Zündkerzenadapter zur Druckmessung an Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zündkerzen- adapter zur Druckmessung an Brennkraftmaschinen, mit einem Druckgeber in einem mit der Zündkerze fest verbundenen Gehäuse, dessen Innenraum mit dem Verbrennungsraum, der Brennkraftmaschine über einen das Zündkerzengehäuse durchsetzenden Indizierkanal verbunden ist.
Es ist bereits eine Ausführung dieser Art bc- kannt, bei welcher das Zündkerzengehäuse eine über seine gesamte Länge verlaufende seitliche Nut aufweist, deren radialer Verlauf etwa den Aussenkon tu ren des Zündkerzengehäuses folgt. Am Grunde der Nut ist ein Indizierröhrchen eingelötet, dessen unteres Ende in den Raum zwischen dem Gewindeeinstich und dem Dichtungsring der Zündkerze mündet. Das obere Ende des Röhrchens mündet in Idas Gehäuse für den Druckgeber. Der Druckgeber steht somit über das Indizierröhrchen, den Raum innerhalb des Dichtungsringes und die durch das Zündkerzen gewinde hindurchgeführte Nut mit dem Verbrennungsraum in Verbindung.
Infolge der mehrfachen Querschnittsänderungen eines solchen Indizier kanals treten in diesem Schwingungserscheinungen und bei höheren Drehzahlen Phasenverschiebungen auf, die das Messergebnis verfälschen. Da zudem die im Gewindebereich gelegenen Räume des Indi zierkanais nicht eindeutig definiert sind und sowohl die Gewindetoleranzen als auch die Abmessungen der Dichtungsringe die Grösse dieser Räume beeinflussen, ergeben sich lerfahrungsgemäss unter völlig gleichen Versuchsbedingungen schon durch Ausw tausch des Adapters stark unterschiedliche Messkurven.
Durch Eindringen der Flammenfront in die Indizierbohrung setzt sich die Verbrennung in dieser fort, was ausser den erwähnten Nachteilen noch eine Beschädigung des Adapters selbst zur Folge haben kann.
Bei einer weiteren bekannten Ausführung, bei der ebenfalls eine seitliche Nut über die gesamte Länge des Zündkerzengehäuses vorgesehen ist, ist ein Indizierröhrchen in diese Nut eingelötet, dessen unteres Ende unmittelbar in den Verbrennungsraum mündet. Vor dieser Mündung ist eine Einlage aus F, latindrahtgeflecht angeordnet, die als Zündsperre dient. Das obere Ende des Indizierröhrchens mündet in eine mit dem Zündkerzengehäuse hart verlötete Hülse, in welcher der Druckgeber angeordnet ist.
Durch die Flammensperre wird hierbei zwar die Entstehung von schädlichen Schwingungen im Indizierkanal vermieden, doch gelangen infolge ungenügender W ärmeableitung heisse Verbrennungsgase unmittelbar zum Druckgeber, dessen Lebensdauer da- durch herabgesetzt wird.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Zündkerzenadapters, bei dem die Verbrennungsgase im Indizierkanal eine verstärkte Kühlung erfahren und somit die genannten Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden, sind. Der Adapter soll dabei eine weitgehende Anpassung an die jeweiligen Prüfbzw. Betriebsbedingungen ermöglichen und für sämtliche handelsüblichen Zündkerzen verwendbar sein.
Erfindungsgemäss wirid dieses Ziel dadurch erreicht, dass im Indizierkanal zumindestens ein zylin drischer Verdrängungskörper angeordnet ist, der mit dem Indizierkanal einen Ringraum bildet. Dadurch ergibt sich bei gegebener freier Querschnittsfläche des Indizierkanals eine erhebliche Vergrösserung der Wandfläche gegenüber einer einfachen Bohrung.
Diese für den Wärmeübergang der Verbrennungsgase an das Gehäuse massgebende Wandfläche bewirkt somit eine intensive Kühlung der Verbr, ennungsgase, so dass die Betriebsbedingungen ldels Druckgebers verbessert werden und seine Lebensdauer erhöht wird.
