DE102005060139B4

DE102005060139B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102005060139B4
Application number: DE200510060139
Authority: DE
Inventors: Erhard Giese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2025-12-17
Also published as: DE102005060139A1

Abstract

Zündkerze mit einem in der Wandung des Brennraums einzuschraubenden Einschraubkörper (10), der die Masseelektrode (12) trägt, und einem in den Einschraubkörper (10) eingesetzten Isolierkörper (14), der die Mittelelektrode (16) führt, wobei die Mittelelektrode (16) mit einer mit dem Brennraum kommunizierenden Bohrung (18) versehen ist, in die ein faseroptischer Drucksensor (22) eingesetzt ist, dessen Membran (20) mit Abstand von dem in den Brennraum ragenden Frontende (28) der Mittelelektrode (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an das Frontende (28) anschließende Bereich der Bohrung (18) eine poröse gasdurchlässige Füllung (38) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Anforderungen an die Reduzierung des Schadstoffausstoßes von Ottomotoren werden immer höher. Um den Schadstoffausstoß weiter zu reduzieren, ist es erforderlich, den jeweilgen Verlauf des Drucks im Brennraum der Maschine zu erfassen, und es wird ein Drucksensor im Brennraum benötigt, um die Verbrennung gezielt beeinflussen zu können.
Die US 6 359 377 B1 zeigt eine Zündkerze mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, die DE 101 45 944 A1 zeigt eine ähnliche Zündkerze. Auch die DE 81 08 237 U1 , die DE 86 14 081 U1 und die DE 90 14 119 U1 zeigen Zündkerzen, deren Mittelelektroden eine mit dem Brennraum kommunizierende Bohrung aufweisen, in die Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter des Verbrennungsvorgangs eingesetzt sind.
Bei den bekannten Zündkerzen stellt sich das Problem, dass sich in dieser eine die Messung beeinträchtigende Resonanzschwingung aufbauen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze zu schaffen, die es erlaubt, bei einem einfachen Aufbau den Druckverlauf im Brennraum frei von Resonanzschwingungen der Zündkerze zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Erfindungsgemäß wird also in der Zündkerze eine koaxiale Messbohrung für den Drucksensor geschaffen, wobei der sich an das Frontende anschließende Bereich der Bohrung eine poröse, gasdurchlässige Füllung aufweist. Die Messbohrung befindet sich damit im Zentrum der Zündelektrode. Als Drucksensor kommt dabei ein faseroptischer Drucksensor zum Einsatz, da der Lichtleiter des Sensors eine ideale galvanische Trennung zwischen Zündspannung und Sensorsignal ermöglicht. Die grundsätzliche rotationssymmetrische Konstruktion der Zündkerze wird nicht verändert.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben, Dabei zeigt:
1 den prinzipiellen Aufbau der Zündkerze mit Drucksensor,
2 eine weitere Ausführung der Erfindung,
3 ein spezielles Zündkabel, das für den Betrieb dieser Zündkerze erfindungsgemäß besonders geeignet ist, und
4 eine Querschnittsansicht des Zündkabels.
Die Zündkerze besteht aus dem Einschraubkörper 10, der Masseelektrode 12, dem Keramik-Isolierkörper 14 und der Mittelelektrode 16. Im Gegensatz zu einer normalen Zündkerze ist die Mittelelektrode 16 nicht massiv sondern mit einer Bohrung 18 und damit rohrförmig ausgebildet. Die Bohrung 18 in der Mittelelektrode 16 ist durchgängig bis hin zum Brennraum ausgebildet. Wie bei einer herkömmlichen Zündkerze ist dabei der Durchmesser der Elektrode 16 im zum Brennraum zeigenden Bereich reduziert. Die Mittelelektrode 16 ist druckdicht in den Keramikkörper 14 eingelötet.
Im oberen Teil der Mittelelektrode 16 befindet sich der faseroptische rohrförmige Drucksensor 22, der möglichst spaltfrei in die Bohrung 18 passen soll, damit ein guter Wärmeübergang zu den Teilen 14 und 10 besteht. Der Drucksensor besteht aus dem metallischen Grundkörper 22, der brennraumseitig mit der Druckmembran 20 verschlossen ist, dem Anschlagring 32 und dem Lichtleiterkabel 26. Die Druckmembran 20 des Drucksensors 22 befindet sich möglichst dicht am Brennraum, damit die Bohrung 18 zwischen der Druckmembran 20 und Frontende der Elektrode 28 möglichst kurz ist. Die Druckmembran 20 soll bevorzugt hinter der Auflagefläche 30 liegen, da hier der größte Teil der Verbrennungswärme von der Elektrode 16 auf den Gewindegrundkörper 10 übertragen wird. Durch diese Lage der Druckmembran 20 wird der Sensor gut vor übermäßiger Erwärmung geschützt und andererseits ist er damit so dicht wie möglich am Brennraum angebracht, was für eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist. Wäre der Drucksensor 22 mit seiner Membran 20 direkt in der Spitze 28 der Zündelektrode 16 angeordnet, so würde dieser zu heiß werden und durch die Zündfunken im Motorbetrieb abbrennen und zerstört werden.
