-
Technisches
Gebiet
-
Um
ein optimales Betriebsverhalten von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen
zu gewährleisten,
welches sich durch einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und niedrige
Emissionen bei gleichzeitig hoher Leistung der Verbrennungskraftmaschine
auszeichnet, ist eine aufwendige Motorsteuerung erforderlich. Für die Motorsteuerung
ist es erforderlich, während
des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine verschiedene Betriebsparameter
zu erfassen. Einer dieser Betriebsparameter ist der Druck im Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine.
-
Zur
Messung des Druckes in Brennräumen von
Verbrennungskraftmaschinen ist aus DE-C 100 35 536 eine Zündkerze
mit darin aufgenommenem Drucksensor zur Verwendung in fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschinen
bekannt. Der Drucksensor ist dabei im Gehäuse der Zündkerze aufgenommen. Die Zündkerze
ist so ausgebildet, dass der Drucksensor neben der Zündeinheit
an der brennraumzugewandten Seite der Zündkerze angeordnet ist. Diese
Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Querschnittsfläche im Vergleich
zu einer Zündkerze
ohne Drucksensor vergrößert ist.
Bei Mehrventilmotoren ist es jedoch aufgrund der sehr beengten Verhältnisse
im Zylinderkopf nicht immer möglich, Bauteile
mit vergrößerter Querschnittsfläche einzusetzen.
-
Eine
Vorrichtung, bei welcher der Sensor oberhalb einer Funktionseinheit
in einem Gehäuse eingesetzt
ist, ist aus DE-A 102 05 819 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wirkt
der Druck im Brennraum auf die Funktionseinheit, welche den Druck
an den Sensor weitergibt. Das Sensorsignal wird an eine Auswerteschaltung
weitergegeben, die außerhalb
der Vorrichtung angeordnet ist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil,
dass ein schwaches Sensor signal, wie es in der Regel von einem Sensor
geliefert wird, störanfällig ist
und deshalb zu falschen Messwerten führen kann.
-
Eine
vergleichbare Vorrichtung, bei welcher die Funktionseinheit ein
Glühstift
einer Glühstiftkerze für eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine ist,
ist aus DE-C 196 80 912 bekannt. Bei dieser ist der Drucksensor
zwischen dem Glühstift
und einem Fixierglied der Glühstiftkerze
aufgenommen. Bei Druckbeaufschlagung auf das Heizelement wird der Drucksensor
durch das Fixierglied an seiner Position gehalten und so der Druck
gemessen.
-
Die
so gemessenen Daten werden an einer außerhalb der Glühstiftkerze
positionierte Auswerteeinheit übermittelt.
Hieraus resultiert ein schwaches Signal, welches vom Drucksensor übertragen
wird und welches deshalb störanfällig ist.
Ein weiterer Nachteil der außerhalb
der Glühstiftkerze
angebrachter Auswerteeinheit ist, dass dies zu einer Zunahme der
Baugröße im rückwärtigen Bereich
führt.
Der hierfür
erforderliche Bauraum steht jedoch bei Mehrventilmotoren vielfach
nicht zur Verfügung.
-
Eine
Vorrichtung, bei welcher der Drucksensor eine Glühstiftkerze umschließt und auf
der Außenwandung
eines Zylinders aufliegt, ist in EP-A 1 134 385 offenbart. Hierbei
wird der Druck im Brennraum durch die Verformung der Brennraumwand
bestimmt. Aufgrund der indirekten Messung des Drucks über die
Verformung der Zylinderwand erfüllt
der Sensor jedoch nicht die Anforderungen, die von der Motorsteuerung
an die Genauigkeit der Messwerterfassung gestellt werden.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu Erfassung des Drucks in einem Brennraum einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Drucksensor in eine Glühstiftkerze,
die einen Glühstift
und ein Fixierglied in einem Gehäuse
umfasst, aufgenommen ist, ist der Drucksensor am Fixierglied des
Glühstiftes
angeordnet. Der Drucksensor kann dabei entweder mit der dem Glühstift zugewandten
Seite des Fixiergliedes oder mit der dem Glühstift abgewandten Seite verbunden
sein. In den Drucksensor ist eine Auswerteschaltung integriert. Durch
die Integration der Auswerteschaltung in den Drucksensor wird ein
bereits verstärktes
Signal aus der Vorrichtung übertragen.
