DE60016700T2

DE60016700T2 - Halterungskonstruktion für eine Glühkerze

Info

Publication number: DE60016700T2
Application number: DE2000616700
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kariya-city Aichi-pref. Murai; Kouichi Kariya-city Aichi-pref. Hattori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2001123930A; EP1096140A3; EP1096140B2; DE60016700T3; EP1096140B1; EP1096140A2; DE60016700D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halterungskonstruktion für eine Glühkerze mit einem Drucksensor zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
JP-A-7-139736 offenbart eine Glühkerze mit einem Verbrennungsdrucksensor. In der JP-A-7-139736 ist die Glühkerze an einer Diesel-Fahrzeugmaschine angebracht und hat einen einen Heizer aufweisenden Kerzenkörper und einen Drucksensor, der den Verbrennungsdruck ausgehend von der auf den Kerzenkörper gemäß einem Verbrennungsdruck wirkenden Kraft erfasst.
Wie aus 12 ersichtlich ist, ist eine erste Glühkerze 100 mit einem Drucksensor 300 und zweite bis vierte Glühkerzen 200 an einem Zylinderkopf 1 angebracht.
Jede Glühkerze 100, 200 hat einen Kerzenkörper 700 und ist mit einer gemeinsamen Metallplattenverbindungsstange 2 bei einer Anschlussschraube 204a einer Metallstange 204 verbunden. Die Verbindungsstange 2 weist vier Löcher oder Nuten auf, durch welche die Anschlussschraube 204a der Glühkerzen 100, 200 entsprechend durchdringen.
Ein Ring-Quetschanschluss 4 ist an einem Batteriedraht 3 gequetscht. Der Ring-Quetschanschluss 4 ist aus Metall hergestellt und hat ein Loch oder eine Nut, durch welche die Anschlussschraube 204a durchdringt. Der Ring-Quetschanschluss 4 ist mit der äußerst linken vierten Glühkerze 200 verbunden. Die Verbindungsstange 2 ist an der obersten Fläche einer Mutter 210 durch eine Anschlussmutter 211 befestigt.
Eine Batteriespannung wird durch den Batteriedraht 3 und die Verbindungsstange 2 parallel zu den Metallstangen 204 der Glühkerzen 100, 200 angelegt. Die Batteriespannung ist mit dem Zylinderkopf 1 durch eine Heizspule 203, ein Ummantelungsrohr 202 und Gehäuse 201 geerdet. Dabei heizt ein Heizkörper 206 mit der Heizspule 203 und dem Ummantelungsrohr 202 jeden Maschinenzylinder.
In der ersten Glühkerze 100 mit dem Drucksensor 300 ist der ringartige Drucksensor 300 durch die Schraube 201a an das Gehäuse 201 gepasst und befestigt. Der Drucksensor 300 erfasst den Verbrennungsdruck ausgehend von der Kraft, die auf den Kerzenkörper 700 wirkt. Der Verbrennungsdruck wird nämlich als Verschiebung des Kerzenkörpers 700 in der ersten Kerze 100 erfasst. Die Verschiebung wird zu einem piezoelektrischen Element des Drucksensors 300 übertragen und in ein elektrisches Ausgabesignal umgewandelt. Das elektrische Ausgabesignal wird durch einen Leitungsdraht 500 zu einer Fahrzeug-ECU gesendet, um für die Motorsteuerungen verwendet zu werden.
In einer Dieselmaschine, bei der die Vibrationen der Maschine deutlich größer sind als bei einer Benzinmaschine, ist jedoch gegen eine wiederholte Spannung die Verbindungsstange 2 aus einem hochsteifen Material hergestellt.
Auf diese weise wird eine mechanische Vibration wegen einer Biegung der Verbindungsstange bei der Verbindungsstange 2a zwischen jeder Glühkerze 100, 200 durch den Kerzenkörper 700 auf den Drucksensor 300 übertragen, ohne durch die Verbindungsstange 2 aufgenommen zu werden. Da der Drucksensor 300 ebenfalls die mechanische Vibration erfasst und zu dem Verbrennungsdruck zählt, erfasst der Drucksensor 300 den Verbrennungsdruck ungenau.
Wenn außerdem der Drucksensor 300 nicht fest an dem Zylinderkopf 1 befestigt ist, kann die Schraubverbindung zwischen dem Drucksensor 300 und dem Kerzenkörper 700 durch die Schraube 201a sich durch eine Vibration der Maschine verursacht lösen, sodass der Drucksensor 300 selbst mechanisch vibriert. In diesem Fall verschlechtert die mechanische Vibration des Drucksensors 300 die Genauigkeit der Erfassung des Verbrennungsdrucks.
Wie aus 12 ersichtlich ist, hat der Kerzenkörper 700 außerdem einen Vorsprung 200a, der von der oberen Fläche des Zylinderkopfs 1 vorspringt. Der Drucksensor 300 ist an der äußeren Fläche des Kerzengehäuses 201 innerhalb der Projektion 200a befestigt, während er die obere Fläche des Zylinderkopfs 1 berührt.
