-
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.