧。该后端相对表面1222面对传感器盖帽1230的朝内凸起表面1234。
下面参考图1A、图1B和图2描述中心柱体1300。该中心柱体1300用铁制成为圆杆形状并且设置在壳体1200中。该中心柱体1300由位于后端侧的中心柱体后端部1310和从中心柱体后端部1310朝向前端侧延伸的具有圆杆形状的中心柱体本体1301构成。其中，在其前端侧，中心柱体后端部1310在1311处设置有内螺纹。在另一方面，在其后端侧，中心柱体本体1301在1302处设置有外螺纹。中心柱体后端部1310和中心柱体本体1301在内螺纹部1311和外螺纹部1302拧紧并且相互嵌塞(参考图2)。
在该中心柱体1300中，如上所述，中心柱体前端部1320通过连接环1330机械地牢固连接至加热器部件1100的加热器后端部1102(参考图1B)。在另一方面，中心柱体后端部1310或者位于后端侧的中心柱体1300的端部定位在壳体后端部1202的后端侧(即传感器盖帽1230)上，并且从壳体1200向后端侧突出，从而通过将其安装在未示出的连接终端上而被连接。
而且，在中心柱体后端部1310的前端侧(位于图中下侧)上，中心柱体1300不仅设置有柱状的中心柱体本体1301，还具有与前者相集成的中心柱体套筒1340。该中心柱体套筒1340形成为具有通孔1344的圆柱形形状，如图6A和6B所示，并且在其轴向中间部设置有沿着径向向外突出的凸缘形状的朝外凸起1342。然后通过该朝外凸起1342将该中心柱体套筒1340分成位于轴向后端侧上的第一圆柱部1341和位于前端侧上的第二圆柱部1343。
此处，该中心柱体套筒1340的朝外凸起1342设置有面对轴向后端侧的后端相对朝外凸起表面1345以及面对轴向前端侧的前端相对朝外凸起表面1346。而且，在第一圆柱部1341和第二圆柱部1343的外周面上分别设置有绝缘管1352和1351。
参考图3A、3B、4A和4B，这里描述的是燃烧压力传感器1005，其形成在壳体1200的壳体后端部1202中。
该燃烧压力传感器1005不仅设置有传感器盖帽1230、中心柱体套筒1340、壳体本体部件1220的壳体本体后端部1223(或者相对部1221)，而且还设置有两个或者第一和第二的两个压电元件1400和1500，四个或者第一、第二、第三和第四绝缘隔片1710、1720、1730和1740，第一和第二电极部件1630和1640，以及绝缘管1351和1352。
如图2和4B所示，在该燃烧压力传感器1005的中心处设置有中心柱体套筒1340，其中插入并且固定有中心柱体本体1301。该中心柱体套筒1340如此设置，使得朝外凸起1342定位在壳体1200(或传感器盖帽1230)的朝内凸起1231的前端侧(位于图4B的下侧)上和壳体1200(或壳体本体部件1220)的相对部1221(或壳体本体后端部1223)的后端侧(位于图4B的上侧)上。而且，关于中心柱体套筒1340，从朝外凸起1342向后端侧延伸的第一圆柱部1341跨过传感器盖帽1230的朝内凸起1231向后端侧延伸并且突出。进而，关于中心柱体套筒1340，从朝外凸起1342向前端侧延伸的第二圆柱部1343越过相对部1221的后端相对表面1222向前端侧延伸，从而该第二圆柱部的部分插入壳体本体部件1220中。
首先描述由朝内凸起1231的前端朝内凸起表面1234和朝外凸起1342的后端朝外凸起表面1345所限定的燃烧压力传感器1005的部分。
在朝内凸起1231的前端朝内凸起表面1234的前端侧(位于图2和图4B的下侧上)上，如此设置由氧化铝陶瓷形成为环形的的第一绝缘隔片1710，以使得中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341插入其中。
在第一绝缘隔片1710的前端侧上，设置环形的1-1电极部1631，其形成由铁镍合金制成的第一电极部件1630(参考图7)的一部分并且使得中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341插入其中。
这里，第一电极部件1630包括两个环形的电极部，即1-1电极部1631和2-2电极部1633，以及连接电极部1631和1633的第一连接部1632。
同样的，后面描述的第二电极部件1640包括两个环形的电极部，即1-2电极部1641和2-1电极部1643，以及连接电极部1641和1643的第二连接部1642。
而且，在1-1电极部1631的前端侧上，设置环形的第一压电元件1400，其主要由锆钛酸铅构成，并且使得中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341插入其中。该第一压电元件1400沿其自身的轴向方向被如此极化，从而当其沿着轴向方向接受压应力时，在其一个端表面或者1-1表面1410上产生正电荷，而在其另一个端表面或者1-2表面1420上则产生负电荷，以响应所述应力的变化。
这里，第一压电元件1400如此设置，使得其1-1表面1410面向后端侧(位于图中的上侧)以紧靠1-1电极部1631。而且，在该实施例中，在第一压电元件1400的1-1表面1410和1-2表面1420上没有形成电极层。但是，可以任意的形成有电极层。
而且，在第一压电元件1400的前端侧上如此设置环形的1-2电极部1641以紧靠1-2电极部，所述的电极部1641形成前述的第二电极部件1640的一部分并且使得中心柱体套筒1340的环形的1-2电极部1641插入其中。
而且，在该1-2电极部1641和朝外凸起1342的朝外凸起表面1345之间，设置环形的第二绝缘隔片1720，其由氧化铝陶瓷制成。在另一方面，中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341的外周面用绝缘管1352封装。
这样，第一压电元件1400、第一电极部件1630的1-1电极部1631，以及第二电极部1640的1-2电极部1641如此在传感器盖帽1230的朝内凸起1231和中心柱体套筒1340的朝外凸起1342之间夹紧，使得它们通过第一和第二绝缘隔片1710和1720以及绝缘套筒1352与其绝缘。
这里描述由朝外凸起1342的前端相对朝外凸起表面1346和相对部1221的后端相对表面1222所限定的燃烧压力传感器1005的部分。
在朝外凸起1342的前端相对朝外凸起表面1346的前端侧上，如此设置由氧化铝陶瓷制成的环形的第三绝缘隔片1730以及形成第一电极部件1630的一部分的环形的2-2电极部1633，以便二者均使得中心柱体套筒1340的第二圆柱部1343插入其中。
而且，在2-2电极部1633的前端侧上，设置环形的第二压电元件1500，其具有与第一压电元件1400相同的形状和特征并且使得中心柱体套筒1340的第二圆柱部1343插入其中。
该第二压电元件1500沿其自身的轴向方向被如此极化，从而当其沿着轴向方向接受压应力时，在其一个端表面或者2-1表面1510上产生正电荷，而在其另一个端表面或者2-2表面1520上则产生负电荷，以响应所述应力的变化。
这里，在该实施例中，第二压电元件1500如此设置，使其2-2表面1520面对后端侧(位于图中的上侧)。而且，与在第一压电元件1400中相同，第二压电元件1500的2-1表面1510和2-2表面1520形成为不具有电极层。
而且，在该第二压电元件1500的前端侧上如此设置环形的2-2电极部1643，其形成第二电极部件1640的一部分。在另一方面，在前端侧上还设置环形的绝缘隔片1740，其由氧化铝陶瓷制成。在另一个方面，中心柱体套筒1340的第二圆柱部1343的外周面用绝缘管1351封装。
这样，第二压电元件1500、第一电极部件1630的2-2电极部1633，以及第二电极部1640的2-1电极部1643如此在中心柱体套筒1340的朝外凸起1342和壳体本体部件1220的相对部1221之间夹紧，使得它们通过第三和第四绝缘隔片1730和1740以及绝缘套筒1351与其绝缘。