Gemäß dem Stand der Technik ist eine Vorsprungslänge L des Vorsprungs 200a, welche einer Länge von der oberen Fläche eines Hexagonabschnitts 312 des Drucksensors 300 zu dem oberen Ende des Vorsprungs 200a entspricht, zu lang (ungefähr 60 mm). Die lange Vorsprünge 200a verursachen die mechanische Vibration des Kerzenkörpers 700, während die Frequenz relativ nahe bei einer Widerholungsfrequenz der Verbindungsstange 2 ist, und verringern dabei die Genauigkeit der Erfassung des Verbrennungsdrucks.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu unterdrücken, dass eine mechanische Vibration eine Ausgabe eines Verbrennungsdrucksensor beeinflusst.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Glühkerze mit einem Drucksensor unabhängig mit einem Zufuhrteil für elektrischen Strom verbunden, das von den anderen Glühkerzen getrennt ist. Die Glühkerze mit dem Drucksensor ist nämlich nicht mit einer gemeinsamen Verbindungsstange mit den anderen Glühkerzen verbunden, wie in dem Stand der Technik, sodass eine mechanische Vibration wegen einer Biegung der Verbindungsstange zwischen jeder Glühkerze die Glühkerze mit dem Drucksensor nicht beeinflusst.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind alle Glühkerzen gemeinsam mit einem flexiblen Zufuhrteil für elektrischen Strom verbunden, dessen Resonanzfrequenz geringer ist als eine Verbrennungsdruckfrequenz, sodass die mechanische Vibrationsfrequenz des flexiblen Zufuhrteils für elektrischen Strom die Verbrennungsdruckfrequenz nicht überlappt. Auf diese Weise wird die mechanische Vibrationsfrequenz des flexiblen Zufuhrteils für elektrischen Strom einfach von dem Ausgabesignal des Drucksensors entfernt.
Auf diese Weise wird gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ein mechanisches Vibrationsgeräusch im Wesentlichen vollständig von dem Ausgabesignal des Drucksensors entfernt.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsdrucksensor mit einem piezoelektrischen Element zumindest teilweise in einem Zylinderkopf eingebettet, wobei der eingebettete Abschnitt des Verbrennungsdrucksensors in einer axialen Richtung der Glühkerze und in anderen Richtungen gegen den Zylinderkopf geschoben wird. Auf diese Weise ist der Drucksensor, in dem das piezoelektrische Element installiert ist, in einer Vielzahl von Richtungen gestützt. Der Drucksensor ist nämlich fest an dem Zylinderkopf befestigt, und unterdrückt dabei das durch die mechanische Vibration des Drucksensors erzeugte Vibrationsgeräusch, die Ausgabe des Drucksensors zu beeinflussen.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Kerzenkörper einen Vorsprung, der von einer oberen Fläche eines Zylinderkopfs in einer axialen Richtung der Glühkerze vorspringt, und einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einem Zufuhrteil für elektrischen Strom, der bei dem Endbereich der Spitze des Vorsprungs bereitgestellt ist. Ein Verbrennungsdrucksensor ist an einer äußeren Fläche des Vorsprungs befestigt, der in Anlage mit der oberen Fläche des Zylinderkopfes ist. Eine Vorsprungslänge (L) des Abschnitts, bei dem der Verbrennungsdrucksensor befestigt ist, zu dem Spitzenende des Vorsprungs beträgt weniger als 45 mm. Auf diese Weise ist die Resonanzfrequenz der Glühkerze höher als die Verbrennungsdruckfrequenz und überlappt sich nicht mit der Verbrennungsdruckfrequenz, und unterdrückt dabei, dass das durch die mechanische Vibration der Glühkerze erzeugte Vibrationsgeräusch die Ausgabe des Drucksensors beeinflusst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen besser erkannt werden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen berücksichtigt werden, in denen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die eine Glühkerze in einem Zylinderkopf zeigt (erste Ausführungsform);
2A eine Querschnittsansicht ist, die einen Drucksensor zeigt (erste Ausführungsform);
2B eine Unteransicht ist, die den Drucksensor zeigt;
3 eine vergrößerte Ansicht ist, die ein piezoelektrisches Element zeigt (erste Ausführungsform);
4 eine Querschnittsansicht ist, die einen Leitungsverbinder (erste Ausführungsform) zeigt;
5 eine Draufsicht ist, die einen Leitungsdraht zeigt (erste Ausführungsform);
6A bis 6E Diagramme sind, die Auswirkungen der ersten Ausführungsform erläutern;
7A eine Querschnittsansicht ist, die einen Drucksensor zeigt (zweite Ausführungsform);
7B eine Unteransicht ist, die den Drucksensor zeigt (zweite Ausführungsform);
8 eine Querschnittsansicht ist, die einen Drucksensor einer Modifikation zeigt (zweite Ausführungsform);
9A und 9B Diagramme sind, die Auswirkungen der zweiten Ausführungsform erläutern;
10 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis zwischen einer Vorsprungslänge L der Glühkerze und einer Resonanzfrequenz der Glühkerze zeigt (dritte Ausführungsform);
11A bis 11C Diagramme sind, die Auswirkungen der dritten Ausführungsform zeigen, und
12 eine Querschnittsansicht ist, die eine Glühkerze an einem Zylinderkopf zeigt (Stand der Technik).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind eine erste Glühkerze 100 und zweite bis vierte Glühkerzen 200 an einem Zylinderkopf 1 angebracht. Die erste Glühkerze 100 hat einen Kerzenkörper 700 und einen Drucksensor 300. Der Kerzenkörper 700 erwärmt sich durch das Empfangen eines elektrischen Stroms. Der Drucksensor 300 erfasst einen Maschinenverbrennungsdruck ausgehend von einer Kraft, die durch den auf den Kerzenkörper 700 wirkenden Verbrennungsdruck verursacht wird. Die zweite, dritte beziehungsweise vierte Glühkerze 200 hat ebenfalls einen Kerzenkörper 700.
Der Zylinderkopf 1 hat ein Glühloch, das durch den Zylinderkopf 1 von dessen Außenseite zur Innenseite einer Brennkammer 1a für jeden Maschinenzylinder durchdringt. Die Kerzenkörper 700 sind entsprechend in die Glühlöcher eingefügt. Der Kerzenkörper 700 hat ein Metallgehäuse 201, das an dessen Außenfläche eine Schraube 201a ausgebildet aufweist. Die Schraube 201a ist in das Glühloch geschraubt, um das Gehäuse 201 an dem Zylinderkopf 1 zu befestigen.