Untersuchungen an Zündkerzenadaptern haben gezeigt, dass Schwingungserscheinungen innerhalb des Indizierkanais dadurch wirksam begegnet werden kann, dass der Indizierkanal über seine gesamte Länge gleichbleibende oder, insbesondere im Bereich hoher Drehzahlen, in Richtung zum Druckgeber sich verjüngend Qerrschnitte aufweist. Dies ist durch ent sprechend Gestaltung der Verdrängungskörper bzw. des InÅaizierkanals in einfacher Weise zu verwirklichen.
In gleicher Weise lassen sich Querschnittserweiterungen, die durch ihre Speicherwirkung eine Verzögerung der Druckwelle und damit eine Verfälschung des Messergebnisses verursachen, vermei dvn. Infolge seiner besonderen Gestaltung umfasst der Zündkerzenadapter, der sich zum Einbau in handelsübliche Zündkerzen verschiedener Bauart und Wärmewerte eignet, einen ausgedehnten Anwendungsbereich bei optimaler Anpassungsmöglichkeit an die jesveiligen Versuchsbedingungen.
Vorzugsweise ist zwischen dem das Adaptergehäuse durchsetzenden Teil des Indizierkanals und dem darin angeordneten Verdrängungskörper ein Ringraum gebildet, der mit einer zum Druckgeber hin offenen zentralen Sackbohrung des Verdrängungs- körpers über in die Sackbohrung einmündende, zueinander versetzte Durchtrittsöffnungen in Verbindung steht. Die Querschnitte der Sackbohrung sowie der Durchtrittsöffnungen werden dabei vorzugsweise gleich oder kleiner als der Querschnitt des Ringraumes gewählt, so dass eine Verzögerung der Druckwelle der Verbrennungsgase nicht eintreten kann. Gleichzeitig werden dann durch die versetzte Anordnung der Durchtrittsöffnungen Interferenzerscheinungen zur Dämpfung im Indizierkanal etwa noch auftretender schädlicher Schwingungen wirksam.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Adapters kann der Verdrängungskörper mit einem in einer erweiterten koaxialen Bohrung des Adaptergehäuses angeordneten, auswechselbaren Adaptereins atz in einem Stück ausgebildet sein. Durch diese einfache Massnahme lassen sich die freien Querschnitte im Indizierkanal durch Austausch des Adaptereinsatzes leicht und rasch den jeweiligen Versuchsbedingungen weitgehend anpassen.
Vorzugsweise kann in zudem das Zündkerzengehäuse durchsetzenden Teil des Indizierkanals ein weiterer mit dem Adaptergehäuse gut wärmeleitend verbundener Verdrängungskörper angeordnet sein.
Die aus dem Brennraum in den Indizierkanal eintretenden Verbrennungsgase erfahren dadurch bereits im Bereich des Zündkerzengehäuses eine verstärkte Kühlung, da sie am Mantel des in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Adaptergehäuse ste hemden Verdrängungskörpers entlang strömen. Zugleich wird die Gefahr eines Durchschlagens der Verbrennung in den Indizierkanal verringert.
Schliesslich kann der Verdrängungskörper aus einem mit zueinander axial und in Umfangsrichtung versetzten Öffnungen versehenen Rohr bestehen, das stirnseitig zum Verbrennungsraum hin abgeschlossen ist. Durch diese Ausbildung des Verdrängungskörpers wird ein noch wirksaineier Schutz gegen ein Vordringen der Verbrennung in den Indizierkanal erzielt, da die Verbrennungsgase in mehreren Teilströmen entsprechend der Anzahl der Öffnungen Ides Verdrnngungskörpers in dessen Innenraum eindringen.
Ausser dem bereits genannten Vorteil der zueinander versetzten Öffnungen im rohiförmigen Verdrängungskörper ist noch von besonderer Bedeutung, dass etwaige unliebsame Schwingungserscheinungen der Verbrennungsgase bei deren Eintritt in den Indizierkanal weitgehend gedämpft oder unterbunden werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, die in Fig. 1 und Fig. 2 je einen Längsschnitt ! durch, ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel in vergrössertem Massstab zeigen.