在燃烧压力传感器1005中，传感器盖帽1230的环形部1233如此在其整个周面上在后端侧第一焊接部1255处激光焊接到壳体本体后端部1220的外周面上，以使得在传感器盖帽1230上施加有朝着轴向前端方向的推力，即，对第一和第二压电元件1400和1500施加轴向压缩力。因此，在该燃烧压力传感器1005中，在第一压电元件1400和第二压电元件1500上总是沿着轴向方向施加有压缩预载荷。在进行该激光焊接时，在环形部1233处形成小珠(即径向朝外的隆起)。当与传感器盖帽1230的外侧进行组装时，封闭部件1010可能与所述的小珠相影响从而它们不能被适当的组装。因此，将环形部1233制造的如此之薄，以便即使在具有这种小珠的情况下，当对该封闭部件1010进行组装时，其不会影响封闭部件1010。
由此，朝内凸起1231、第一绝缘隔片1710、1-1电极部1631、第一压电元件1400、1-2电极部1641、第二绝缘隔片1720、朝外凸起1342、第三绝缘隔片1730、2-2电极部1633、第二压电元件1500、2-1电极部1643、绝缘隔片1740和相对部1221被层叠以与其上部和下部部件形成紧密接触，如图2和4B所示。
而且，在第一圆柱部1341的后端1347处，中心柱体本体1301和中心柱体套筒1340也在中心柱体套筒1340和中心柱体本体1301相互靠近的部分L2处进行电弧焊接(或者氩弧焊接)。由此，中心柱体套筒1340和中心柱体本体1301相互集成。
在另一方面，如图4B所示，在第一压电元件1400和第二压电元件1500产生的电荷(或者输出信号)被第一电极部件1630、第二电极部件1640、导线1610和1620以及电缆1650输送至外部。
更具体的，在第一压电元件1400中，1-1表面1410紧靠第一电极部件1630的1-1电极部1631，并且1-2表面1420紧靠第二电极部件1640的1-2电极部1641。另一方面，在第二压电元件1500中，2-2表面1520紧靠第一电极部件1630的2-2电极部1633，并且2-1表面1510紧靠第二电极部件1640的2-1电极部1643。因此，通过第一电极部件1630而使得第一压电元件1400的1-1表面1410和第二压电元件1500的2-2表面1520导电。同样的，通过第二电极部件1640而使得第一压电元件1400的1-2表面1420和第二压电元件1500的2-1表面1510导电。
另外，如在图2中所示，第一电极部件1630和第二电极部件1640分别在第一和第二连接部1632和1642处，通过点焊分别与导线1610和导线1620相连接。而且，导线1610和1620在绝缘状态下以具有内部辫带1660的电缆1650通向外部。特别的，通过未示出的电荷放大器向控制装置例如ECU等提供输入，从而燃烧压力的变化得以被探测。
另一方面，在该电缆1650中，内部辫带1660通过电缆固定部件1670被压实并且固定，该电缆固定部件焊接并且固定在后面描述的封闭元件1010的隆起部1011中(参考图8A和8B)。因此，可以防止第一电极部件1630与第二电极部件1640发生变形，并且可以防止否则由于拉动该电缆1650而施加在导线1610和1620上的作用力而使得导线1610和1620被拉出。
在该实施例的电热塞1000中，如图2所示，包括前面所述的燃烧压力传感器1005的壳体后端部1202封装并且容纳在圆柱形封闭部件1010中(参考图8A和8B)。如在图8A和8B中所示，该封闭部件1010由基本为圆柱形的柱体部1012以及从该柱体部1012的周面部沿着径向向外突出的隆起部1011构成。该封闭部件1010的柱体部1012封闭了构成燃烧压力传感器1005的各个部件。而且，在隆起部1011中，封装有与第一和第二电极部件1630和1640相连接的导线1610和1620。而且，从后端侧在封闭部件1010中填充树脂1040，从而燃烧压力传感器1005被所述树脂1040所封装并且密封。由此，该电热塞1000能够保护燃烧压力传感器1005，使其免受水分或者油液从后端侧侵入，因此是非常可靠的。
在另一方面，如在图2中沿着轴向AXT观察，环形的O形环1700在燃烧压力传感器1005(即，第一和第二压电元件1400和1500)和壳体1200的外螺纹部1203之间设置在中心柱体1300(或者中心柱体本体1301)上。该O形环1700由具有耐热性的氟橡胶制成并且被压缩以与中心柱体1300(或者中心柱体本体1301)的外侧面1303以及壳体1200的内侧面1207形成紧密接触。O形环1700形成在中心柱体1300的外侧面1303和壳体1200的内侧面1207之间，因此，位于该O形环1700的后端侧(位于图2中的上侧)上的空间J相对位于前端侧(位于图2中的下侧)的空间H而言是保持气密性的。这里，O形环1700具有弹性，因此其不会妨碍中心柱体1300由于燃烧压力的变化而沿着轴向AXT发生的位移。
而且，在该实施例中，如沿着轴向AXT观察，O形环1700设置在壳体1200的外螺纹部1203的后端侧上。特别的，当安装在内燃机100上时，O形环1700设置在从内燃机100突出的位置处。在此位置，在内燃机100中产生的热量在进行输送时被耗散，从而该0形环1700保持较低的温度。结果，与其中将O形环1700定位在外螺纹部的沿着轴向AXT的前端侧(位于图2的下侧)上情形相比，这样有利的使得O形环1700在特性方面退化程度更低。
这里描述的是其中将该实施例的电热塞1000进行安装以便应用于内燃机100之中的情形。
如图3A所示，如此将该电热塞1000安装在内燃机100中，即将电热塞1000插入内燃机100的安装孔101中并且拧紧壳体1200的外螺纹部1203直至密封部1204受压以与形成在燃烧室102附近的安装面103相接触。
因此，该工具与形成在壳体1200上的工具接合部1206形成接合，由此施加紧固到壳体1200上所需的扭矩。如图3A所示，该工具接合部1206设置在燃烧压力传感器1005的前端侧(位于图中的下侧)上。因此，可将工具接合部1206制成具有厚的厚度而不会受到燃烧压力传感器1005的尺寸与设置的影响，从而即便施加很高的紧固扭矩时其也不会断裂。而且，燃烧压力传感器1005被封闭部件1010所封装，从而当将其安装或者拆卸时，可以避免其因为受到工具的打击等而发生破裂。
当壳体1200的具有锥形表面的密封部1204与安装孔101的安装面103形成接触时，该电热塞1000即被固定在内燃机100中。同时，推压密封部1204以使其与安装面103形成紧密接触，从而其能够避免将在燃烧室102中产生的高压燃烧气体泄漏到安装孔101中。
当将壳体1200如此紧固时，壳体1200在密封部1204和外螺纹部1203之间被压缩从而该中间部弹性收缩。然后，通过壳体1200的被压缩部的弹性作用力，密封部1204和安装孔101的安装面103被弹性挤压以形成接触，从而可以更加可靠的保持气密性。
在另一方面，通过连接环1330与利用加热器固定部件1210固定的加热器部件1100相连接的中心柱体1300(或者中心柱体本体1301)，相对于壳体1200被提升至后端侧，即，中心柱体1300(或者中心柱体本体1301)相对于壳体1200移动至后端侧(位于图中的上侧)。结果，中心柱体套筒1340及其朝外凸起1342移动至后端侧，从而施加给第一压电元件1400的压缩预载荷进一步增加。在另一方面，施加给第二压电元件1500的压缩预载荷降低。
当起动该内燃机100时，由于燃料的爆炸燃烧而在燃烧室102中产生很高的燃烧压力。
然后，通过该燃烧压力，加热器部件1100和电热塞1000的壳体前端部1201移动至轴向后端侧。结果，位于外螺纹部1203和密封部1204之间的壳体1200的部分被进一步压缩。
如上所述，通过连接环1330而将中心柱体1300机械地牢固连接至加热器部件1100，并且通过壳体1200的加热器固定部1205将加热器部件1100固定。因此，当加热器固定部1205(或者壳体前端部1201)移位时，中心柱体1300同样的被移位。
因此，在壳体后端部1202处，当燃烧压力升高时，中心柱体1300相对于壳体1200移动至轴向后端侧，更具体的，移动至外螺纹部1203或者固定在内燃机100中的壳体的部分。
通过简化燃烧压力传感器1005的纵向截面的一部分，图9为用于解释燃烧压力传感器1005的行为的示意图。
