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Die Erfindung betrifft eine Druckmesssonde zur Messung des Druckes im Brenn- raum einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung, mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement im brennraum- seitigen Bereich des Sondengehäuses angeordnet ist.
Eine wesentliche Grösse für die Beurteilung des Verbrennungsablaufes im Brenn- raum einer Brennkraftmaschine ist der im Brennraum herrschende Druck. Insbe- sondere in der Forschung und Entwicklung werden daher Anstrengungen gemacht, den Brennraum der Druckmessung zugängig zu machen. Meist ist es wünschenswert möglichst keine Änderungen an der Brennraumgeometrie vorzu- nehmen, so dass für die Druckmessung bereits vorhandene Bohrungen für die Zündkerze oder die Glühkerze verwendet werden.
Eine Vorrichtung bei welcher die Zündkerze zusätzlich für die Druckmessfunktion dient, ist beispielsweise aus der AT 402 116 B bekannt geworden. Bei dieser Messvorrichtung ist ein ringförmiges Druckmesselement vorgesehen, an welchem sich der Isolierkörper der Zündkerze gegen das Kerzengehäuse abstützt. Es wird somit der an der Zündkerze anliegende Druck auf das ringförmige Messelement übertragen, wobei ein wesentlicher Nachteil dieser Art der Druckmessung darin zu sehen ist, dass eine relativ grosse Masse, nämlich die des Isolierkörpers der Zündkerze, negative Auswirkungen auf die Druckmessung hat. Ähnliche Nachteile ergeben sich auch im Zusammenhang mit Druckmesssonden, welche für Glühkerzenbohrungen adaptiert sind, bei welchen ringförmige Drucksensoren zwischen Messsonde und Dichtsitz angeordnet sind.
Es ist daher von Vorteil die im Zusammenhang mit der Druckmessung bewegten Massen klein zu halten und das Druckmesselement möglichst nahe an den Brennraum heranzubringen. Dies kann beispielsweise mit einer Druckmesssonde bewerkstelligt werden, welche gemäss EP 1 074 228 A2 in eine Zündkerze inte- griert ist. Zu diesem Zweck ist die Zündkerze mit einer durchgehenden, ausser- mittig im Gehäuse der Zündkerze ausgebildeten Längsbohrung versehen, welche zur Zündkerzenachse leicht geneigt ist und eine Druckmesssonde aufnimmt, deren Druckmesselement nahe am Brennraum angeordnet ist.
Derartige Messsonden sind mit Hilfe eines geeigneten Adapters auch in Glühker- zenbohrungen von Brennkraftmaschinen einsetzbar, wie eine Ausführung gemäss Stand der Technik (Fig. 1) zeigt. Die Druckmesssonde 1 wird zur Messung des Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Glühkerzen- adapters 20 in eine Glühkerzenbohrung 3 eingesetzt. Das ungekühlte Druck-
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messelement 5 befindet sich im vorderen Teil des Sondengehäuses 7 und wird über eine Sensormembran 4 mit dem im Brennraum herrschenden Druck beauf- schlagt. Der Adapter 20 weist eine in den Brennraum 2 ragende Spitze 21 auf, welche der äusseren Kontur eines Glühstiftes bzw. einer Glühkerze entspricht.
In der Spitze 21 sind Gaswechselkanäle 22 angeordnet, über welche die Membran 4 mit dem im Brennraum 2 der Brennkraftmaschine herrschenden Druck in Verbin- dung steht. Der Glühkerzenadapter 20, in welchen die Messsonde 1 frontdichtend eingebaut wird, weist einen Dichtkonus auf, welcher am Dichtsitz der Glühker- zenbohrung 3 dichtend anliegt.
Derartige Kombinationen von Druckmesssonden und Adaptern eignen sich für Glühkerzenbohrungen mit einem brennraumseitigen (zwischen Brennraum und Glühkerzendichtsitz) Durchmesser grösser/gleich 5 mm. Bei diesen minimalen Bohrungsdurchmessern von 5 mm haben die verwendeten Adapter nicht mehr weiter reduzierbare Wandstärken von 0,3 mm. Doch auch bei einer weiteren Miniaturisierung des Sensors stösst man bei der Herstellung der entsprechenden Druckmesselemente sowie Sensormembranen an fertigungstechnische Grenzen.
