DE10035536A1 - Zündkerze zur Aufnahme eines Drucksensors und zugehöriger Zündkerzenstecker - Google Patents

Abstract

Erläutert wird eine Zündkerze (10) zur Aufnahme eines Drucksensors (20). Ein Anschlusskanal (62) zum Führen einer Anschlussleitung des Sensors (20) verläuft in einem Gehäuse (28) und in einem zentralen Abschnitt (32) des Isolatorkerns (30) der Zündkerze (10). Durch diese Anordnung wird die Anschlussleitung (26) im Bereich der Zündkerze (10) geschützt geführt.

Description

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem sich ent­ lang der Längsachse der Zündkerze erstreckenden Isolator­ kern. Der Isolatorkern verjüngt sich auf der einen Seite von einem zentralen Abschnitt zu einem Isolatorfuß hin. Der zentrale Abschnitt und der Isolatorfuß werden von einem Zündkerzengehäuse umgeben, das im Bereich des Isolatorfußes als axial verlaufende Gewindehülse mit Außengewinde ausge­ bildet ist. In der Gewindehülse ist ein Sensoraufnahmeraum zur Aufnahme eines Sensorelementes ausgespart. Ein in der Gewindehülse ausgebildeter Anschlusskanal erstreckt sich von dem Sensoraufnahmeraum etwa parallel zur Längsachsein der Gewindehülse und weiter bis zu einer Außenseite des Ge­ häuses.

Eine Zündkerze mit in den Sensoraufnahmeraum eingebautem Drucksensor ist aus der Japanischen Patentanmeldung JP 092 600 24 A bekannt. Bei der bekannten Zündkerze liegt das an­ dere Ende des Anschlusskanals im Randbereich eines mittle­ ren Gehäuseteils. Eine Anschlusselektrode ist seitlich an einer am Gehäuse ausgebildeten Mutter zum Einschrauben der Zündkerze befestigt. Bei der bekannten Zündkerze wird der Anschlusskanal vom Übergang zwischen Gehäusehülse und Ge­ häusemittelteil an schräg nach außen geführt.

Andere Zündkerzen mit Drucksensoren in der Gehäusehülse sind aus dem U.S.-Patent 4,969,353 sowie aus der PCT- Anmeldung WO 9731251 bekannt. Bei den dort erläuterten Zündkerzen wird der Anschlusskanal im Mittelteil des Gehäu­ ses ebenfalls schräg nach außen geführt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Zündkerzen mit in der Gehäusehülse eingebautem Sensor zu verbessern. Außerdem soll ein. Zündkerzenstecker angegeben werden, der insbesondere zum Anschließen eines Zündkabels und einer Zu­ leitung für den Sensor an die verbesserte Zündkerze geeig­ net ist.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Erfindung eine Zündkerze mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von den folgenden Überlegungen aus. Liegt das Ende des Anschlusskanals an einer Mantelfläche des Zündkerzengehäuses, so ist zusätzlicher Bauraum für das Führen des Anschlusskabels notwendig, welches das Sensor­ element mit einer Sensorschaltung verbindet. Wird das im Vergleich zum Zündkabel relativ dünne Anschlusskabel in ei­ nem Abschnitt des Anschlusskanals seitlich nach außen ge­ führt, so entsteht ein großer Abstand zwischen Zündkabel und Anschlusskabel. Dieser Abstand hat zur Folge, dass das Anschlusskabel in einem längeren Abschnitt separat vom Zündkabel geführt werden muss. Dies führt dazu, dass das Anschlusskabel beim Einbau der Zündkerze in den Motorblock leicht zwischen Schraubenschlüssel und der an der Zündkerze ausgebildeten Schraube eingeklemmt werden kann. Selbst wenn das Zündkabel erst nach dem Einschrauben der Zündkerze in den Motorblock an eine Anschlusselektrode angeschlossen wird, können beim Einbau Beschädigungen der Anschlusselek­ trode auftreten. Der Abschnitt, in dem das Anschlusskabel des Sensors separat vom Zündkabel geführt wird, liegt auch nach dem Einbau der Zündkerze und dem Anschließen des An­ schlusskabels ungeschützt im Motorblock.

