DE102005051817B4

DE102005051817B4 - Druckmessglüheinrichtung, insbesondere Druckmessglühkerze

Info

Publication number: DE102005051817B4
Application number: DE102005051817A
Authority: DE
Inventors: Bernd Last
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2025-10-29
Also published as: EP1780468A2; US7829824B2; DE502006009382D1; US20070095811A1; KR101302439B1; KR20070045965A; EP1780468B1; DE102005051817A1; JP5230924B2; EP1780468A3; ATE507437T1; JP2007120939A

Abstract

Druckmessglüheinrichtung, insbesondere Druckmessglühkerze, mit einem Heizstab (1, 2, 3), der fest in einer Halterung angeordnet ist und der ein elektrisches Heizelement (1), ein axial dehnfähiges Stützrohr (2) und einen Drucksensor (3) aufweist,
wobei das Heizelement (1) einen anschlussseitigen und einen brennraumseitigen Teil hat,
wobei das Stützrohr (2) brennraumseitig das Heizelement (1) und den Drucksensor (3) umgibt und
der Drucksensor (3) im Bauraum zwischen dem Heizelement (1) und dem Stützrohr (2) angeordnet ist,
wobei das Stützrohr (2) unter einer axialen Vorspannung direkt auf dem Heizelement (1) sitzt und der Drucksensor (3) durch die axiale Vorspannung des Stützrohrs (2) auf dem Heizelement (1) axial vorgespannt und der Drucksensor (3) so von der Halterung entkoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmessglüheinrichtung, insbesondere Druckmessglühkerze, mit einem Heizstab, der fest in einer Halterung angeordnet ist und der ein elektrisches Heizelement, ein axial dehnfähiges Stützrohr und einen Drucksensor aufweist. Auf den Drucksensor wird ein am Heizelement liegender Druck übertragen.
Ein Druckmessheizstab oder eine Druckmessglühkerze mit einem derartigen Heizstab wird bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwandt und hat neben der üblichen Glühfunktion eine Druckmessfunktion, über die beispielsweise der im Zylinder der Brennkraftmaschine herrschende Druck ermittelt werden kann.
Übliche Druckmessglüheinrichtungen weisen einen Heizstab und einen Drucksensor auf, der durch den im Zylinder der Brennkraftmaschine herrschenden Druck beaufschlagt wird, der über den Heizstab auf den Drucksensor übertragen wird.
Druckmessglüheinrichtungen oder Druckmessglühkerzen, die einen Heizstab und einen Drucksensor umfassen, sind beispielsweise aus der DE 103 43 521 A1 , DE 10 2004 044 727 A1 , der DE 10 2004 024 341 B3 der WO 2005/043039 A1 , der WO 2005/040681 A1 , der DE 10 2004 011 098 A1 , der EP 1 460 403 A1 und der US 2005/0150 301 A1 bekannt.
Des Weiteren sind derartige Druckmessglüheinrichtungen aus den gemäß § 3, Abs. 2 PatG nachveröffentlichten Druckschriften DE 10 2005 051 775 A1 , DE 10 2005 017 802 A1 , DE 10 2004 063 749 A1 und DE 10 2004 047 143 A1 bekannt.
DE 103 46 330 B4 betrifft eine Druckmessglühkerze mit einem zweiteilig ausgebildeten Kerzenkörper, in dem ein Druckmessheizstab angeordnet ist, welcher ein elektrisches Heizelement und einen Drucksensor aufweist, auf den ein am Heizelement liegender Druck über den Kerzenkörper übertragen wird. Der Drucksensor ist durch den zweiteili gen Kerzenkörper vorgespannt und die Druckübertragung erfolgt von einem unteren Teil des Kerzenkörpers auf einen oberen Teil des Kerzenkörpers, wobei der untere Teil und der obere Teil fest miteinander verbunden sind.
Aufgrund der voluminösen Geometrie und des Gewichtes der Druck- oder Kraftübertragungseinrichtungen zum Drucksensor liegt bei diesen bekannten Einrichtungen oft eine Störungen hervorrufende Eigenfrequenzsituation innerhalb des Messbandes vor.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Druckmessglüheinrichtung, insbesondere Druckmessglühkerze, zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat und dementsprechenden mit geringen Kosten verbunden ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckmessglüheinrichtung der im Anspruch 1 angegebenen Art gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Druckmessglüheinrichtung ist die Druckmesseinrichtung in den Heizstab integriert, werden keine speziellen Dichtungen und Führungen benötigt, was die Kosten herabsetzt, und kann durch Miniaturisierung die Eigenfrequenzproblematik vermieden werden.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Druckmessglüheinrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.
Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckmessglüheinrichtung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in einer Schnittansicht den brennraumseitigen Teil einer erfindungsgemäßen Druckmessglühkerze.
Der in der Zeichnung dargestellte Druckmessglühkerzenteil umfasst im Wesentlichen einen Heizstab 1, 2, 3, 4, der in einem Kerzenkörper 5 so angeordnet ist, dass er davon brennraumseitig axial vor steht. Der Kerzenkörper 5 ist durch einen Dichtsitz 8 zum Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgedichtet.