Hierdurch wird die Störanfälligkeit
vermindert und somit die Messgenauigkeit erhöht. Durch die Aufnahme des
Drucksensors zwischen dem Glühstift
und dem Fixierglied wird weiterhin vermieden, dass der Querschnitt
der Vorrichtung vergrößert wird
und somit kein zusätzlicher
Bauraum in der Zylinderwandung erforderlich ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Drucksensor ein piezoresistiver Silizium-Druckmesschip. Der Vorteil dieser Messchips
ist, dass die Herstellungskosten niedrig sind und die Genauigkeit vergleichsweise
groß ist.
So ist ein Gesamtfehler über
die Lebensdauer des Messchips kleiner als 1 % möglich.
-
Der
Drucksensor kann brennraumzugewandt oder brennraumabgewandt in das
Gehäuse montiert
werden. Bei brennraumabgewandter Montage des Drucksensors stützt sich
der Glühstift
auf eine Membran auf, die mit dem Gehäuse fest verbunden ist. Die
Verbindung der Membran mit dem Gehäuse kann dabei z.B. durch eine
umlaufende Schweißnaht erfolgen.
Auf der Rückseite
der Membran ist der Druckmesschip aufgebracht und misst dabei die
Verformung der Membran, die durch die vom Glühstift übertragene Gaskraft verformt
wird. Zur Montage wird der Glühstift
bevorzugt zusammen mit der Membran in das Gehäuse eingefügt, dann die für die Abdichtung
notwendige Vorspannkraft aufgebracht und abschließend die
Membran mit dem Gehäuse
verbunden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Vorspannkraft
erhalten bleibt, jedoch nicht zu einer fehlerbehafteten Messung
des Sensors führt,
da dieser erst nach der Montage der Membran auf diese aufgebracht
wird. Nach dem Aufbringen des Drucksensors wird der Sensor abgeglichen.
-
Die
Kontaktierung des Sensors kann mittels Bondung auf Kontaktpads und
von dort mit Hilfe von vier Kontakten auf ein Kunststoffteil mit
eingelegten Leiterbahnen und schließlich zum Stecker erfolgen. Das
Kunststoffteil mit den eingelegten Leiterbahnen ist z.B. das Fixierglied.
-
Der
Glühstrom
zum Aufheizen des Glühstifts kann
z.B. mit Hilfe einer Zuleitung durch das Kunststoffteil und einem
Kontaktelement erfolgen, das zum Gehäuse hin isoliert und zum Glühstift hin
elektrisch leitfähig
ist.
-
Bei
brennraumzugewandter Montage des Drucksensors ist dieser vorzugsweise
auf einem Metall- oder Keramikträger
aufgebracht, der die notwendigen Durchkontaktierungen aufweist.
Bevorzugt sind Metalle oder Keramiken mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie dem des Drucksensors, der vorzugsweise aus Silizium gefertigt
ist, um Verspannungen aufgrund der Temperaturbelastung zu vermeiden.
Geeignet sind zum Beispiel Kovar oder Aluminiumoxid.
-
Nach
der Montage wird der Sensor mittels Bondung mit den Durchkontaktierungen
elektrisch verbunden. In einer ersten Ausführungsform wird der Metall-
oder Keramikträger
zusammen mit dem Drucksensor und dem Glühstift in das Gehäuse eingefügt und nach
Aufbringung einer Vorspannung wird der Metall- oder Keramikträger mit
dem Gehäuse verbunden.
Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass der Drucksensor durch
die aufgebrachte Vorspannkraft nicht geschädigt wird.
-
In
einer zweiten Ausführungsvariante
wird nach der Montage eines Dichtungselements und des Glühstifts
im Gehäuse
die zur Montage erforderliche Vorspannkraft weggenommen und anschließend der Drucksensor
samt Metall- oder Keramikträger
mit stark reduzierter Vorspannkraft montiert. Aufgrund der reduzierten
Vorspannkraft auf den Drucksensor wird dieser nicht zu hoch belastet
und so vermieden, dass er zerstört
wird. Auch wird die Offsetdrift durch die Vorspannung reduziert,
die für
den Abgleich vorgehalten werden muss. Bei der Montage mit reduzierter
Vorspannkraft ist jedoch darauf zu achten, dass das Dichtelement
seine Wirkung entfaltet.
-
Bei
brennraumzugewandter Montage des Drucksensors muss der Metall- oder
Keramikträger über Durchkontaktierungen
verfügen,
wobei diese bei einem Metallträger
vorzugsweise mit Hilfe von Glasdurchführungen, bei einem Keramikträger mit Durchkontaktierungen
wie bei einem Standardhybrid realisiert werden können. Von diesen Durchkontaktierungen
kann der elektrische Anschluss in Richtung des Steckers durch Bondung
auf ein als Fixierglied wirkendes Kunststoffteil mit Metalleinlegeteilen
oder mit vergleichbaren, dem Fachmann bekannten Kontaktiertechniken
realisiert werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Gehäuse
der Glühstiftkerze
hinter dem Drucksensor so geteilt, dass der Drucksensor bei geöffnetem
Gehäuse
leicht zugänglich
ist. Durch die Teilung des Gehäuses
wird die Montage des Drucksensors und der Abgleich des Drucksensors
vereinfacht.
-
Das
Dichtelement, welches zwischen dem Glühstift und dem Gehäuse aufgenommen
ist, ist in einer ersten Ausführungsform
eine Graphithülse.
Um die Dichtheit zu gewährleisten,
werden zur Montage die Graphithülse
und der Glühstift
in das Gehäuse eingeführt und
anschließend
der Glühstift
mit einer Vorspannkraft von ca. 1000 N gegen die Graphithülse gedrückt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Dichtungselement, welches zwischen dem Glühstift und
dem Gehäuse
eingesetzt wird, elastisch. Durch die Verwendung eines elastischen
Dichtungselements wird Reibung zwischen dem Glühstift und dem Gehäuse vermieden,
die zu einer Hysterese und damit zu einem nicht abgleichbaren Fehler
bei der Druckmessung führt.
Bereits eine Hysterese von nur wenigen Prozenten des Vollausschlags
des Drucksensors führt
dazu, dass das Sensorsignal nicht mehr zur Regelung der angestrebten
Motorfunktionen verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil des elastischen
Dichtungs elements liegt darin, dass die Eigenschaften über die
Lebensdauer konstant bleiben, da aufgrund der Elastizität Verschleiß- oder Setzeffekte
vermieden werden. Aus diesem Grund ist auch eine Sensordrift aufgrund
der Lebensdauereffekte, z.B. Alterung, des Dichtungselements nicht
zu erwarten.
-
Ein
geeignetes Dichtungselement ist z.B. ein elastischer Metallring,
der auf den Glühstift
aufgeschoben werden kann und gemeinsam mit diesem zur Montage in
das Gehäuse
eingefügt
wird. Anschließend
wird auf den Glühstift
eine Vorspannkraft aufgeprägt,
um die Dichtheit zu gewährleisten.
Besonders geeignet als Material für den elastischen Metallring
sind weiche, duktile Metalle, wie zum Beispiel Kupfer.