Der Verbrennungsdruck des Brennraumes gelangt über die Bohrung 18 zur Druckmembran 20. Die gasdichte Abdichtung nach außen hin geschieht am oberen Ende der Zündelektrode. Dort ist der Drucksensor 22 druckdicht mit Hilfe des Anschlagringes 32 an der Verbindungsstelle 24 fest mit der Elektrode 16 verbunden. Vorzugsweise ist 24 eine Laser-Schweißverbindung.
Alternativ kann der Drucksensor 22 auch mit Hilfe einer Schraubverbindung mit dem oberen Teil der Elektrode im Bereich der Stelle 24 verbunden sein.
Wie bei einer normalen Zündkerze wird die Zündspannungsleitung an den oberen Teil der Zündelektrode 16 angeschlossen. Das Lichtleiterkabel 26 dient zur Verbindung des Drucksensors mit der weiter zurückliegenden, hier nicht dargestellten, Optoelektronik. Das Lichtleiterkabel 26 ist metallfrei hochisolierend und wird von der Zündspannung nicht beeinflußt.
2 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, die einige Nachteile der ersten Ausführung beseitigt.
Die Messbohrung 18 stellt dabei zusammen mit der Druckmembran 20 ein einseitig verschlossenes Rohr dar, in dem sich Resonanzschwingungen ausbilden können, die die Druckmessung stören und verfälschen. Daher besteht der vordere brennraumseitige Teil 36 der Zündelektrode aus dem Rohr 36 und einer porösen gasdurchlässigen Füllung 38, die als Schwingungsdämpfer dient. Bevorzugt besteht die Füllung 38 aus einem porösen Sintermetall oder einem Metallkörper mit labyrinthartigen Kanälen, die eine direkte axiale Gasbewegung verhindern und damit den Aufbau einer Resonanzschwingung verhindern. Die Rohrelektrode 36 und das Füllstück 38 sollen fest miteinander verbunden sein, damit ein guter Wärmeübergang zwischen den Teilen besteht.
In 2 ist die Mittelelektrode der Zündkerze wie bei einer normalen Zündkerze dreiteilig ausgeführt. Die Zündelektrode besteht hier aus dem brennraumseitigen Vorderteil 36 mit Füllstück 38, dem ringförmigen Widerstandselement 40 und dem Elektroden-Oberteil 34. Das Widerstandselement 40 ist auch bei normalen Zündkerzen vorhanden und dient zum Dampfen von elektrischen Schwingungen im Zündsystem, ist aus einem leitfähigen Glaslot hergestellt, aber als massive Scheibe oder Zylinder ausgeführt.
Das Widerstandselement 40 ist hier als ringförmiger Körper ausgeführt, der den Gaszutritt vom Brennraum zum Drucksensor 22 ermöglicht. Teil 40 kann auch als Scheibe ohne Loch ausgeführt sein, wenn das Widerstandsmaterial porös und selbst geeignet gasdurchlässig ist. In jedem Fall müssen die Teile 36 , 40 und 34 der Mittelelektrode so miteinander verbunden sein und im Keramikkörper 14 eingelötet sein, dass eine nach außen hin druckdichte Kammer entsteht, wo nur über die Bohrung 18 bzw. den Schwingungsdämpfer 38 eine Verbindung zwischen dem Drucksensor 22 und dem Brennraum besteht.
3 zeigt das spezielle Zündkabel, das für den Betrieb dieser Zündkerze erfindungsgemäß besonders geeignet ist. Der untere Teil des Kabels 42 ist mit der Zündkerze fest oder lösbar verbunden und ist aus mehreren Komponenten koaxial aufgebaut. Im Kern des Kabels befindet sich der Lichtleiter 26 zum Betrieb des Drucksensors 22.
Am oberen Ende des Kabels 42 befindet sich ein metallischer Kontaktring 44, der mit dem Drahtgeflecht 50 des Kabels verbunden ist und zum Anschluss der Hochspannung von der Zündspule dient. Zündkerzenseitig ist das Drahtgeflecht 50 elektrisch leitend mit der Zündelektrode 16 verbunden.
Am Anschlussring 44 endet das Drahtgeflecht 50 und nur das Lichtleiterkabel 26 wird dort herausgeführt. Am Ende des Lichtleiterkabels ist dann ein Anschlusteil 48 des Drucksensors angebracht. Die Länge des Lichtleiterkabels 26 zwischen Ring 44 und Elektronik 48 kann dabei einfach so lang gewählt werden, wie es zum sicheren Schutz vor der Hochspannung erforderlich ist. Das Anschlussteil 48 kann dabei entweder die gesamte Sensorelektronik oder nur ein Teil derselben enthalten oder nur ein Lichtleiterstecker sein. Teil 48 besitzt nur einen kleinen Außendurchmesser, der es erlaubt, einen Montageschlüssel für die Zündkerze über das Kabel zu schieben.
4 zeigt den Querschnitt des Zündkabels 42 und verdeutlicht, dass das zu dem Drucksensor 22 führende Lichtleiterkabel 26 sich im Zentrum des Kabels 42 befindet. Es wird umschlossen von einem Drahtgeflecht 50, das als Hochspannungsleiter dient. Eine hochspannungsfeste Isolierschicht 41 bildet die Außenhülle des Kabels 42.

