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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Glühkomponente für eine Verbrennungskraftmaschine
mit einem keramischen Filterelement gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches
1.
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Bei
heute eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen, seien es selbstzündende oder
fremdgezündete
Verbrennungskraftmaschinen, stellt der im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
herrschende Druck eine sehr wichtige Messgröße zur Motorsteuerung und zur
Optimierung der Verbrennung dar. Aus diesem Grunde werden beispielsweise bei
selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschinen Drucksensoren in Glühkomponenten, wie zum Beispiel
Glühstiftkerzen
integriert. Die Glühkomponenten,
wie zum Beispiel die angesprochenen Glühstiftkerzen, können dabei
im Idealfall in einer zusätzlichen
Bohrung im Gehäuse
oder im Glühstift
selbst aufgenommen sein, um die Messung des Brennraumdruckes der
Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.
Bei der Erzeugung eines Messkanals stellen sich drei wichtige Probleme:
Es
steht erstens eine geringe Platzmenge an der Glühkomponente, wie zum Beispiel
einer Glühstiftkerze
zur Integration der Bohrung zur Verfügung, des Weiteren neigt der
Messkanal aufgrund seines geringeren Durchmessers zum Verkoken,
und schließlich treten
in derartigen Messkanäle
Pfeifenschwingungen auf.
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Um
dem Problem des Platzmangels abzuhelfen, könnte der Messkanal durch den
keramischen Stift gebohrt werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn
sich bei dem eingesetzten Heizelement um einen keramischen Stift
mit einem außen liegend
angeordneten Heizelement handelt.
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Aus
EP 0 412 428 B1 ist
ein keramischer Verbundkörper,
eine Matrix enthaltend bekannt, welche Einlagerungen von Hartstoffteilchen
und/oder anderer Verstärkungskomponenten
enthält.
Eine Mischung aus einem siliziumorganischen Polymer mit einem metallischen
Füllstoff,
der mit den bei der Pyrolyse der Polymerverbindungen entstehenden
Zersetzungsprodukten reagiert, wird einem Pyrolyse- und Reaktionsprozess
unterworfen. Die Matrix ist eine ein- oder mehrphasige, amorphe,
teilkristalline oder kristalline Matrix aus Siliziumcarbid (SiC),
Siliziumnitrit (Si
3N
4),
Siliziumdioxid (SiO
2) oder aus Mischungen
davon und B
2O
3 (Boroxid)
und BN (Bornitrit) und B
4C (Borcarbid) mit
C (Kohlenstoff) oder Borsilikatglas (SiO
2/B
2O
3), oder zum Beispiel
aus Oxycarbiden, Oxynitriden, Carbonitriden und/oder Oxycarbonitriden.
Die Einlagerungen sind Hartstoffteilchen und/oder andere Verstärkungskomponenten, Carbide
und/oder Nitride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob,
Tantal, Chrom, Molybdän und/oder
Wolfram.
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Ein
derartiges Material kann zur Herstellung eines keramischen Heizkörpers verwendet
werden und bietet die Möglichkeit,
den Messkanal im keramischen Heizkörper selbst zu integrieren.
