DE10031894A1 - Pencil-type glow plug used in diesel engines comprises a housing and a rod-like heating element with electrodes for determining the ion stream - Google Patents

Pencil-type glow plug used in diesel engines comprises a housing and a rod-like heating element with electrodes for determining the ion stream

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DE10031894A1 DE2000131894 DE10031894A DE10031894A1 DE 10031894 A1 DE10031894 A1 DE 10031894A1 DE 2000131894 DE2000131894 DE 2000131894 DE 10031894 A DE10031894 A DE 10031894A DE 10031894 A1 DE10031894 A1 DE 10031894A1
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Christoph Haluschka
Juergen Arnold
Christoph Kern
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Abstract

Pencil-type glow plug comprises a housing and heating element. The heating element consists of an insulating layer, and 2 feed layers connected to one end of the heating element on the combustion chamber side using a rod made of electrically conducting ceramic material. The heating element has two electrodes for determining the ion stream embedded in or applied on the insulating layer. Pencil-type glow plug comprises a housing (3) and a rod-like heating element (5) arranged in a concentric bore of the housing. The heating element consists of an insulating layer (11), a first feed layer (7) and a second feed layer (9). The layers are connected to one end of the heating element on the combustion chamber side using a rod (8) made of electrically conducting ceramic material. The insulating layer is made of an electrically insulating ceramic material. The heating element has two electrodes for determining the ion stream embedded in or applied on the insulating layer.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer keramischen Glühstiftkerze für Dieselmotoren mit einem Ionenstromsensor nach Gattung des ersten unabhängigen Anspruchs. Aus der DE-OS 34 28 371 sind bereits keramische Glühstiftkerzen bekannt, die ein keramisches Heizelement aufweisen. Das keramische Heizelement trägt eine Elektrode aus einem metallischen Werkstoff, die dazu dient, die elektrische Leitfähigkeit des im Brennraum des Verbrennungsmotors vorhandenen ionisierten Gases zu erfassen. Als zweite Elektrode dient dabei die Brennraumwandung.The invention is based on a ceramic glow plug for diesel engines with a type of ion current sensor of the first independent claim. From DE-OS 34 28 371 Ceramic glow plugs are already known have ceramic heating element. The ceramic Heating element carries an electrode made of a metallic Material that serves the electrical conductivity of the existing ionized in the combustion chamber of the internal combustion engine To detect gas. The serves as the second electrode Combustion chamber wall.

Es sind weiterhin Glühstiftkerzen bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, in dem in einer konzentrischen Bohrung ein stabförmiges Heizelement angeordnet ist. Das Heizelement besteht dabei aus mindestens einer Isolationsschicht sowie einer ersten und einer zweiten Zuleitungsschicht, wobei die erste und die zweite Zuleitungsschicht über einen Steg an der brennraumseitigen Spitze des Heizelements verbunden sind. Dabei bestehen die Isolationsschicht aus elektrisch isolierendem keramischen Material und die erste, die zweite Zuleitungsschicht sowie der Steg aus elektrisch leitendem keramischen Material.Glow plugs are also known which have a housing have in which in a concentric bore rod-shaped heating element is arranged. The heating element consists of at least one insulation layer as well a first and a second feed layer, the first and the second supply layer over a web connected to the combustion chamber tip of the heating element are. The insulation layer consists of electrical insulating ceramic material and the first, the second  Lead layer and the web made of electrically conductive ceramic material.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße keramische Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass die Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor einen sehr einfachen Aufbau aufweist und die Herstellung kostengünstig ist.The ceramic glow plug with the invention Ion current sensor with the features of the first independent Claim has the advantage that the glow plug with Ion current sensor has a very simple structure and the manufacture is inexpensive.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor möglich. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer Glühstiftkerze kann dann erreicht werden, wenn gleichzeitig der Glühbetrieb und die Ionenstrommessung erfolgen kann. Es ist auch vorteilhaft, die Elektrode zur Ionenstromerfassung bis an das brennraumseitige Ende des Heizelements zu führen, da so der Ionenstrom in einem Bereich des Brennraums erfasst werden kann, der bedeutsam für die im Brennraum stattfindenden Verbrennungsprozesse Ist. Vorteilhaft ist weiterhin, zwei Elektroden zur Ionenstromerfassung so auszubilden, dass der Ionenstrom von der einen Elektrode zur anderen Elektrode fließt und so lediglich einen für die Ionenstrommessung besonders interessanten Bereich durchquert. Vorteilhaft ist weiterhin, die unten beschriebenen keramischen Verbundgefüge für die verschiedenen Schichten des Heizelements zu verwenden, deren Leitfähigkeit und Ausdehnungskoeffizient sich sehr gut anpassen lassen. Dies gilt gleichermaßen für die unten beschriebenen Precursor-Verbundwerkstoffe.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified glow plug with Ion current sensor possible. A particularly beneficial one Formation of a glow plug can then be achieved if the glow mode and the ion current measurement are used simultaneously can be done. It is also advantageous to use the electrode Ion current detection up to the end of the combustion chamber To lead heating element, because the ion current in one Area of the combustion chamber can be captured that is significant for the combustion processes taking place in the combustion chamber Is. It is also advantageous to use two electrodes Form ion current detection so that the ion current of one electrode flows to the other electrode and so only one special for ion current measurement interesting area. It is also advantageous the ceramic composite structure described below for the to use different layers of the heating element whose Conductivity and coefficient of expansion are very good have it adjusted. This applies equally to those below described precursor composite materials.

