DE102004011097A1 - Device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine - Google Patents

Device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine so auszugestalten, dass der Brennraumdruck sicher und reproduzierbar erfasst werden kann. DOLLAR A Dazu ist in einer Glühkerze (11) ein dem Brennraumdruck ausgesetzter Glühstift (17) in einem Gehäuse (13) der Glühkerze (11) mit einem Fixierglied (22) festgelegt. Mit einem von diesem Fixierglied (22) beabstandeten Fixierelement (29) ist ein Sensor (26) in dem Gehäuse (13) der Glühkerze (11) befestigt. Dieser Sensor (26) erfasst die durch den Brennraumdruck hervorgerufene elastische Verformung des Glühstiftes (17). DOLLAR A Diese Vorrichtung wird vorzugsweise im Automobilbau eingesetzt.It is a device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine in such a way that the combustion chamber pressure can be detected safely and reproducibly. DOLLAR A For this purpose, a glow plug (17) exposed to the combustion chamber pressure is fixed in a glow plug (11) in a housing (13) of the glow plug (11) with a fixing member (22). With a fixing element (29) spaced from this fixing member (22), a sensor (26) is mounted in the housing (13) of the glow plug (11). This sensor (26) detects the caused by the combustion chamber pressure elastic deformation of the glow plug (17). DOLLAR A This device is preferably used in the automotive industry.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine.The The invention is based on a device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine.

Es ist schon eine Vorrichtung zum Detektieren eines Brennraumdrucks in einem Dieselmotor aus der DE 196 80 912 C2 bekannt, mit einem Drucksensor und einem Heizabschnitt einer Glühkerze. Dieser Heizabschnitt ist einem Innenraum eines Zylinders des Dieselmotors zugewandt und durch den Brennraumdruck beaufschlagbar. Der Heizabschnitt ist innerhalb eines Gehäuses der Glühkerze durch ein Fixierglied befestigt. Zwischen diesem Fixierglied und dem Heizabschnitt ist der Drucksensor angeordnet.It is already a device for detecting a combustion chamber pressure in a diesel engine from the DE 196 80 912 C2 known, with a pressure sensor and a heating section of a glow plug. This heating section faces an interior of a cylinder of the diesel engine and can be acted upon by the combustion chamber pressure. The heating section is fixed within a housing of the glow plug by a fixing member. Between this fixing member and the heating section of the pressure sensor is arranged.

Bei dieser Anordnung ist der Glühstift und der Drucksensor durch das gleiche Fixierglied gegenüber dem Gehäuse der Glühkerze abgestützt, so dass der Drucksensor zumindest annähernd durch die gesamte auf den Glühstift wirkende Kraft beaufschlagt wird. In nachteiliger Weise führt dies bei einigen Sensormaterialien dazu, dass der Drucksensor auch in seinem nichtlinearen Bereich betrieben wird, was zu einem nicht reproduzierbaren Meßsignal und zu einer unsicheren Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine führt.at This arrangement is the glow plug and the pressure sensor by the same fixing member against the casing the glow plug supported so that the pressure sensor at least approximately through the entire the glow plug acting force is applied. Disadvantageously this leads For some sensor materials, the pressure sensor may also be in his non-linear range is operated, resulting in a not reproducible measuring signal and to an uncertain detection of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine leads.

Des weiteren ist durch die vorbeschriebene Anordnung des Drucksensors mit seiner räumlichen Nähe zum Innenraum des Zylinders und mit seiner direkten Ankopplung an den Glühstift beim Betrieb des Dieselmotors in nachteiliger Weise eine erhebliche thermische Belastung für den Drucksensor verbunden, so dass dieser in seiner Betriebssicherheit gefährdet ist. Dies kann, insbesondere wenn die Signalabgabe des Drucksensors durch Schwankungen zwischen hohen und niedrigen Betriebstemperaturen unstetig wird, zu Funktionsstörungen der Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine und damit auch zu einer unsicheren Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine führen.Of Another is through the above-described arrangement of the pressure sensor with its spatial proximity to the interior the cylinder and with its direct connection to the glow plug when Operation of the diesel engine disadvantageously a significant thermal Burden for connected to the pressure sensor, so this in its operational safety endangered is. This can, especially if the signal output of the pressure sensor unstable due to fluctuations between high and low operating temperatures becomes, to malfunctions the device for detecting the combustion chamber pressure in the internal combustion engine and thus also to an uncertain detection of the combustion chamber pressure lead in the internal combustion engine.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten in zufriedenstellendem Maß vermieden wird.The inventive device with the characterizing features of the main claim has the Advantage that the aforementioned shortcomings avoided to a satisfactory extent becomes.