Deshalb ist die erfindungsgemäße Zündkerze zusätzlich zu den eingangs genannten Merkmalen so ausgebildet, dass ein Abschnitt des Anschlusskanals im zentralen Abschnitt des Isolatorkerns verläuft. Der Anschlusskanal tritt auf der am nächsten zum Anschluss für das Zündkabel gelegenen Seite des Gehäuses und/oder aus dem Isolatorkern aus. Durch diese Maßnahme läßt sich der Anschlusskanal und damit auch das in dem Anschlusskanal aufgenommene Anschlusskabel im gesamten Bereich des Gehäuses nahe am Zündkabel bzw. an der Längs­ achse der Zündkerze führen. Der Austritt des Anschlusska­ nals liegt sehr nahe an der Längsachse der Zündkerze, z. B. in einem Abstand kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 5 mm. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass der freiliegende Abschnitt des Anschlusskabels im Vergleich zu den bekannten Zündkerzen weiter verkürzt wird. Aufgrund des zentral gelegenen Austritts kann dieser direkt unterhalb des Zündkerzensteckers oder sogar innerhalb des Zündkerzen­ steckers angeordnet werden. In beiden Fällen gibt es keinen freiliegenden Abschnitt des Anschlusskabels mehr. Die er­ findungsgemäße Zündkerze ermöglicht deshalb eine geschützte Führung des Anschlusskabels entlang seiner gesamten Länge oder zumindest in Bereichen, die beim Einbau der Zündkerze mechanischen Auswirkungen ausgesetzt sind.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung verläuft der An­ schlusskanal im zentralen Abschnitt des Isolatorkerns etwa parallel zur Längsachse der Zündkerze. Wird der Anschluss­ kanal auch im zentralen Abschnitt des Isolatorkerns paral­ lel zur Längsachse bzw. unter einer unwesentlichen Neigung von beispielsweise 1 oder 2° geführt, so lassen sich Knicke im Verlauf des Anschlusskanals vermeiden. Der Anschlusska­ nal verläuft gerade, so dass ein Anschlusskabel im An­ schlusskanal nicht geknickt wird und sich leicht einbauen läßt.

Bei einer alternativen Ausgestaltung verläuft der An­ schlusskanal im zentralen Abschnitt des Isolatorkerns schräg zur Längsachse der Zündkerze, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10° und 5°. Der Winkel ermöglicht es, den Anschlusskanal im Bereich des Isolatorkerns ohne aufwendige Spezialwerkzeuge einzubringen, z. B. mit Hilfe einer Schleifahle. Andererseits soll der Winkel 10° nicht über­ steigen, da sonst ein schräg nach außen geführter An­ schlusskanal zu weit vom Zündkabel endet. Ein schräg nach innen geführter Anschlusskanal ist dagegen durch den Isola­ torkern nicht mehr vollständig isoliert.

Die schräge Anordnung des Anschlusskanals hat zur Folge, dass der Anschlusskanal in Längsrichtung an den Übergängen zwischen Gehäuse und zentralem Abschnitt leicht gekrümmt ist. Die Krümmung beträgt vorzugsweise weniger als 10 oder weniger als 5°. Bei derartig leicht gekrümmtem Verlauf läßt sich eine Schutzhülle und/oder das Anschlusskabel in den Anschlusskanal noch leicht einbringen.