Der Kerzenkörper 700 hat ein Ummantelungsrohr 202, das durch das Gehäuse 201 gestützt ist. Das Ummantelungsrohr 202 ist aus einer wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Legierung (zum Beispiel rostfreier SUS 310) hergestellt und als zylindrisches Rohr ausgebildet. Das untere Ende des Ummantelungsrohrs 202 ist geschlossen und sein oberes Ende ist offen. Eine aus einem Widerstandsdraht wie zum Beispiel NiCr, CoFe hergestellte Heizspule 203 ist in dem unteren Bereich des Ummantelungsrohrs 202 bereitgestellt. Eine Metallstange 204 ist in den oberen Bereich des Ummantelungsrohrs 202 eingefügt.
Die Heizspule 203 verbindet das untere Ende des Ummantelungsrohrs 202 und das untere Ende des Metallrohrs 204. Ein wärmebeständiges, isolierendes Pulver 205 wie zum Beispiel Magnesiumoxid ist zwischen der Heizspule 203 und dem Ummantelungsrohr 202 sowie zwischen der Metallstange 204 und dem Ummantelungsrohr 202 bereitgestellt. Das Ummantelungsrohr 202 ist durch Reduzieren zugausgebildet, sodass die Dichte des isolierenden Pulvers 205 erhöht wird, und das Ummantelungsrohr 202, die Heizspule 203 und die Metallstange 204 fest befestigt sind.
Das Ummantelungsrohr 202, die Heizspule 203 und das isolierende Pulver 205 bilden einen Heizkörper 206. der Heizkörper 206 ist in dem Gehäuse 201 auf eine Weise vorgesehen, dass das untere Ende des Ummantelungsrohrs 202 zu der Brennkammer 201a ausgesetzt ist. Der Heizkörper 206 wird in das Gehäuse 201 druckeingefügt oder durch Silberlöten an dem Gehäuse 201 angelötet.
Eine aus einem isolierenden Bakelit hergestellte Scheibe 207 und ein aus Silikon oder Fluorkautschuk hergestellter O-Ring sind in dem oberen Bereich der Metallstange 204 bereitgestellt. Die Scheibe 207 zentriert die Metallstange 204, wobei der O-Ring 208 in einem Zwischenraum zwischen der Metallstange 204 und dem Gehäuse 201 abdichtet.
Die Metallstange 204 ist durch eine aus einem isolierenden Harz wie zum Beispiel Phenol hergestellte Buchse 209 und eine Mutter 210, die entlang einer Anschlussschraube (Verbindungsabschnitt) 204a der Metallstange 204 geschraubt ist, an dem Gehäuse 201 befestigt. Die isolierende Buchse 209 verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Metallstange 204 und dem Gehäuse 201.
Jede zweite, dritte und vierte Glühkerze 200 ist mit einer gemeinsamen Verbindungsstange 2 bei der Anschlussschraube 204a verbunden. Nämlich teilen die zweite, dritte und vierte Glühkerze 200 die gemeinsame Verbindungsstange 2. Die erste Glühkerze 100 mit dem Drucksensor 300 ist unabhängig mit einem Ring-Quetschanschluss (Zufuhrteil für elektrischen Strom) 400 verbunden, welches ein zu der Verbindungsstange 2 unterschiedliches Teil ist.
Der Quetschanschluss 400 ist aus Metall hergestellt und hat ein Loch oder einen Schlitz, durch den die Anschlussschraube 204a eingefügt wird. Der Quetschanschluss 400 ist durch die Mutter 210 und eine Anschlussmutter 211 an der Anschlussschraube 204a befestigt. Ein Batteriedraht 401 ist elektrisch mit dem Quetschanschluss 400 verbunden. Ein anderer Batteriedraht 3 ist elektrisch mit der Verbindungsstange 2 durch einen anderen Ring-Quetschanschluss 4 verbunden.
Die elektrischen Drähte 3, 401 sind aus einem weichem Material hergestellt, und deren Außenflächen sind elektrisch isoliert. Die elektrischen Drähte 3, 401 sind durch ein Relais mit einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) verbunden. Die Batterie liefert elektrischen Strom zu jeder Glühkerze 100, 200. der Heizkörper 206 von jedem Zylinder erwärmt sich zur selben Zeit und unterstützt die Zündung einer Dieselmaschine.
Der Heizkörper 206 ist ein Metallheizkörper, der aus einem Metallwiderstandsdraht hergestellt ist. Alternativ kann der Heizkörper 206 ein aus einer elektrisch leitenden Keramik mit Nitridsilikon und Silikonmolybdän hergestellter Keramikheizkörper sein, der durch einen aus einer isolierenden Keramik mit Nitridsilikon hergestellten Isolator isoliert ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Drucksensor 300 in einem Ring ausgebildet und an einem Vorsprung 200a des Glühkörper 700 befestigt, der von der oberen Fläche des Zylinderkopfs 1 vorspringt. Der Drucksensor 300 berührt die obere Fläche des Zylinderkopfs 1.
Wie aus 2A und 2B ersichtlich ist, hat der Drucksensor 300 eine Mutter 310, ein piezoelektrisches Element 320, eine Leitung 330, ein Podest 340 und ein Metallgehäuse 350. Die Mutter 310 befestigt ebenfalls einen Sensorkörper an dem Kerzenkörper 700. Das piezoelektrische Element 320 gibt ausgehend von der durch den Verbrennungsdrucksensor verursachten Kraft ein elektrisches Signal aus. Die Leitung 330 leitet das elektrische Signal zu einem Leitungsdraht 500. Die Mutter 310 und das Podest 340 stützen das piezoelektrische Element 320 und einen Teil der Leitung 330. Das Metallgehäuse 350 schützt das piezoelektrische Element 320 vor Staub und Wasser. Die Mutter 310 ist aus Metall hergestellt und an dem Gehäuse 201 befestigt. Die Mutter 310 hat eine Schraube 311, um den Sensorkörper durch die Schraube 201a an dem Gehäuse 201 zu befestigen, und einen Hexagonabschnitt 312. Die Mutter 310 hat außerdem einen Abschnitt 313 großen Durchmessers und einen Abschnitt 314 kleinen Durchmessers unter dem Hexagonabschnitt 312. Ein aus Silizium hergestelltes Isolierrohr 315 ist um den Abschnitt 314 kleinen Durchmessers bereitgestellt.