Dazu ist der Sensor zwischen dem Fixierglied des Glühstiftes der Glühkerze und einem zweiten Ende der Glühkerze angeordnet. Dies bietet die Möglichkeit, den Sensor von der vollen auf den Glühstift wirkenden Kraft zu entkoppeln und ihn in seinem linearen und hysteresearmen Bereich zu betreiben. Durch die Trennung zwischen der Fixierung des Glühstiftes und der Fixierung des Sensors in der Glühkerze läßt sich der Belastungsbereich des Sensors gezielt eingrenzen, so dass der signaltechnisch optimale Bereich des Sensors genutzt werden kann im Hinblick auf eine sichere und reproduzierbare Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine.To is the sensor between the fixing member of the glow plug of the glow plug and a second end of the glow plug arranged. This offers the possibility to decouple the sensor from the full force acting on the glow plug and operate it in its linear and hysteresis-poor area. By the separation between the fixation of the glow plug and the fixation the sensor in the glow plug let yourself The load range of the sensor narrow down, so that the optimal signal range of the sensor can be used in the With regard to a safe and reproducible detection of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine.

Des weiteren ist durch die Beabstandung des Sensors von dem Glühstift und die thermische Anbindung des Glühstiftes über seine Fixierung ans Gehäuse eine thermische Entlastung des Sensors erreicht, so dass dieser hinsichtlich seiner Betriebssicherheit weniger gefährdet ist und damit die Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine verläßlicher wird.Of another is by the spacing of the sensor from the glow plug and the thermal connection of the glow plug over his Fixation to the housing a thermal relief of the sensor is achieved so that this is less at risk in terms of its operational safety and thus the detection of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine reliable becomes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.By in the subclaims listed activities are advantageous developments and improvements in the main claim specified device possible.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt der zumindest mittelbare Kraftschluß des Sensors mit dem Glühstift mit Vorspannung. Damit wird einem Hystereseeffekt bei der Meßwerterfassung entgegengewirkt.According to advantageous Embodiment takes place with the at least indirect frictional connection of the sensor the glow plug with bias. This is a hysteresis effect in the measured value counteracted.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Sensor von dem Glühstift bzw. dem Fixierelement durch wenigstens einen Distanzkörper getrennt ist. Über dessen Ausgestaltung und Steifigkeit kann die auf den Sensor einwirkende Maximalkraft eingestellt werden.Farther It is advantageous that the sensor of the glow plug or the fixing by at least one spacer is disconnected. about its design and rigidity can be the one acting on the sensor Maximum force can be adjusted.

Auch vorteilhaft ist, wenn der wenigstens eine Distanzkörper als eine Zwischenhülse, der Sensor als ein Piezoring und das Fixierelement als eine Hülse ausgebildet ist. Dadurch lassen sich Glüh- und Signalleitungen für die Glühstiftkerze bzw. den Sensor vereinfacht hindurchführen.Also is advantageous if the at least one spacer as an intermediate sleeve, the sensor is designed as a piezo ring and the fixing element as a sleeve is. As a result, annealing and signal lines for the glow plug or simply pass the sensor through.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert. In der Figur ist die Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the description of the figures explained in more detail. In The figure is the device for detecting the combustion chamber pressure shown simplified in a longitudinal section in an internal combustion engine.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in einer Brennkraftmaschine nach der Figur enthält eine Glühkerze 11, die mittels eines Außengewindes 12 eines rohrförmigen Gehäuses 13 aus Metall in einem nur ansatzweise gezeigten Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, montiert ist.A device for detecting the burning Spatial pressure in an internal combustion engine according to the figure contains a glow plug 11 , which by means of an external thread 12 a tubular housing 13 made of metal in a cylinder head that is only partially shown 14 the internal combustion engine, in particular a diesel engine, is mounted.