Beim Verfahren zum Betreiben einer Glühstiftkerze mit Ionenstrommessung ist es besonders vorteilhaft, die Ionenstromerfassung während des Glühens des Heizelements vorzusehen, da es interessant ist, den Verbrennungsprozeß auch in der Startphase der Brennkraftmaschine zu erfassen.In the process of operating a glow plug with It is particularly advantageous to measure the ion current  Ion current detection during heating element glow to provide, since it is interesting, the combustion process also to be recorded in the starting phase of the internal combustion engine.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.Further advantages result from the following Description of the embodiments.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are in drawings shown and in the following description explained. Show it

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor schematisch im Längsschnitt, Fig. 1 shows a glow plug according to the invention with ionic-current sensor schematically in longitudinal section;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das brennraumseitige Ende einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor, Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through the combustion chamber-side end of a sheathed element glow plug according to the invention with ionic-current sensor,

Fig. 3a und b jeweils ein schematischer Längsschnitt durch das Heizelement einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor und Fig. 3a and b are each a schematic longitudinal section through the heating element of a glow plug according to the invention with ionic-current sensor, and

Fig. 4 ein schematischer Querschnitt durch ein Heizelement einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor. Fig. 4 is a schematic cross section through a heating element of a glow plug according to the invention with an ion current sensor.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze schematisch im Längsschnitt dargestellt. Ein rohrförmiges, vorzugsweise metallisches Gehäuse 3 enthält in seiner konzentrischen Bohrung am brennraumseitigen Ende ein Heizelement 5. Das Heizelement 5 besteht aus keramischem Material. Das Heizelement 5 weist eine erste Zuleitungsschicht 7 und eine zweite Zuleitungsschicht 9 auf, wobei die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 aus elektrisch leitendem keramischen Material bestehen. Am brennraumfernen Ende 6 des Heizelements 3 sind die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 über einen Steg 8 verbunden, der ebenfalls aus elektrisch leitendem keramischen Material besteht. Die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 sind durch eine Isolationsschicht 11 voneinander getrennt. Die Isolationsschicht 11 besteht aus elektrisch isolierendem keramischen Material. Das Innere des Gehäuses 3 wird in Richtung Brennraum durch eine, das Heizelement 5 ringförmig umgebende Brennraumdichtung 13 abgedichtet. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 ist die erste Zuleitungsschicht 7 mit einem dritten Anschluss 37 verbunden. Dieser dritte Anschluss 37 ist wiederum in Richtung brennraumfernes Ende der Glühstiftkerze mit dem Anschlussbolzen 19 verbunden. Die zweite Zuleitungsschicht 9 weist an ihrem brennraumfernen Ende eine Kontaktfläche 12 auf, über die die zweite Zuleitungsschicht 9 über die elektrisch leitende Brennraumdichtung 13 mit dem Gehäuse 3 elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 3 ist mit Masse verbunden. Die Kontaktfläche 12 kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet sein, dass in diesem Bereich der das brennraumferne Ende des Heizelements 5 umgebende elektrisch isolierende Glasüberzug unterbrochen ist und somit ein elektrischer Kontakt mit der Brennraumdichtung 13 hergestellt ist. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 12 mit einem metallische Überzug versehen.In Fig. 1, a glow plug according to the invention is shown schematically in longitudinal section. A tubular, preferably metallic housing 3 contains a heating element 5 in its concentric bore at the end on the combustion chamber side. The heating element 5 is made of ceramic material. The heating element 5 has a first feed layer 7 and a second feed layer 9 , the first feed layer 7 and the second feed layer 9 being made of electrically conductive ceramic material. At the end 6 of the heating element 3 remote from the combustion chamber, the first supply layer 7 and the second supply layer 9 are connected via a web 8 , which likewise consists of electrically conductive ceramic material. The first feed layer 7 and the second feed layer 9 are separated from one another by an insulation layer 11 . The insulation layer 11 consists of electrically insulating ceramic material. The interior of the housing 3 is sealed in the direction of the combustion chamber by a combustion chamber seal 13 which surrounds the heating element 5 in an annular manner. At the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber, the first supply layer 7 is connected to a third connection 37 . This third connection 37 is in turn connected to the connection bolt 19 in the direction of the end of the glow plug remote from the combustion chamber. At its end remote from the combustion chamber, the second supply layer 9 has a contact surface 12 , via which the second supply layer 9 is electrically connected to the housing 3 via the electrically conductive combustion chamber seal 13 . The housing 3 is connected to ground. In a preferred exemplary embodiment, the contact surface 12 can be designed in such a way that the electrically insulating glass coating surrounding the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber is interrupted and electrical contact is thus made with the combustion chamber seal 13 . In a particularly preferred embodiment, the contact surface 12 is provided with a metallic coating.

