DE102004045383A1

DE102004045383A1 - Glühkerze mit Brennraumdrucksensor

Info

Publication number: DE102004045383A1
Application number: DE102004045383A
Authority: DE
Inventors: Oliver Glock; Christoph Kern; Steffen Schott; Jan Bahlo; Pavlo Saltikov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-18
Filing date: 2004-09-18
Publication date: 2006-03-23
Also published as: EP1794501A1; WO2006029923A1; JP4314303B2; US20080296281A1; JP2008513717A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze (11) mit einem Brennraumdrucksensor (19) für eine Brennstoffkraftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Gehäuse (13) und einem in dem Gehäuse (13) angeordneten Glühstift (17) und mit einem Kanal (21) zur Messung des Brennraumdrucks. DOLLAR A Ein erfindungsgemäß mit dem Kanal (21) in Verbindung stehendes Heizelement (26) verhindert die Beaufschlagung des am Ende des Kanals (26) angeordneten Brennraumdrucksensors (19) durch Verkokungs- oder Verbrennungsrückständen. DOLLAR A Die Glühkerze (11) mit Brennraumdrucksensor (19) wird vorzugsweise im Automobilbau eingesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze für eine Brennstoffkraftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzengehäuse und einem in dem Kerzengehäuse angeordneten Glühstift, sowie mit einem Kanal zur Messung des Brennraumdrucks.

Dieselmotoren benötigen für ein gutes Start- und Warmlaufverhalten bei tiefen Temperaturen eine Wärmequelle, die entweder das Gasgemisch, die Ansaugluft oder den Brennraum vorwärmen. Für PKW-Motoren wird in der Regel die Verwendung von Glühkerzen vorgeschlagen. Diese bestehen aus einem Kerzengehäuse und einem aus dem Kerzengehäuse ragenden Glühstift, der im montierten Zustand der Glühkerze aus dem Zylinderkopf in den Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine hineinragt. In der Regel ragen die Glühstifte der Glühkerzen um 4 mm in den Brennraum der Brennstoffkraftmaschine hinein und erwärmen das Diesel-Luft-Gemisch. Die erreichte Glühtemperatur und Nachglühzeit der Glühkerze haben dabei einen erheblichen Einfluss auf das Abgasverhalten und den Kraftstoffverbrauch der Brennstoffkraftmaschine.

Bei den Glühstiften kann es sich um metallische Heizrohre oder um keramische Glühstifte handeln.

Um die vorgegebenen Ziele, weiter Kraftstoff einzusparen und Emissionen zu senken, zu erreichen, besteht ein zunehmendes Interesse darin, funktionssichere Sensoren zu entwickeln, die Informationen über den Verbrennungsablauf, insbesondere den dabei auftretenden Druckverlauf, direkt aus dem Brennraum des Motors liefern können. Die Verfolgung des Druckes innerhalb des Brennraums hätte wesentliche Vorteile beispielsweise gegenüber einer Ionenstrommessung, die lediglich eine lokale Information liefert, da die Druckmesswerte bzw. deren Änderungen größer und daher einfacher erfassbar sind. Aus diesen Informationen könnte z.B. die Einspritzmengenregelung vorgenommen werden.

Sensorintegrative Konzepte, bei denen ein Drucksensor an oder in der Glühkerze angeordnet sind, haben den Vorteil, dass kein zusätzliches Bohrloch in der Brennstoffkraftmaschine vorgesehen sein muss. Dieser Vorteil vergrößert sich um so mehr, da bei modernen Brennstoffkraftmaschinen der Bauraum zum Anbringen von zusätzlichen Sensoren sehr eingeschränkt ist.

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 41 32 842 A1 , wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der als Sensorelement ein Quarzkristall-Druckaufnehmer verwendet wird.

Die Druckübertragung zwischen dem Brennraum und dem Sensorelement erfolgt über einen Kanal, der längsgerichtet durch das gesamte Gehäuse der Glühkerze verläuft. In diesem Kanal wird der Brennraumdruck mittels einer Luftsäule bis zum motorraumseitig angeordneten Brennraumdrucksensor weitergeleitet.

Glühkerzen mit integriertem Drucksensor, die auf dem Übertragungsprinzip des Brennraumdrucks mittels einer Gassäule beruhen, können empfindlich gegenüber Verkokung sein, da eindringende und sich ansammelnde Partikel die Messung beeinflussen können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Glühkerze mit Brennraumdrucksensor mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die zuvor erwähnte Unzulänglichkeit in zufriedenstellendem Maße vermieden wird.

