用于内燃机的压力传感器的气穴化抗共振和抗烟灰端部件

摘要

本发明涉及用于内燃机的压力传感器（5），其包括：本体（7），该本体包括压力测量装置和用于附接到所述发动机的气缸头的装置；和端部件（6），该端部件（6）大致在所述本体的轴向延续中延伸，并且包括延长部分（7）和位于所述延长部分的末端部分上的大致半球形的凸状部（8）。

说明书

技术领域

本发明涉及集成在内燃机发动机缸体的燃烧室中的压力传感器领域。本发明更尤其涉及设置有旨在装备机动车辆发动机缸体的端部件的传感器。

背景技术

机动车辆的燃烧型发动机包括形成在气缸之间的至少一个燃烧室、在气缸中滑动的活塞和面对活塞的气缸头。这样的气缸头具有至少一个阀和至少一个用于汽油发动机的火花塞或用于柴油发动机的预热塞。这样的发动机气缸头可还设置有压力传感器，以用于知道在每个气缸内部的压力值，以便更好地控制发动机内的燃烧进程。该信息被用于更准确地调节燃料在每个气缸中的喷射。发动机的燃料消耗可因此被优化并且污染排放物得以减少。

申请WO2010/26316描述了在柴油发动机、汽油发动机等的背景内被集成至气缸头的该类型压力传感器，并且所述传感器可以被全部或部分地集成至预热塞、喷射器等。

为了在气缸头中插入压力传感器并使该压力传感器接达燃烧室而向气缸头中钻出凹槽也是已知的。因此，压力传感器通过小管状腔体与燃烧室相通。这样的管状腔体有助于振荡的简谐声波的形成。此类波由于压力波在管中的传播而形成并且干扰传感器对于实际压力的读数。事实上，波在管中传播并且通过撞击在传感器的测量元件上而被反射，这导致气穴现象。然后，这些声波通过它们在上述测量元件上的撞击而叠加在燃烧的实际压力上，这产生了测量的噪声。

此外，发动机燃烧的化学反应产生各种通常被称作“烟灰”的残余物。该烟灰由燃烧的湍流传播并且能在室的所有金属表面沉积，从而导致发动机的焦化。因此，烟灰也沉积在测量传感器上，并且尤其沉积在定位成面对燃烧室的传感器的那部分上。该沉积物促进硬皮的形成，该硬皮改变或干扰传感器的测量性能。尤其地，此类硬皮（因为其是刚性的）改变了传感器的测量灵敏度，因为传感器的敏感元件因此将较少地暴露到由硬皮保持的压力作用。

而且，测量传感器上黑色硬皮的存在改变了在传感器的端部件上的燃烧温度的作用，这导致在传感器上的热干扰并且引起变形、应力、应变等。传感器因此变得对在燃烧周期期间的热冲击和压力变化更敏感，这久而久之会影响传感器的读数准确度和使用寿命。

因此需要避免在压力测量传感器上的烟灰沉积和/或干扰声波的传播。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术的缺点并且相应地涉及用于内燃机的压力传感器，所述传感器包括：

• 包含压力测量装置的本体，该压力测量装置包括膜和牢固至所述发动机的气缸头的装置；和

• 大致在所述本体的轴向延续中延伸的端部件，其特征在于端部件包括延长部分和位于所述延长部分的末端部分上的大致半球形的凸状部。

延长部分和将其延长的末端部分被连接至端部件的基部，使得它们至少部分地避免发动机气缸的管状腔体的端口与压力测量装置的直接相通。因此，沉积物和干扰波被大大减少。

根据本发明的压力传感器的所述端部件的所述延长部分有利地包括截头圆锥形形状的部分。

旨在穿入燃烧室中的传感器的端部的此类截头圆锥形形状在端部件的延长部分上形成斜面中断处。端部件上此类斜面中断处导致气缸头的管状腔体与端部件之间的剩余空间的几何形状的中断，其因此是形状不规则的。发明者证明了这使得可以避免气穴现象并且最终确保燃烧室中的压力的可靠读数。

延长部分的整体有利地呈截头圆锥形形状并且朝向端部件的凸状部扩张。因此，端部件有乳头的构型，其中的隆起部（nipple）（在本上下中也能被称为突出部）具有比基部更大的横截面。端部件的突出部的此类构型使得可以产生文丘里效应，其将加速压力波的流动，甚至使其变得非层流。另外，该构型起到屏障作用，并且允许在管状腔体中的成形在气缸头中并由端部件穿过的气窝的形成，该气窝使传感器的本体热隔绝。因此，传感器不经受由于燃烧而引起的热梯度，因为该气窝使热变化平滑并使热变化呈平稳状态。而且，此类气窝大致与燃烧室的其余部分隔绝，并因此由上述管状腔体占据的死体积不干扰发动机的运行并且不影响其性能。

有利地，压力传感器的端部件的延长部分在其基部处具有直径1至3mm的横截面、在其末端部处具有直径2至6mm的横截面、以及5至9mm的轴向长度。压力传感器的端部件的延长部分有利地具有在其基部处的直径比接收压力的传感器元件的直径小20%至50%的横截面，在其末端部处的直径比气缸头的管状腔体的直径小最小值1mm的横截面，以及最小的轴向长度，使得在气缸头的管状腔体剩余长度中产生的振荡的简谐声波的频率在传感器的通频带之外并且至多等于气缸头的管状腔体的长度的100%，所有这些组合起来以得到截头圆锥形部分的具有在14度至60度之间的总角度（文丘里效应，非层流的流动）。