Der Anschlussbolzen 19 wird durch eine, in der konzentrischen Bohrung des Gehäuses 3 angeordnete keramische Distanzhülse 27 vom brennraumfernen Ende des Heizelements 5 beabstandet. In Richtung brennraumfernes Ende wird der Anschlussbolzen 19 durch eine Spannhülse 29 und eine Metallhülse 31 hindurchgeführt. Am brennraumfernen Ende der Glühstiftkerze ist auf den Anschlussbolzen 19 ein Rundstecker 25 aufgesteckt, der den elektrischen Anschluss bewerkstelligt. Das brennraumferne Ende der konzentrischen Bohrung des Gehäuses 3 wird durch einen Schlauchring 21 und eine Isolierscheibe 23 abgedichtet bzw. elektrisch isoliert.The connecting bolt 19 is spaced from the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber by a ceramic spacer sleeve 27 arranged in the concentric bore of the housing 3 . In the direction of the end remote from the combustion chamber, the connecting bolt 19 is passed through an adapter sleeve 29 and a metal sleeve 31 . At the end of the glow plug which is remote from the combustion chamber, a round plug 25 is plugged onto the connecting bolt 19 , which accomplishes the electrical connection. The end of the concentric bore of the housing 3 remote from the combustion chamber is sealed or electrically insulated by a hose ring 21 and an insulating disk 23 .

Anhand von Fig. 2 die Erfindung noch einmal genauer erläutert werden. Es ist lediglich das brennraumseitige Ende einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Heizelement 5 ist im Vergleich zu Fig. 1 in einer Ebene senkrecht zu der Schnittebene von Fig. 1 geschnitten. Hier ist lediglich die Isolationsschicht 11 sichtbar. Innerhalb der Isolations­ schicht 11 verlaufen zwei Elektroden zur Ionenstromerfassung 33 und 33', die am brennraumseitigen Ende 6 des Heizelements 5 verbreitert sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Elektroden 33 und 33' auch außen auf der Isolationsschicht aufgebracht sein. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 ist die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 mit einem ersten Anschluss 15 verbunden. Ebenfalls ist die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 mit einem zweiten Anschluss 17 verbunden. Der erste Anschluss 15 und der zweite Anschluss 17 werden durch den Anschlussbolzen 19 hindurch zum brennraumfernen Ende der Glühstiftkerze hindurch geführt. Wie bereits erwähnt, ist die erste Zuleitungsschicht 7 mittels eines dritten Anschlusses 37 mit dem Anschlussbolzen 19 verbunden.The invention will be explained again in more detail with reference to FIG. 2. Only the combustion chamber end of a glow plug according to the invention is shown schematically in longitudinal section. In comparison to FIG. 1, the heating element 5 is cut in a plane perpendicular to the sectional plane of FIG. 1. Only the insulation layer 11 is visible here. Within the insulation layer 11 run two electrodes for ion current detection 33 and 33 ', which are widened at the combustion chamber end 6 of the heating element 5 . In a further exemplary embodiment, the electrodes 33 and 33 'can also be applied on the outside of the insulation layer. At the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber, the first electrode for ion current detection 33 is connected to a first connection 15 . The second electrode for ion current detection 33 ′ is likewise connected to a second connection 17 at the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber. The first connection 15 and the second connection 17 are guided through the connection bolt 19 to the end of the glow plug remote from the combustion chamber. As already mentioned, the first supply layer 7 is connected to the connecting bolt 19 by means of a third connection 37 .