-
Der
als Dichtungselement verwendete elastische Metallring kann z.B.
mit einem kreisförmigen Vollquerschnitt,
mit einem Hohlquerschnitt, als C-Profil mit Innen- oder Außenöffnung oder
auch als Tellerfeder ausgebildet sein. Auch kann der elastische
Metallring jeden weiteren, dem Fachmann bekannten Querschnitt annehmen.
-
Zeichnung
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
Glühstiftkerze
mit darin aufgenommenem Drucksensor in einer ersten Ausführungsform,
-
2 eine
Glühstiftkerze
mit darin aufgenommenem Drucksensor in einer zweiten Ausführungsform,
-
3 eine
Glühstiftkerze
mit darin aufgenommenem Drucksensor und elastischem Dichtungselement,
-
4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 verschiedene Ausführungsformen eines elastischen Dichtelements.
-
Ausführungsvarianten
-
Um
bei einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine die zum Start erforderliche Temperatur
zu erreichen, wird eine Glühstiftkerze 1 mit
einem elektrisch beheizbaren Glühstift 2 eingesetzt. Der
Glühstift 2 ist
z.B. aus zwei heizgas- und korrosionsbeständigen Keramikmassen mit unterschiedlichen
elektrischen Eigenschaften gefertigt. Die erste Keramikmasse ist
elektrisch isolierend und bildet eine mittlere Schicht. Die zweite
Keramik masse weist einen geringen elektrischen Widerstand auf und
umschließt
die mittlere Schicht u-förmig.
Dabei erstrecken sich die Schenkel der u-förmigen Keramikschicht in axialer
Richtung des Glühstiftes.
Zum Aufheizen wird Strom durch die elektrisch leitende Keramikmasse
geleitet. Der Strom fließt
dabei entlang eines Schenkels der u-förmigen Keramikmasse, um die
Spitze des Glühstiftes
herum und entlang des zweiten Schenkels wieder zurück. An der
Spitze des Glühstiftes,
an der die Schenkel miteinander verbunden sind, ist die Stärke der
u-förmigen
Keramikmasse so gering, dass der aus dem geringen Querschnitt resultierende
elektrische Widerstand dazu führt,
dass die Spitze des Glühstiftes
bei fließendem
elektrischen Strom glüht.
-
Der
Glühstift 2 ist
in einem Gehäuse 4 aufgenommen.
Damit auch bei den hohen, im Brennraum auftretenden Drücken kein
Kraftstoff-Luftgemisch über
undichte Stellen an der Glühkerze
in die Umgebung gelangt, ist zwischen dem Gehäuse 4 und dem Glühstift 2 ein
Dichtungselement 3 angeordnet. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist das Dichtungselement 3 eine Graphithülse. Eine
dichte Verbindung zwischen Glühstift 2 und
Gehäuse 4 wird
erreicht, wenn das Dichtungselement 3 zwischen Gehäuse 4 und
Glühstift 2 eingepresst
wird. Hierzu ist an dem Glühstift 2 eine
stufenförmige
Erweiterung 5 ausgebildet. Die stufenförmige Erweiterung 5 kann zum
Beispiel durch den Glühstift
selbst oder durch ein mit dem Glühstift 2 verbundenen
Element, zum Beispiel einer den Glühstift 2 umschließenden Metallhülse, gebildet
werden. Eine Stirnseite 6 der stufenförmigen Erweiterung 5 liegt
an einer Stirnseite 7 des Dichtungselements 3 an.
Mit einer zweiten Stirnseite 8 ist das Dichtungselement 3 gegen
eine Anschlagfläche 9 im
Gehäuse 4 gestellt.
Sobald auf eine zweite Stirnseite 10 der stufenförmigen Erweiterung 5 eine
Kraft in Richtung der Glühspitze 11 des
Glühstifts 2 aufgebracht
wird, wird das Dichtungselement 3 zwischen die Anschlagfläche 9 und
die erste Stirnseite 6 der stufenförmigen Erweiterung gepresst. Hierdurch
wird der Raum zwischen dem Glühstift 2 und
dem Gehäuse 4 abgedichtet.