Bei einer nächsten Ausgestaltung liegt das Ende des An­ schlusskanals zwischen Isolatorkern und Gehäuse. Insbeson­ dere bei Zündkerzen, die sich auch zum Anschluss für das Zündkabel hin verjüngen, wird durch diese Maßnahme er­ reicht, dass der Anschlusskanal nur in einem vergleichswei­ se kurzen Abschnitt des Isolatorkerns geführt werden muss. Der Anschlusskanal kann so durch dieselbe Öffnung im Gehäuse geführt werden, durch die auch der Isolatorkern geführt wird. Gegebenenfalls wird an der den Isolatorkern umgeben­ den Öffnung des Gehäuses eine kleine Aussparung ausgebil­ det.

Liegt das andere Ende des Anschlusskanals nahe am Isolator­ kern, vorzugsweise in einem Abstand kleiner 5 mm, so läßt sich ein Anschlusskabel direkt vom Ende des Anschlusskanals in einen Zündkerzenstecker führen und ist so in seinem ge­ samten Verlauf geschützt.

Das Sensorelement ist bei einer Weiterbildung druckempfind­ lich, so dass das Sensorsignal von dem auf das Sensorele­ ment wirkenden Druck abhängt. Vorzugsweise wird ein piezo­ elektrisches, ein piezoresistives oder ein elektrodynamisch arbeitendes Sensorelement eingesetzt. Auch sind optische Sensoren verfügbar. Derzeit sind auf dem Markt Sensorele­ mente erhältlich, die sich in die Gewindehülse der Zündker­ ze auch dann einbauen lassen, wenn die Gewindehülse die bisher für Zündkerzen ohne Sensorelement üblichen Abmaße hat. Die Anordnung der Mittel- und der Masseelektrode sowie der Wärmewert stimmen mit den Anordnungen bzw. mit dem Wär­ mewert der Originalkerze überein. Die Verbrennungseigen­ schaften und der Druckverlauf in der Brennkammer stimmen zwischen bisher verwendeten Serienkerzen und der Zündkerze mit Drucksensor überein. Insbesondere bleiben die "At­ mungs"-Eigenschaften der Zündkerze unverändert.

Bei einer nächsten Weiterbildung verjüngt sich der Isola­ torkern vom zentralen Abschnitt auch zu einem Anschluss für ein Zündkabel hin. Der zentrale Abschnitt hat damit den größten Durchmesser und dient zum Befestigen des Gehäuses.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Zündkerzenstecker, der insbesondere für die erfindungsgemäße Zündkerze oder deren Weiterbildungen geeignet ist. Der Zündkerzenstecker hat ein meist einstückig ausgebildetes Gehäuse, in dem eine Durchführung für ein Zündkabel angeordnet ist. Beim erfin­ dungsgemäßen Zündkerzenstecker ist neben der Durchführung für das Zündkabel eine weitere. Durchführung zum Aufnehmen einer Anschlussleitung für ein in der Zündkerze angeordne­ tes Sensorelement enthalten. Befindet sich der Austritt des Anschlusskanals in einer Entfernung von der Längsachse der Zündkerze, die kleiner als der Radius des Zündkerzenstec­ kers ist, so läßt sich die Anschlussleitung in ihrem gesam­ ten Verlauf zum Sensorelement geschützt führen. Innerhalb der Zündkerze wird die Anschlussleitung im Gehäuse und im Isolatorkern geführt. Außerhalb der Zündkerze wird die An­ schlussleitung zwischen Isolatorkern und Zündkerzenstecker geführt. Im Bereich des Zündkerzensteckers kann das relativ dünne Anschlusskabel dann z. B. über eine Steckverbindung mit einem dickeren Kabel verbunden werden, das beispiels­ weise eine feste Schutzummantelung und eine Abschirmung enthält.

Bei einer Weiterbildung des Zündkerzensteckers sind die Durchführungen exzentrisch bezüglich der Längsachse des Zündkerzensteckers angeordnet. Durch diese Maßnahme läßt sich der Zündkerzenstecker mit kleinem Durchmesser ferti­ gen, wobei trotzdem ein ausreichender Abstand zwischen Zündkabel und Anschlussleitung des Sensorelementes gewähr­ leistet ist.