Die Anordnung der verschiedenen Schichten des Heizelements 5 mit den dazugehörigen Anschlüssen sind anhand von Fig. 3 noch einmal dargestellt. Fig. 3a) zeigt ein Heizelement 5 im Längsschnitt. Die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' sind in der Isolationsschicht 11 angeordnet. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 sind die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 mit dem ersten Anschluss 15 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' mit dem zweiten Anschluss 17 verbunden. Am brennraumseitigen Ende des Heizelements 5 ist außerdem der Steg 8 zu erkennen, der die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 miteinander verbindet.The arrangement of the different layers of the heating element 5 with the associated connections are shown again with the aid of FIG. 3. Fig. 3a) shows a heating element 5 in longitudinal section. The first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′ are arranged in the insulation layer 11 . At the end of the heating element 5 remote from the combustion chamber, the first electrode for ion current detection 33 is connected to the first connection 15 and the second electrode for ion current detection 33 ′ is connected to the second connection 17 . At the end of the heating element 5 on the combustion chamber side, the web 8 can also be seen, which connects the first supply layer 7 and the second supply layer 9 to one another.

Fig. 3b) zeigt das Heizelement 5, das in einer Ebene geschnitten ist, die senkrecht auf der Ebene steht, in der das Heizelement 5, das in Fig. 3a) dargestellt wurde, geschnitten ist. Zu erkennen sind hier die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9, die am brennraumfernen Ende 6 des Heizelements 5 über den Steg 8 miteinander verbunden sind. Der dritte Anschluss 37 ist am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 mit der ersten Zuleitungsschicht 7 verbunden. Fig. 3b) shows the heating element 5 , which is cut in a plane which is perpendicular to the plane in which the heating element 5 , which was shown in Fig. 3a) is cut. The first supply layer 7 and the second supply layer 9 can be seen here, which are connected to one another at the end 6 of the heating element 5 remote from the combustion chamber via the web 8 . The third terminal 37 is connected at the combustion-chamber-distant end of the heating element 5 to the first lead layer. 7

Fig. 4 zeigt zur besseren Verdeutlichung der Erfindung einen Querschnitt durch das Heizelement 5 am brennraumfernen Ende. Es ist zu erkennen, dass die erste Zuleitungsschicht 7 von der zweiten Zuleitungsschicht 9 durch die Isolationsschicht 11 getrennt ist. Innerhalb der Isolationsschicht 11 ist der erste Anschluss 15 angeordnet, der mit der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 verbunden ist. Ebenfalls innerhalb der Isolationsschicht 11 ist der zweite Anschluss 17 angeordnet, der mit der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' verbunden ist. Fig. 4 shows to better clarify the invention, a cross-section through the heating element 5 on the combustion chamber remote end. It can be seen that the first lead layer 7 is separated from second lead layer 9 by insulating layer. 11 The first connection 15 , which is connected to the first electrode for ion current detection 33 , is arranged within the insulation layer 11 . The second connection 17 , which is connected to the second electrode for ion current detection 33 ′, is likewise arranged within the insulation layer 11 .

Innerhalb der ersten Zuleitungsschicht 7 ist weiterhin der dritte Anschluss 37 angeordnet. Es ist zu erkennen, dass die Isolationsschicht zur besseren Aufnahme und Isolation der ersten und zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33, 33' in dem Bereich, in dem diese Elektroden angeordnet sind, verbreitert ist.The third connection 37 is also arranged within the first supply layer 7 . It can be seen that the insulation layer is widened in the region in which these electrodes are arranged in order to better accommodate and isolate the first and second electrodes for ion current detection 33 , 33 '.