在该燃烧压力传感器1005中，第一绝缘隔片1710、1-1电极部1631、第一压电元件1400、1-2电极部1641、第二绝缘隔片1720、朝外凸起1342、第三绝缘隔片1730、2-2电极部1633、第二压电元件1500、2-1电极部1643、以及绝缘隔片1740以所述的顺序夹紧在朝内凸起1231和相对部1221之间，如上所述。结果，第一压电元件1400和第二压电元件1500被沿着压缩方向的PL预加载。这里，如此设置第一压电元件1400以使得其极化方向PLT沿着轴线AX(或者平行于轴向AXT)指向前端侧(或在图9中向下)。另一方面，如此设置第二压电元件1500以使得其极化方向PLT沿着轴线AX指向后端侧(或在图9中向上)。
当中心柱体1300的中心柱体本体1301和中心柱体套筒1340由于内燃机100的燃烧室102中的燃烧压力的升高而相对于壳体1200移位到后端侧时，中心柱体套筒1340的朝外凸起1342也移位至后端侧。因此，在第一压电元件1400中，除了预载荷PL之外，由于朝外凸起1342的位移而产生的压应力CF也被施加，由此提高了施加给第一压电元件1400的轴向压缩载荷。另一方面，在第二压电元件1500中，由于朝外凸起1342的位移，施加给第二压电元件1500的轴向压缩载荷被降低至低于预载荷PL的数值。
这里考虑在第一和第二压电元件1400和1500的各个表面(即1-1表面1410等)上积聚的电荷。随着沿着第一压电元件1400的轴向的压缩载荷的提高，第一压电元件1400被如此极化，使得在1-1表面1410上产生正电荷，而在1-2表面1420上产生负电荷。因此，如上所述，在燃烧压力升高从而中心柱体1300移位至后端侧由此增加施加给第一压电元件1400的压缩载荷的情形中，在1-1表面1410上产生正电荷Q11，而在1-2表面1420上则产生负电荷Q12。
另一方面，随着沿着第二压电元件1500的轴向的压缩载荷的提高，第二压电元件1500被如此极化，使得在2-1表面1510上产生正电荷，而在2-2表面1520上产生负电荷。但是，在该实施例的电热塞1000中，如上所述，随着燃烧压力升高而使得中心柱体1300移位至后端侧时，施加给第二压电元件1500的压缩载荷降低。因此，在相对的方向中产生电荷，即，在2-2表面1520上产生正电荷Q22，而在2-1表面1510上则产生负电荷Q21。
所产生的上述各电荷被传送给第一电极部件1630和第二电极部件1640的各个电极。更具体的，在第一压电元件1400中，产生在1-1表面1410上的正电荷Q11传送给1-1电极部1631，而产生在1-2表面1420上的负电荷Q12则传送给1-2电极部1641。同样，在第二压电元件1500中，产生在2-2表面1520上的正电荷Q22传送给2-2电极部1633，而产生在2-1表面1510上的负电荷Q21则传送给2-1电极部1643。
而且，在形成第一电极部件1630的一部分的1-1电极部1631和2-2电极部1633处所产生的正电荷Q11和Q22被累加并且通过导线1610输送至外部。同样，在形成第二电极部件1640的1-2电极部1641和2-1电极部1643处产生的负电荷Q12和Q21被累加并且通过导线1620输送至外部。结果，与其中仅仅使用一个压电元件的情形相比，该燃烧压力传感器1005能够获得高达约两倍的输出(或者电荷)。
而且，为了确证上述效果，如图10所示，通过利用内燃机2600的测量系统2500，测量电热塞1000的燃烧压力传感器1005的实际输出。该测量系统2500所使用的内燃机2600的类型为，利用燃料喷射器2800将燃料喷入燃烧室2602中。通过使用具有根据本实施例的燃烧压力传感器1005的电热塞1000和使用具有采用根据现有技术或者对照例1的单独压电元件的燃烧压力传感器的电热塞JGP，测量该内燃机2600(或者燃烧室2602)的燃烧压力。
这里，使用基准压力传感器2700(即，KISTLER公司生产的6052A型)在该实施例和对照例1之间共同的测量燃烧压力的水平。
特别的，电热塞1000的燃烧压力传感器1005(即第一和第二压电元件1400和1500)的输出以及根据对照例1的电热塞JGP的输出与电荷放大器2501(即，KISTLER公司生产的5011型)相连接，并且基准压力传感器2700的输出与电荷放大器2502(即，KISTLER公司生产的5011型)相连接。而且，电荷放大器2501和2502的输出与示波器2503相连接。而且，为了观察与内燃机2600的曲柄转角之间的关系，内燃机2600的曲柄转角传感器(未示出)的输出也与示波器2503相连接。
在此状态下，起动内燃机2600，并且曲柄转角传感器输出与示波器2503的X轴输入相连接，而电荷放大器2501的输出与Y轴输入相连接，从而获得绘制这些输出之间的关系的曲线图。
在图11中绘出使用测量系统2500的测量结果。横坐标表示曲柄转角，纵坐标表示传感器输出。其中，由虚线绘制的曲线图2900绘出曲柄转角和使用一个压电元件的传统类型的电热塞JGP的燃烧压力传感器的传感器输出之间的关系。另一方面，曲线图2901绘出曲柄转角和根据本实施例的电热塞1000的燃烧压力传感器1005的传感器输出之间的关系。
从图11可容易理解，沿着所有曲柄转角，使用两个或者第一和第二压电元件1400和1500的实施例的电热塞1000可以获得高达使用一个压电元件的电热塞JGP的输出的约两倍的输出。
如上所述，当根据该实施例的电热塞1000安装在内燃机100的安装孔101中时(参考图3A和3B)，在外螺纹部1203与密封部1204之间的壳体1200的部分随着紧固操作的进行而稍稍的收缩。然后，随着燃烧压力的升高，中心柱体1300相对于壳体1200移位至后端侧。然后，施加给第一压电元件1400的预载荷升高，但是施加给第二压电元件1500的预载荷则降低。
在通过沿着压缩方向向压电元件施加预载荷所使用的类型的燃烧压力传感器中，通常，敏感度、即对于压缩力变化产生的电荷量当预载荷的量值变化时会发生变化。特别的，敏感度对于低的预载荷降低，而对于高的预载荷则升高。该敏感度变化如下估计。中心柱体套筒1340的朝外凸起1342的表面(或者邻接面)并未象在第一和第二压电元件1400和1500、第一绝缘隔片1710等中那样相互间形成完全接触。各个间隙的尺寸由于压应力的量值而发生变动，从而施加给第一压电元件1400等的压应力的量值发生波动。
因此，在紧固该实施例的电热塞1000的情形下，紧固力即紧固扭矩越高，则第一压电元件1400的敏感度升高的越高。另一方面，第二压电元件1500的敏感度降低。因此，在根据现有技术的前述电热塞JGP仅仅专用第一压电元件1400或者第二压电元件1500的其中一个的情形下，其敏感度根据当将电热塞1000安装在安装孔101时的紧固力(或紧固扭矩)的量值而发生变化。因此，在同样的燃烧压力下，产生这样的缺陷，即传感器输出(或者压电元件的压力)被分散。因此，对于各个内燃机，紧固扭矩被严格控制，以便抑制电热塞1000的燃烧压力传感器1005在敏感度方面的分散。
另一方面，在根据该实施例的电热塞1000中，由于随着紧固力(或紧固扭矩)的增加第一压电元件1400的敏感度提高并且第二压电元件1500的敏感度降低，1-1表面1410和2-2表面1520相连接，并且1-2表面1420和2-1表面1510相连接，从而在各个表面上产生的电荷被累加。因此，在高紧固力(或紧固扭矩)的情形下，第一压电元件1400的敏感度提高以在相同的燃烧压力下产生更多的电荷。但是，第二压电元件1500的敏感度降低以在相同的燃烧压力下产生更少的电荷。因此，如果将这些产生的电荷相加，可认为在相同的燃烧压力下产生的电荷量与其中紧固力(或紧固扭矩)较低的情形下产生电荷量没有重大的差异。更具体的，在根据本发明的电热塞1000中，各压电元件能够使其敏感度变化相互抵消以引出电荷(或者输出)。因此，在拧紧时紧固扭矩的量值对于压电元件敏感度的影响可以被降低，从而容易的施加紧固扭矩。因此，有可能提供这样一种具有燃烧压力探测功能的电热塞，其能够在较宽的紧固扭矩范围上正确的探测燃烧压力的变化。
为了确证上述效果，利用使用空气室的测量系统3000测量图12A中所示的电热塞的实际输出。该测量系统3000设置有用于气密性容纳高压空气的空气室3100、用于将空气室3100与未示出的高压空气产生装置相连接的电磁阀AIN、以及用于将空气室3100与大气相连接的电磁阀AOUT。电磁阀AIN与电磁阀AOUT是通过熟知的电磁线圈来开/关的空气阀。电磁阀AIN与电磁阀AOUT如此构成，使得它们当没有供给电压时(在低电位)被关闭以阻断通气孔，而当供给电压(在高电位)时则被打开，以打开通气孔。