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Um
jedoch das dritte technische Problem – wie oben aufgezählt –, das Verkokungsproblem
des Messkanals zu lösen,
sollte gewährleistet
sein, dass keine Russpartikel in den kalten Bereich des Messkanals
gelangen. Dieses Problem ist bisher noch nicht in zufriedenstellender
Weise gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist das Verhindern des Verkokens eines
Messkanals innerhalb eines Heizkörpers
aus keramischem Material.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
an der Spitze eines Messkanals eines keramischen Heizkörpers einen
Partikelfilter, der aus einem porösen, jedoch hinsichtlich seiner
chemischen Zusammensetzung annähernd
identischem Material zum Material des Heizkörpers gefertigt ist, zu integrieren, um
die Verkokung des kalten Bereiches des Heizkörpers und damit den Verschluss
eines den Heizkörper durchziehenden
Messkanals zu vermeiden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird weiterhin
der Verkokung der porös
ausgebildeten Spitze des Heizkörpers
aufgrund des ständigen Glühvorgangs
und der damit zusammenhängenden Verbrennung
des Kohlenstoffes entgegengewirkt. Der Heizkörper einer Glühstiftkerze
für eine
selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine wird aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff
aus Precursor-Keramik gefertigt. Ausgangsmaterial ist ein Polysiloxan, ein
Polymer aus Si, C, O und H, welches mit verschiedenen Füllstoffen
vermischt wird. Zunächst
wird ein Heizkörper
aus einem Isolationsmaterial gefertigt, an dem anschließend eine
Spitze aus einem Leitmaterial angespritzt werden kann. Das Isolationsmaterial,
ggf. mit aus Leitmaterial angespritzter Spitze, wird mit einem weiteren
Material Leitmaterial (Schaftmaterial) umspritzt. Dieser Ausgangskörper wird
zentrisch gebohrt, so dass ein Messkanal erhalten wird. Der Messkanal
wird mit einem porösen
Material aufgefüllt,
wobei es sich um das erwähnte
Isolationsmaterial oder das Leitmaterial, aus dem die Spitze gefertigt
ist, handeln kann. Danach wird der Messkanal nachgebohrt und der
erhaltene Ausgangskörper rundgeschliffen.
An diese Fertigungsschritte schließt sich die Wärmebehandlung
(Pyrolyse) des Ausgangskörpers
an.
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Durch
die Auswahl der eingesetzten Füllstoffe
wird das elektrische und das physikalische Eigenschaftsprofil des
nach der Pyrolyse resultierenden Keramik-Verbundstoffes des Heizkörpers der
Glühstiftkerze
exakt auf das Anforderungsprofil zugeschnitten. Die Verwendung eines
sauerstoffhaltigen Polysiloxan-Precursors als Ausgangsmaterial ermöglicht die
einfache Bearbeitbarkeit unter Luft und damit eine einfache Herstellung
kostengünstiger
Produkte. Das nach dem Durchlauf der Pyrolyse enthaltene Produkt,
d.h. der Keramik-Verbund-Werkstoff besitzt
dabei eine gute Festigkeit und eine hohe chemische Stabilität hinsichtlich
von Oxidation und Korrosion.
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Durch
den Einsatz kondensationsvernetzender Harze sowie von Schaumstabilisatoren,
kann die Porosität
einer Keramik in weiten Bereichen eingestellt werden. So lässt sich
die Porosität
der Keramik im Bereich zwischen 1 Vol-% und 90 Vol-% einstellen,
wobei ein mittlerer Porendurchmesser im Bereich zwischen 0,1 bis
1000 μm
erreicht werden kann. Es lässt
sich darüber
hinaus eine bimodale Porositätsverteilung
durch zusätzliche
Verwendung von eine unterschiedliche Porosität erzeugenden Mitteln erreichen.
Da die Größe der Russpartikel
schwer vorhersagbar ist, können
durch eine bimodale Porostätsverteilung
in der Keramik zum Beispiel zweierlei Porendurchmesser erzeugt werden,
zum Beispiel 0,1 μm
und 10 μm,
so dass ein erheblicher Teil der Russpartikel aufgrund der bimodalen
Porositätsverteilung
in der Keramik zurückgehalten
werden kann.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Glühstiftkerze
umfasst einen hohl ausgebildeten keramischen Heizkörper mit
in diesem integrierten ausheizbaren Partikelfilter, wobei der Messkanal,
in welchem der ausheizbare Partikelfilter aufgenommen ist, während des
Formgebungsprozesses des Grünkörpers, d.h.
des keramischen Rohmaterials erfolgt. In vorteilhafter Weise unterscheiden
sich das Material des ausheizbaren Partikelfilters und das Material
des keramischen Heizkörpers
nur geringfügig
voneinander. Die Verkokung des Messkanals wird aufgrund des in diesen
am brennraumseitigen Ende angeordneten ausheizbaren Partikelfilters
vermieden.
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Durch
die Integration eines ausheizbaren Partikelfilters an der dem Brennraum
zuweisenden Seite der Glühstiftkerze,
d.h. am brennraumseitigen Ende des Heizkörpers der Glühstiftkerze,
wird ein Drucksensor erhalten, mit allen Vorteilen einer keramischen
Glühstiftkerze
hinsichtlich der Motorlebensdauerhaltbarkeit, t1000 < 2 s, womit die
Zeitspanne bezeichnet ist, die eine Glühstiftkerze benötigt; bis
an der dem Brennraum zuweisenden Spitze eine Temperatur von 1000 °C herrscht.