-
Die
Vorspannkraft, mit welcher der Glühstift 2 gegen das
Dichtungselement 3 gepresst wird, beträgt vorzugsweise etwa 1000 N.
-
An
der der Glühspitze 11 abgewandten
Seite schließt
sich an die stufenförmige
Erweiterung 5 des Glühstifts 2 ein
Zwischenring 14 an, über
welchen der Glühstift 2 mit
dem zur Erwärmung
erforderlichen Strom versorgt wird.
-
Der
Strom wird dem Zwischenring 14 von einem Stecker 15 über eine
Zuleitung 16 zugeführt.
Die Zuleitung 16 ist durch ein Fixierglied 17 hindurchgeführt. Das
Fixierglied 17 ist vorzugsweise als Kunststoffteil mit
Metalleinlegeteilen ausgebildet, wobei die Metalleinle geteile zur
Stromversorgung des Glühstifts 2 und
zur Übermittlung
der Messsignale eines Drucksensors 18 dienen.
-
Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 18 brennraumzugewandt montiert.
Hierzu ist der Drucksensor 18 auf einem Träger 19 aufgebracht.
Der Träger 19 ist
vorzugsweise ein Metall- oder Keramikträger, der bei der Montage der
Glühstiftkerze 1 fest
mit dem Gehäuse 4 verbunden
wird.
-
Der
Glühstift 2 ist
an der brennraumabgewandten Seite mit einem halbkugelförmigen Zapfen 20 abgeschlossen.
Der Zapfen 20 drückt
bereits im Ruhezustand mit einer definierten, konstanten Kraft gegen
den Drucksensor 18.
-
Die
Messwerte des Drucksensors 18 werden über Datenleitungen 21,
die vorzugsweise ebenfalls als Metalleinlegeteile in dem als Kunststoffteil
ausgebildeten Fixierglied 17 aufgenommen sind, an den Stecker 15 übertragen.
Vom Stecker 15 können
die Messwerte abgegriffen werden.
-
Die Übertragung
der Messwerte von Drucksensor 18 zu den Datenleitungen 21 erfolgt
vorzugsweise mittels Durchkontaktierungen durch den Träger 19.
Wenn der Träger 19 aus
Metall gefertigt ist, werden die Durchkontaktierungen vorzugsweise
mit Hilfe von Glasdurchführungen
realisiert. Bei einem aus Keramik gefertigten Träger 19 sind vorzugsweise metallische
Leiter, wie bei einem Standardhybrid, im Träger 19 aufgenommen.
-
Um
den Stecker 15 bei Vibrationen und Erschütterungen
gegen ein unbeabsichtigtes Lösen
zu sichern, ist im Stecker 15 eine Nut 22 ausgebildet.
In der Nut 22 ist ein Dichtring 23, welcher vorzugsweise aus
einem elastischen Material gefertigt ist, z.B. ein O-Ring, aufgenommen.
An der Position der Nut 22 ist im Gehäuse 4 eine Einschnürstelle 24 ausgebildet. Diese
greift in die Nut 22 ein und führt so zu einer stabilen Verbindung
des Steckers 15 mit dem Gehäuse 4.
-
Bei
einer Druckerhöhung
im hier nicht dargestellten Brennraum der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine wirkt ein Druck auf den Glühstift 2.
Die Glühstiftkerze 1 ist
fest mit der Brennraumwand verbunden. Die Verbindung der Glühstiftkerze 1 und
der Brennraumwand erfolgt vorzugsweise kraftschlüssig durch Verschraubung. Aufgrund
der auf den Glühstift 2 wirkenden
Druckkraft wird dieser in Richtung des Steckers 15 gedrückt. Hierdurch nimmt
die vom Zapfen 20 auf den Drucksensor 18 wirkende
Kraft zu. Diese Kraft ist proportional zum Druck im Brennraum und
wird vom Drucksensor 18 erfasst.