而且，电热塞1000或者根据对照例1的使用一个压电元件的电热塞JGP、以及基准压力传感器3200(即KISTLER公司生产的6052A型)被单独的安装在空气室3100中。而且，电热塞1000或者JGP的输出与电荷放大器3300(即KISTLER公司生产的5011型)相连接，并且基准压力传感器3200的输出与电荷放大器3400(即KISTLER公司生产的5011型)相连接。而且，电荷放大器3300与电荷放大器3400的输出单独的与示波器3500相连接。进而，如同前述测量系统2500中的基准压力传感器2700，在共同的条件(即共同的压力变化)下使用基准压力传感器3200以测量电热塞1000和电热塞JGP。
通过利用预定的紧固扭矩将该实施例的电热塞1000和对照例1的电热塞JGP安装在空气室3100中进行所述的测量。以示于图12B中的顺序操作连接至空气室3100的电磁阀AIN和电磁阀AOUT，从而空气室3100的内部重复高压状态和大气压状态。在这些状态中，通过对于X轴时间轴将电荷放大器3300的输出输入到Y轴的输入以获得示波器3500的的输出波形。通过使用这些输出波形的下限和上限之间的差值作为各个电热塞的传感器输出以测量四个紧固扭矩。
而且，为了进行比较，对取代根据该实施例的电热塞1000的电热塞GP2(即，对照例2)进行测量。该电热塞GP2具有类似于电热塞1000的结构，第一电极部件1630的第一连接部1632与第二电极部件1640的第二连接部1642被切断以便获取第一压电元件1400和第二压电元件1500的单独输出。
在图13中绘出结果。横坐标表示紧固扭矩，而纵坐标表示传感器输出。在图13中，曲线图4001绘出使用一个压电元件的传统类型的电热塞JGP的结果，并且曲线图4002绘出根据该实施例的电热塞1000的结果。而且，曲线图4003绘出在电热塞GP2的第一压电元件1400处产生的输出结果，并且曲线图4004绘出在该同一电热塞GP2的第二压电元件1500处产生的输出结果。
如可以参考图13容易理解的，曲线图4001表明使用一个压电元件的电热塞JGP对于低的紧固扭矩具有小的传感器输出(或者低的敏感度)，但是对于高的紧固扭矩则具有大的传感器输出(或者高的敏感度)。还可以理解，在低的紧固扭矩的情形中，敏感度严重降低。
相反，在根据本实施例的电热塞1000中，传感器输出的量值不仅约高达曲线图4001的两倍，而且无论紧固扭矩数值的量值如何保持基本恒定。简言之，发现传感器输出的敏感度基本不发生变化，即使紧固扭矩的量值改变。这里，对应于涉及电热塞GP2的第一压电元件1400的输出的曲线图4003表现出与对照例1的电热塞JGP的情况基本相似的变化。相反，对于较高的紧固扭矩，对应于第二压电元件1500的输出的曲线图4004则表现出较低的传感器输出(或者较低的传感器敏感度)。这是由于，如上所述，第二压电元件1500被构成为对于壳体1200的较高的紧固扭矩具有较少的预载荷。而且，曲线图4003和4004的和基本等于曲线图4002。因此，发现由于紧固扭矩的量值而引起的传感器输出的变化相关以相互抵消。
因此，如从图13中显然的，已经确证该实施例的电热塞1000相对使用一个压电元件的电热塞JGP而言，其紧固扭矩的量值对于传感器敏感度具有较小的影响。
通常，压电元件即使在所施加在其上的应力不发生变化的状态下具有电荷积累效应以便由于其自身的温度变化而产生电荷。更具体的，在压电元件中，即使温度升高，用于对大的压应力产生正电荷的表面产生出正电荷。由于压电元件的温度的变化，传感器输出由于所述积累效应产生的电荷而发生偏移，由此造成不能正确测量传感器输出的缺陷。
例如，在根据该实施例的电热塞1000的温度升高的情形中，第一压电元件1400和第二压电元件1500的极化方向PLT示于图14。结果，在第一压电元件1400的1-1表面1410和第二压电元件1500的2-1表面1510上产生正电荷QS11和正电荷QS21。在另一方面，在第一压电元件1400的1-2表面1420和第二压电元件1500的2-2表面1520上则产生负电荷QS12和负电荷QS22。
但是，在根据该实施例的电热塞1000的第一压电元件1400和第二压电元件1500中，1-1表面1410和2-2表面1520通过第一电极部件1630相连接，并且1-2表面1420和2-1表面1510通过第二电极部件1640相连接。因此，正电荷QS11和负电荷QS22在第一电极部件1630中相互中和，并且负电荷QS12和正电荷QS21在第二电极部件1640中相互中和。
特别在根据该实施例的电热塞1000中，第一压电元件1400和第二压电元件1500具有彼此相同的形状和特性。因此，由于电连接效应所产生的各电荷的量具有基本相等的绝对值。结果，在第一电极部件1630中正电荷QS11和负电荷QS22具有相反的极性和基本相等的数量，从而它们正好相互中和。同样的，在第二电极部件1640中的负电荷QS12和正电荷QS21也正好相互中和。
因此，在根据该实施例的电热塞1000中，来自第一压电元件1400和第二压电元件1500的输出能够充分地抑制由于电荷积累效应而产生的电荷的影响。
为了确证上述效果，将前述的电热塞1000、JGP和GP2单独浸入高温油中，并且测量随着时间升高的温度以及由于电荷积累效应而产生的电荷量。这里，使用未示出的热电偶单独测量温度，该热电偶设置为与各个电热塞的压电元件形成接触。
图15A、15B、和15C给出的曲线图绘出由于电荷积累效应而从压电元件产生的电荷量的变化过程以及对于各个电热塞1000、JGP和GP2的压电元件的温度的变化过程。其中，图15A的曲线图2001和2002绘出使用一个压电元件的传统类型的电热塞JGP(对照例1)中的该压电元件的温度变化的时间进程以及所产生的电荷量的变化的时间进程。从图15A可以理解，随着压电元件温度的升高，产生电荷。
在另一方面，图15B的曲线图2101和曲线图2102以及2103是关于根据对照例2的电热塞GP2的。其中，曲线图2101绘出第一压电元件1400的温度变化的时间进程；曲线图2102绘出第一压电元件1400产生的电荷量的时间进程；并且曲线图2103绘出由第二压电元件1500产生的电荷量的时间进程。这里，曲线图2102绘出参照1-2表面在第一压电元件1400中产生的电荷。在另一方面，曲线图2103绘出参照2-2表面在第二压电元件1500中产生的电荷。
因此，通过对比这些曲线图2102和2103可以理解，第一压电元件1400和第二压电元件1500均由于电荷积累效应而产生电荷，并且共同的参照1-2表面和2-2表面，由第一压电元件1400和第二压电元件1500所产生的电荷具有相反的极性。
而且，图15C的曲线图2201和2202绘出在该实施例的电热塞1000中的第一压电元件1400的温度变化以及从电热塞1000输出的电荷量(即由第一压电元件1400和第二压电元件1500所产生的电荷的总和)的时间进程。如从曲线图2202可以容易理解的，该实施例的电热塞1000的燃烧压力传感器1005由于电荷积累效应而产生很少的电荷，即便第一压电元件1400和第二压电元件1500的温度发生变化。这是由于第一和第二压电元件1400和1500通过第一和第二电极部件1630和1640如此连接以使其极化方向反向，从而由于电荷积累效应而产生的电荷(对应于图15B的曲线图2102和2103)能够相互中和。
因此，可以理解，即便在温度变化的情形，该实施例的电热塞1000仍能够正确的测量燃烧压力，而同时抑制电荷积累效应对输出的驱动。
而且，在根据实施例1的电热塞1000中，在两个压电元件均与壳体1200和中心柱体1300绝缘时，在第一和第二压电元件1400和1500的两个表面上产生的电荷均通过导线1610和1620(或者电缆1650)被输送至外部。这样，即使由于向中心柱体1300输入高电流而使得壳体1200的地电平发生波动，第一和第二压电元件1400和1500的输出、即燃烧压力传感器1005的输出能够独立于所述的波动而稳定的获得。
但是，电荷(或者输出)需要通过使用两个导线1610和1620输送至外部，从而燃烧压力传感器1005具有相当复杂的结构和制造过程。
这里所考虑的情形是其中在电热塞1000中位于壳体1200的内侧面1207和中心柱体1300的外侧面1303之间的空间H中的压力发生变化。这是因为，由于燃料的爆炸燃烧所产生的燃烧气体在内燃机100的燃烧室中的高压下，可以通过加热器部件1100和壳体1200的加热器固定部件1210之间的间隙而渗入空间H中。