Der Heizstab 1, 2, 3, 4 besteht aus einem Heizelement 1, das vorzugsweise aus einem keramischen Material gebildet ist, und einem das Heizelement 1 außen und im brennraumseitigen Teil mit einem gewissen Spiel umgebenden Stützrohr 2. Ein Drucksensor 3, der beispielsweise ein piezoelektrisches Element sein kann und auf eine mechanische Spannung ansprechend ein elektrisches Signal erzeugt, ist mit einem gewissen Spiel zwischen dem Heizelement 1 und dem Stützrohr 2 derart angeordnet, dass ein brennraumseitig am Heizstab liegender Druck auf den Drucksensor 3 übertragen wird.
Das Stützrohr 2 kann aus einem Metallmaterial, d.h. einem elektrisch leitenden Material bestehen, so dass es das Heizelement 1, das zum einen über einen Innenpol 6 elektrisch kontaktiert ist, zum anderen über einen Außenpol 7 kontaktiert und dabei für die Stromrückführung am Außenpol 7 sorgt.
Das Stützrohr 2 ist axial dehnfähig, mit dem Heizelement 1 in axialer Richtung verspannt und bildet zusammen mit dem Drucksensor 3 einen Kraftkreislauf, der auf äußere Drücke, wie beispielsweise die Verbrennungsdrücke im Inneren des Zylinders der Brennkraftmaschine anspricht.
Die axiale Dehnfähigkeit des Stützrohres 2 kann dadurch an die jeweiligen Bedürfnisse der Messaufgabe angepasst werden, dass am Stützrohr 2 ein oder mehrere faltenbalgartige Verformungen vorgesehen sind. Durch die Ausbildung dieser faltenbalgartigen Verformungen kann die Dehnfähigkeit in axialer Richtung nach Wunsch eingestellt werden.
Eine Einpresshülse 4 ist anschlussseitig im Stützrohr 2 so vorgesehen, dass sie den Kraftkreislauf schließt. Hierzu ist das Stützrohr 2 über die Einpresshülse 4 verbördelt, wobei die Einpresshülse 4 als stabi les Element dient, das es ermöglicht, die gesamte Baugruppe aus Heizelement 1, Stützrohr 2, Einpresshülse 4 und Drucksensor 3 dicht im Kerzenkörper 5 zu verpressen. Das kann durch Einpressen des Heizelements 1 in die Einpresshülse 4 oder durch radiale Krafteinwirkung im Bereich der Einpresshülse 4 erfolgen.
Die Kontaktierung des Heizelementes 1 erfolgt durch geeignete Leitungen, die in die Einpresshülse 4 integriert sind oder über eine Kontaktierung zwischen dem Heizelement 1 und der Einpresshülse 4.
Bei der erfindungsgemäßen Druckmessglüheinrichtung ist somit das Stützrohr 2 unter einer axialen Vorspannung direkt auf dem Heizelement 1 angeordnet und befindet sich der Drucksensor 3 im Bauraum zwischen dem Heizelement 1 und dem Stützrohr 2.
Das Stützrohr 2 hat mehrere Funktionen, nämlich des Aufbaus einer Vorspannung am Heizelement 1, der Kraftübertragung auf den Drucksensor 3, indem das vorgenannte Stützrohr 2 entlastet wird, der Stütze des Heizelements 1, der Stromübertragung von Heizelement 1 und der Abdichtung im Kerzenkörper 5.
Obwohl bei dem oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel das Heizelement 1 axial durchgehend von der Brennraumseite zur Anschlussseite zu dem dort befindlichen Innenpol 6 verläuft, ist es auch möglich, dass das Heizelement 1 brennraumseitig am Drucksensor 3 endet und dieser nicht wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Ringes sondern als ein massives, beispielsweise quaderförmiges oder massiv zylindrisches Element ausgebildet ist. In diesem Fall wird der elektrische Anschluss statt über den Innenpol 6 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine äußere Stromführung erzielt.
Der Drucksensor 3 besteht beispielsweise aus einem temperaturstabilen piezoelektrischen Quarzelement oder aus einem Element aus einer piezoelektrischen Funktionskeramik. Bei einem derartigen Druck sensor lässt sich eine lineare Druck/Ladungswandlung einstellen, die über eine geeignete Elektronik in ein übliches Spannungssignal als Sensorausgangssignal umgesetzt werden kann. Aufgrund der thermisch exponierten Einbaulage ist es bevorzugt, in der Elektronik eine Temperaturkompensation des Messsignals vorzusehen.
Obwohl im obigen die Verwendung des Heizstabes bei einer Druckmessglühkerze mit einem Kerzenkörper 5 beschrieben wurde, kann der Heizstab bei einer beliebigen Druckmessglüheinrichtung verwandt werden, die eine entsprechende Halterung für den Heizstab aufweist.
Entscheidend ist, dass der Heizstab im anschlussseitigen Bereich, insbesondere im Bereich der Einpresshülse 4 in der Halterung fest angeordnet beispielsweise pressgepasst ist. Es ist auch möglich, den Heizstab in eine derartige Halterung einzuschweißen, wobei in diesem Fall die Einpresshülse 4 nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass der Drucksensor von Verformungen der Halterung, z.B. des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine, in dem der Heizstab angeordnet ist, entkoppelt ist.
Der Heizstab arbeitet in der folgenden Weise:
Aufgrund der axial verspannten Anordnung des Stützrohres 2 auf dem Heizelement 1 liegt am Drucksensor 3 eine axiale Vorspannung. Wenn der Heizstab mit einem äußeren Druck beaufschlagt wird, addiert sich dieser zu der am Drucksensor 3 bereits liegenden Vorspannung in Form einer zusätzlichen Kraft. Das daraus resultierende Spannungssignal wird abgegriffen und zu einem den am Heizelement 1 liegenden Druck wiedergebenden Drucksignal verarbeitet.