-
Um
zu vermeiden, dass aufgrund von in den Datenleitungen induzierten
Fremdströmen,
z.B. durch unerwünschte
Magnetfelder oder durch überlagerte
Frequenzen Messfehler auftreten, ist in den Drucksensor 18 eine
Auswerteeinheit integriert. In der Auswerteeinheit wird gleichzeitig
das Signal verstärkt,
so dass vom Drucksensor 18 ein bereits verstärktes Signal
zum Stecker 15 übertragen
wird. Dieses verstärkte
Signal ist wesentlich weniger störanfällig als
ein unverstärktes
Signal.
-
Der
Drucksensor 18 ist vorzugsweise ein piezoresistiver Silizium-Druckmesschip.
Es hat sich gezeigt, dass dieser ursprünglich für den Niederdruckbereich konzipierte
Druckmesschip auch im Hochdruckbereich eingesetzt werden kann. Vorteilhaft
ist, dass piezoresistive Silizium-Druckmesschips kostengünstig hergestellt
werden können
und über die
Lebensdauer ein Gesamtfehler kleiner als 1 % möglich ist. Auch ist bei den
piezorestiven Silizium-Druckmesschips die Auswerteschaltung bereits auf
dem Messchip integriert. Dies führt
zu einer Vereinfachung des Sensoraufbaus durch den Wegfall eines
zusätzlichen
Schaltungsträgers
mit Auswerteschaltung und zu einer Reduktion der Baugröße im rückwärtigen Bereich
der Glühstiftkerze 1.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Gehäuse 4 der
Glühstiftkerze 1 auf
der dem Stecker 15 zugewandten Seite kurz hinter dem Träger 19 in
ein unteres Gehäuseteil 25 und
ein oberes Gehäuseteil 26 geteilt.
Die Teilungsstelle ist mit Bezugszeichen 27 gekennzeichnet.
An der Teilungsstelle 27 werden das untere Gehäuseteil 25 und
das obere Gehäuseteil 26 kraft-
oder stoffschlüssig
miteinander verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verbindung
stoffschlüssig
durch Verschweißen.
-
In 2 ist
eine Glühstiftkerze
in einer zweiten Ausführungsform
dargestellt.
-
Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 18 brennraumabgewandt
in die Glühstiftkerze 1 montiert.
Auch bei der hier dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 4 in
ein unteres Gehäuseteil 25 und
ein oberes Gehäuseteil 26 geteilt.
Zur Montage wird zunächst
der Glühstift 2 mitsamt
dem Dichtungselement 3 in das untere Gehäuseteil 25 eingeführt. Durch
Aufbringen einer Vorspannkraft von vorzugsweise etwa 1000 N wird
der Dichtring 3 zwischen dem unteren Gehäuseteil 25 und
der stufenförmigen
Erweiterung 5 am Glühstift 2 eingepresst.
Auf diese Weise wird eine gas- und druckdichte Verbindung erreicht.
Auf der dem Brennraum abgewandten Seite ist am Glühstift 2 ebenso wie
in der Ausführungsform
gemäß 1 der
Zapfen 20 ausgebildet. Die Stromversorgung des Glühstifts 2 erfolgt
auch in der Ausführungsform
nach 2 über
den Zwischenring 14 und die Zuleitung 16.
-
Im
Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform
ist hier eine Membran 28 in das untere Gehäuseteil 25 eingebracht,
gegen welche sich der Glühstift 2 mit
dem Ansatz 20 abstützt.
Die Membran 28 ist fest mit dem unteren Gehäuseteil 25 verbunden.
Die Verbindung erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, z.B. durch Schweißen. Nach
der Montage der Membran 28 wird auf die dem Glühstift 2 abgewandte
Seite der Membran 28 der Drucksensor 18 aufgebracht.