当不存在O形环1700时空间H中的压力升高，中心柱体套筒1340由于燃烧气体的压力而被提升至后端侧(位于图2的上侧)。结果，施加到第一压电元件1400和第二压电元件1500上的压应力发生变化以改变元件1400和1500的输出。简言之，由于高压燃烧气体渗入空间H中，可以影响对于燃烧压力的变化进行探测。特别的在根据该实施例的电热塞1000中，燃烧压力传感器1005在其后端侧利用树脂1040进行密封。因此，燃烧气体无法泄漏以流动至后端侧并且可以受到前述的影响。
但是，该实施例的电热塞1000中，如上所述，空间H和空间J利用O形环1700被气密性的分隔。但是，在该电热塞1000中，即使高压燃烧气体已经侵入空间H中，O形环1700可以防止其进一步侵入空间J中。结果，燃烧气体并不到达燃烧压力传感器1005(即第一压电元件1400和第二压电元件1500)，从而可以不受任何影响的正确的探测燃烧压力。
这里将要描述一种用于制造根据实施例1的电热塞1000的方法。关于制造电热塞1000，可以根据公知的方法制造加热器部件1100，并且其描述予以省略。
关于加热器部件1100，后端侧被压配并且固定在加热器固定部件1210中，并且加热器后端部1102通过连接环1330连接至中心柱体1300的中心柱体前端部1320。然后，固定加热器固定部件1210和壳体本体部件1220。当将中心柱体本体1301如此设置在壳体1200中时，实施例1的电热塞1000如下进行制造。
关于制造示于图4B的燃烧压力传感器1005，首先描述各个部件与中心柱体套筒1340的组装。中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341和第二圆柱部1343预先分别装入绝缘管1352和绝缘管1351中(参考图2)。所述部件组装在跨过中心柱体套筒1340的朝外凸起1342的两个轴向侧面上。特别的，第二绝缘隔片1720、1-2电极部1641、以及第一压电元件1400以所述的顺序插入中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341中。这里，将第一压电元件1400设置为使其1-1表面1410指向朝外凸起1342。而且，第三绝缘隔片1730、2-2电极部1633、以及第二压电元件1500以所述的顺序插入中心柱体套筒1340的第二圆柱部1343中。将第二压电元件1500设置为使其2-2表面1520指向朝外凸起1342。然后，将1-1电极部1631或者2-2电极部1633的另一端插入第一圆柱部1341中，并且将2-1电极部1643或者1-2电极部1641的另一端插入第二电极部1343中。最后，通过将第一绝缘隔片1710插入第一圆柱部1341并且将第四绝缘隔片1740插入第二圆柱部1343而完成中心柱体套筒1340与各个部件的组装。
然后，将其后端部从壳体本体后端部1223突出的中心柱体本体1301从前端侧插入中心柱体套筒1340中，使得第四绝缘隔片1740与壳体本体后端部1223形成邻靠。而且，中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341向后端侧部分地突出，传感器端帽1230受到预定推力的作用而沿着轴向方向从后端侧被推向前端侧。保持所述的推力，将传感器盖帽1230的环形部1233以及壳体本体后端部1223的后端侧的外周面使用YAG激光沿着整个周面进行激光焊接，由此形成后端侧第一焊接部1225。因此，在该燃烧压力传感器1005中，压缩载荷总是沿着轴向施加给第一压电元件1400和第二压电元件1500(参考图2)。
之后，对中心柱体套筒1340和中心柱体本体1301之间的边界部沿着整个周面进行电弧焊接。因此，在L2部分，中心柱体套筒1340固定并且集成到中心柱体本体1301上。
然后，导线1610和1620被分别点焊到第一电极部件1630和第二电极部件1640的第一和第二连接部1632和1642上，如图4B所示。而且，从后端侧放置封闭部件1010并且利用激光焊接将其沿着整个周面焊接到壳体本体部件1220上，由此形成后端侧第二焊接部1226(参考图2)。之后，传感器盖帽1230的后端侧和封闭部件1010的内部被树脂填充，并且该树脂被硬化以形成密封树脂1040。最后，中心柱体本体1301的外螺纹部1203被拧入中心柱体后端部1310的内螺纹部1311中，并且中心柱体本体1301和中心柱体后端部1310相互嵌塞并且连接以制成电热塞1000。
〔变型1〕下面，参考图16描述实施例1的第一变型。前述实施例1使用具有由非金属加热元件制成的加热器加热部1110的加热器部件1100，即所称的陶瓷加热器。相反，变型1的电热塞5000其不同之处在于其使用具有由金属加热元件制成的加热器部件5101的罩体部件5100。因此，仅对不同的部分进行描述，而省略对于相似部分的描述。
图16为电热塞5000的前端部的放大截面。该电热塞5000设置有沿着轴向延伸的圆柱形壳体5200；固定在壳体5200中的中心柱体5300；以及将线圈形状的加热器部件5101固定在其中并且使其前端(或图16中的下端)以基本为半球形的形状进行封闭的罩体部件5100。
加热器部件5101为由铁铬合金或者钴镍合金制成的金属线并且通过将其围绕绝缘杆5102进行卷绕而形成，如图16所示。该加热器部件5101使其一端焊接在罩体部件5100的前端侧(位于图中的下侧)。其另一端缠绕在中心柱体5300的中心柱体前端部5301上从而其能够与中心柱体5300导电。
因此，通过在罩体部件5100以及固定罩体部件5100的壳体5200和中心柱体5300之间施加电压，向加热器部件5101供给电流以使其被加热。加热器部件5101和中心柱体5300的中心柱体前端部5301与绝缘填料粉末5103一起设置在罩体部件5100中。绝缘填料粉末5103被密实的充满，从而加热器部件5101和中心柱体5300以及罩体部件5100机械的一体的连接。为了避免绝缘填料粉末5103泄漏，在罩体部件5100的后端侧(位于图中的上侧)上，在罩体部件5100和中心柱体5300之间夹入橡胶填充物5105。
该罩体部件5100由不锈钢制造并且固定使得其前端从壳体前端部5201向前端侧突出，从而其外周面和壳体5200的壳体前端部5201的内周面在罩体后端部5104中形成紧密接触。更具体的，通过将罩体部件5100压配在壳体前端部5201中，罩体部件5100在壳体前端部5201中被气密性的固定。即使当将该电热塞5000安装在内燃机中时，高压燃烧气体并不侵入壳体5200中。
壳体5200的轴向前端附近形成为具有汇聚锥形表面的密封部5204。当将该电热塞5000安装在内燃机100中时，与实施例1的电热塞1000中的密封部1204一样，密封部5204邻靠安装孔101的安装面103(参考图3A和3B)，由此在壳体5200和安装孔101之间保持气密性。
在内燃机运转而使得燃烧压力升高、从而罩体部件5100受到指向轴向后端侧的作用力的情形中，从外螺纹部(参考图1A)至密封部5204的壳体5200的部分稍稍的收缩，并且罩体部件5100、加热器部件5101和中心柱体5300朝向轴向后端侧稍微移位。当中心柱体5300如此相对壳体5200移位至轴向后端侧时，与实施例1的电热塞1000中相同，燃烧压力传感器1005(即第一压电元件1400和第二压电元件1500)相应于中心柱体5300的位移而产生电荷。因此，电热塞5000也能够探测内燃机的燃烧压力的变化。
该电热塞5000也使用燃烧压力传感器1005，其以类似于实施例1的构造设置在壳体5200的后端侧上。因此，与实施例1相似，能够有效的使得输出高达使用一个单独元件的情形的输出的约两倍，以便抑制由于壳体5200的紧固扭矩而引起的燃烧压力传感器的敏感度的变化，并且抑制由伴随温度变化的电荷积累效应所产生的电荷量，以便由此抑制由于温度变化而产生的输出偏移。
〔变型2〕现在参考图17描述实施例1的第二变型。在前述的实施例1中，燃烧压力传感器1005使用环形的第一和第二压电元件1400和1500，它们沿着极化方向PLT被极化，所述极化方向PLT平行于沿着轴线AX的轴向方向AXT。