Messsonden mit brennraumferner (im Bereich des Glühkerzendichtsitzes) Anord- nung der Sensormembran sowie des Druckmesselementes weisen lange Gas- wechselkanäle auf, welche zu messtechnisch unerwünschten Pfeifenschwingun- gen führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Druck- messsonden Lösungen für den Einbau in Glühkerzenbohrungen mit Durchmes- sern < 5 mm vorzuschlagen, wobei die bisher aufgezeigten Vorteile, wie eine Brennraumnahe Anbringung der Sensormembran, kurze Indizierkanäle und geringe zu bewegende Massen, beibehalten werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Sondengehäuse im Bereich des Druckmesselementes und der Sensormembran einen Durchmes- serÚ < 5 mm aufweist, welcher sich anschliessend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegenden Dichtkonus erweitert. Durch den Wegfall des Adapters kann eine im brennraumseitigen Bereich extrem schlanke Druckmesssonde verwirklicht werden, deren zu einem Dichtkonus erweitertes Sondengehäuse direkt am Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegt.
Es sind somit auch für Bohrungsdurchmesser < 5 mm Messsonden möglich, wel- che folgende Vorteile aufweisen : - brennraumnahe Messmembran - geringste Massen vor dem Messelement - Direkteinbau der Messsonde ohne Adapter
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- Hohe Signalqualität und grosser Informationsgehalt des Drucksignals
Vermeidung von Pfeifenschwingungen aufgrund der kurzen Gaswege Die erfindungsgemässe Druckmesssonde ist bevorzugt zweiteilig ausgeführt, und besteht aus einem Sensorteil sowie einem in seiner Länge an die Tiefe der Glüh- kerzenbohrung anpassbaren Verlängerungsteil, wobei die beiden Teile vorzugs- weise miteinander verschraubbar ausgeführt sind. Die lösbare Verbindung erlaubt die Demontage des Verlängerungsteils vom eigentlichen Sensor, wobei die Trennung beider Teile zur Wartung der Kabelverbindung bzw. zum Kabel- tausch dient.
Es sind jedoch auch nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen zwischen beiden Teilen geeignet.
Erfindungsgemäss ist das Sondengehäuse so ausgeführt, dass die Aussenkontur des Sondengehäuses ausgehend von einer Rohkontur durch eine spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise durch Überdrehen, an die Abmessungen unterschied- licher Glühkerzenbohrungen anpassbar ist. Die Messsonde kann somit kunden- spezifisch an die jeweiligen Durchmesser der Glühkerzenbohrung sowie an die Lage und Abmessung des Dichtsitzes angepasst werden, wobei weiters die Länge der Sonde durch Verwendung unterschiedlicher Verlängerungsteile variiert wer- den kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgese- hen, dass am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde eine Glühstiftspitze mit Gaswechselkanälen befestigt ist. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Schweissen (z.B. Elektronenstrahl- oder Laserschweissen). Die direkt am brenn- raumseitigen Ende der Druckmesssonde angeschweisste Glühstiftspitze sorgt dafür, dass die Strömungsverhältnisse im Brennraum am Ort der Druckmessung möglichst ungestört sind und den Verhältnissen bei eingebautem Glühstift ent- sprechen.
Weiters ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Glühstiftspitze an einer ring- förmigen, einen Raum vor der Sensormembran bildenden Anformung der Sen- sormembran befestigt ist und die Gaswechselkanäle in diesen Raum münden.
Für die brennraumnahe Druckmessung wird erfindungsgemäss ein hochtempera- turstabiles Messelement, beispielsweise aus GaP04, verwendet.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Druckmesssonde gemäss Stand der Technik in einer Schnittdarstellung, Fig.
2 eine erfindungsgemässe Druckmesssonde in einer Schnittdarstellung sowie Fig.
3 ein Detail der Ausführungsvariante gemäss Fig. 2.
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Die in Fig. 1 dargestellte Druckmesssonde gemäss Stand der Technik wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert.
Die in Fig. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemässe Druckmesssonde 1 zur Mes- sung des Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine steht über eine Glühkerzenbohrung 3 mit dem Brennraum der nicht weiter dargestellten Brenn- kraftmaschine in Verbindung. Ein von einer Sensormembran 4 beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement 5 ist im brennraumseitigen Bereich 6 des Son- dengehäuses 7 angeordnet. Das Sondengehäuse 7 weist im Bereich 6, in wel- chem das Druckmesselement 5 und die Sensormembran 4 angeordnet sind, einen Durchmesser $ < 5 mm auf, wobei sich das Sondengehäuse 7 anschlie- #end an diesen Bereich zu einem Dichtkonus 9 erweitert, welcher an einem Dichtsitz 8 der Glühkerzenbohrung 3 anliegt.
Die in Fig. 2 dargestellte Druckmesssonde ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Sensorteil 16 und einem Verlängerungsteil 17. Die beiden Teile 16 und 17 können mit Hilfe eines Gewindes 18 verschraubt werden, wobei nach Abnahme des Verlängerungsteiles 17 der Kabelstecker 19 für das Ableitkabel 23 zugängig ist und gegebenenfalls ausgewechselt werden kann.