Die Leitung 330 verbindet das elektrische Element 320 elektrisch mit dem Leitungsdraht 500. Die Leitung 330 hat eine Elektrode 331, einen Isolator 332 und ein Beschlagteil 333. Die Elektrode 331 ist aus Metall hergestellt und als Ring ausgebildet. Der Isolator 332 ist zwischen der Elektrode 331 und der Mutter vorgesehen, um diese Bauteile voneinander zu isolieren. Der Isolator 332 ist als Ring ausgebildet und aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Glimmer, Tonerde oder Ähnlichem hergestellt. Die Elektrode 331 und der Isolator 332 sind durch das Isolierrohr 315 an den äußeren Randbereich des Abschnitts 314 kleinen Durchmessers gepasst.
Der Leitungsdraht 500 ist durch das konzentrische Schichten eines Signalausgangsdrahts 501, einer Isolierabdeckung 502, eines geerdeten, gedichteten Drahts 503 und eine Isolierabdeckung 504 von Innen nach Außen konstruiert. Der Signalausgangsdraht 501 ist von dem geerdeten, gedichteten Draht 503 isoliert. Wie aus 2A ersichtlich ist, sind der Signalausgangsdraht 501, die Isolierabdeckung 502 und der geerdete, gedichtete Draht 503 teilweise an einem Ende des Leitungsdrahts 500 bloßgelegt.
Der Signalausgangsdraht 501 tritt durch ein Loch 316 der Mutter 310 und einen Ausschnitt 332a des Isolators 332, und ist bei dem Loch 331a der Elektrode 331 an der Elektrode 331 angeschweißt. Das andere Ende des Leitungsdrahts 500 ist mit einem äußeren Schaltkreis (zum Beispiel ECU) durch einen Verbinder (nicht gezeigt) verbunden.
Das Beschlagteil 333 ist zylindrisch ausgebildet und in dem äußeren Randbereich des Leitungsdrahts 500 bereitgestellt, um den Leitungsdraht 500 an der Mutter 313 zu befestigen. Das Loch 316 hat ein Halteloch 316a in dessen oberem Bereich, und das Beschlagteil 333 wird in das Halteloch 316a eingefügt. Das Beschlagteil 333 ist mechanisch an dem Leitungsdraht 500 befestigt und elektrisch mit dem geerdeten, gedichteten Draht 503 verbunden. Eine aus Silizium hergestellte Isolierabdeckung 333a bedeckt die äußere Fläche des Beschlagteils 333, die von dem Zylinderkopf 1 vorspringt.
Das piezoelektrische Element 320 ist als Ring ausgebildet und durch das Isolierrohr 315 um den Abschnitt 314 kleinen Durchmessers bereitgestellt. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das piezoelektrische Element 320 durch das Stapeln von drei Schichten piezoelektrischer Keramiken 321 konstruiert, die einen Signalausgangsscheibenring 322 und einen geerdeten Scheibenring 323 kombinieren. Jede piezoelektrische Keramik 321 ist als Ringscheibe ausgebildet und aus Bleititanat, Bleititanatbleizirkonat oder Ähnlichem ausgebildet. Beide Scheibenringe 322 und 323 berühren einander nicht. In dem aus 3 ersichtlichen piezoelektrischem Element 320 ist eine positive Elektrode vorgesehen, um den Signalausgangsscheibenring 322 zu berühren, und eine negative Elektrode ist vorgesehen, um den geerdeten Scheibenring 322 zu berühren. Auf diese Weise sind die drei piezoelektrischen Keramiken 321 elektrisch parallel angeordnet, sodass die Ausgangsempfindlichkeiten dieser piezoelektrischen Keramiken 321 summiert sind, und dabei die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Elements 320 verbessert wird.
Das Podest 340 ist aus Metall hergestellt und als Ring ausgebildet. Wie aus 2B ersichtlich ist, hat das Podest 340 einen kleinen, scheibenähnlichen Drehblock 341 bei der Fläche, die den Zylinderkopf 1 berührt, um leicht zu einem scheibenartigen Drehblock 317 der Mutter 310 passen. Der Drehblock 317 ist an dem unteren Ende des Abschnitts 314 kleinen Durchmessers ausgebildet. Auf diese Weise ist die Mutter 310 fest an dem Podest 340 befestigt und dreht sich mit Bezug dazu nicht.
Das zylindrische, aus einem Metall wie zum Beispiel SUS 304 hergestellte Metallgehäuse 350 ist in dem äußeren Randbereich des Podests 340 bereitgestellt. Das Metallgehäuse 350 bedeckt den gesamten äußeren Randbereich des Drucksensors 300. Das Metallgehäuse 350 ist durch das zylindrische Ziehen einer dünnen Metallplatte mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm hergestellt, und vollständig an dem Podest 340 Laser-angeschweißt oder kupfergelötet.