有利地，端部件的延长部分通过至少一个柔性牢固装置安装在传感器的本体上。由此通过柔性连接被牢固到本体的端部件的延长部分具有运动自由度并且能因此在发动机的爆发周期期间在本体上振动。这些振动消除烟灰，或者避免其沉积，并且因此压力传感器不再被焦化。优选地，通过使用铸造模具或机械机加工来生产传感器的不同部分。有利地，本体和端部件通过焊接结合在一起。

端部件的至少一部分有利地由可弹性变形的材料构成。由此端部件能够在压力传感器的本体上振动以避免焦化。端部件有利地由不锈钢构成，优选地杨氏模量在150至250GPa之间，屈服点Rp0.2高于500MPa的不锈钢。

压力传感器的本体的压力测量装置有利地包括适配用于在压力作用下变形的膜。

用于将压力传感器的本体牢固至发动机的气缸头的装置有利地包括螺纹。

本发明还涉及用于根据本发明的压力传感器的端部件，该端部件包括延长部分，该延长部分包括截头圆锥形形状的部分和位于所述延长部分的末端部分上的大致半球形的凸状部。有利地，所述端部件的延长部分的整体呈截头圆锥形形状并且朝向端部件的凸状部扩张。有利地，延长部分在其基部处具有直径1至3mm的横截面、在其末端部上具有直径2至6mm的横截面、以及5至9mm的轴向长度。

本发明还涉及内燃机气缸头，该气缸头一方面包括具有螺纹和管状腔体的孔，另一方面包括根据本发明的压力传感器，该传感器由上述孔的螺纹牢固，使得端部件竖立在管状腔体中。

本发明还涉及包括根据本发明的气缸头的机动车辆内燃机，其中气缸头的孔的所述管状腔体通向所述发动机的燃烧室的端口。

附图说明

依据以下基于附图给出的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。这些示例以非限制性的方式给出。详细描述要与附图相关联地阅读，其中：

- 图1和图2部分地示出了根据现有技术的压力传感器的剖面图；和

- 图3部分地示出了根据本发明的压力传感器的剖面图。

具体实施方式

现有技术已知的用于内燃机的压力传感器通过管状腔体（诸如图1所示的管状腔体1）连接至燃烧室，该管状腔体形成在内燃发动机的气缸头2中。现有技术的这些压力传感器可选地包括圆柱形形状的指部3，如图2所示，其插入到此类管状腔体1中。这些压力传感器的压力测量装置4穿过该管状腔体1面对燃烧室放置。该管状腔体1产生振荡的简谐声波、有利于其形成和维持其，该振荡的简谐声波是其固有频率与管的尺寸有关的正弦波。这些波在管中传播，并且通过撞击在传感器的测量元件上而在管状腔体的壁上反射，这构成了气穴现象。该压力传感器因此测量这些叠加在由气体燃烧形成的压力波上的干扰声波。压力波的读数因此不可靠。

图3示出了根据本发明的安装在内燃机的气缸头2中的压力传感器5，该压力传感器5包括延伸在发动机的气缸头的管状腔体1的端口中的端部件6。

根据图3所示的实施例，压力传感器5的端部件6包括延长部分7，该延长部分7从其基部向其末端部扩张并由端部件的凸状部8延长。在此上下文中，端部件6的该部分形成突出部，其由扩张的延长部分7和大致半球形的凸状部8组成，并且其结构近似于乳头的隆起部的结构。凭借端部件的该几何形状，气穴现象得以避免并且有利地产生文丘里效应（Venturi effect）。在爆发周期期间产生的压力波的可靠读数因此能由压力传感器5实施。传感器5通过锥体与锥体的接触支承在气缸头2上，端部件6的角度平均比气缸头的角度更敞开3°以用于确保密封。

在尤其优选的变型中，端部件6的延长部分7具有在其基部处直径2mm的横截面、在其末端部上直径4mm的横截面以及7mm的轴向长度。

另外，端部件6的这种构型起到屏障作用，并且允许在管状腔体1中的气窝的形成，该气窝使压力传感器5的端部件6的延长部分7的基部热隔绝。因此，压力传感器5不经受由于燃烧而引起的热梯度，因为该气窝使热变化平滑并使热变化呈平稳状态。端部件6的延长部分7的热惯量也有助于减少由于温度变化而引起的影响。而且，此类气窝大致与燃烧室的其余部分隔绝，并且因此由管状腔体1占据的死体积不干扰发动机的运行并且不影响其性能。

压力传感器5包括本体9，该本体的一部分在图3中可见，该本体9包括在其外壳上形成的螺纹以用于拧紧到气缸头上。传感器5的压力测量装置4位于本体9上并且包括膜10，该膜10适于在压力作用下变形和允许测量压力。如上所述，凭借端部件6的构型，膜10免受温度变化。

传感器的端部件6借助柔性的牢固装置被安装在传感器的本体9上。该柔性的牢固装置赋予传感器的端部件6运动自由度，该端部件能响应于在爆发周期期间由发动机引发的振动而开始震动。这样的震动避免烟灰的沉积并且使得可以消除已经在传感器5上形成的残余沉积物。压力传感器5的读数因此有利地是可靠的，因为影响压力读数的烟灰的聚集被避免。