在另一方面，变型2的电热塞2000除了其燃烧压力传感器2005使用第一和第二压电元件2400和2500之外是基本类似的，所述压电元件沿着垂直于轴线AX的径向方向被极化。因此，仅对不同的部分进行描述，而省略对于相似部分的描述。
图17是用于解释电热塞2000的燃烧压力传感器2005的行为的示意图，同时局部的简化了燃烧压力传感器2005的纵向截面。
在该燃烧压力传感器2005中，第一绝缘隔片1710、第一压电元件2400、第二绝缘隔片1720、朝外凸起1342、第三绝缘隔片1730、第二压电元件2500以及绝缘隔片1740以所述的顺序夹紧在朝内凸起1231和相对部1221之间。结果，沿着轴向AXT的压缩预载荷PL施加在第一压电元件2400和第二压电元件2500上。
这里，第一压电元件2400如此被极化，使其极化方向PLT垂直于轴线AX沿着径向指向外(即在图17中向右)。在另一方面，第二压电元件2500被如此极化，使其极化方向PLT垂直于轴线AX沿着径向指向内(即在图17中向左)。而且，通过如此进行极化，当压缩载荷沿着轴向方向施加到第一压电元件2400上时，在形成在其第一内周面2410上的第一内周面电极2631上产生正电荷，并且在形成在其第一外周面2420上的第一外周面电极2641上产生负电荷。另一方面，当压缩载荷沿着轴向方向施加到第二压电元件2500上时，在形成在其内周面2510上的第二内周面电极2633上产生正电荷，并且在形成在其第二外周面2520上的第二外周面电极2643上产生负电荷。
在第一和第二内周面电极2631和2633以及中心柱体1300(或者中心柱体套筒1340)之间，插入绝缘管2351和2353，其由绝缘树脂制成，由此将所述部件予以绝缘。
当由于内燃机100的燃烧室102中的燃烧压力升高而使得中心柱体1300的中心柱体本体1301和中心柱体套筒1340相对于壳体1200朝向后端侧移位时，中心柱体套筒1340的朝外凸起1342也朝向后端侧移位。因此，不仅已经施加的预载荷PL，由于朝外凸起1342的位移而产生的压应力CF也进一步施加给第一压电元件2400，从而施加给第一压电元件2400的轴向压缩载荷增加。相反，在第二压电元件2500中，施加给第二压电元件2500的轴向压缩载荷由于朝外凸起1342的位移而被降至低于预载荷PL。
这里考虑在第一和第二压电元件2400和2500的各个表面(即第一内周面2410等)上产生的电荷。在燃烧压力升高以使得中心柱体1300朝向后端侧移位从而施加给第一压电元件2400的压缩载荷增加的情形下，在第一压电元件2400的第一内周面2410(或者第一内周面电极2631)上产生正电荷Q11，并且在第一外周面2420(或者第一外周面电极2641)上产生负电荷Q12。
在另一方面，在第二压电元件2500中，当燃烧压力升高以使得中心柱体1300朝向后端侧移位时，施加给第二压电元件2500的压缩载荷增加。结果，在第二内周面(或者第二内周面电极2633)上产生正电荷Q22，并且在第二外周面(或者第二外周面电极2643)上产生负电荷Q21。
将如此产生的正电荷Q11和Q22累加并且通过导线2610输送至外部，并且将负电荷Q12和Q21累加并且通过导线2620输送至外部。因此，该燃烧压力传感器2005也能产生高达约为在其中只使用一个压电元件的情形下的输出的两倍的输出(或者电荷)。
在另一方面，在通过伴随温度变化的电荷积累效应而在第一和第二压电元件2400和2500中产生电荷的情形下，如与在实施例1中相同，所产生的电荷相互中和，因为使用的压电元件具有反向的极化方向，从而由于温度变化的影响可以被降低。
同样在实施例2的电热塞2000中，与在实施例1中相同，由于在安装时紧固扭矩的量值而对传感器敏感度的影响可被减轻。
不同于前述的实施例，在变型2中，第一和第二电极部件1630和1640(或者1-1电极部1631等)并不插入到第一和第二压电元件2400和2500和各个绝缘隔片1710、1720、1730和1740之间。不设置上述的这些部件可以带来如下优点，即有可能避免刚度的降低，否则这种情况可能由于存在这些电极部件或者存在它们的边界而产生。
〔实施例2〕下面，参考图18和图20描述本发明的第二实例。在根据实施例1的前述的电热塞1000中，在第一和第二压电元件1400和1500的两个表面上产生的电荷在与壳体1200等相绝缘的情况下通过导线1610和1620被输送至外部。因此，能够稳定的获得燃烧压力传感器1005的输出，而无论壳体1200的地电平的变动如何。
在另一方面，根据实施例2的电热塞6000在如下方面是相同的，即其使用第一和第二压电元件1400和1500，并且燃烧压力传感器如此构造以便当中心柱体1300朝向后端侧移位时在第一压电元件1400中压缩载荷升高，而在第二压电元件1500中压缩载荷则降低。
然而，实施例2的不同之处在于，在第一和第二压电元件1400和1500其中之一的两个表面(即1-2表面和2-1表面)上产生的电荷通过导线被输送至外部，而其余的两个表面(即1-1表面和2-2表面)则与壳体形成导电并且被降低至地电平。因此，下面仅对不同于实施例1的部分进行描述，而省略或者简化对于相似部分的描述。
如图18所示，根据实施例2的电热塞6000制成为具有基本相似于实施例1的电热塞1000的形状和构造。但是，燃烧压力传感器6005的构造稍有不同，如下所述。
更具体的，在实施例1中，第一电极部件1630的1-1电极部1631和第一绝缘隔片1710插入在第一压电元件1400的1-1表面1410和传感器盖帽1230的朝内凸起1231的前端朝内凸起表面1234之间(参考图2)。
而且，第二电极部件1640的2-1电极部1643和第四绝缘隔片1740插入在第二压电元件1500的2-1表面1510和相对部1221(或者壳体本体后端部1223)的后端相对表面1222之间。
不同于实施例1，在实施例2中，第一压电元件1400的1-1表面1410和传感器盖帽6230的朝内凸起6231的前端朝内凸起表面6234设置为直接相互接触，如图19所示。结果，在第一压电元件1400的1-1表面1410上产生的电荷被传导至壳体1200。
而且，将第二压电元件1500从实施例1如此垂直的进行反转，使得2-1表面1510设置为朝向后端侧(位于图18的上侧)，并且2-2表面1520指向前端侧(位于图中的下侧)。而且，如此进行设置，使得第二压电元件1500的2-2表面1520和相对部1221的后端相对表面1222相互间直接接触。结果，在第二压电元件1500的2-2表面1520上产生的电荷也被传导至壳体1200。
而且，在前述的实施例1中，通过使用一个单独的第二电极部件1640而使得两个压电元件的1-2表面1420和2-1表面1510设置为相互导电，该第二电极部件1640具有如此模式(参考图7)，其中环形的1-2电极部1641和2-1电极部1643通过第二连接部1642相连接。这里，第一电极部件1630是同样的。
相反，在实施例2中，类似形状的两个部件，即1-2电极部件6645和2-1电极部件6646用于形成两个压电元件的1-2表面1420和2-1表面1510，如图20所示。1-2电极部件6645设置有环形的1-2电极部6641和从其沿着径向向外延伸的第一延伸部6642。同样的，2-1电极部件6646设置有环形的2-1电极部6643和从其沿着径向向外延伸的第二延伸部6644。
而且，1-2电极部件6645的第一延伸部6642和2-1电极部件6646的第二延伸部6644设置为相互导电，由此构成第二电极部件6640，并且两个压电元件的1-2表面1420和2-1表面1510设置为相互导电。
具体的，第二绝缘隔片1720、1-2电极部件6645的1-2电极部6641、以及第一压电元件1400如此以所述的顺序从前端侧插入设置在中心柱体套筒6340的朝外凸起6342的后端侧上并且用绝缘管6352覆盖的第一圆柱部6341中，使得1-2表面可以邻靠1-2电极部6641。而且，如前所述，设置传感器盖帽6230的朝内凸起6231以使得其后端朝内凸起表面6234在后端朝内凸起表面6234与第一压电元件1400的1-1表面1410形成直接接触。