In dem mit dem Metallgehäuse 350 einstückig ausgeführten Podest 340 liegt der Drehblock 341 dem Drehblock 317 der Mutter 310 geeignet gegenüber. Ein in einer ausgeschnittenen Nut des Abschnitts 314 kleinen Durchmessers bereitgestellter O-Ring 343 berührt eine innere Durchmesserfläche 342 des Podests 340 fest. Außerdem ist das Metallgehäuse 350 an dem Abschnitt 313 großen Durchmessers der Muter 310 gepasst, und vollständig bei einem inneren Berührungsbereich 351 an den Abschnitt 313 großen Durchmessers YAG-lasergeschweißt.
Auf diese Weise schiebt eine Schraubkraft der Mutter 310, wobei das Podest 340 an dem Zylinderkopf 1 befestigt ist.
Die Schraubkraft der Mutter 310 hält ebenfalls das piezoelektrische Element 320, die Elektrode 331 und den Isolator 332 zwischen der Mutter 310 und dem Podest 340.
Ein Zusammenbauvorgang des Drucksensors 300 wird im Folgenden erläutert.
Der Signalausgangsdraht 501 wird an das Loch 331a der Elektrode 331 geschweißt. Das Beschlagteil 333 wird in das Halteloch 316a der Mutter 310 eingefügt und daran angeschweißt oder kupfergelötet. Der Isolator 332 ist an dem Abschnitt 314 kleinen Durchmessers angebracht.
Der Leitungsdraht 500 wird von der Seite des Isolators 332 in das Loch 316 eingefügt, und die mit dem Leitungsdraht 500 verbundene Elektrode 331 wird an den Abschnitt 314 kleinen Durchmessers gepasst. Nachdem die Elektrode 331 geeignet positioniert ist, wird das Beschlagteil 333 mechanisch an dem geerdeten, gedichteten Draht 503 befestigt. Die Isolierabdeckung 333a bedeckt den Leitungsdraht 500 und das Beschlagteil 333. Auf diese Weise ist der geerdete, gedichtete Draht 503 elektrisch mit dem Beschlagteil 333 verbunden.
Das piezoelektrische Element 320 ist an dem Abschnitt 314 kleinen Durchmessers angebracht. Das Metallgehäuse 350 einstückige Podest 340 wird nach oben zu dem Abschnitt kleinen Durchmessers gepasst, während verursacht wird, dass der Drehblock 341 den Drehblock 317 berührt. Das Metallgehäuse 351 ist an den Abschnitt 313 großen Durchmessers laser-angeschweißt, während das Podest 340 zu der Mutter 310 gedrückt wird.
Auf diese Weise ist der Zusammenbau des Drucksensors 300 vollendet. Der Drucksensor 300 wird von dem Heizkörper 206 in den Kerzenkörper 700 eingepasst und durch die Schraube 201a, die Schraube 311 und den Hexagonabschnitt 312 an dem Kerzenkörper 700 angeschraubt.
Ein Erfassungsmechanismus des Drucksensors 300 wird erläutert.
Der Verbrennungsdruck innerhalb der Maschine wird durch den Heizkörper 206 der ersten Glühkerze 100 um das Gehäuse 201 zu der Schraube 201a übertragen. Der Verbrennungsdruck löst das Befestigungsmoment der Schraube 201a, welche die Glühkerze 100 an dem Zylinderkopf 1 befestigt.
Auf diese Weise wird ebenfalls eine Axialkraft gelöst, die durch das Befestigen des Drucksensors 300 verursacht ist und durch die Schraube 311 der Mutter 310 auf die piezoelektrischen Keramiken 321 wirkt, sodass eine elektrische Signalausgabe von den piezoelektrischen Keramiken 321 ausgehend von deren piezoelektrischen Kennzeichen variiert. Das elektrische Signal wird durch die Elektrode 331 und den Leitungsdraht 500 zu dem äußeren Schaltkreis ausgegeben. Das elektrische Signal wird in elektrische Spannung umgewandelt und als Verbrennungsdruckwellensignal für eine Verbrennungssteuerung verwendet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die erste Glühkerze 100 mit dem Drucksensor 300 unabhängig mit dem Ring-Quetschanschluss 400 verbunden, der von dem gemeinsamen Quetschanschluss 4 und der gemeinsamen Verbindungsstange 2 für die zweiten bis vierten Glühkerzen 200 getrennt ist. Die erste Glühkerze 100 mit dem Drucksensor 300 ist nämlich nicht wie gemäß dem Stand der Technik mit der gemeinsamen Verbindungsstange 2 mit den anderen Glühkerzen 200 verbunden, sodass eine mechanische Vibration wegen einer Verbindungsstangenbiegung zwischen jeder Glühkerze 200 die erste Glühkerze 100 nicht beeinflusst.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Ring-Quetschanschluss 400 als erstes Beispiel verwendet. Wie aus 4 ersichtlich ist, kann der Ring-Quetschanschluss 400 mit einem Leitungsverbinder (Zufuhrteil für elektrischen Strom) 410 als zweites Beispiel ersetzt werden. Der Leitungsverbinder 410 ist mit der Anschlussschraube 204a verbunden. Der Leitungsverbinder 410 hat einen zylindrischen Quetschanschluss 411, der einfach ohne Werkzeug angebracht und entfernt werden kann.
Eine metallische Anschlussmutter 420 ist durch eine Anschlussschraube 421 an der Anschlussschraube 204a der ersten Kerze 100 angeschraubt. Außerdem ist eine ausgeschnittene Nut 425 gequetscht, um die Anschlussmutter 420 mit der Anschlussschraube 204a mit der Isolierbuchse 209 zu befestigen.
