[发明专利]用于内燃机的压阻式压力测量塞

说明书

技术领域

本发明涉及用于内燃机的压力测量塞，该压力测量塞具有用于插入到内燃机的气缸中的塞体、布置在塞体中的塞杆以及感测结构，该感测结构按照如下方式布置在塞杆和塞体之间，即：该感测结构受到在气缸的燃烧室中的压力的作用，其中，塞杆将气缸的燃烧室中的压力传递给感测结构，并且其中塞杆布置在塞体中以便相对于塞体能够按照滑动方式沿着轴向方向移动，从而在燃烧室中的压力导致加热杆相对于塞体轴向运动，由于该运动，使得感测结构受到力的作用。

背景技术

从US7228730和US2005/0061063中可以知道上述类型的压力测量塞。

在这些已知的压力测量塞中，加热杆可以在塞体的整个长度上按照滑动的方式沿着轴向方向移动。通过上述类型的测压电热塞，燃烧压力可以通过加热杆直接传递给压力传感器。

已知的压力测量塞根据电热塞杆的长度一般具有大约8-9kHz的谐振频率。这将压力传感器的输出带宽限制为3-4kHz。

未来的汽油机和柴油机的高级燃烧策略依赖于在整个内燃机循环(压缩-燃烧-排气循环)期间来自每个燃烧气缸的精确压力反馈。这些策略可选地可以包括均质充量压燃(HCCI)燃烧，并且会导致高的压力释放速率，这需要快速精确的压力响应。在本文中，“快速压力传感器”是指具有高带宽响应和低响应时间的传感器。需要连续地、实时地测量在燃烧气缸中的压力。

在汽油机中，在燃烧室中加压期间，在大约7kHz的频率附近可以看到汽油机的“爆震”即自点火。在该频段中，也能够发现“爆震”频率的谐振频率例如14kHz。有鉴于此，需要具有比已知压力测量塞更高的带宽的压力测量塞。

另外，在已知的压力测量塞中，用来测量和调整从压阻元件获得的信号的压力传感器和对应的电子元件位于安装在塞体的开口端顶部上的壳体中。在将压力测量塞插入在内燃机中之后，该壳体位于内燃机外面。因此，电子元件的温度对应于内燃机外的温度。在一些应用中，压力测量塞位于内燃机的涡轮增压器或其它热源附近。涡轮增压器将使得环境温度升高至大约200℃。通常的温度变化为从外部温度(通常在0-30℃的范围内)到驾驶期间的200℃的温度，这将影响那些电子元件并且增大故障率。

另外，所要测量的最大压力将增大。因此，在壳体上的安装力将增大。在设有塞杆的已知压力测量塞中，壳体上的安装力将导致传感器信号出现偏差，从而在将压力测量塞安装在内燃机中之后电子元件必须对此进行补偿。EP0793082A1披露了一种压力测量塞，其圆柱形测量体插入到壳体中并且通过焊接固定在壳体的开口处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的压力测量塞。

根据本发明，传感器装置包括：

用于插入到内燃机的气缸中的塞体；

布置在塞体中的塞杆；以及

感测结构，它布置在塞杆和塞体之间，且布置方式使得感测结构在使用时受到在气缸的燃烧室中的压力的作用，其中，由于燃烧室中的压力导致塞杆相对于塞体轴向运动，从而向感测结构施加力，这样塞杆将气缸的燃烧室中的压力传递给感测结构，

其中所述感测结构与所述塞体是一体的并且定位于其中，并且安装在所述感测结构上的压阻元件在所述塞杆沿着轴向方向运动时提供电阻变化。

根据本发明的压力测量塞消除了其中感测结构设置在塞体外面的已知压阻式圆柱形压力传感器的缺点，即其长度由内燃机主体的厚度限定。塞体的长度限定了电热塞杆或力传递塞杆的长度。该长度限制了压力传感器的带宽。

该新型的小型化的感测结构使得我们能够将感测结构朝着燃烧气缸运动，并且因此减小塞杆的长度。通过使用更短的塞杆，塞杆的质量得以降低；相对于要传递给感测结构的燃烧室中的压力，这降低了塞杆的惯性。

另一个优点在于，塞杆末端相对于感测结构的轴向运动将减小。作用在塞杆上的压力沿轴向压缩该塞杆。这导致塞杆长度变化。因此，塞杆末端的轴向运动将大于塞杆与感测结构连接的部位的轴向运动。另外，塞杆的长度将随着温度变化而变化。压力测量塞针对燃烧压力在塞杆和塞体之间包括绝对紧密的密封元件，并且保证加热杆能够在塞体中沿着轴向方向无摩擦运动。密封元件应该适用于所有轴向运动，即热膨胀、在压力作用下的轴向压缩。通过使感测结构移向塞杆的末端，在密封元件和感测结构之间的塞杆长度减小，并且因此密封件必须涵盖的整个轴向运动减小。这允许使用更简单、成本更低的密封元件。

在本发明的实施方式中，在使用中，感测结构被施加在感测结构上的力沿着轴向方向压缩，并且安装在感测结构上的压阻元件提供了与由于压缩而导致的沿着轴向方向的表面应变对应的电阻变化。