而且，第三绝缘隔片1730、2-1电极部件6646的2-1电极部6643、以及第二压电元件1500如此从后端侧插入设置在朝外凸起6342的前端侧上并且用绝缘管6351覆盖的第二圆柱部6343中，使得2-1表面1510可以邻靠2-1电极部6643。而且，如前所述，壳体本体部件1220的相对部1221在前端相对表面1222与第二压电元件1500的2-2表面1520形成直接接触。
在封闭部件6010的隆起部6011中，从2-2电极部6643延伸的2-1电极部件6646的第二延伸部6644在中间部朝向后端侧折叠。同样的，从1-2电极部6641延伸的1-2电极部件6645的第一延伸部6642在中间部朝向后端侧折叠。而且，第一延伸部6642和第二延伸部6644通过点焊在其交迭部分集成为一体。而且，在该后端侧上，电缆6650的导线6610通过点焊固定在第一延伸部6642上。结果，1-2电极部件6645和2-1电极部件6646相互导电以构成第二电极部件6640，从而在两个压电元件的1-2表面1420和2-1表面1510上产生的电荷能够一起被输送至外部。
而且，如在实施例1中一样，第一压电元件1400和第二压电元件1500被单独地施加预载荷。更具体的，如在实施例1中一样，壳体本体部件1220和传感器盖帽6230的环形部6233在施加预载荷的状态下通过激光焊接固定在后端侧第一焊接部6225处。而且，中心柱体套筒6340在位于第一圆柱部6341上的后端上的L2部分处电弧焊接并且集成到中心柱体本体1301。而且，通过从后端侧利用封闭部件6010覆盖壳体本体部件1220并且通过将封闭部件6010以及壳体本体部件1220沿着整个周面进行激光焊接而形成后端侧第二焊接部6226。而且，如在实施例1中一样，在封闭部件6010中填充树脂6040以保护燃烧压力传感器6005使之不受水分和油液的侵蚀。
当通过运转内燃机以产生燃烧压力从而实施例2的电热塞6000的中心柱体1300沿着其轴向方向发生移位时，电热塞6000也能够获得燃烧压力传感器6005(即，第一和第二压电元件1400和1500)的输出。而且，如在实施例1中一样，两个压电元件1400和1500的电荷被一起输出从而能够获得高的输出。而且，当中心柱体1300相对的移动至后端侧时，压缩载荷在第一压电元件1400中增加并且在第二压电元件1500中降低。因此，如在实施例1中一样，有可能抑制在将电热塞6000安装在内燃机中时由于紧固扭矩的量值而引起的敏感度的变化。而且，在其中电热塞6000(或者燃烧压力传感器6005)的温度变化的情形下，如在实施例1中一样，能够抑制由于电荷积累效应而产生电荷。
而且，在实施例2的电热塞6000中，不同于实施例1的电热塞电热塞1000，第一压电元件1400的1-1表面和第二压电元件1500的2-2表面与壳体1200导电。因此，单独的导线6610足以形成燃烧压力传感器6005的输出。而且，燃烧压力传感器6005的构造比实施例1的燃烧压力传感器1005(参考图2)的构造更为简单，从而减少了部件的数目并且有利于进行组装。因此，如果采用正确的考虑到壳体1200的地电平的变动的探测方法，所使用的电热塞6000比实施例1的电热塞1000在结构上制造的更为简单并且更加低廉。
而且，在实施例1中，需要将第二电极部件1640的1-2电极部1641插入中心柱体套筒1340的第一圆柱部1341中并且将2-1电极部1643插入第二圆柱部1343中。因此，第二电极部件1640的第二连接部1642不能保持在足以在组装之后将两个压电元件1400和1500的1-2表面1420和2-1表面1510相连接的长度内，而是必须具有足以组装第二电极部件1640的长度。对于第一电极部件1630的第一连接部1632情况也是如此。
但是，如果第二连接部1642被如此拉长，在组装之后，其将变得沿纵向过长，并且该纵向过长部分可以与同样具有过长的长度的第一连接部1632或朝外凸起1720或者封闭部件1010形成短路。而且，在组装电热塞1000时，需要考虑第一和第二电极部件1230和1240的组装次序，并且组装本身是困难的。
相反，在实施例2的电热塞6000中，在实施例1的电热塞1000中使用的第二电极部件1640被1-2电极部件6645和2-1电极部件6646这样两个部件所代替，由此构成第二电极部件6647。因此，1-2电极部6641和2-1电极部6643能够容易的插入中心柱体套筒6340的第一圆柱部6341和第二圆柱部6343中。而且，第一和第二压电元件1400和1500等以及传感器盖帽6230可以被层叠并且焊接，并且第一和第二延伸部6642和6644也可以在预定的位置被折叠并且互相焊接到一起。而且，可以将导线6610进行焊接。因此，在组装之后构成第二连接部6647的第一和第二延伸部6642和6644能够被适当的调整至适当的长度，由此降低与朝外凸起6342、封闭部件6010等形成短路的可能性。
虽然已经结合实施例1和2以及变型1和2描述了本发明，但本发明不应局限于这些实例等，而是在不背离其主旨的情况下，能够自然的进行适当的修改。
例如，在实施例1中，第一压电元件1400和第二压电元件1500设置在中心柱体套筒1340的朝外凸起1342的两侧上(即，在前端侧和后端侧上，如位于图中的上侧和下侧)，并且通过第一绝缘隔片1710等从其前端侧和后端侧被夹在壳体本体部件1220的相对部1221和传感器盖帽1230的朝内凸起1231之间。
然而，根据中心柱体和壳体之间的相对位移，施加给压缩预载荷的压缩作用力可以被施加至第一压电元件或者第二压电元件，从而用于降低压缩预载荷的作用力可以施加给二者中的任一个。因此，例如可以实现另一种结构，从而第一和第二压电元件设置在形成在壳体内的朝内凸起的两侧(即在前端侧和后端侧上)上并且从前端侧向后端侧夹在形成在中心柱体上的两个朝外凸起之间。
而且，通过从1-2电极部件6645和2-1电极部件6646获取两个压电元件1400和1500的1-2表面1420和2-1表面1510的电荷以对实施例2进行示例。但是，与使用在实施例2中的1-2电极部件6645和2-1电极部件6646的形状相同的电极部件也可以用于取代实施例1中的第一电极部件1630和第二电极部件1640。同样的在此情形下，能够有助于第一和第二电极部件的组装并且适当地避免例如由于在组装之后由第一和第二连接部的过长的长度所引起的短路等缺点。
而且，在实施例2中，两个压电元件1400和1500的1-1表面1410和2-2表面与壳体导电。但是，还可以改变该构造，从而第一和第二压电元件1400和1500被垂直的反转，并且从而1-2表面1420和2-1表面1510与壳体导电。在另一个变型中，壳体的朝内凸起在其前端侧和后端侧上设置有多个第一压电元件，并且这些压电元件夹在中心柱体的两个朝外凸起之间。而且，1-1表面和2-2表面或者1-2表面和2-1表面可以与壳体导电。
在另一方面，实施例2构成为直接连接第一压电元件1400的第一表面1410和朝内凸起6231的前端朝内凸起表面6234。但是，还可以在其中插入导电(或者金属)环。这种修改是更加优选的，因为压应力能够均匀的施加给第一压电元件1400。
而且，在实施例2中，中心柱体套筒6340的朝外凸起6342和第二连接部6647(或者第二延伸部6644)相互间稍微间隔，如图19所示。但是，为了确保在它们之间的绝缘性，可以构造另一种变型，从而使得第二延伸部6644在所需的部分上用绝缘管(或者绝缘热缩管)进行覆盖，或者从而使得朝外凸起6342在其外周面上用绝缘管覆盖。
而且进一步的，通过使用两个压电元件构造实施例1、2等。但是，可以构造另一种变型，从而多个或者四个压电元件成对的使用。
本发明基于2004年8月5日提交的日本专利申请JP 2004-229525、2005年3月25日提交的日本专利申请JP 2005-89525、以及2005年6月27日提交的日本专利申请JP 2005-187099，其全部内容如同对其进行详细说明一样结合在此以作参考。
权利要求
1.一种电热塞，其包括圆柱形壳体；加热器部件，固定在所述壳体中以用于在通电时产生热量；导电中心柱体，插入所述壳体中并且与所述加热器部件导电，以用于根据内燃机的燃烧压力的变化而在沿着所述壳体的轴线的轴向方向中相对于所述壳体被移位；第一压电元件，用于响应施加给所述第一压电元件的应力的变化而产生电荷，所述第一压电元件具有当所述第一压电元件沿着轴向被压缩时用于产生正电荷的第一正表面以及用于产生负电荷的第一负表面；以及第二压电元件，用于响应施加给所述第二压电元件的应力的变化而产生电荷，所述第二压电元件具有当所述第二压电元件沿着轴向被压缩时用于产生正电荷的第二正表面以及用于产生负电荷的第二负表面；其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件的每一个均受到将其沿着所述轴向进行压缩的预载荷的作用，并且如此进行设置，从而当所述中心柱体移位至后端侧时，施加给所述第一压电元件和所述第二压电元件的其中一个以用于将其沿着所述轴向进行压缩的载荷增加，而施加给另一个以用于将其沿着所述轴向进行压缩的载荷则降低。