Die Aussenkontur 10 des Sondengehäuses 7 kann ausgehend von einer strichliert eingezeichneten Rohrkontur 11 mit einem Durchmesser von z. B. 10 mm, bei- spielsweise durch Überdrehen kundenspezifisch angepasst werden, wobei im brennraumseitigen Bereich 6 der Sonde Durchmesserwerte < 5 mm erreicht werden können. Mit 24 ist die Montageschraube zum Befestigen der Messsonde 1 in der Glühkerzenbohrung 3 bezeichnet.
Wie im Detail aus Fig. 3 ersichtlich, ist am brennraumseitigen Ende der Druck- messsonde 1 eine Glühstiftspitze 12 mit Gaswechselkanälen 13, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweissen, befestigt. Zur besseren Beaufschlagung der Sensormembran 4 mit dem im Brennraum 2 herrschenden Druck kann die Glüh- stiftspitze 12 an einer ringförmigen Anformung 15 der Sensormembran 4 befes- tigt sein, welche einen Raum 14 vor der Sensormembran bildet. Die Gaswechsel- kanäle 13 münden ausgehend von einer ringspaltförmigen Freistellung der Sen- sorspitze 12 direkt in den Raum 14.
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The invention relates to a pressure measuring probe for measuring the pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine, which communicates with the combustion chamber of the internal combustion engine via a glow plug bore, wherein an uncooled pressure measuring element acted upon by a sensor membrane is arranged in the combustion chamber side region of the probe housing.
An essential variable for the assessment of the combustion process in the combustion chamber of an internal combustion engine is the pressure prevailing in the combustion chamber. Efforts are therefore being made, especially in research and development, to make the combustion chamber accessible to pressure measurement. In most cases it is desirable to make no changes to the combustion chamber geometry, so that already existing holes for the spark plug or the glow plug are used for the pressure measurement.
An apparatus in which the spark plug additionally serves for the pressure measurement function has become known, for example, from AT 402 116 B. In this measuring device, an annular pressure measuring element is provided, on which the insulating body of the spark plug is supported against the plug housing. Thus, the pressure applied to the spark plug is transmitted to the annular sensing element, a major drawback of this type of pressure sensing being that a relatively large mass, namely the insulating body of the spark plug, has a negative impact on the pressure measurement. Similar disadvantages also arise in connection with pressure measuring probes which are adapted for glow plug bores in which annular pressure sensors are arranged between the measuring probe and the sealing seat.
It is therefore advantageous to keep the masses moved in connection with the pressure measurement small and to bring the pressure measuring element as close as possible to the combustion chamber. This can be accomplished, for example, with a pressure measuring probe, which according to EP 1 074 228 A2 is integrated into a spark plug. For this purpose, the spark plug is provided with a continuous longitudinal bore formed externally in the housing of the spark plug, which is slightly inclined to the spark plug axis and accommodates a pressure measuring probe whose pressure measuring element is arranged close to the combustion chamber.
Such measuring probes can also be used in glow plug bores of internal combustion engines with the aid of a suitable adapter, as shown by an embodiment according to the prior art (FIG. 1). The pressure measuring probe 1 is used to measure the pressure in the combustion chamber 2 of an internal combustion engine with the aid of a glow plug adapter 20 in a glow plug bore 3. The uncooled pressure
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Measuring element 5 is located in the front part of the probe housing 7 and is acted upon by a sensor membrane 4 with the pressure prevailing in the combustion chamber. The adapter 20 has a projecting into the combustion chamber 2 tip 21, which corresponds to the outer contour of a glow plug or a glow plug.
In the tip 21 gas exchange channels 22 are arranged, via which the membrane 4 is in communication with the pressure prevailing in the combustion chamber 2 of the internal combustion engine. The glow plug adapter 20, in which the measuring probe 1 is installed in a front-sealing manner, has a sealing cone, which bears sealingly against the sealing seat of the glow plug bore 3.
Such combinations of pressure probes and adapters are suitable for glow plug holes with a combustion chamber side (between combustion chamber and glow plug sealing seat) diameter greater than / equal to 5 mm. With these minimum bore diameters of 5 mm, the adapters used no longer have reducible wall thicknesses of 0.3 mm. However, even with a further miniaturization of the sensor, production-related limits are encountered in the production of the corresponding pressure-measuring elements and sensor membranes.
Measuring probes with combustion chamber remover (in the area of the glow plug sealing seat) Arrangement of the sensor diaphragm as well as of the pressure measuring element have long gas exchange channels, which lead to metrologically unwanted pipe vibrations.