Die Glühstiftkerze
hat einen Außendurchmesser von ≤ 4 mm, so
dass den am Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine extrem
beengten Bauraumverhältnissen
in erforderlichem Maße
Rechnung getragen werden kann.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
Brennraumdrucksensorsystem mit einer Glühstiftkerze, die einen am brennraumseitigen Ende
der Glühstiftkerze
angeordneten Heizkörper umfasst
und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
des Heizkörpers
mit in diesem verlaufenden Messkanal sowie einem am brennraumseitigen
Endes des Heizkörpers in
den Heizkörper
integrierten ausheizbaren Partikelfilter.
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Ausführungsbeispiele
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Der
Darstellung gemäß 1 ist
ein Brennraumdrucksensorsystem mit einer Glühstiftkerze zu entnehmen. Ein
Brennraumdrucksensorsystem 10 umfasst eine Glühstiftkerze 12,
in der ein Kraftmesselement 14 aufgenommen ist. Beidseits
des Kraftmesselementes 14, welches ringförmig ausgebildet werden
kann, befinden sich innerhalb der Glühstiftkerze 12 ebenfalls
ringförmig
ausbildbare Heizelemente 16, welche über Anschlussleitungen 48 mit
einer Versorgungselektronik 20 in Verbindung stehen, über welche
das Aufheizen der Heizelemente 16 gesteuert wird. Neben
der Versorgungselektronik 20 ist außerhalb der Glühstiftkerze 12 eine
Auswertungselektronik 18 aufgenommen, welche die ermittelten Brennraumdrucksignale
des Kraftmesselementes 14 weiter verarbeitet.
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Die
Glühstiftkerze 12 umfasst
ein Gehäuse 22,
in dessen Innenraum 24 eine Drahtglühstromzuleitung 46 für einen
von der Glühstiftkerze 12 umschlossenen
Heizkörper 26 verläuft. Ferner
ist im Gehäuse 22 der
Glühstiftkerze 12 ein
Dichtkonus 28 enthalten, welcher der Abdichtung des Innenraumes 24 der
Glühstiftkerze 12 gegen
den Heizkörper 26 dient,
so dass verhindert wird, dass Brennraumgase in den Innenraum 24 des
Gehäuses 22 der
Glühstiftkerze 12 gelangen.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Glühstiftkerze 12 weist
diese an ihrem dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zuweisenden
Ende eine kegelförmige
Spitze 30 auf, die den Brennraumgasen ausgesetzt ist. Die
Glühstiftkerze 12 ge mäß der in 1 dargestellten
Ausführungsvariante
ist symmetrisch zu ihrer Achse 34 aufgebaut. Das vom Kraftmesselement 14 erfasste
Signal wird über
Signalleitungen 36 vom Kraftmesselement 14 an
die Auswertungselektronik 18 übertragen. Im Innenraum 24 der
Glühstiftkerze 12 befindet sich
darüber
hinaus ein hülsenförmig ausgebildetes Kraftübertragungselement 38,
welches an der Stirnseite des vom Dichtkonus 28 umschlossenen
Heizkörpers 26 anliegt.
An der anderen Stirnseite des hülsenförmig ausgebildeten
Kraftübertragungselementes 38 liegt
eines der Heizelemente 16 an. Zwischen dem weiteren der
Heizelemente 16 und einem Vorspannelement 40 befindet
sich ebenfalls ein hülsenförmig ausgebildetes
Bauteil 42, welches die im Innenraum 24 der Glühstiftkerze 12 verlaufenden
Leitungen 46 und 48 bzw. 36 umschließt.