Sobald auf den Glühstift 2 ein
Druck ausgeübt
wird, bewegt sich dieser in das untere Gehäuseteil 25 hinein
und übt
mit seinem Zapfen 20 eine Kraft auf die Membran 28 aus.
Hierdurch verformt sich die Membran 28. Die Verformung
wird durch den Drucksensor 18 gemessen. In den Drucksensor 18 ist
bereits eine Auswerteeinheit integriert. Auf diese Weise wird ein
verstärktes
Signal aus der Glühstiftkerze 1 übertragen
und so die Störanfälligkeit
für den übertragenen
Messwert reduziert.
-
Ein
Vorteil der brennraumabgewandten Montage des Drucksensors 18 gegenüber der
brennraumzugewandten Montage des Drucksensors 18 ist, dass
der Drucksensor 18 erst nach der Montage der Membran 28 aufgebracht
wird. Hierdurch wird gewährleistet,
dass die Vorspannkraft erhalten bleibt, diese jedoch nicht auf den
Drucksensor 18 wirkt. Nach dem Aufbringen des Drucksensors 18 wird
dieser abgeglichen.
-
Die
Kontaktierung des Drucksensors 18 kann z.B. durch Bondung
auf Kontaktpads und von dort durch Federkontakte auf das als Kunststoffteil mit
eingelegten Metallbahnen ausgeführte
Fixierglied 17 erfolgen. Über die eingelegten Metallbahnen
im Fixierglied 17 werden die Sensorsignale an den Stecker 15 übertragen.
Zur Aufnahme des Steckers 15 ist in der hier dargestellten
Ausführungsform
eine Ausnehmung 29 im oberen Gehäuseteil 26 ausgebildet.
-
Zur Übertragung
des Stroms an den Glühstift 2 ist
der Zwischenring 14 vorzugsweise zum unteren Gehäuseteil 25 hin
isoliert und zum Glühstift 2 hin elektrisch
leitfähig.
-
3 zeigt
eine schematische Darstellung des unteren Teils einer Glühstiftkerze
in einer dritten Ausführungsform.
-
Die
in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
von der in den 1 und 2 dargestellten
durch die Geometrie des Dichtungselements 3. Die veränderte Geometrie
des Dichtungselements 3 ist sowohl bei brennraumzugewandter
als auch bei brennraumabgewandter Montage des Drucksensors 18 einsetzbar.
-
Zur
Messung des Drucks im Brennraum bewegt sich der Glühstift 2 in
Richtung des Drucksensors 18. Hieraus resultiert eine Relativbewegung
zwischen Glühstift 2 und
unte rem Gehäuseteil 25.
Aufgrund dieser Bewegung treten in einer als Dichtungselement 3 verwendeten
Graphithülse
Reibungseffekte auf, die zu einer Hysterese bei der Druckmessung führen und
damit das Drucksignal unbrauchbar machen.
-
Um
zu vermeiden, dass das Sensorsignal aufgrund einer Hysterese unbrauchbar
wird, wird entsprechend der in 3 dargestellten
Ausführungsform
ein elastisches Dichtungselement 31 verwendet. Das elastische
Dichtungselement 31 ist z.B. ein elastischer Metallring.
Die Montage des Glühstifts 2 mit
dem elastischen Dichtungselement 31 erfolgt analog der
Montage mit der Graphithülse
als Dichtungselement 3. Bei der Montage bildet sich zwischen
dem unteren Gehäuseteil 25 und
dem Glühstift 2 ein
Spalt 30 aus. Über
den Spalt 30 können
Brenngase aus dem Brennraum in die Glühstiftkerze 1 gelangen.
Die Abdichtung des Innenraums der Glühstiftkerze 1 mit
dem elastischen Dichtungselement 31 erfolgt über die
Anschlagfläche 9 am
unteren Gehäuseteil 25 und
die Stirnseite 6 der stufenförmigen Erweiterung 5,
gegen welche sich das elastische Dichtungselement 31 abstützt. Durch
Aufbringen einer Vorspannkraft auf den Glühstift 2 wird eine
gas- und druckdichte Verbindung erreicht.