Die Glühkerze 11 weist an einem ersten Ende 16 einen Glühstift 17 auf, der partiell aus dem Gehäuse 13 herausragt und mit einem freien Ende 18 in einen, einen Brennraum bildenden Innenraum 19 der Brennkraftmaschine hineinragt. Der Glühstift 17 ist in der Glühkerze 11 durch ein Fixierglied 22 befestigt. Dieses Fixierglied 22 ist als ein Stützrohr ausgebildet, das in einem Endbereich 23 des anderen Endes des Glühstiftes 17 diesen umfangsseitig festsitzend umfaßt. Das Fixierglied 22 ist seinerseits in das Gehäuse 13 eingepreßt.The glow plug 11 indicates at a first end 16 a glow plug 17 on, the partially from the housing 13 stands out and with a free end 18 in a, a combustion chamber forming interior 19 the internal combustion engine protrudes. The glow plug 17 is in the glow plug 11 by a fixing member 22 attached. This fixation member 22 is formed as a support tube, which in an end region 23 the other end of the glow plug 17 this peripherally tightly covers. The fixation member 22 is in turn in the case 13 pressed.

Alternativ könnte das Fixierglied 22 auch durch eine Graphithülse realisiert sein oder in Form einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise als eine Schweißverbindung ausgeführt sein.Alternatively, the fixing member could 22 be implemented by a graphite sleeve or in the form of a cohesive connection, for example, be designed as a welded joint.

Zwischen dem Fixierglied 22 und damit auch zwischen dem Endbereich 23 des Glühstiftes 17 sowie dem zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 ist ein Sensor 26 angeordnet. Der Sensor 26 ist von dem Glühstift 17 in dem Ausführungsbeispiel durch ein Distanzglied 27 beabstandet. Der Sensor 26 könnte alternativ auch direkt an dem Glühstift 17 anliegen.Between the fixation member 22 and thus also between the end area 23 of the glow plug 17 as well as the second end 24 the glow plug 11 is a sensor 26 arranged. The sensor 26 is from the glow plug 17 in the embodiment by a spacer 27 spaced. The sensor 26 could alternatively also directly to the glow plug 17 issue.

Andererseits stützt sich der Sensor 26 unter Zwischenlage eines Distanzelements 28 an einem Fixierelement 29 für den Sensor 24 ab, das festsitzend in dem Gehäuse 13 angeordnet ist und somit die Lage des Sensors 24 in dem Gehäuse 13 festlegt. Das Fixierelement 29 ist beispielsweise als eine in dem Gehäuse 13 verstemmte Hülse ausgebildet und könnte alternativ auch direkt an dem Sensor 26 anliegen.On the other hand, the sensor is supported 26 with the interposition of a spacer element 28 on a fixing element 29 for the sensor 24 stuck in the housing 13 is arranged and thus the position of the sensor 24 in the case 13 sets. The fixing element 29 is for example as one in the housing 13 caulked sleeve formed and could alternatively also directly to the sensor 26 issue.

Das Distanzglied 27 und das Distanzelement 28 sind jeweils in Form einer Zwischenhülse 31 ausgebildet, die vorzugsweise aus Keramik oder Stahl gefertigt ist.The spacer 27 and the spacer 28 are each in the form of an intermediate sleeve 31 formed, which is preferably made of ceramic or steel.

Am zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 treten nicht näher detaillierte Kontaktierungselemente in Form von elektrischen Leitungen aus, die beispielsweise einerseits zur Stromversorgung des Glühstiftes 17 sowie andererseits zur Weiterleitung der von dem Sensor 26 abgegebenen Signale dienen.At the second end 24 the glow plug 11 no closer detailed contact elements in the form of electrical wires, for example, on the one hand to power the glow plug 17 and on the other hand for forwarding the from the sensor 26 serve emitted signals.