ZEICHNUNGEN

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsge­ mäßen Zündkerze an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläu­ tert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Zündkerze in Seitenansicht und teilweiser Schnittansicht,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Anschlusska­ nals im Bereich einer Gewindehülse der Zündkerze, und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Anschlusskanals im Bereich des Isolatorkerns der Zündkerze.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine Zündkerze 10, welche die bisher üblichen Abmessungen hat. Auf die Zündkerze 10 ist ein Kerzenstecker 12 gesteckt, der zum Anschluss eines Zündkabels 14 und ei­ ner Anschlussleitung 16 dient. Das Zündkabel 14 führt eine Zündspannung von bis zu 40 kV und ist auf einen Anschluss­ bolzen 18 geschraubt. Die Anschlussleitung 16 dient zum Führen des von einem Drucksensor 20 kommenden Signals. Die Signalwerte dieses Signals liegen z. B. bei höchstens 12 V. Im Bereich des Kerzensteckers 12 ist ein Verbindungselement 24 angeordnet, z. B. ein Steckverbindungselement, mit dessen Hilfe ein Anschlussdraht 26 und die Anschlussleitung 16 elektrisch miteinander verbunden sind.

Ein metallisches Zündkerzengehäuse 28 umschließt den unte­ ren Teil eines Isolatorkerns 30, der aus einem keramischen Werkstoff besteht. Der Isolatorkern 30 verjüngt sich von einem zentralen Abschnitt 32 aus hin zu seinen Enden. Am oberen Ende des Isolatorkerns 30 ist der Anschlussbolzen 18 angeordnet. Zwischen Anschlussbolzen 18 und zentralem Ab­ schnitt 22 sind auf der Oberfläche des Isolatorkerns 30 zweckmäßigerweise Kriechstrombarrieren 34 ausgebildet.

Nach unten verjüngt sich der Isolatorkern 30 zu einem Iso­ latorfuß 36, der eine Mittelelektrode 38 isoliert. Die Mit­ telelektrode 38 ist mit dem Anschlussbolzen 18 elektrisch leitend verbunden.

Am Gehäuse 28 sind in dieser Reihenfolge eine Einschraub­ mutter 40, ein mittlerer Gehäuseteil 42 und eine Gehäuse­ hülse 44 ausgebildet, die jeweils den Isolatorkern 30 um­ fassen. Oberhalb der Einschraubmutter 40 umfaßt ein nach innen gekrümmter Rand 46 den zentralen Abschnitt 32 des Isolatorkerns 30. Die Einschraubmutter 40 ist z. B. sechsec­ kig und kann mit Hilfe eines üblichen Kerzenschlüssels ge­ schraubt werden. Zwischen Einschraubmutter 40 und mittlerem Gehäuseteil 42 befindet sich eine umlaufende Nut 48. Unter­ halb des mittleren Gehäuseteils 42 liegt ein Dichtring 50, der zum Abdichten eines Verbrennungsraums im Motorblock dient. Die Gehäusehülse 44 trägt ein Außengewinde 52, dem ein nicht dargestelltes Innengewinde im Motorblock ent­ spricht. Das Anschlussgewinde 52 ist z. B. ein M18- Außengewinde. Die Gehäusehülse 44 trägt an ihrem Ende eine Dachelektrode 54, die nach innen gekrümmt ist und so einen Zündspalt vorgegebener Breite zwischen Mittelelektrode 38 und Dachelektrode 54 bildet. Am freien Ende der Gehäusehül­ se 44 liegt ein Aufnahmeraum 56 zur Aufnahme des Drucksen­ sors 20. Der Aufnahmeraum 56 ist zylinderförmig. Die Längs­ achse 58 dieses Zylinders liegt parallel zur Längsachse 60 der Zündkerze. Prinzipiell könnte die Längsachse 58 dieses Zylinders auch schräg zur Längsachse 60 der Zündkerze lie­ gen.