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Die
in 1 dargestellte Glühstiftkerze 12 umfasst
einen Heizkörper 26,
der aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff aus Precursor-Keramik gefertigt
wird. Ausgangsmaterial dieses Keramik-Verbund-Werkstoffes ist ein
Polysiloxan, d.h. ein Polymer aus Si, C, O und H, welches mit verschiedenen Füllstoffen
vermischt wird. Durch die Auswahl der Füllstoffe wird das elektrische
und physikalische Eigenschaftsprofil des nach der Pyrolyse resultierenden
Keramik-Verbund-Werkstoffes der Glühstiftkerze 12 exakt
auf deren Anforderungsprofil zugeschnitten. Die Verwendung eines
sauerstoffhaltigen Polysiloxan-Precursor-Materials
als Ausgangsmaterial, ermöglicht
eine einfache Verarbeitbarkeit unter Atmosphärenbedingung und damit eine
Herstellung kostengünstiger
Heizkörper 26 aus
einem Keramikmaterial. Das aus der Pyrolyse hervorgehende Produkt,
d.h. die nach der Pyrolyse vorliegende Zusammensetzung des Ausgangsmaterial
Keramik-Verbund-Werkstoff
mit den diesem beigemischten Füllstoffen,
besitzt eine gute Festigkeit sowie eine hohe chemische Stabilität hinsichtlich
von Oxidation und Korrosion und ist darüber hinaus gesundheitlich unbedenklich.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist
in vergrößertem Maßstab ein
keramischer Heizkörper
einer Glühstiftkerze
gemäß der Darstellung
in 1 zu entnehmen.
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Der
in 2 dargestellte Heizkörper 26 umfasst eine
erste Stirnseite 50 sowie eine in der Darstellung gemäß 2 als
eine Planfläche 54 ausgebildete
zweite Stirnseite 52. Die zweite Stirnseite 52 des
Heizkörpers 26 aus
Keramik-Verbund-Werkstoff ist Brennraumgasen 86 ausgesetzt.
Der Druck im Brennraum wirkt über
einen Messkanal 58 auf das Kraftmesselement 14.
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Der
Heizkörper 26 weist
eine Mantelfläche 56 auf.
Ferner ist der Heizkörper 26 gemäß der Darstellung
in 2 zweiteilig aufgebaut und umfasst ein erstes
Heizkörperteil 88 sowie
ein zweites Heizkörperteil 90,
welche entlang einer Stoßfuge 68 aneinander
anliegen. Sowohl das erste Heizkörperteil 88 als
auch das zweite Heizkörperteil 90 sind
von dem Messkanal 58 durchsetzt, der zum Beispiel durch eine
Bohrung eines Grünkörpers, d.h.
des keramischen Verbund-Werkstoffs in unbehandelten Zustand erhalten
wird. Der Darstellung gemäß 2 ist
weiterhin zu entnehmen, dass der Messkanal 58 einen Innendurchmesser 60 aufweist.
Der Messkanal 58 weist hinsichtlich seines Durchmessers 60 ein
Untermaß gegenüber einem
Außendurchmesser 80 eines ausheizbaren
Partikelfilters 74 auf. Dieses Untermaß erzeugt im zweiten Heizkörperteil 90 eine
Ringfläche 78,
an welcher der ausheizbare Partikelfilter 74 anliegt. Die
Axialerstreckung des ausheizbaren Partikelfilters 74 ist
durch Bezugszeichen 82 angedeutet, sein Außendurchmesser
mit Bezugszeichen 80 bezeichnet. Der ausheizbare Partikelfilter 74 schließt bündig mit
der zweiten Stirnseite 52 des Heizkörpers 26 ab und ist
durch die mit Bezugszeichen 86 angedeuteten Brennraumgase
beaufschlagt. Der Heizkörper 26 aus
dem ersten Leitmaterial 64 weist einen Außendurchmesser 70 auf;
gleiches gilt für
das zweite Heizkörperteil 90,
welches aus dem zweiten Leitmaterial 66 gefertigt ist und
ebenfalls einen Außendurchmesser 70 aufweist.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
darüber
hinaus hervor, dass das Innere des Messkanales 58 im in
diesem Ausführungsbeispiel
aus mehreren Materialien aufgebauten Heizkörpers 26 mit einem Isolationsmaterial 72 ausgefüllt ist.
Zunächst
wird ein Körper
aus einem Isolationsmaterial 72 gefertigt, an dem eine
Spitze aus dem zweiten Leitmaterial 66 angespritzt werden
kann. Der erhaltene Verbund aus dem Isolationsmaterial 72 mit
optional daran angespritzter Spitze aus zweitem Leitmaterial 66,
wird anschließend
mit dem ersten Leitmaterial 64 (Schaftmaterial) umspritzt.