Dazu ist der Kanal mit wenigstens einem Heizelement beheizbar, wodurch eine Verkokung des Kanals beim Betrieb der Glühkerze vermieden oder auf ein erträgliches Maß abgesenkt wird und dadurch die Funktion des Brennraumdrucksensors gesichert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühkerze möglich.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung kann durch die Darstellung des Kanals über eine profilierte Buchse eine fertigungstechnisch günstige Lösung erzielt werden.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Buchse aus einem Innenring und einem Außenring zusammengesetzt ist. Dies bietet den Vorteil, dass in dem Übergangsbereich der Ringe in fertigungstechnisch günstiger Weise das Heizelement eingefügt werden kann.

Auch vorteilhaft ist, dass der Kanal eine katalytische Beschichtung aufweisen kann, wodurch die Abbrandtemperatur der Verkokungen erniedrigt wird und dadurch die Dauerhaltbarkeit der Glühkerze mit dem Brennraumdrucksensor gesteigert wird.

Ferner ist vorteilhaft, dass das Heizelement mit einer Kennfeldregelung betrieben wird, die zu einer zusätzlichen Energieersparnis führt.

Schließlich ist vorteilhaft, die Temperatur des Heizelements durch einen Temperaturfühler oder durch die Erfassung des elektrischen Widerstandes des Heizelements zu überwachen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Temperatur in dem Kanal dauerhaft oder phasenweise über der Abbrandtemperatur des Rußes liegt. Diese Einregelung der Temperatur erfolgt über das Zusammenwirken von Temperaturfühler und Heizung.

Da die Buchse einen Temperaturfühler enthält und zugleich nah am Brennraum liegt, ist es möglich, auch die Temperatur im Brennraum mit zu erfassen. Dies erlaubt zusätzliche Rückschlüsse auf den Verlauf der Verbrennung und kann somit für die Emissionsverbesserung verwendet werden.

Durch die Aufheizung der Buchse erfolgt auch eine Wärmeübertragung auf das Gehäuse der Glühkerze, so dass Ablagerungen zwischen Glühkerze und Zylinderkopf vermieden werden. Damit wird ein Festbacken der Glühkerze in dem Zylinderkopf vermieden und eine mögliche Demontage der Glühkerze bei Wartungsarbeiten erleichtert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen hervor.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert. 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Glühkerze, 2 eine Teilansicht des Gehäuses dieser Glühkerze im Schnitt, 3 eine Teilansicht einer Buchse dieser Glühkerze, 4 einen Querschnitt durch die Buchse und das Gehäuse der Glühkerze und 5 einen Innenring der Buchse mit eingesintertem Heizer.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine schematische Darstellung einer nur ansatzweise ausgeführten Glühkerze 11 mit einem Gehäuse 13, einem Glühstift 17 und einem Brennraumdrucksensor 19 im Schnitt gezeigt.
Die Glühkerze 11 ist mittels eines Außengewindes 12 eines rohrförmigen Gehäuses 13 aus Metall in einen nur ansatzweise gezeigten Zylinderkopf 14 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, eingesetzt. Der Zylinderkopf 14 begrenzt einen Brennraum 16 der Brennkraftmaschine. In den Brennraum 16 ragt partiell ein Glühstift 17 der Glühkerze 11, der in dem Gehäuse 13 mit einer in der 3 dargestellten Buchse 18 befestigt ist. Hinter der dem Brennraum 16 abgewandten Seite der Buchse 18 ist in dem Gehäuse 13 ein Brennraumdrucksensor 19 angeordnet. Der Brennraumdrucksensor 19 ist über einen Kanal 21, wie er in den 3, 4 dargestellt ist, mit dem Brennraum 16 verbunden, so dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine Gase des Brennraums 16 den Brennraumdrucksensor 19 beaufschlagen können. Der Kanal 21 verläuft annähernd parallel zum Glühstift 17 an einer Innenwand des Gehäuses 13, so dass die Gefahr von Ablagerungen in dem Kanal 21 von vornherein klein gehalten wird.
Die in der 3 dargestellte Buchse 18, die aus keramischen Werkstoffen gefertigt ist, jedoch alternativ auch als ein Metallteil ausgeführt sein kann, weist außenseitig über ihre gesamte Länge eine Profilierung in Form von Sicken 22 auf, die parallel zu einer Längsachse 23 der Glühkerze 11 verlaufen. Die durch die Sicken 22 gegenüber einer glattwandigen Innenwand 24 des Gehäuses 13 gebildeten freien Querschnitte bilden in der Summe den Kanal 21.
Alternativ könnte auch die Innenwand 24 des Gehäuses 13 eine entsprechende Profilierung aufweisen und die Buchse 18 außenseitig zylindrisch und glatt ausgeführt sein, was, abhängig von den Fertigungseinrichtungen, zu Kostenvorteilen führen kann.
Um eine Verkokung des Kanals 21 beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu verhindern, weist die Buchse 18, wie in der 4 dargestellt, ein Heizelement 26 auf, mit dem eine Abbrandtemperatur von mindestens 500°C in dem Kanal 21 hergestellt werden kann.
Zum Schutz des Heizelements 26 vor den aggressiven Gasen aus dem Brennraum 16 ist das Heizelement 26, wie in der 5 separat dargestellt ist, in der Buchse 18 eingesintert. Dazu weist die Buchse 18 entsprechend 4 einen Innenring 27 und einen die Profilierung tragenden Außenring 28 auf.
Zwischen diesen beiden Ringen 27, 28 wird das Heizelement 26, das vorzugsweise als ein Heizmäander 29 entsprechend 5 ausgebildet ist, eingebettet und gegebenenfalls, bei einem elektrisch leitenden Werkstoff der Buchse 18, gegenüber den beiden Ringen 27, 28 elektrisch isoliert. Durch die Ausbildung des Heizelements 26 als Heizmäander 29 erreicht man eine weitgehend homogene Wärmeabstrahlung des Heizelements 26.
Alternativ könnte der Heizmäander 29 in Dickschichttechnik auch zwischen zwei Folien einlaminiert sein. Damit ist eine Fertigungsalternative aufgezeigt, die zu Kostenvorteilen führen kann.
Um die Abbrandtemperatur für Verkokungen in dem Kanal 21 zu erniedrigen, kann dieser eine katalytische Beschichtung 31 aufweisen.
Grundsätzlich kann das Heizelement 26 permanent oder zyklisch betrieben werden. Diese beiden Betriebsarten können statisch bei einer festgelegten Temperatur oder dynamisch nach zeitlich festgelegten Heizzyklen erfolgen. Somit ist eine Anpassung an die Betriebsweise eines Steuergeräts für die Brennkraftmaschine möglich.
Alternativ könnte das Heizelement 26 auch mit einer Kennfeldregelung betrieben werden, so dass beispielsweise die Motortemperatur oder der aktuelle Betriebspunkt der Brennkraftmaschine für die Heizung des Kanals 21 berücksichtigt werden kann.
Ferner kann die Temperatur des Heizelements 26 durch einen in der 4 dargestellten Temperaturfühler 32, der in den Außenring 28 der Buchse 18 eingesintert ist, überwacht werden.
Alternativ könnte diese Überwachung auch durch eine Kontrolle des elektrischen Widerstandes des Heizelements 26 erfolgen. Dabei wird das Heizelement 26 mit getaktetem Strom betrieben und die Temperaturmessung zur Überwachung des elektrischen Widerstandes des Heizelements 26 in den Pausen zwischen den Heizphasen vorgenommen, so dass die Temperaturmessung von dem Betrieb des Heizelements 26 abgekoppelt und genau ist.
Durch die Beheizung des Kanals 21 kann die Druckmessung des Brennraumdrucks systemgenau durchgeführt werden, da die Querschnittsfläche des Kanals 21 sich nicht zusetzen kann und somit konstant bleibt. Durch die Unterbindung einer Partikelablagerung auf der empfindlichen Membran des Brennraumducksensors 19 kann dessen Funktion langzeitstabil gesichert werden.