-
In
den 4.1 bis 4.5 sind
verschiedene Ausführungsformen
des elastischen Dichtungselements 31 dargestellt.
-
Bei
der in 4.1 dargestellten Ausführungsform
ist das elastische Dichtungselement 31 mit einem kreisförmigen Vollquerschnitt
ausgebildet. Die elastische Wirkung des Dichtungselements 31 resultiert
hier ausschließlich
aus der Elastizität
des Werkstoffes, aus welchem das elastische Dichtungselement 31 gefertigt
ist. Als elastische Werkstoffe eignen sich vorzugsweise Metalle,
die gegen die hohen im Brennraum auftretenden Drücke beständig sind. Geeignete Metalle
sind solche, die weicher sind als der Gehäusewerkstoff. Das Gehäuse 4 wird
vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Geeignete Werkstoffe für das elastische
Dichtungselement 31 sind zum Beispiel Kupfer oder Messing.
-
4.2 zeigt ein elastisches Dichtungselement 31 mit
einem Hohlquerschnitt. Im Unterschied zu der in 4.1 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt
des elastischen Dichtungselements 31 hier nicht massiv
ausgeführt.
Aufgrund des Hohlquerschnitts lässt
sich das elastische Dichtungselement 31 stärker verformen
als das elastische Dichtungselement 31 mit Vollquerschnitt.
-
In
den 4.3 und 4.4 ist
das elastische Dichtungselement 31 mit einem C-Profil ausgeführt. Bei
der in 4.3 dargestellten Ausführungsform
ist das C-Profil nach innen hin offen, bei der in 4.4 dargestellten Ausführungsform nach außen. Ebenso wie
bei dem elastischen Dichtungselement 31 mit Hohlquerschnitt
ist auch bei dem elastischen Dichtungselement 31 mit C-Profil
eine stärkere
elastische Verformung möglich
als bei einem elastischen Dichtungselement 31 mit Vollquerschnitt.
-
Bei
der in 4.5 dargestellten Ausführungsform
ist das elastische Dichtungselement 31 als Tellerfeder
ausgebildet. Bei der Montage des als Tellerfeder ausgebildeten elastischen
Dichtungselements 31 ist darauf zu achten, dass die Vorspannkraft
nicht so groß gewählt wird,
dass das elastische Dichtungselement 31 mit den Flächen 32 und 33 an der
Anschlagfläche 9 und
der Stirnseite 6 der stufenförmigen Erweiterung 5 anliegt,
sondern nur mit den Kanten 34 und 35.
-
- 1
- Glühstiftkerze
- 2
- Glühstift
- 3
- Dichtungselement
- 4
- Gehäuse
- 5
- stufenförmige Erweiterung
- 6
- Stirnseite
der stufenförmigen
Erweiterung 5
- 7
- Stirnseite
des Dichtungselements 3
- 8
- zweite
Stirnseite des Dichtungselements 3
- 9
- Anschlagfläche
- 10
- zweite
Stirnseite der stufenförmigen
Erweiterung 5
- 11
- Glühspitze
- 12
- Umfangsfläche des
Dichtungselements 3
- 13
- Innenwand
des Dichtungselements 3
- 14
- Zwischenring
- 15
- Stecker
- 16
- Zuleitung
- 17
- Fixierglied
- 18
- Drucksensor
- 19
- Träger
- 20
- Zapfen
- 21
- Datenleitung
- 22
- Nut
im Stecker 15
- 23
- Dichtring
- 24
- Einschnürstelle
- 25
- unteres
Gehäuseteil
- 26
- oberes
Gehäuseteil
- 27
- Teilungsstelle
- 28
- Membran
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Spalt
- 31
- elastisches
Dichtungselement
- 32,
33
- Flächen
- 34,
35
- Kanten