Anschließend
wird der erhaltene, aus dem ersten Leitmaterial 64 (Schaftmaterial),
dem zweiten Leitmaterial 66 (Spitze) und dem Standardisolationsmaterial 72 erhaltene
Körper
zentrisch gebohrt, so dass der Messkanal 58 entsteht. In
diesen kann entweder in Pulverform das Standardisolationsmaterial 72 oder
je nach den gewünschten
Glüheigenschaften
das zweite Leitmaterial 66 eingefüllt werden. Anschließend folgt
ein Nachbohren des Messkanals 58 und ein Rundschleifen
des erhaltenen Grünkörpers, gefertigt
aus dem ersten Leitmaterial 64 (Schaftmaterial), dem zweiten
Leitmaterial 66 (Spitze) und dem Standardisolationsmaterial 72.
Der Messkanal 58 dient der Übertragung des im Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drucks auf das Kraftmesselement 14,
welches zum Beispiel als Membran ausgeführt sein kann.
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Zur
Fertigung des im Ausführungsbeispiel gemäß 2 zweiteilig
ausgebildeten Heizkörper 26 aus
einem Keramik-Verbund-Werkstoff wird in den Grünkörper aus dem Keramik-Verbund-Werkstoff eine
Bohrung eingebracht, welche den Durchmesser 60 des Messkanals 58 definiert.
In einem anschließenden
Prozessschritt wird entweder das Standardisolationsmaterial 72 in
Pulverform oder das zweite Leitmaterial 66 in den Messkanal 58 eingefüllt. Entsprechend
des zur Befüllung
des Messkanals 58 gewählten
Materials, sei es das Standardisolationsmaterial 72 oder
das zweite Leitmaterial 66, lassen sich die Glüheigenschaften
des so erhaltenen Heizkörpers 26 einstellen.
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Über eine
drucklose Vernetzung in einem Temperaturbereich zwischen 150°C bis 200°C wird durch
das Verdampfen der Kondensationsprodukte wie zum Beispiel Ethanol
oder Wasser aus dem Standardisolationsmaterial 72 oder
dem zweiten Leitmaterial 66 die benötigte Porosität eingestellt.
Durch den in 2 mit Bezugszeichen 76 bezeichneten
L-förmigen Ansatz
werden die beiden Schichten des ersten Leitmaterials 64 voneinander
getrennt.
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Die
Einstellung der Porosität
kann in einem Bereich zwischen 1 Vol.-% und 90 Vol.-% erfolgen. Eine
Vergrößerung einer
Aufnahmebohrung zur Aufnahme des ausheizbaren Partikelfilters 74 auf
dessen Außendurchmesser 80,
wird durch ein nochmaliges Anbohren des Keramik-Verbund-Werkstoffes
erreicht. Danach wird der Heizkörper 26 in
eine Glühstiftkerze 12 eingebaut.
Der Heizkörper 26 kann
zum Beispiel in das Kerzengehäuse
in Form eines Vorpresslings eingepresst werden. Im rohrförmig ausgebildeten
Gehäuse
der Glühstiftkerze 12 können daneben
weitere Bauteile wie zum Beispiel am brennraumfernen Ende eine Keramikhülse sowie
ein Metallring eingelassen sein. Nachdem diese einzelnen Elemente
in das rohrförmig
ausgebildete Gehäuse der
Glühstiftkerze 12 eingelassen
wurden, wird mittels Krafteinwirkung der Glühstift in das brennraumseitige
Ende des Kerzengehäuses
eingepresst und ein Dichtmaterial verdichtet. Anschließend kann
das Gehäuse 22 der
Glühstiftkerze 12 mittels
eines Dichtrings oder dergleichen verschlossen werden. In eine zentrale Öffnung des
Gehäuses 22 kann
der Anschlussbolzen zur elektrischen Kontaktierung geführt sein.
Nach einer endgültigen
Einstellung einer definierten Presskraft kann der Dichtring durch
eine stoff-, kraft- oder formschlüssige Verbindung wie zum Beispiel
Verstemmen, Schweißen,
Pressverbund, Verschrauben, Löten
oder Kleben fixiert werden.