Bei beiden Ausführungen ist an seiner seitlichen Abflachung eines Zündkerzengehäuses 1 ein Adaptergehäuse 2 beispielsweise durch Hartverlöten angeschlossen, welches in seiner Längsrichtung eine nach oben hin offene abgestufte Bohrung aufweist. Der untere Teil der Bohrung, welcher den kleineren Durchmesser besitzt, Bildet den adapterseitigen Teil 3 des Indizierkanals 4. Im oberen, erweiterten Teil 5 der Bohrung ist ein Adaptereinsatz 6 angeordnet, dessen z. B. zylindrischer Vendrängungskörper 7 den Teil 3 des Indizierkanals 4 über dessen gesamte Länge mit Spiel durchsetzt und mit diesem einen hohlzylindrischen Ringraum 8 bildet.
Der Ringraum 8 steht über zueinander versetzte radiale Durchtrittsöffnungen 9, die in eine adapterseitige zentrale Sackbohrung 10 des Verdrängungskörpers 7 einmündet, mit einem flachen zylindrischen Druckraum 11 in Inneren des Adaptereinsatzes 6 in Verbindung. Der Druckraum 11 ist nach oben hin durch den einen Druckgeber enthaltenden Adapter 12, Ider sich unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 13 auf den Adaptereinsatz 6 abstützt und zum Teil in dessen Innenraum hineinragt, abgeschlossen.
Der Adaptereinsatz 6 ist durch einen Dichtungs- ring 14 gegen den Ringraum 8 abgedichtet und durch eine in das Innengewinde der erweiterten Bohrung 5 des Adaptergehäuses 2 eingesetzte Spannschraube 15, die sich auf einen oberen Absatz des Adapters 12 abstützt, mit dem Adaptergehäuse 2 fest verbunden. An der Mantelfläche des Adaptergehäuses 2 sind im Bereich des Ringraumes 8 Kühlrippen 16 vorgesehen.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 weist das Zündkerzengehäuse 1 in seinem unteren Bereich eine seitliche Nut 17 auf, die sich vom zylindrischen Teil der Zündkerze ausgehend nahezu über die gesamte Länge des Einschraubgewindes erstreckt. Das Zündkerzengehäuse 1 weist im Bereich der untersten, von der Nut 17 nicht durchschnittenen Gewindegänge die parallel zur Zündkerzenachse verlaufende Indizierbohrung 18 auf. Brennraumseitig ist in der Indizierbohrung 18 ein Einsatz 19, der beispielsweise aus einem Platindrahtgeflecht besteht, als Flammensperre vorgesehen. Adapterseitig schliesst ein Indizierröhrchen 20 an die Indizierbohrung 18 über eine Hülse 21 gasdicht an.
Das Röhrchen 20, das den Indizierkanal 4 einschliesst, ist am Grunde der Nut 17 eingelegtwund mündet adapterseitig in den Teil 3 rdes Indizierkanais an dessen tiefster Stelle.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 durchsetzt der Indizierkanal 4 das Zündkerzengehäuse 1 etwa im Bereich des Gewindeeinstichs in einer zum Inneren des Zündkerzengehäuses hin schräg nac'n unten verlaufenden Richtung und mündet verbrennungsraum- seitig in den ringförmigen Raum 22 zwischen dem Isolator 23 der Mittelelektrode 24 und der Innenwand des Zündkerzengehäuses 1. Im Inneren des Indizierkanals 4 ist ein zweiter Verdrängungskörper 7' angeordnet, der mit der Wand des Indizierkanals 4 den Ringraum 8'bildet. Der Vendrängungs- körper 7' ist als Rohr ausgebildet, das stirnseitig zum Verbrennungsraum hin abgeschlossen und dessen anderes Ende mit dem Adaptergehäuse 2 gut wärmeleitend verbunden ist.