In einem ersten, Ausführungsbeispiel kann die Glühstiftkerze derart betrieben werden, dass beim Start der Brennkraftmaschine die Glühstiftkerze zunächst im Heizmodus betrieben wird. Dies bedeutet, dass während der Glühphase, an dem dritten Anschluss 37 eine positive Spannung gegenüber Masse angelegt wird, so dass ein Strom über die erste Zuleitungsschicht 7, den Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9 fließt. Durch den elektrischen Widerstand auf diesem Weg erhöht sich die Temperatur des Heizelements und der Brennraum, in den das brennraumseitige Ende des Glühstifts hineinragt, wird beheizt. Nach Beendigung der Glühphase wird an den ersten Anschluss 15 und den zweiten Anschluss 17 ein Spannungspotential angelegt, so dass die erste Elektrode 33 und die zweite Elektrode 33' als Elektroden zur Ionenstrommessung dienen. Ist der Brennraum durch das Vorhandensein von Ionen ionisiert, so kann von den Elektroden zur Ionenstromerfassung 33, 33' ein Ionenstrom zur Brennraumwandung fließen, wobei die Brennraumwandung auf Masse liegt. Die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung fungieren in diesem Ausführungsbeispiel als Elektroden auf gleichem Potential nebeneinander.In a first exemplary embodiment, the glow plug can be operated such that when the internal combustion engine is started, the glow plug is first operated in heating mode. This means that a positive voltage to ground is applied to the third connection 37 during the glow phase, so that a current flows through the first supply layer 7 , the web 8 and the second supply layer 9 . The electrical resistance in this way increases the temperature of the heating element and the combustion chamber, into which the combustion-chamber end of the glow plug protrudes, is heated. After the glow phase has ended, a voltage potential is applied to the first connection 15 and the second connection 17 , so that the first electrode 33 and the second electrode 33 ′ serve as electrodes for ion current measurement. If the combustion chamber is ionized by the presence of ions, an ion current can flow from the electrodes for ion current detection 33 , 33 ′ to the combustion chamber wall, the combustion chamber wall being on ground. In this exemplary embodiment, the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection function as electrodes at the same potential next to one another.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, an die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' ein unterschiedliches Spannungspotential anzulegen, so dass ein Ionenstrom zwischen der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' fließt.In a further exemplary embodiment, it is also possible to apply a different voltage potential to the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′, so that an ion current flows between the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Glühbetrieb und die Ionenstromerfassung mit der Glühstiftkerze gleichzeitig erfolgen. Dazu wird an den dritten Anschluss 37 und an den ersten und zweiten Anschluss 15, 17 jeweils die Spannung gleichzeitig angelegt, die für den Glühbetrieb bzw. die Ionenstromerfassung notwendig ist. Dabei können die Spannungspotentiale so gewählt werden, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' auf gleichem oder unterschiedlichem Potential liegen, d. h., wie oben erläutert, der Ionenstrom über den ionisierten Brennraum zur Brennraumwandung bzw. von der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 über den ionisierten Brennraum zur zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' fließt.In a further exemplary embodiment, the glow operation and the ion current detection can take place simultaneously with the glow plug. For this purpose, the voltage that is necessary for glow operation or ion current detection is applied to the third connection 37 and to the first and second connection 15 , 17 at the same time. The voltage potentials can be selected such that the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 'are at the same or different potential, ie, as explained above, the ion current through the ionized combustion chamber to the combustion chamber wall or from the first electrode for ion current detection 33 flows via the ionized combustion chamber to the second electrode for ion current detection 33 '.