Claims

Zündkerze mit einem in der Wandung des Brennraums einzuschraubenden Einschraubkörper (10), der die Masseelektrode (12) trägt, und einem in den Einschraubkörper (10) eingesetzten Isolierkörper (14), der die Mittelelektrode (16) führt, wobei die Mittelelektrode (16) mit einer mit dem Brennraum kommunizierenden Bohrung (18) versehen ist, in die ein faseroptischer Drucksensor (22) eingesetzt ist, dessen Membran (20) mit Abstand von dem in den Brennraum ragenden Frontende (28) der Mittelelektrode (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an das Frontende (28) anschließende Bereich der Bohrung (18) eine poröse gasdurchlässige Füllung (38) aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (38) aus einem porösen Sintermetall oder einem Metallkörper mit labyrinth-artigen, eine direkte axiale Gasbewegung verhindernden Kanälen besteht.
Zündkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (18) im Bereich zwischen der Membran (20) und dem Frontende (28) einen geringeren Durchmesser als in dem die Mittelelektrode (16) aufnehmenden Bereich hat.
Zündkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Mittelelektrode (16) als ringförmiges oder rohrförmiges Widerstandselement (40) ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkabel (42) mit einem in dessen Mitte angeordneten, zu dem faseroptischen Drucksensor (22) führenden Lichtleiter (26) versehen ist.