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Neben
dem Einbringen eines aufschäumbaren
Standardisolationsmaterials 72 in die zuvor in den Grünkörper aus
Keramik-Verbund-Werkstoff eingebrachte Bohrung des Messkanals 58 kann
auch ein Einlegeteil in den derart vorbearbeiteten Grünkörper eingelegt
werden. In einem weiteren Herstellungsschritt kann dann das Material
des ausheizbaren Partikelfilters 74 und das Standardisolationsmaterial 72 mit
sehr geringem Druck eingespritzt werden, was zum Beispiel im Wege
des Schaumspritzverfahrens erfolgen kann. Entsprechend der Zusammensetzung
des eingespritzten, den ausheizbaren Partikelfilter 74 bildenden
Materials, stellt sich die gewünschte
Porosität
in einem Bereich zwischen 1 Vol-% und 90 Vol-% ein, wobei auch ein
mittlerer Porendurchmesser am ausheizbaren Partikelfilter 74 zwischen
0,1 μm bis
1000 μm
eingestellt werden kann. Eine zusätzliche bimodale Porositätsverteilung lasst
sich durch Verwendung von unterschiedliche Porositäten erzeugenden
Mitteln erreichen.
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Der
ausheizbare Partikelfilter 74 wird auf dieselbe Art und
Weise hergestellt wie der gesamte keramische Stift. Das Material,
aus welchem der ausheizbare Partikelfilter 74 hergestellt
wird, unterscheidet sich lediglich hinsichtlich seiner Porosität vom zweiten
Leitmaterial 66, aus welchem das 2 entnehmbare
zweite Heizkörperteil 90 gefertigt
ist.
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In
Bezug auf die Porosität,
die sich am ausheizbaren Partikelfilter 74 schlussendlich
einstellt, kann durch den Einsatz kondensationsvernetzender Harze
sowie durch den Einsatz von geeigneten Schaumstabilisatoren die
Porosität
des ausheizbaren Partikelfilters 74 eingestellt werden.
Werden in vorteilhafter Weise das erste Leitmaterial 64,
aus welchem der erste Heizkörperteil 88 gefertigt
ist und das zweite Leitmaterial 66, aus welchem der zweite Heizkörperteil
(Spitze) und der ausheizbare Partikelfilter 74 gefertigt
wird, annähernd
chemisch identisch gewählt,
insbesondere an der Spitze des Messkanals 58, die den Brennraumgasen 86 ausgesetzt
ist, kann die Verkokung des kalten Bereiches und damit der Verschluss
des Messkanals 58 im in 2 aus dem ersten
Leitmaterial 64 und dem zweiten Leitmaterial 66 gefertigte
Heizkörper 26 auf
wirkungsvolle Weise verhindert werden.
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Außerdem kann
durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Integration des ausheizbaren Partikelfilters 74 am brennraumseitigen
Ende des Heizkörpers 26 eine
Verkokung an dem dem Brennraum zuweisenden Ende des Heizkörpers 26 aufgrund
des ständigen
Glühvorgangs
und der damit zusammenhängend
ständigen
Verbrennung von Kohlenstoff vermieden werden. Aufgrund des am brennraumseitigen
Ende der Glühstiftkerze 12 herrschenden
Temperaturniveaus von etwa 1000 °C
bis 1.150 °C
verbrennen die Russpartikel beim Glühen des Stiftes im Betrieb.
Sollten sich Russpartikel an der Glühstiftkerze 12 angelagert
haben, verbrennen diese, da die Glühstiftkerze 12 beim
Start der Verbrennungskraftmaschine innerhalb der Zeitspanne t1000 von ≤ 2
s eine Temperatur von 1000 °C
erreicht, so dass Russpartikel nicht in den im Heizkörper 26 ausgebildeten Messkanal 58 hineinzuwandern
vermögen.