Die Materialien der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8, der zweiten Zuleitungsschicht 9, der Isolationsschicht 11 und der Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 sowie der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' sollen in einem ersten Ausführungsbeispiel aus keramischem Material bestehen. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien kaum unterscheiden, so dass eine Dauerhaltbarkeit des Heizelements 5 gewährleistet ist. Dabei ist das Material der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 so gewählt, dass der Widerstand dieser Schichten kleiner ist als der Widerstand der Isolationsschicht 11. Ebenso ist der Widerstand der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' kleiner als der Widerstand der Isolationsschicht 11.The materials of the first feed layer 7 , the web 8 , the second feed layer 9 , the insulation layer 11 and the electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 'are to consist of ceramic material in a first embodiment. This ensures that the thermal expansion coefficients of the materials hardly differ, so that the durability of the heating element 5 is guaranteed. The material of the first supply layer 7 , the web 8 and the second supply layer 9 is selected such that the resistance of these layers is less than the resistance of the insulation layer 11 . Likewise, the resistance of the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′ is smaller than the resistance of the insulation layer 11 .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' auch aus metallischem Material, beispielsweise Platin bestehen.In a further exemplary embodiment, the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′ can also consist of metallic material, for example platinum.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die erste Zuleitungsschicht 7, der Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9, die Isolationsschicht 11 und gegebenenfalls die erste Elektrode 33 und die zweite Elektrode 33' aus keramischen Verbundgefügen, die mindestens zwei der Verbindungen AL2O3, MoSi2, Si3N4 und Y2O3 enthält. Diese Verbundgefüge sind durch einen ein- oder mehrstufigen Sinterprozeß erhältlich. Der spezifische Widerstand der Schichten kann dabei vorzugsweise durch den MoSi2-Gehalt und/oder die Kerngröße von MoSi2 bestimmt werden, vorzugsweise ist der MoSi2-Gehalt der ersten Zuleitungssschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 sowie der ersten und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33, 33' höher als der MoSi2-Gehalt der Isolationsschicht 11.In a preferred exemplary embodiment, the first supply layer 7 , the web 8 and the second supply layer 9 , the insulation layer 11 and, if appropriate, the first electrode 33 and the second electrode 33 ′ consist of ceramic composite structures which contain at least two of the compounds AL 2 O 3 , MoSi 2 , Si 3 N 4 and Y 2 O 3 contains. These composite structures can be obtained by a single or multi-stage sintering process. The specific resistance of the layers can preferably be determined by the MoSi 2 content and / or the core size of MoSi 2 , preferably the MoSi 2 content of the first feed layer 7 , the web 8 and the second feed layer 9 and the first and the second electrode for ion current detection 33 , 33 'higher than the MoSi 2 content of the insulation layer 11 .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel bestehen die erste Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 die zweite Zuleitungsschicht 9, die Isolationsschicht 11 sowie gegebenenfalls die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' aus einer Composit-Precursor-Keramik mit unterschiedlichen Anteilen an Füllstoffen. Die Matrix dieses Materials besteht dabei aus Polysiloxanen, Polysequioxanen, Polysilanen oder Polysilazanen, die mit Bor, Stickstoff oder Aluminium dotiert sein können und die durch Pyrolyse hergestellt werden. Den Füllstoff bilden für die einzelnen Schichten mindestens eine der Verbindungen Al2O3, MoSi2, SiO2 und SiC. Analog zu dem obengenannten Verbundgefüge kann vorzugsweise der MoSi2-Gehalt und/oder die Korngröße von MoSi2 den Widerstand der Schichten bestimmen. Vorzugsweise wird der MoSi2-Gehalt der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 sowie gegebenenfalls der ersten und zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33, 33' höher als der MoSi2-Gehalt der Isolationsschicht 11 eingestellt. Die Zusammensetzungen der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8, der zweiten Zuleitungsschicht 9, der Isolationsschicht 11 sowie gegebenenfalls der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33' werden in den oben angegebenen Ausführungsbeispielen so gewählt, dass ihre thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die während des Sinter- bzw. Pyrolyseprozesses auftretenden Schrumpfungen gleich sind, so dass keine Risse im Heizelement 5 entstehen.In a further exemplary embodiment, the first lead layer 7 , the web 8, the second lead layer 9 , the insulation layer 11 and, if appropriate, the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 ′ consist of a composite precursor ceramic with different proportions of fillers. The matrix of this material consists of polysiloxanes, polysequioxanes, polysilanes or polysilazanes, which can be doped with boron, nitrogen or aluminum and which are produced by pyrolysis. The filler forms at least one of the compounds Al 2 O 3 , MoSi 2 , SiO 2 and SiC for the individual layers. Analogous to the above-mentioned composite structure, the MoSi 2 content and / or the grain size of MoSi 2 can preferably determine the resistance of the layers. The MoSi 2 content of the first supply layer 7 , the web 8 and the second supply layer 9 and, if appropriate, the first and second electrodes for ion current detection 33 , 33 ′ is preferably set higher than the MoSi 2 content of the insulation layer 11 . The compositions of the first supply layer 7 , the web 8 , the second supply layer 9 , the insulation layer 11 and optionally the first electrode for ion current detection 33 and the second electrode for ion current detection 33 'are selected in the above-mentioned exemplary embodiments such that their thermal expansion coefficients and the Shrinkages occurring during the sintering or pyrolysis process are the same, so that no cracks occur in the heating element 5 .