Der vorbeschriebenen geometrischen Anordnung der wesentlichen Einzelelemente der Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in einer Brennkraftmaschine liegen folgende Funktionen und Wirkungen zugrunde.Of the above-described geometric arrangement of the essential individual elements the device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine underlying the following functions and effects.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine treten in dem Brennraum 19 Verbrennungsgase auf, die aufgrund ihrer Ausdehnungsbeschränkung in dem Brennraum 19 auf den Glühstift 17 eine Druckkraft ausüben. Die axial, in Längsrichtung der Glühkerze 11 gerichteten Komponenten der Druckkraft haben das Bestreben, den Glühstift 17 zum zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 hin zu verlagern. Daran wird der Glühstift 17 jedoch weitgehend durch das Fixierglied 22 gehindert, das ein Großteil dieser Druckkräfte aufnimmt und an das Gehäuse 13 und des weiteren an den Zylinderkopf 14 weiterleitet.During operation of the internal combustion engine occur in the combustion chamber 19 Combustion gases due to their expansion in the combustion chamber 19 on the glow plug 17 exert a compressive force. The axial, in the longitudinal direction of the glow plug 11 directed components of the compressive force have an aspiration to the glow plug 17 to the second end 24 the glow plug 11 to relocate. This is the glow plug 17 but largely by the fixing member 22 prevented, which absorbs a large part of these compressive forces and to the housing 13 and further to the cylinder head 14 forwards.

Die Druckkraft auf den Glühstift 17 führt jedoch auch zu einer elastischen Verformung des Glühstiftes 17, welche durch den Sensor 26, der beispielsweise durch einen als Piezoring ausgebildeten Kraft- bzw. Wegsensor realisiert ist, aufgenommen wird. Das von dem Sensor 26 abgegebene Signal kann über Kennlinien mit dem Druck im Brennraum 19 korreliert werden. Im Idealfall ist das vom Sensor 26 abgegebene Signal eine dem Druck im Brennraum 19 proportionale Größe.The pressure on the glow plug 17 However, also leads to an elastic deformation of the glow plug 17 passing through the sensor 26 , which is realized for example by a trained as a piezoelectric force or displacement sensor is recorded. That of the sensor 26 The emitted signal can have characteristics with the pressure in the combustion chamber 19 be correlated. Ideally this is from the sensor 26 emitted signal a the pressure in the combustion chamber 19 proportional size.

Der Sensor 26 kann zur Erfassung des Drucks in dem Brennraum 19 auch vorgespannt betrieben werden, um beispielsweise Hystereseeeffekte zu verringern. Dazu ist der Sensor 26, nach Fixierung des Glühstiftes 17 durch das Fixierglied 22 am Gehäuse 13, mit einer vorgegebenen Kraft beaufschlagt, die ihn auch bei nichtbetriebener Brennkraftmaschine, alternativ auch nur mittelbar über das zwischenliegende Distanzglied 27, gegen den Glühstift 17 drückt. Diese Vorkraft wird aufrecht erhalten durch das ortsfest in dem Gehäuse 13 gelagerte Fixierelement 29 oder ein am Gehäuse 13 fixiertes Distanzelement 28.The sensor 26 can for detecting the pressure in the combustion chamber 19 can also be operated biased, for example, to reduce hysteresis effects. This is the sensor 26 , after fixing the glow plug 17 through the fixation member 22 on the housing 13 , acted upon by a predetermined force, the him even when not operated internal combustion engine, alternatively only indirectly via the intermediate spacer 27 , against the glow plug 17 suppressed. This pre-power is maintained by the stationary in the housing 13 mounted fixing element 29 or one on the case 13 fixed spacer 28 ,

Die maximale Kraft auf den Sensor 26 kann durch die Steifigkeit des Gehäuses 13, des Fixiergliedes 22 oder des Fixierelementes 29 eingestellt werden.The maximum force on the sensor 26 can be due to the rigidity of the housing 13 , the fixation member 22 or the fixing element 29 be set.

Durch die Trennung zwischen dem Fixierglied 22 für den Glühstift 17 und dem Fixierelement 29 für den Sensor 26 kann der signaltechnisch optimale Bereich des Sensors 26 genutzt werden, so dass eine sichere und reproduzierbare Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine möglich ist.By the separation between the fixation member 22 for the glow plug 17 and the fixing element 29 for the sensor 26 can be the signal technically optimal range of the sensor 26 be used, so that a safe and reproducible detection of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine is possible.