Der zylindrische Quetschanschluss 411 ist mit einem Batteriedraht 430 verbunden. Der Leitungsverbinder 410 hat den zylindrischen Quetschanschluss 411, der mit einer aus Silikonkautschuk hergestellten Gummiabdeckung 412 einstückig ausgebildet ist. Der Leitungsverbinder 410 hat außerdem eine ausgeschnittene Nut 413 und einen Kragen 414. Die Anschlussmutter 420 hat außerdem einen vorspringenden Anschluss 423 und einen Kragen 424. Der Leitungsverbinder 410 ist an der Anschlussmutter 420 durch das Passen des zylindrischen Quetschanschlusses 411 an dem vorspringenden Anschluss 423 angebracht, indem die ausgeschnittene Nut 413 an dem Kragen 424 befestigt wird, und durch das Einfügen des Kragens 414 in die ausgeschnittene Nut 425. Auf diese Weise wird der Leitungsverbinder 410 geeignet durch die Anschlussmutter 420 gestützt, um die mechanische Vibration und Verschiebung zu meistern.
In dem zweiten Beispiel ist wie in dem ersten Beispiel die erste Glühkerze 100 mit dem Drucksensor 300 unabhängig mit dem Leitungsverbinder 410 verbunden, der von der gemeinsamen Verbindungsstange 2 der anderen Glühkerzen 200 getrennt ist, sodass eine mechanische Vibration der Verbindungsstange die erste Glühkerze 100 nicht beeinflusst.
In den ersten und zweiten Beispielen hat nur die erste Glühkerze 100 den Drucksensor 300. Wenn zwei oder mehr Glühkerzen entsprechend einen Drucksensor haben, sollte jede Glühkerze mit dem Drucksensor unabhängig mit jedem Ring-Quetschanschluss 400 oder Leitungsverbinder 410 verbunden sein, der mit jedem Batteriedraht verbunden ist, der von dem jeweils anderen getrennt ist. Wenn zwei oder mehr Drucksensoren aufweisende Glühkerzen in einem Maschinenzylinder bereitgestellt sind, sollte jede Glühkerze unabhängig mit jedem Ring-Quetschanschluss 400 oder Leitungsverbinder 410 verbunden sein.
Gemäß dem dritten Beispiel verbindet ein einzelner Leitungsdraht (flexibles Zufuhrteil für elektrischen Strom) 600 alle Glühkerzen 100, 200, wie aus 5 ersichtlich ist. Der Leitungsdraht 600 wird anstelle der Verbindungsstange 2 in dem Stand der Technik in 12 verwendet.
Der Leitungsdraht 600 ist aus einem flexiblen Material hergestellt, das eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger ist als eine Verbrennungsdruckfrequenz. Der Leitungsdraht 600 hat eine Vielzahl von Ring-Quetschanschlüssen 610 entsprechend jeder Glühkerze 100, 200 und Batteriedrähte 620, die diese Ring-Quetschanschlüsse 610 verbinden. Der Ring-Quetschanschluss 610 hat ein mit der Anschlussschraube 204a der Glühkerze 100, 200 verbindendes Loch. Der Batteriedraht 620 ist aus einem flexiblen, dünnen Kupferdraht hergestellt, der eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger ist als die Verbrennungsdruckfrequenz. Der Batteriedraht 620 ist bei dessen Außenfläche elektrisch isoliert.
Auf diese Weise sind in dem dritten Beispiel alle Glühkerzen 100, 200 gemeinsam mit dem Leitungsdraht 600 verbunden. Die mechanische Vibrationsfrequenz des Leitungsdrahts 600 überlappt sich nicht mit der Verbrennungsdruckfrequenz, sodass der äußere Schaltkreis leicht die mechanische Vibrationsfrequenz des Leitungsdrahts 600 von dem Ausgabesignal des Drucksensors 300 entfernt.
Gemäß den oben beschriebenen drei Beispielen der ersten Ausführungsform verbindet das flexible Material, das eine ausgesprochen niedrige Steifigkeit aufweist, die erste, den Drucksensor 300 habende Glühkerze 100 anstelle der bekannten plattenartigen Verbindungsstange 2, die eine hohe Steifigkeit aufweist und die eine Vibration nicht aufnimmt. Auf diese Weise ist ein mechanisches Vibrationsgeräusch (0,5 KHz – 1,5 KHz) im Wesentlichen vollständig von dem Ausgabesignal des Drucksensors 300 entfernt, während eine grundlegende Funktion der Glühkerze erreicht wird.
Die Auswirkung der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 6A bis 6E beschrieben.
6A bis 6E zeigen Versuchsergebnisse unter der Bedingung, dass die Maschine mit voller Last bei 4000 Umdrehungen pro Minute arbeitet. 6A zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn die bekannte Verbindungsstange 2 alle vier Glühkerzen 100, 200 verbindet.
6B zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn das erste Beispiel angewendet wird. 6C zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn das zweite Beispiel angewendet wird. 6D zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn das dritte Beispiel angewendet wird. 6E zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn kein Teil mit der ersten Glühkerze 100 verbunden ist.
Wie aus diesen Wellenformen zu erkennen ist, ist gemäß allen Beispielen der vorliegenden Ausführungsform ein sägezahnartiges mechanisches Vibrationsgeräusch (0,5 KHz bis 1,5 KHz), das aus dem Stand der Technik ersichtlich ist, in einer Ausgangswellenform in 6E entfernt, in welcher die Glühkerze 100 durch kein Teil beeinflusst ist.
(Zweite Ausführungsform)
Wie aus 7A ersichtlich ist, ist gemäß der zweiten Ausführungsform ein Teil des Podests 340 bei einer Berührungsfläche zwischen dem Drucksensor 300 und dem Zylinderkopf 1 in dem Zylinderkopf 1 eingebettet. Der eingebettete Abschnitt des Podests wird in eine axiale Richtung der Kerze und ebenfalls in andere Richtungen geschoben, und an dem Zylinderkopf 1 befestigt.