Der Ringraum 8' steht über zueinander axial und in Umfangsrichtung versetzte Öffnungen 9' mit dem Innenraum des Vendrängungs- körpers 7' in Verbindung. Das adapterseitige Ende des hohlen Verdrängungskörpers 7', das einen Schrägabschnitt in einer zur Zündkerzenachse slenkrechten Ebene aufweist, mündet ebenfalls in den Teil 3 des Indizierkanals 4 an dessen tiefstgelegener Stelle.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Bei der Ausführung nach Fig. 1 treten die Verbrennungsgase aus dem Brennraum unmittelbar in die Indizierbohrung 18 ein und gelangen über den als Flammensperre dienenden Einsatz 19 und den Indizierkanal 4 des Indlzierröhrchens 20 in das Adaptergehäuse 2. Bei der Ausführung gemäss Fig. 2 gelangen die Verbrennungsgase aus dem Brennraum zunächst in den ringförmigen Raum 22 zwischen dem Isolator 23 der Mittelelektrode 24 und der Innenwand des Zündkerzengehäuses 1 und treten anschliessend in den Ringraum 8'des Indizierkanals 4 ein, von wo sie über die Durchtrittsöffnungen 9' des hohlen Verdrängungskörpers 7', der gleichzeitig als s Flammensperre dient, gekühlt in das Adapter- gehäuse 2 gelangen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen gleich kühlen sich die aus dem Indizierkanal 4 in den Ringraum 8 zwischen dem Teil 3 des Indizierkanals 4 und dem Verdrängungskörpers 7 ein tietrndcn Verbrennungsgase auf ihrem Weg zu den radialen Öffnungen 9 des Verdrängungskörpers 7 an den Wänden des Ringraumes 8 ab. Die Ver brennungsgase gelangen schliesslich über Idie zentrale Sackbohrung 10 in den Druckraum 11, wo sie auf den Druckgeber des Adapters 12, beispielsweise auf die Membrane eines piezoelektrischen Druckmessers, einwirken. Die Höhe indes Druckraumes 11, der zur Vermeidung einer Speicherwirkung ein möglichst geringes Volumen aufweisen soll, kann z. B. durch Auswechseln des Dichtungsringes 13 beliebig eingestellt werden.
Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die beiden Ausführungsbeispiele. So ist z. B. eine Ausführung möglich, bei der der Indizierkanal im Bereich des Verdrängungskörpers s 7 sowie dieser selbst konisch ausgeführt sind, so dass der Quer- schnitt des gebildeten Ringraumes durch enne maxiale Verschiebung des Verdrängungskörpers im Indizierkanal beliebig verändert werden kann.
Spark plug adapter for pressure measurement on internal combustion engines
The invention relates to a spark plug adapter for pressure measurement on internal combustion engines, with a pressure transducer in a housing firmly connected to the spark plug, the interior of which is connected to the combustion chamber of the internal combustion engine via an indicating channel penetrating the spark plug housing.
An embodiment of this type is already known in which the spark plug housing has a lateral groove running over its entire length, the radial course of which roughly follows the outer contour of the spark plug housing. A small indicator tube is soldered into the bottom of the groove, the lower end of which opens into the space between the thread recess and the sealing ring of the spark plug. The upper end of the tube opens into Ida's housing for the pressure transducer. The pressure transducer is thus connected to the combustion chamber via the indicating tube, the space within the sealing ring and the groove passed through the spark plug thread.
As a result of the multiple changes in the cross-section of such an indicating channel, vibration phenomena and at higher speeds occur phase shifts that falsify the measurement result. In addition, since the spaces of the index channel located in the thread area are not clearly defined and both the thread tolerances and the dimensions of the sealing rings influence the size of these spaces, experience has shown that under completely identical test conditions, very different measurement curves result simply by exchanging the adapter.
When the flame front penetrates into the indicating bore, the combustion continues in it, which, in addition to the disadvantages mentioned, can also result in damage to the adapter itself.