2.根据权利要求1的电热塞，其中，所述第一压电元件沿着所述轴向被极化，所述第一正表面和所述第一负表面分别为垂直于所述轴线的1-1表面和1-2表面，所述第二压电元件沿着所述轴向被极化，并且所述第二正表面和所述第二负表面分别为垂直于所述轴线的2-1表面和2-2表面。
3.根据权利要求1的电热塞，包括所述加热器部件；所述壳体，具有设置在轴向方向的最前端侧上的壳体前端部；设置在所述轴向方向的最后端侧上的壳体后端部；设置在所述壳体前端部和所述壳体后端部之间以用于将所述壳体拧入内燃机的安装孔内的外螺纹部；设置在所述壳体前端部和所述外螺纹部之间并且受压从而与所述安装孔中的一个部分形成直接或者间接接触以便在所述壳体和所述安装孔之间保持气密性的密封部；以及沿着所述轴向设置在所述外螺纹部的前端侧上的加热器固定部，通过所述拧紧操作将所述壳体安装在所述内燃机中，从而将所述壳体前端部设置在所述内燃机的燃烧室侧；所述中心柱体，具有设置在所述轴向后端侧上的中心柱体后端部；以及设置在所述轴向前端侧上的中心柱体前端部，所述中心柱体容纳在所述壳体中，将其如此设置从而所述中心柱体后端部从所述壳体后端部突出，在所述中心柱体前端部与所述加热器部件导电，并且直接或者间接并且机械地牢固连接至所述加热器部件；第一压电元件，其沿着所述轴向被极化，用于响应施加给所述第一压电元件的应力的变化而产生电荷，并且具有1表面和1-2表面，其垂直于所述轴线，用于当所述第一压电元件沿着所述轴向被压缩时在所述1-1表面上产生正电荷并且在所述1-2表面上产生负电荷；以及第二压电元件，其沿着所述轴向被极化，用于响应施加给所述第二压电元件的应力的变化而产生电荷，并且具有1表面和2-2表面，其垂直于所述轴线，用于当所述第二压电元件沿着所述轴向被压缩时在所述2-1表面上产生正电荷并且在所述2-2表面上产生负电荷，其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件在与所述壳体的壳体后端部和所述中心柱体直接或者间接接合时沿着所述轴向被夹住。
4.根据权利要求1的电热塞，包括所述加热器部件；所述壳体，具有设置在轴向方向的最前端侧上的壳体前端部；设置在所述轴向方向的最后端侧上的壳体后端部，并且具有沿着径向向内突出并且具有指向所述轴向前端侧的前端朝内凸起表面的朝内凸起，和设置在所述朝内凸起的所述轴向前端侧上并且具有与所述前端朝内凸起表面相对的后端相对表面的相对部；设置在所述壳体前端部和所述壳体后端部之间以用于将所述壳体拧入内燃机的安装孔内的外螺纹部；设置在所述壳体前端部和所述外螺纹部之间并且受压从而与所述安装孔中的预定部分形成直接或者间接接触以便在所述壳体和所述安装孔之间保持气密性的密封部；以及沿着所述轴向设置在所述外螺纹部的前端侧上的加热器固定部，通过所述拧紧操作将所述壳体安装在所述内燃机中，从而将所述壳体前端部设置在所述内燃机的燃烧室侧；所述中心柱体，具有设置在所述轴向后端侧上的中心柱体后端部；设置在所述轴向前端侧上的中心柱体前端部；以及设置在所述中心柱体后端部和所述中心柱体前端部之间并且沿着径向向外突出的朝外凸起，所述朝外凸起具有指向轴向后端侧的后端朝外凸起表面以及指向轴向前端侧的前端朝外凸起表面，所述中心柱体容纳在所述壳体中，将其如此设置从而所述中心柱体后端部从所述壳体后端部突出，在所述中心柱体前端部与所述加热器部件导电，并且直接或者间接并且机械地牢固连接至所述加热器部件；第一压电元件，其夹在所述壳体的所述朝内凸起的所述前端朝内凸起表面和所述朝外凸起的所述后端朝外凸起表面之间，并且沿着所述轴向被极化，用于响应施加给所述第一压电元件的应力的变化而产生电荷，并且具有1表面和1-2表面，其垂直于所述轴线，用于当所述第一压电元件沿着所述轴向被压缩时在所述1-1表面上产生正电荷并且在所述1-2表面上产生负电荷；以及第二压电元件，其夹在所述壳体的所述相对部的所述后端相对表面和所述朝外凸起的所述前端朝外凸起表面之间，并且沿着所述轴向被极化，用于响应施加给所述第二压电元件的应力的变化而产生电荷，并且具有1表面和2-2表面，其垂直于所述轴线，用于当所述第二压电元件沿着所述轴向被压缩时在所述2-1表面上产生正电荷并且在所述2-2表面上产生负电荷。
5.根据权利要求1的电热塞，其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件为具有彼此相同的特性的压电元件。
6.根据权利要求2的电热塞，还包括如下部件中的至少一个第一导电通路部件，用于使得所述第一压电元件的1-1表面和所述第二压电元件的2-2表面相互导电；以及第二导电通路部件，用于使得所述第一压电元件的1-2表面和所述第二压电元件的2-1表面导电，其中，所述第一导电通路部件和所述第二导电通路部件的每一个均具有横跨在导电的两个表面之间的桥接部，其位于所述两个表面的径向外侧上，用于使得所述两个表面导电。
7.根据权利要求6的电热塞，其中，所述第一导电通路部件和所述第二导电通路部件的每一个均具有第一部件，具有邻靠通过其导电的两个表面中的一个的第一表面邻接部，和第一桥接部形成部，从所述第一表面邻接部沿径向向外延伸以用于形成所述桥接部的至少一部分，和第二部件，具有邻靠通过其导电的两个表面的另一个的第二表面邻接部，以及第二桥接部形成部，从所述第二表面邻接部沿径向向外延伸从而与所述第一桥接部形成部一起形成所述桥接部。
8.根据权利要求1的电热塞，其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件与所述中心柱体和所述壳体绝缘。
9.根据权利要求1的电热塞，其中，在所述第一压电元件的1-1表面和所述第二压电元件的2-2表面、以及所述第一压电元件的1-2表面和所述第二压电元件的2-1表面的其中一对的两个表面上所产生的电荷与所述中心柱体和所述壳体绝缘的输送至外部，并且其中在另一对的两个表面上所产生的电荷通过所述壳体输送至外部。
10.根据权利要求1的电热塞，其中，所述壳体还具有设置在所述轴向方向的最前端侧上的壳体前端部；设置在所述轴向方向的最后端侧上的壳体后端部；设置在所述壳体前端部和所述壳体后端部之间以用于将所述壳体拧入内燃机的安装孔内的外螺纹部；以及设置在所述壳体后端部和所述外螺纹部之间以用于在所述拧紧操作中与工具相接合的工具接合部，并且其中所述第一压电元件和所述第二压电元件设置在所述壳体后端部中。
11.根据权利要求1的电热塞，其中，利用树脂将所述壳体在其后端侧上密封。
12.根据权利要求1的电热塞，还包括使得所述中心柱体插入其中的环形密封部件，其中，将所述密封部件设置在所述第一压电元件和所述第二压电元件的沿着所述轴向观察的前端侧上，从而使得比所述密封部件更加靠近所述第一压电元件和所述第二压电元件侧的位于所述中心柱体的外侧面和所述壳体的内侧面之间的空间相对位于所述密封部件的前端侧上的空间保持气密性。
全文摘要
一种电热塞，包括圆柱形壳体；如在此限定的加热器部件；如在此限定的导电中心柱体；如在此限定的第一压电元件；和如在此限定的第二压电元件；其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件的每一个均受到将其沿着所述轴向进行压缩的预载荷的作用，并且如此进行设置，从而当所述中心柱体移位至后端侧时，施加给所述第一压电元件和所述第二压电元件的其中一个以用于将其沿着所述轴向进行压缩的载荷增加，而施加给另一个以用于将其沿着所述轴向进行压缩的载荷则降低。
文档编号F02P19/00GK1734076SQ20051008937
公开日2006年2月15日 申请日期2005年8月5日 优先权日2004年8月5日
发明者山田达范, 山田裕一, 冈崎浩二, 松井正好, 尾关启治, 铃木隆博 申请人:日本特殊陶业株式会社