Vom Aufnahmeraum 56 führt ein Anschlusskanal 62 parallel zur Längsachse 60 in Richtung Anschlussbolzen 18. Im zentralen Abschnitt 32 des Isolatorkerns 30 wird der An­ schlusskanal ebenfalls etwa parallel zur Längsachse 60 ge­ führt. Der Anschlusskanal 62 ist mit einer eingesteckten Schutzhülle 64 ausgekleidet. Die Schutzhülle 64 ummantelt den Anschlussdraht 26 im Bereich des Zündkerzengehäuses 28.

Der Verlauf des Anschlusskanals 62 im Bereich des Zündker­ zengehäuses und im mittleren Abschnitt 32 des Isolatorkerns 30 wird unten an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Bei der Herstellung der Zündkerze 10 wird erst in den Iso­ latorkern 30 die Durchführung für den Anschlusskanal 62 im zentralen Abschnitt 32 eingebracht, z. B. durch Schleifen mit einer Schleifahle. Erst danach wird der Isolatorkern 30 mit dem Gehäuse 28 verbunden. Die Durchführung für den An­ schlusskanal 68 im Gehäuse 28 wird vor oder nach dem Ver­ binden von Gehäuse 28 und Isolatorkern 30 eingebracht, bei­ spielsweise durch Bohren. Vor dem Verbinden von Gehäuse 28 und Isolatorkern 30 wird die Schutzhülle 64 eingesteckt. Anschließend werden Sensorelement 20 und Anschlussdraht 26 eingebracht und gasdicht verklebt.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Anschlusska­ nals 58 im Bereich der Gewindehülse 44. Die in Fig. 2 ge­ zeigten Bezugszeichen entsprechen den bereits an Hand der Fig. 1 erläuterten Bezugszeichen.

Aufnahmeraum 56, Anschlusskanal 62 und Schutzhülle 64 lie­ gen in dem dargestellten Bereich bezüglich der Längsachse 58 des Anschlusskanals 62 ausgerichtet. Der Durchmesser des Anschlusskanals 62 ist bei diesem Beispiel kleiner als der Durchmesser des Aufnahmeraums 56. Im Bereich der Schutzhül­ le 64 ist der Durchmesser des Anschlusskanals 62 etwas grö­ ßer als in einem Bereich 80, der unmittelbar am Aufnahme­ raum 56 liegt und, nicht von der Schutzhülse 64 umgeben ist. Ein Absatz 82 dient als Anschlag beim Einstecken der Schutzhülle 64 in den Anschlusskanal 62.

Der Aufnahmeraum 56 wird durch eine Abschlussmembran 84 ab­ geschlossen. In Fig. 2 ist außerdem ein um die Längsachse 60 umlaufendes Abdichtelement 86 dargestellt, das zwischen Isolatorfuß 36 und Gehäusehülse 44 liegt. Die Mittelelek­ trode 38 endet in einem mit einer Glasschmelze 88 gefüllten Bereich. Die Glasschmelze 88 bildet einen elektrischen Wi­ derstand im Milliohmbereich (auch Kiloohmbereich möglich) zwischen der Mittelelektrode 38 und einer zum Anschlussbol­ zen 18 führenden Elektrode 90.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Anschlusska­ nals 62 im Bereich des zentralen Abschnitts 32 des Isola­ torkerns 30. Die in Fig. 3 gezeigten Bezugszeichen ent­ sprechen den an Hand der Fig. 1 erläuterten Bezugszeichen.

Der Anschlusskanal 62 tritt zunächst vom mittleren Gehäuse­ teil 42 in einen vom Zündkerzengehäuse 28 umgebenen Innen­ raum 90 ein. An der Eintritts- bzw. Austrittsstelle aus dem Mittelteil 42 ist der Verlauf des Anschlusskanals 62 um ei­ nen Winkel W1 geknickt, der etwa 5° beträgt. Zwischen mitt­ leren Gehäuseteil 42 und Isolatorkern 30 wird der An­ schlusskanal 62 durch die Schutzhülle 64 gebildet. Durch die Führung des Anschlusskanals 62 im Isolatorkern 30 ent­ steht ein Bereich 92 des Isolatorkerns 30, der zwischen dem Anschlusskanal 62 und dem Gehäuse 28 liegt. Der Anschluss­ kanal 62 ist im Bereich des Randes 46 um einen Winkel W2 geknickt, z. B. um etwa 9°.