Claims

Glühkerze mit Brennraumdrucksensor, welche Glühkerze (11) ein Gehäuse (13) und einen in dem Gehäuse (13) angeordneten Glühstift (17) aufweist und wenigstens einen zu dem Brennraumdrucksensor (19) führenden Kanal (21) zur Messung des Brennraumdrucks enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) mit mindestens einem Heizelement (26) beheizbar ist.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) annähernd parallel zum Glühstift (17) an einer Innenwand (24) des Gehäuses (13) verläuft.
Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) durch eine Profilierung einer Buchse (18), die an der Innenwand (24) des Gehäuses (13) anliegt, dargestellt ist.
Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) durch eine glattwandige Buchse (18), die an einer Profilierung der Innenwand (24) anliegt, dargestellt ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (18) einen Innenring (27) und einen Außenring (28) aufweist, wobei zwischen diesen Ringen (27, 28) das Heizelement (26) eingebettet ist.
Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (26) als ein gegenüber den Ringen (27, 28) elektrisch isolierter Heizmäander (29) ausgebildet ist.
Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmäander (29) in Dickschichttechnik zwischen zwei Folien einlaminiert ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) eine katalytische Beschichtung (31) aufweist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (26) permanent oder zyklisch betrieben wird.
Glühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Betriebsarten des Heizelements (26) statisch bei einer festgelegten Temperatur oder dynamisch nach zeitlich festgelegten Heizzyklen erfolgt.
Glühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (26) mit einer Kennfeldregelung betrieben wird.
Glühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizelements (26) durch einen Temperaturfühler (32) oder durch eine Überwachung des elektrischen Widerstandes des Heizelements (26) überwacht wird.
Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überwachung des elektrischen Widerstandes des Heizelements (26) dieses mit getaktetem Strom betrieben wird und die Temperaturmessung zur Überwachung des elektrischen Widerstandes des Heizelements (26) in den Pausen zwischen den Heizphasen erfolgt.