Das Podest 340 hat bei dessen äußerem, unteren Bereich einen konischen Sitz 344. Der konische Sitz 344 neigt sich mit Bezug auf die Berührungsfläche zum Beispiel um 123,0 Grad. Der Zylinderkopf 1 hat eine konische Sitzfläche 1b, zu der der konische Sitz 344 gepasst wird. Die konische Sitzfläche 1b ist mit Bezug auf die Berührungsfläche um 120 Grad geneigt, was unwesentlich kleiner ist als der Neigungswinkel des konischen Sitzes 344, so dass der konische Sitz 344 durch eine Linienberührung fest an der konischen Sitzfläche 1b gepasst wird. Der konische Sitz 344 ist als eingebetteter Abschnitt des Podests 340 in den Zylinderkopf 1 eingebettet.
Nachdem die erste Glühkerze 100 an dem Zylinderkopf 1 angebracht ist, wird die auf den Zylinderkopf 1 wirkende Axialkraft der Glühkerze 100 auf eine Vertikalkraft (Axialrichtungskraft der Kerze) und eine Horizontalkraft (Radialrichtungskraft der Kerze) gegen die konische Sitzfläche 1b verteilt.
Auf diese Weise ist der Drucksensor 300, in dem das piezoelektrische Element 320 installiert ist, in zwei Richtungen gestützt, wobei verhindert wird, dass er in die zwei Richtungen vibriert. Als Ergebnis ist der Drucksensor 300 fest an den Zylinderkopf 1 gepasst, und dabei unterdrückt, dass das durch die mechanische Vibration des Drucksensors 300 erzeugte Vibrationsgeräusch die Druckwellenform beeinflusst. Hier kann als Modifikation der vorliegenden Ausführungsform die vertikale Seitenwand des Podests 340 in den Zylinderkopf eingefügt sein, wie aus 8 ersichtlich ist. Die Auswirkung der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 9A und 9B erläutert.
9A und 9B zeigen Versuchsergebnisse unter der Bedingung, dass die Maschine mit voller Last bei 4000 Umdrehungen pro Minute arbeitet, und die in dem ersten Beispiel der erst Ausführungsform verwendete Glühkerze 100 verwendet wird. 9A zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn die bekannte, flache Sitzfläche des Podests 340 verwendet wird. 9B zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn das Podest 340 den in 7 gezeigten konischen Sitz 344 mit 123 Grad hat. Wie von 9A und 9B zu verstehen ist, ist das Vibrationsgeräusch ziemlich entfernt, wenn der konische Sitz 344 an den Zylinderkopf 1 gepasst ist.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mechanisches Vibrationsgeräusch wegen einer Vorsprungslänge L des Vorsprungs 200a zu entfernen. Wie aus 1 und 12 ersichtlich ist, ist die Vorsprungslänge L als Länge von der oberen Fläche des Hexagonabschnitts 312 des Drucksensors 300 zu dem oberen Ende des Vorsprungs 200a des Kerzenkörpers 700 definiert.
10 zeigt ein Versuchergebnis eines Verhältnisses zwischen der Vorsprungslänge L und der Resonanzfrequenz der ersten Glühkerze 100. Eine Schüttelvorrichtung und eine Vibrationsanalysevorrichtung führen diesen Versuch durch. Gemäß dem vorliegenden Versuch beträgt die Resonanzfrequenz mehr als 5 KHz, was höher ist als ein Frequenzbereich des Verbrennungsdrucks, wenn die Vorsprungslänge L geringer ist als 45 mm (bevorzugt geringer als 40 mm ausgehend von Punkten in 10).
Wenn die Vorsprungslänge L nämlich größer ist als 45 mm, ist die Resonanzfrequenz der Glühkerze 100 höher als 100 Hz bis 5 KHz, die zur Maschinenverbrennungssteuerung benötigt sind. Hier eliminiert ein 5 KHz Tiefpassfilter eine hohe Frequenz über 5 KHz von dem Ausgabesignal des Drucksensors 300, so dass das in der Glühkerze 100 eingeschlossene mechanische Vibrationsgeräusch leicht bei dem Frequenzbereich entfernt wird, der für die Maschinenverbrennungssteuerung benötigt wird.
Die Auswirkung der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 11A bis 11C beschrieben.
11A bis 11C zeigen Versuchsergebnisse unter der Bedingung, dass die Maschine mit einer vollen Last bei 4000 Umdrehungen pro Minute arbeitet, die Glühkerze 100 unabhängig mit dem Quetschanschluss 400 verbunden ist, wie in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, und dass das Podest 340 den konischen Sitz 344 mit 123,0 Grad hat wie in der zweiten Ausführungsform. 11A zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn die Vorsprungslänge L ungefähr 60 mm beträgt wie in dem Stand der Technik. 11B zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn die Vorsprungslänge 60 mm beträgt und der 5 KHz Tiefpassfilter verwendet wird. 11C zeigt eine Ausgangswellenform der ersten Glühkerze 100, wenn die Vorsprungslänge L weniger als 45 mm beträgt und der 5 KHz Tiefpassfilter verwendet wird. Wie aus 11A bis 11C zu verstehen ist, wird die Resonanzfrequenz der Glühkerze 100 durch das Verkürzen der Vorsprungslänge L höher, wobei eine hohe Frequenz der Resonanzfrequenz durch den Tiefpassfilter eliminiert wird, und dabei das S/N-Verhältnis der Verbrennungsdruckwellenform verbessert wird.
(Abänderungen)
Da die Maschinenvibration gemäß einer Fahrzeugkarosserie variiert, sollten die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen entsprechend kombiniert werden. Sogar wenn jeder der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen unabhängig verwendet wird, kann das mechanische Vibrationsgeräusch verringert werden, welches das Ausgabesignal des Drucksensors beeinflusst. Zum Beispiel können die zweite Ausführungsform oder die dritte Ausführungsform unabhängig bei der in 12 gezeigten bekannten Konstruktion angewendet werden, oder die zweite Ausführungsform kann kombiniert mit der dritten Ausführungsform auf die bekannte Konstruktion angewendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das piezoelektrische Element für den Drucksensor verwendet. Alternativ kann ein Halbleiterdrucksensor und Ähnliches, was den Maschinenverbrennungsdruck ausgehend von der Kraft erfasst, die durch das Wirken des Verbrennungsdrucks auf den Kerzenkörper verursacht wird, für den Drucksensor verwendet werden.