Claims (12)

1. Zündkerze zur Aufnahme eines Drucksensors mit:
einem sich entlang der Längsachse (60) der Zündkerze (10) erstreckenden Isolatorkern (30), der sich auf der einen Seite von einem zentralen Abschnitt (32) zu einem Isolator­ fuß (36) hin verjüngt,
einem den zentralen Abschnitt (32) und den Isolatorfuß (36) umgebenden Gehäuse (28), das im Bereich des Isolatorfußes (36) als axial verlaufende Gehäusehülse (44) ausgebildet ist,
einem Sensoraufnahmeraum (56) in der Gehäusehülse (44) zur Aufnahme eines Sensorelementes (20), und
einem in der Gehäusehülse (44) ausgebildeten Anschlusskanal (62), der sich von dem Sensoraufnahmeraum (56) etwa paral­ lel zur Längsachse (60) in der Gehäusehülse (44) erstreckt und weiter bis zu einer Außenseite der Zündkerze (10) führt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abschnitt des Anschlusskanals (62) im zentralen Ab­ schnitt (32) des Isolatorkerns (30) verläuft, und
der Anschlusskanal (62) auf der am nächsten zu einem An­ schluss (18) für ein Zündkabel (14) gelegenen Seite des Ge­ häuses (28) und/oder aus dem Isolatorkern (30) austritt.

2. Zündkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal (62) im zentralen Abschnitt (32) des Isolatorkerns (30) etwa parallel zur Längsachse (60) verläuft.

3. Zündkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal (62) im zentralen Abschnitt (32) des Isolatorkerns (30) schräg zur Längsachse (60) liegt, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 3° und 10°.

4. Zündkerze (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal (62) in Längsrichtung an den Über­ gängen zwischen Gehäuse (28) und zentralen Abschnitt (32) leicht gekrümmt ist, vorzugsweise um weniger als 10, oder weniger als 5°.

5. Zündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Anschluss­ kanals (62) zwischen Isolatorkern (30) und Gehäuse (28) liegt.

6. Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Anschlusskanals (62) nahe der Längsachse (60) liegt, vorzugsweise in einem Abstand kleiner 5 mm.

7. Zündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (20) druck­ empfindlich ist und vorzugsweise ein optisches, piezoelek­ trisches, piezoresistives oder ein elektrodynamisch arbei­ tendes Element enthält.

8. Zündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Isolatorkern (30) vom zentralen Abschnitt (32) zu einem Anschluss für ein Zündka­ bel hin verjüngt.

9. Zündkerze (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal an einem nach innen gebogenen Rand (46) des Gehäuses (28) austritt, der den zentralen Ab­ schnitt (32) umfasst.

10. Zündkerzenstecker (12), insbesondere für eine Zündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse und mit einer Durchführung für ein Zünd­ kabel (14) im Gehäuse, gekennzeichnet durch eine Durchfüh­ rung zum Aufnehmen einer Anschlussleitung (16) für ein in einer Zündkerze (10) angeordnetes Sensorelement (20).

11. Zündkerzenstecker (12) nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass getrennte Durchführungen für Zündkabel (14) und Anschlussleitung (16) vorgesehen sind oder dass eine gemeinsame Durchführung für das Zündkabel (14) und die Anschlussleitung (16) vorgesehen ist.

12. Zündkerzenstecker (12) nach Anspruch 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnete dass die Durchführungen exzentrisch bezüglich der Längsachse (60) des Zündkerzensteckers (12) angeordnet sind.