In a further known embodiment, in which a lateral groove is also provided over the entire length of the spark plug housing, an indicating tube is soldered into this groove, the lower end of which opens directly into the combustion chamber. In front of this mouth there is an insert made of F, latin wire mesh, which serves as an ignition lock. The upper end of the indicator tube opens into a sleeve which is brazed to the spark plug housing and in which the pressure transducer is arranged.
The flame arrester avoids damaging vibrations in the indicating channel, but as a result of insufficient heat dissipation, hot combustion gases reach the pressure transducer directly, which reduces its service life.
The aim of the invention is to create a spark plug adapter in which the combustion gases in the indicating channel experience increased cooling and the disadvantages mentioned of the known designs are thus avoided. The adapter is intended to largely adapt to the respective test or Enable operating conditions and be usable for all commercially available spark plugs.
According to the invention, this goal is achieved in that at least one cylindrical displacement body is arranged in the indexing channel, which forms an annular space with the indexing channel. With a given free cross-sectional area of the indicating channel, this results in a considerable enlargement of the wall area compared to a simple bore.
This wall surface, which is decisive for the heat transfer of the combustion gases to the housing, thus effects intensive cooling of the combustion gases, so that the operating conditions for the pressure transmitter are improved and its service life is increased.
Investigations on spark plug adapters have shown that vibration phenomena within the indicating channel can be effectively countered by the fact that the indicating channel has cross sections that are constant over its entire length or, especially in the range of high speeds, tapered cross sections in the direction of the pressure transducer. This can be achieved in a simple manner by appropriately designing the displacement body or the injection channel.
In the same way, cross-sectional enlargements, which cause a delay in the pressure wave and thus a falsification of the measurement result through their storage effect, can be avoided. As a result of its special design, the spark plug adapter, which is suitable for installation in commercially available spark plugs of various types and heat values, has an extensive range of applications with optimal adaptation to the various test conditions.
An annular space is preferably formed between the part of the indexing channel penetrating the adapter housing and the displacement body arranged therein, which is connected to a central blind bore of the displacement body open to the pressure transducer via offset through openings opening into the blind bore. The cross-sections of the blind bore and the passage openings are preferably selected to be equal to or smaller than the cross-section of the annular space, so that the pressure wave of the combustion gases cannot be delayed. At the same time, due to the offset arrangement of the passage openings, interference phenomena for damping in the indicating channel any harmful vibrations that may still occur are effective.
In a preferred embodiment of the adapter, the displacement body can be formed in one piece with an exchangeable adapter insert arranged in an enlarged coaxial bore of the adapter housing. This simple measure allows the free cross-sections in the indexing channel to be largely and easily adapted to the respective test conditions by exchanging the adapter insert.
A further displacement body which is connected to the adapter housing in a way that is a good heat conductor can preferably be arranged in the part of the indicating channel which also penetrates the spark plug housing.
The combustion gases entering the indicating duct from the combustion chamber experience increased cooling in the area of the spark plug housing, as they flow along the casing of the displacement body, which is in good thermal connection with the adapter housing. At the same time, the risk of the burn penetrating into the indicating channel is reduced.
Finally, the displacement body can consist of a tube which is provided with openings which are axially and circumferentially offset to one another and which is closed off at the end from the combustion chamber. This design of the displacement body still provides effective protection against penetration of the combustion into the indicating channel, since the combustion gases penetrate into its interior in several partial flows corresponding to the number of openings in the displacement body.
In addition to the already mentioned advantage of the mutually offset openings in the tubular displacement body, it is also of particular importance that any undesirable oscillation phenomena of the combustion gases are largely dampened or prevented when they enter the indicating channel.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which in Fig. 1 and Fig. 2 each have a longitudinal section! by showing an embodiment according to the invention on an enlarged scale.
In both versions, an adapter housing 2 is connected to its lateral flattening of a spark plug housing 1, for example by hard soldering, which has a stepped bore open towards the top in its longitudinal direction. The lower part of the bore, which has the smaller diameter, forms the adapter-side part 3 of the indexing channel 4. In the upper, expanded part 5 of the bore, an adapter insert 6 is arranged, the z. B. cylindrical Vendrängungskörper 7 the part 3 of the indexing channel 4 interspersed over its entire length with play and forms a hollow cylindrical annular space 8 with this.