Claims

Druckmessglüheinrichtung, insbesondere Druckmessglühkerze, mit einem Heizstab (1, 2, 3), der fest in einer Halterung angeordnet ist und der ein elektrisches Heizelement (1), ein axial dehnfähiges Stützrohr (2) und einen Drucksensor (3) aufweist, wobei das Heizelement (1) einen anschlussseitigen und einen brennraumseitigen Teil hat, wobei das Stützrohr (2) brennraumseitig das Heizelement (1) und den Drucksensor (3) umgibt und der Drucksensor (3) im Bauraum zwischen dem Heizelement (1) und dem Stützrohr (2) angeordnet ist, wobei das Stützrohr (2) unter einer axialen Vorspannung direkt auf dem Heizelement (1) sitzt und der Drucksensor (3) durch die axiale Vorspannung des Stützrohrs (2) auf dem Heizelement (1) axial vorgespannt und der Drucksensor (3) so von der Halterung entkoppelt ist.
Druckmessglüheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab eine Einpresshülse (4) aufweist, die im Stützrohr (2) anschlussseitig angeordnet ist.
Druckmessglüheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (3) ein ringförmiges Element ist, das außen auf dem Heizelement (1) sitzt, das stabförmig ausgebildet ist und anschlussseitig mit einem Innenpol (6) und brennraumseitig mit einem Außenpol (7) versehen ist, der das Stützrohr (2) kontaktiert, welches Stützrohr (2) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist.
Druckmessglüheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (3) aus einem Vollmaterialele ment besteht, das brennraumseitig vom Heizelement (1) kontaktiert wird, wobei die elektrischen Zuleitungen zum Heizelement (1) über eine äußere Stromzuführung erfolgen.
Druckmessglüheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (3) auf einer brennraumseitig am Heizelement (1) ausgebildeten Schulter sitzt.
Druckmessglüheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützrohr (2) durch Ausbildung von faltenbalgartigen Verformungen axial dehnfähig ausgebildet ist.