Claims (14)

1. Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor mit einem Gehäuse (3) und einem in einer konzentrischen Bohrung des Gehäuses angeordneten stabförmigen Heizelement (5), wobei das Heizelement (5) mindestens eine Isolationsschicht (11) sowie eine erste Zuleitungsschicht (7) und eine zweite Zuleitungsschicht (9) aufweist, wobei die erste Zuleitungsschicht (7) und die zweite Zuleitungsschicht (9) am brennraumseitigen Ende (6) des Heizelements (5) über einen Steg (8) verbunden sind, wobei die erste und die zweite Zuleitungsschicht (7, 9) und der Steg (8) aus elektrisch leitendem keramischen Material und die Isolationsschicht (11) aus elektrisch isolierendem keramischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) eine erste Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und eine zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') aufweist, die in die Isolationsschicht 11 eingebettet oder auf die Isolationsschicht 11 aufgebracht sind.1. glow plug having ionic-current sensor with a housing (3) and, arranged in a concentric bore of the housing the rod-shaped heating element (5), wherein the heating element (5) at least one insulating layer (11) and a first lead layer (7) and a second lead layer ( 9 ), the first supply layer ( 7 ) and the second supply layer ( 9 ) at the combustion chamber end ( 6 ) of the heating element ( 5 ) being connected via a web ( 8 ), the first and second supply layers ( 7 , 9 ) and the web ( 8 ) is made of electrically conductive ceramic material and the insulation layer ( 11 ) is made of electrically insulating ceramic material, characterized in that the heating element ( 5 ) has a first electrode for ion current detection ( 33 ) and a second electrode for ion current detection ( 33 ' ), which are embedded in the insulation layer 11 or applied to the insulation layer 11 . 2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') aus metallischem Material, vorzugsweise Platin bestehen. 2. Glow plug according to claim 1, characterized in that the first electrode for ion current detection ( 33 ) and the second electrode for ion current detection ( 33 ') consist of metallic material, preferably platinum. 3. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') aus elektrisch leitendem keramischen Material bestehen.3. Glow plug according to claim 1, characterized in that the first electrode for ion current detection ( 33 ) and the second electrode for ion current detection ( 33 ') consist of electrically conductive ceramic material. 4. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am brennraumfernen Ende des Heizelements (6) ein erster elektrischer Anschluss (15) und ein zweiter elektrischer Anschluss (17) vorgesehen ist, wobei der erste elektrische Anschluss (15) mit dem brennraumfernen Ende der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und der zweite elektrische Anschluss (17) mit dem brennraumfernen Ende der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') verbunden ist.4. Glow plug according to claim 1, characterized in that a first electrical connection ( 15 ) and a second electrical connection ( 17 ) is provided at the end of the heating element ( 6 ) remote from the combustion chamber, the first electrical connection ( 15 ) with the end remote from the combustion chamber first electrode for ion current detection ( 33 ) and the second electrical connection ( 17 ) is connected to the end of the second electrode for ion current detection ( 33 ') remote from the combustion chamber. 5. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der zweiten Zuleitungsschicht (9) mit der Masse über das Gehäuse (3) und die Brennraumdichtung (13) erfolgt.5. glow plug according to claim 1, characterized in that the connection of the second supply layer ( 9 ) to the mass via the housing ( 3 ) and the combustion chamber seal ( 13 ). 6. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am brennraumfernen Ende des Heizelements (6) innerhalb der konzentrischen Bohrung des Gehäuses (3) eine rohrförmige Distanzhülse (27) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist.6. glow plug according to claim 1, characterized in that a tubular spacer sleeve ( 27 ) made of electrically insulating material is arranged at the end of the heating element ( 6 ) remote from the combustion chamber within the concentric bore of the housing ( 3 ). 7. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (11), die erste Zuleitungsschicht (7), der Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht (9) aus keramischen Verbundgefügen bestehen, die durch einen ein- oder mehrstufigen Sinterprozess aus mindestens zwei der Verbindungen Al2O3, MoSi2, Si3N4 und Y2O3 erhältlich sind. 7. glow plug according to claim 1, characterized in that the insulation layer ( 11 ), the first supply layer ( 7 ), the web 8 and the second supply layer ( 9 ) consist of ceramic composite structures which by a single or multi-stage sintering process from at least two of the compounds Al 2 O 3 , MoSi 2 , Si 3 N 4 and Y 2 O 3 are available. 8. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (11), die erste Zuleitungsschicht (7), der Steg (8) und die zweite Zuleitungsschicht (9) aus einer Komposit-Precursor-Keramik besteht, wobei das Matrixmaterial Polysiloxane, Polysilsequioxane, Polysilane oder Polisilazane umfasst, die mit Bor, Stickstoff oder Aluminium dotiert sein können und die durch Pyrolyse hergestellt wurden, wobei der Füllstoff aus mindestens einer der Verbindungen Al2O3, MoSi2, SiO2 und SiC gebildet wird.8. glow plug according to claim 1, characterized in that the insulation layer ( 11 ), the first supply layer ( 7 ), the web ( 8 ) and the second supply layer ( 9 ) consists of a composite precursor ceramic, the matrix material polysiloxanes, Polysilsequioxane, polysilanes or polisilazanes comprises, which may be doped with boron, nitrogen or aluminum and which were produced by pyrolysis, the filler being formed from at least one of the compounds Al 2 O 3 , MoSi 2 , SiO 2 and SiC. 9. . Glühstiftkerze nach Anspruch 3, dadurch . gekennzeichnet, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') aus keramischen Verbundgefügen bestehen, die durch einen ein- oder mehrstufigen Sinterprozess aus mindestens zwei der Verbindungen Al2O3, MoSi2, Si3N4 und Y2O3 erhältlich sind.9.. Glow plug according to claim 3, characterized. characterized in that the first electrode for ion current detection ( 33 ) and the second electrode for ion current detection ( 33 ') consist of ceramic composite structures which, by means of a one- or multi-stage sintering process, consist of at least two of the compounds Al 2 O 3 , MoSi 2 , Si 3 N 4 and Y 2 O 3 are available. 10. Glühstiftkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') aus einer Komposit-Precursor- Keramik besteht, wobei das Matrixmaterial Polysiloxane, Polysilsequioxane, Polysilane oder Polisilazane umfasst, die mit Bor, Stickstoff oder Aluminium dotiert sein können und die durch Pyrolyse hergestellt wurden, wobei der Füllstoff aus mindestens einer der Verbindungen Al2O3, MoSi2, SiO2 und SiC gebildet wird.10. Glow plug according to claim 3, characterized in that the first electrode for ion current detection ( 33 ) and the second electrode for ion current detection ( 33 ') consist of a composite precursor ceramic, the matrix material comprising polysiloxanes, polysiloxioxanes, polysilanes or polisilazanes, which can be doped with boron, nitrogen or aluminum and which have been produced by pyrolysis, the filler being formed from at least one of the compounds Al 2 O 3 , MoSi 2 , SiO 2 and SiC. 11. Verfahren zum Betreiben einer Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Glühphase lediglich eine elektrische Spannung an der ersten und der zweiten Zuleitungsschicht (7, 9) angelegt wird und nach Beendigung der Glühphase eine elektrische Spannung lediglich an der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und an der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') angelegt wird.11. A method of operating a glow plug with an ion current sensor according to claim 1, characterized in that only an electrical voltage is applied to the first and second supply layers ( 7 , 9 ) during a glow phase and an electrical voltage only to the first after the glow phase has ended Electrode for ion current detection ( 33 ) and on the second electrode for ion current detection ( 33 ') is applied. 12. Verfahren zum Betreiben einer Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während der Glühphase eine elektrische Spannung sowohl an der ersten und der zweiten Zuleitungsschicht (7, 9) als auch an der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und an der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') angelegt wird.12. The method for operating a glow plug with ion current sensor according to claim 1, characterized in that during the glow phase, an electrical voltage both on the first and second supply layers ( 7 , 9 ) and on the first electrode for ion current detection ( 33 ) and on the second Electrode for ion current detection ( 33 ') is applied. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und an der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') eine Spannung mit gleichem Potential angelegt wird.13. The method according to any one of claims 11 or 12, characterized in that a voltage with the same potential is applied to the first electrode for ion current detection ( 33 ) and to the second electrode for ion current detection ( 33 '). 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33) und an der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung (33') eine Spannung mit unterschiedlichem Potential angelegt wird.14. The method according to any one of claims 11 or 12, characterized in that a voltage with different potential is applied to the first electrode for ion current detection ( 33 ) and to the second electrode for ion current detection ( 33 ').
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