Eine erste Glühkerze (100) und zweite bis vierte Glühkerzen (200) sind an einem Zylinderkopf (1) angebracht. Jede Glühkerze (100, 200) hat einen Kerzenkörper (700). Die erste Glühkerze (100) hat einen Drucksensor (300), und ist unabhängig mit einem Ring-Quetschanschluss (400) verbunden, der von den anderen Glühkerzen (200) getrennt ist. Auf diese Weise kann eine mechanische Vibration wegen einer Biegung einer Verbindungsstange (2) zwischen den zweiten bis vierten Glühkerzen (200) die erste Glühkerze (100) nicht beeinflussen, die den Drucksensor (300) hat.

Claims

Halterungskonstruktion von Glühkerzen (100, 200) mit: einer Vielzahl von an einem Zylinderkopf (1) angebrachten Glühkerzen (100, 200), wobei die Glühkerzen (100, 200) entsprechend Glühkörper (700) haben, und zumindest eine der Glühkerzen (100, 200) einen Verbrennungsdrucksensor (300) hat, der einen Verbrennungsdruck der Maschine ausgehend von einer auf den Glühkörper (700) wirkenden Kraft erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Glühkerze (100), die den Verbrennungsdrucksensor (300) hat, getrennt von den anderen Glühkerzen (200) unabhängig mit einem Zufuhrteil (400, 410) für elektrischen Strom verbunden ist.
Halterungskonstruktion von Glühkerzen (100, 200) mit: einer Vielzahl von an einem Zylinderkopf (1) angebrachten Glühkerzen (100, 200), wobei die Glühkerzen (100, 200) entsprechend Glühkörper (700) haben, und zumindest eine der Glühkerzen (100, 200) einen Verbrennungsdrucksensor (300) hat, der einen Verbrennungsdruck der Maschine ausgehend von einer auf den Glühkörper (700) wirkenden Kraft erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkerzen (100, 200) gemeinsam mit einem flexiblen, elektrischen Zufuhrteil (600) verbunden sind, das eine Resonanzfrequenz aufweist, die niedriger ist als eine Frequenz des Verbrennungsdrucks.
Halterungskonstruktion von Glühkerzen, mit: einer an einem Zylinderkopf (1) angebrachten Glühkerze (100), wobei die Glühkerze (100) einen Kerzenkörper (700) hat, und die Glühkerze (100) einen Verbrennungsdrucksensor (300) hat, der einen Verbrennungsdruck der Maschine durch das Umwandeln einer auf den Kerzenkörper (700) wirkenden Kraft in ein elektrisches Signal ausgehend von piezoelektrischen Kennzeichen eines piezoelektrischen Elements (321) erfasst, wobei der Verbrennungsdrucksensor (300) zumindest teilweise in den Zylinderkopf (1) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der eingebettete Abschnitt des Verbrennungsdrucksensors (300) einen konischen Sitz (344) aufweist, der mit einer konischen Sitzfläche (1b) des Zylinderkopfs (1) so gepasst ist, dass der eingebettete Abschnitt in einer axialen Richtung der Glühkerze (100) und in anderen Richtungen gegen den Zylinderkopf (1) geschoben wird.
Halterungskonstruktion von Glühkerzen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungsdrucksensor (300) zumindest teilweise in den Zylinderkopf (1) eingebettet ist, und der eingebettete Abschnitt des Verbrennungsdrucksensors (300) in einer axialen Richtung der Glühkerze (100) und in anderen Richtungen gegen den Zylinderkopf (1) geschoben wird.
Halterungskonstruktion von Glühkerzen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kerzenkörper (700) der Glühkerze (100) mit dem Drucksensor (300) einen Vorsprung (200a) hat, der von einer oberen Fläche des Zylinderkopfes (1) in eine axiale Richtung der Glühkerze (100) vorspringt, einen Verbindungsabschnitt (204a), der bei dem Bereich des Spitzenendes des Vorsprungs (200a) zum Verbinden mit einem Zufuhrteil (400, 410, 600) für elektrischen Strom bereitgestellt ist, wobei der Verbrennungsdrucksensor (300) an einer äußeren Fläche des Vorsprungs (200a) in Anlage mit der oberen Fläche des Zylinderkopfes (1) befestigt ist, und eine Länge (L) des Vorsprungs des Abschnitts, bei dem der Verbrennungsdrucksensor (300) befestigt ist, zu dem Spitzenende (200a) geringer ist als 45 mm.
Halterungskonstruktion von Glühkerzen nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Kerzenkörper (700) der Glühkerze (100) mit dem Drucksensor (300) einen Vorsprung (200a) hat, der von einer oberen Fläche des Zylinderkopfes (1) in eine axiale Richtung der Glühkerze (100) vorspringt, einen Verbindungsabschnitt (204a), bei dem Bereich des Spitzenendes des Vorsprungs (200a) zum Verbinden mit einem Zufuhrteil (400, 410, 600) für elektrischen Strom bereitgestellt ist, wobei der Verbrennungsdrucksensor (300) an einer äußeren Fläche des Vorsprungs (200a) in Anlage mit der oberen Fläche des Zylinderkopfes (1) befestigt ist, und eine Länge (L) des Vorsprungs des Abschnitts, bei dem der Verbrennungsdrucksensor (300) befestigt ist, zu dem Spitzenende (200a) geringer ist als 45 mm.