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Die
Porosität
am brennraumseitigen Ende des Heizkörpers 26, der durch
die Brennraumgase 86 beaufschlagt ist, kann durch den Einsatz
von bereits stark vorvernetztem oder teilpyrolysiertem Material
erreicht werden. Der ausheizbare Partikelfilter 74, aus
dessen Ausgangsmaterial Kondensationsprodukte wie Ethanol und Wasser
ausgetrieben werden, wodurch sich die voreinstellbare Porosität einstellt, kann
auch aus vorvernetztem oder teilpyrolysiertem Material gefertigt
werden. In diesem Falle stellt sich die Porosität des ausheizbaren Partikelfilters 74 nicht durch
eine Kondensationsreaktion ein, sondern durch die geringere Packungsdichte
von teilpyrolysiertem Pulver. Auch gemäß dieser Ausführungsvariante
ist sichergestellt, dass keine Rußpartikel in den kalten Bereich
des Messkanals 58 gelangen und diesen über die Betriebsdauer der Glühstiftkerze 12 zusetzen.
Mit kaltem Be reich ist der Bereich des Heizkörpers 26 aus Keramik-Verbund-Werkstoff
gemeint, der der ersten Stirnseite 50 des gemäß des Ausführungsbeispieles
in 2 aus mehreren Materialien gefertigten Heizkörpers 26 näher liegt,
d.h. von der durch die Brennraumgase 86 beaufschlagten
zweiten Stirnseite 52 des Heizkörpers 26 entfernter
ist. Je größer die
chemische Ähnlichkeit
zwischen dem zweiten Leitmaterial 66 und dem Material,
aus welchem der ausheizbare Partikelfilter 74 gefertigt
ist, in Bezug auf das erste Leitmaterial 64, aus welchem der
erste Heizkörperteil 88 gefertigt
ist, desto besser ist der kalte Bereich des Messkanals 58,
der sich im Wesentlichen durch das erste Heizkörperteil 88 erstreckt,
gegen Verkokung durch sich anlagernde Rußpartikel geschützt. Der
mit Standardisolationsmaterial 72 befüllte Messkanal 58 erstreckt
sich bis in das zweite Heizkörperteil 90 (Spitze),
welches aus dem zweiten Leitmaterial 66 gefertigt sein
kann. Der Messkanal 58 hat die Aufgabe der Druckübertragung des
Brennraumdruckes auf die Kraftmesseinheit 14, welche neben
anderen möglichen
Ausführungsvarianten
als Membran ausgebildet sein kann. Demnach kann der integrierte
ausheizbare Partikelfilter 74 des Heizkörpers 26 je nach gefordertem
Einsatzprofil der Glühstiftkerze 12 sowohl
aus dem in den Messkanal 58 eingefüllten Standardisolationsmaterial 72 in
Pulverform, als auch aus in den Messkanal 58 eingefülltem in
Pulverform vorliegenden zweiten Leitmaterial 66 gefertigt
werden.
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- 10
- Brennraumdrucksensorsystem
- 12
- Glühstiftkerze
- 14
- Kraftmesselement
- 16
- Heizelemente
- 18
- Auswertungselektronik
- 20
- Versorgungselektronik
- 22
- Gehäuse
- 24
- Innenraum
- 26
- Heizkörper
- 28
- Dichtkonus
- 30
- kegelförmige Spitze
- 32
- Kraft
- 34
- Achse
- 36
- Signalleitungen
Kraftmesselement
- 38
- Kraftübertragungselement
- 40
- Vorspannelement
- 42
- Hülse
- 44
- Außengewinde
- 46
- Drahtglühstromzuleitung
- 48
- Anschlussleitungen
Heizelement
- 50
- erste
Stirnseite keramische Heizkörper
- 52
- zweite
Stirnseite keramische Heizkörper
- 54
- Planfläche
- 56
- Mantelfläche
- 58
- Messkanal
- 60
- Durchmesser
Messkanal
- 62
- Untermaß
- 64
- erstes
Leitmaterial
- 66
- zweites
Leitmaterial (Spitze)
- 68
- Stoßfuge
- 70
- Außendurchmesser
Heizkörper 26
- 72
- Isolationsmaterial
- 74
- ausheizbarer
Partikelfilter
- 76
- L-Form
Isolationsmaterial
- 78
- Ringfläche
- 80
- Außendurchmesser
ausheizbarer Partikelfilter 74
- 82
- Filterdicke
- 84
- Stützfläche
- 86
- Brennraumgase
- 88
- erstes
Heizkörper-Teil
- 90
- zweites
Heizkörper-Teil
(Spitze)