Claims (12)

Vorrichtung zur Erfassung des Zylinderdrucks in einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Dieselmotor, mit einem Sensor (26) und einer Glühkerze (11), die ein Gehäuse (13) aufweist, mit dem sie vorzugsweise in einem Zylinderkopf (14) der Brennkraftmaschine montierbar ist, wobei die Glühkerze (11) an einem ersten Ende (16) einen Glühstift (17) aufweist, der bei montierter Glühkerze (11) zumindest partiell in einen Brennraum (19) der Brennkraftmaschine ragt und bei der der Glühstift (17) mit einem Fixierglied (22) in der Glühkerze (11) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) zwischen dem Fixierglied (22) und dem zweiten Ende (24) der Glühkerze (11) angeordnet ist.Device for detecting the cylinder pressure in an internal combustion engine, in particular in a diesel engine, with a sensor ( 26 ) and a glow plug ( 11 ), which is a housing ( 13 ), with which it preferably in a cylinder head ( 14 ) of the internal combustion engine is mountable, wherein the glow plug ( 11 ) at a first end ( 16 ) a glow plug ( 17 ), which with mounted glow plug ( 11 ) at least partially into a combustion chamber ( 19 ) of the internal combustion engine and in which the glow plug ( 17 ) with a fixing member ( 22 ) in the glow plug ( 11 ), characterized in that the sensor ( 26 ) between the fixing member ( 22 ) and the second end ( 24 ) of the glow plug ( 11 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Fixierglied (22) des Glühstiftes (17) getrennt ist und zumindest mittelbar durch ein Fixierelement (29) in der Glühkerze (11) befestigt ist.Device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 26 ) of the fixing member ( 22 ) of the glow plug ( 17 ) is separated and at least indirectly by a fixing element ( 29 ) in the glow plug ( 11 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26), zumindest mittelbar, kraftschlüssig mit dem Glühstift (17) verbunden ist.Device according to claim 2, characterized in that the sensor ( 26 ), at least indirectly, non-positively with the glow plug ( 17 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest mittelbare Kraftschluß zwischen dem Sensor (26) und dem Glühstift (17) unter einer Vorspannung erfolgt.Apparatus according to claim 3, characterized in that the at least indirect adhesion between the sensor ( 26 ) and the glow plug ( 17 ) under a bias voltage. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26), zumindest mittelbar, kraftschlüssig mit dem Fixierelement (29) verbunden ist.Device according to claim 2, characterized in that the sensor ( 26 ), at least indirectly, frictionally with the fixing element ( 29 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest mittelbare Kraftschluß zwischen dem Sensor (26) und dem Fixierelement (29) unter einer Vorspannung erfolgt.Apparatus according to claim 5, characterized in that the at least indirect adhesion between the sensor ( 26 ) and the fixing element ( 29 ) under a bias voltage. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Glühstift (17) durch wenigstens ein Distanzglied (27) getrennt ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor ( 26 ) from the glow plug ( 17 ) by at least one spacer ( 27 ) is disconnected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Fixierelement (29) durch wenigstens ein Distanzelement (28) getrennt ist.Device according to one of claims 5 to 6, characterized in that the sensor ( 26 ) of the fixing element ( 29 ) by at least one spacer element ( 28 ) is disconnected. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzglied (27) oder das Distanzelement (28) eine Zwischenhülse ist.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the spacer member ( 27 ) or the spacer element ( 28 ) is an intermediate sleeve. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhülse als Distanzglied (27) oder Distanzelement (28) aus Graphit ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the intermediate sleeve as a spacer ( 27 ) or spacer element ( 28 ) is made of graphite. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (29) eine mit dem Gehäuse (13) verstemmte Hülse ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fixing element ( 29 ) one with the housing ( 13 ) caulked sleeve is. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) ein als Piezoring ausgebildeter Kraftsensor ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 26 ) is designed as a piezo ring force sensor.
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