The annular space 8 communicates with a flat cylindrical pressure space 11 in the interior of the adapter insert 6 via radial passage openings 9 offset from one another, which open into an adapter-side central blind hole 10 of the displacement body 7. The pressure chamber 11 is closed at the top by the adapter 12 containing a pressure transducer, which is supported on the adapter insert 6 with the interposition of a sealing ring 13 and partially protrudes into its interior.
The adapter insert 6 is sealed against the annular space 8 by a sealing ring 14 and firmly connected to the adapter housing 2 by a clamping screw 15 inserted into the internal thread of the enlarged bore 5 of the adapter housing 2, which is supported on an upper shoulder of the adapter 12. On the outer surface of the adapter housing 2, cooling fins 16 are provided in the area of the annular space 8.
In the embodiment according to FIG. 1, the spark plug housing 1 has a lateral groove 17 in its lower region which, starting from the cylindrical part of the spark plug, extends over almost the entire length of the screw-in thread. The spark plug housing 1 has, in the area of the lowermost thread turns not intersected by the groove 17, the indexing bore 18 running parallel to the spark plug axis. On the combustion chamber side, an insert 19, which for example consists of a platinum wire mesh, is provided as a flame arrester in the indexing bore 18. On the adapter side, an indicating tube 20 connects to the indicating bore 18 via a sleeve 21 in a gas-tight manner.
The tube 20, which includes the indexing channel 4, is inserted at the bottom of the groove 17 and, on the adapter side, opens into the part 3 r of the indexing channel at its deepest point.
In the embodiment according to FIG. 2, the indexing channel 4 penetrates the spark plug housing 1 approximately in the area of the thread recess in a direction that runs obliquely towards the interior of the spark plug housing and opens out on the combustion chamber side into the annular space 22 between the insulator 23 of the center electrode 24 and the inner wall of the spark plug housing 1. In the interior of the indexing channel 4, a second displacement body 7 'is arranged, which with the wall of the indexing channel 4 forms the annular space 8'. The displacement body 7 'is designed as a tube which is closed at the end towards the combustion chamber and the other end of which is connected to the adapter housing 2 in a manner that conducts heat well.
The annular space 8 'is connected to the interior space of the displacement body 7' via openings 9 'which are axially offset in relation to one another and in the circumferential direction. The end of the hollow displacement body 7 'on the adapter side, which has an inclined section in a plane perpendicular to the spark plug axis, also opens into part 3 of the indicating channel 4 at its lowest point.
The device works as follows:
In the embodiment according to FIG. 1, the combustion gases from the combustion chamber enter the indexing bore 18 and pass through the insert 19 serving as a flame barrier and the indexing channel 4 of the indexing tube 20 into the adapter housing 2. In the embodiment according to FIG. 2, the combustion gases enter from the combustion chamber first into the annular space 22 between the insulator 23 of the center electrode 24 and the inner wall of the spark plug housing 1 and then enter the annular space 8 'of the indexing channel 4, from where they pass through the passage openings 9' of the hollow displacement body 7 ', the serves as a flame arrester at the same time, get into the adapter housing 2 cooled.
In both exemplary embodiments, the combustion gases from the indexing channel 4 into the annular space 8 between the part 3 of the indexing channel 4 and the displacement body 7 cool down on their way to the radial openings 9 of the displacement body 7 on the walls of the annular space 8. The combustion gases finally reach the pressure chamber 11 via the central blind bore 10, where they act on the pressure transmitter of the adapter 12, for example on the diaphragm of a piezoelectric pressure gauge. The height of the pressure chamber 11, which should have the smallest possible volume to avoid a storage effect, can, for. B. can be set as desired by replacing the sealing ring 13.
The invention is in no way restricted to the two exemplary embodiments. So is z. For example, a design is possible in which the indexing channel in the area of the displacement body 7 and the latter itself are conical, so that the cross-section of the annular space formed can be changed as required by maximum displacement of the displacement body in the indexing channel.