The object of the present invention is to propose solutions for installation in glow plug bores with diameters <5 mm, starting from known pressure measuring probes, whereby the advantages shown so far, such as mounting of the sensor membrane near the combustion chamber, short indexing channels and low masses to be moved, are maintained should be.
This object is achieved according to the invention in that the probe housing in the region of the pressure measuring element and the sensor membrane has a diameter U <5 mm, which then widens to a sealing cone on a sealing seat of the glow plug bore. By eliminating the adapter, an extremely slim in the combustion chamber side pressure measuring probe can be realized, extended to a sealing cone extended probe housing directly on the sealing seat of the glow plug hole.
Thus, probes are also possible for bore diameters <5 mm, which have the following advantages: - diaphragm close to the combustion chamber - lowest masses in front of the measuring element - direct mounting of the probe without adapter
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- High signal quality and high information content of the pressure signal
Avoidance of Whistle Vibrations Due to the Short Gas Paths The pressure measuring probe according to the invention is preferably designed in two parts, and consists of a sensor part and an extension part which can be adapted in its length to the depth of the glow plug bore, wherein the two parts are preferably screwed together. The detachable connection allows the dismantling of the extension part of the actual sensor, the separation of the two parts for maintenance of the cable connection or for cable replacement is used.
However, there are also non-destructively releasable connections between the two parts suitable.
According to the invention, the probe housing is designed such that the outer contour of the probe housing, starting from a rough contour, can be adapted to the dimensions of different glow plug bores by machining, preferably by over-rotation. The measuring probe can thus be adapted customer-specifically to the respective diameter of the glow plug bore as well as to the position and dimension of the sealing seat, wherein furthermore the length of the probe can be varied by using different extension parts.
In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that a glow pin tip with gas exchange channels is attached to the combustion chamber end of the pressure measuring probe. The attachment is preferably by welding (e.g., electron beam or laser welding). The glow pin tip, which is welded directly to the combustion chamber end of the pressure probe, ensures that the flow conditions in the combustion chamber at the location of the pressure measurement are as undisturbed as possible and correspond to the conditions when the glow plug is installed.
Furthermore, it is provided according to the invention that the glow pin tip is fastened to an annular shaping of the sensor membrane which forms a space in front of the sensor membrane and the gas exchange channels open into this space.
According to the invention, a high-temperature-stable measuring element, for example of GaPO 4, is used for the pressure measurement close to the combustion chamber.
The invention will be explained in more detail with reference to drawings. 1 shows a pressure measuring probe according to the prior art in a sectional view, FIG.
FIG. 2 shows a pressure measuring probe according to the invention in a sectional view and FIG.
3 shows a detail of the embodiment according to FIG. 2.
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The pressure measuring probe according to the prior art shown in Fig. 1 has already been explained in the introduction to the description.
2 and 3 according to the invention for measuring the pressure in the combustion chamber 2 of an internal combustion engine communicates via a glow plug bore 3 with the combustion chamber of the internal combustion engine (not shown). An un-cooled pressure-measuring element 5 acted upon by a sensor membrane 4 is arranged in the combustion-chamber-side region 6 of the probe housing 7. In the region 6 in which the pressure measuring element 5 and the sensor membrane 4 are arranged, the probe housing 7 has a diameter $ <5 mm, with the probe housing 7 subsequently expanding to a sealing cone 9 at this region at a sealing seat 8 of the glow plug bore 3 is present.
The pressure measuring probe shown in Fig. 2 is made in two parts and consists of a sensor part 16 and an extension part 17. The two parts 16 and 17 can be screwed by means of a thread 18, wherein after removal of the extension member 17 of the cable connector 19 for the discharge cable 23 accessible is and can be replaced if necessary.
The outer contour 10 of the probe housing 7 can, starting from a dashed line drawn pipe contour 11 with a diameter of z. B. 10 mm, for example, be adapted by over-turning customer, wherein in the combustion chamber side area 6 of the probe diameter values <5 mm can be achieved. The mounting screw for fastening the measuring probe 1 in the glow plug bore 3 is designated by 24.
As can be seen in detail from FIG. 3, a glow pencil tip 12 with gas exchange channels 13, for example by electron beam welding, is fastened to the combustion chamber end of the pressure measuring probe 1. For better loading of the sensor membrane 4 with the pressure prevailing in the combustion chamber 2, the glow pencil tip 12 can be fastened to an annular molding 15 of the sensor membrane 4, which forms a space 14 in front of the sensor membrane. The gas exchange channels 13, starting from an annular gap-shaped release of the sensor tip 12, open directly into the space 14.