DE102008009441B4

DE102008009441B4 - Druckmessglühkerze

Info

Publication number: DE102008009441B4
Application number: DE102008009441A
Authority: DE
Inventors: Michael 71726 Haussner; Christian 75031 Pottiez; Ralf 70372 Ehlert; Arno 71263 Marto; Frank 71642 Pechhold; Bernd Dr. 72762 Last; Johann 74182 Weissenbacher; Hans 52146 Houben
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: JP5602026B2; RU2485401C2; RU2010137167A; KR20100120682A; WO2009100752A1; JP2011511921A; CN101946128A; KR101662182B1; DE102008009441A1; US20110056925A1

Abstract

Glühkerze für einen Dieselmotor, mit einem Glühkerzenkörper (1), der ein Außengewinde (2) zum Einschrauben in eine Gewindebohrung des Dieselmotors aufweist, einem Heizstab (3), der in dem Glühkerzenkörper (1) in axialer Richtung beweglich ist und aus diesem herausragt, einer Druckmesseinrichtung (7) zum Messen eines auf den Heizstab (3) einwirkenden Brennkammerdrucks in einer Brennkammer des Dieselmotor, und einer Dichtungsmembran (5), die zwischen dem Glühkerzenkörper (1) und dem Heizstab (3) angeordnet ist, wobei zur Dämpfung radialer Schwingungen des Heizstabs (3) zwischen dem Glühkerzenkörper (1) und dem Heizstab (3) ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6) aus einem Perfluorelastomer ist und eine Engstelle des Heizstabs (3) umgibt, wobei der Schwingungsdämpfer (6) von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran (5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Glühkerze ist aus der DE 10 2004 024 341 B3 bekannt und hat eine Druckmesseinrichtung zum Messen des Brennkammerdrucks, weshalb derartige Glühkerzen auch als Druckmessglühkerzen bezeichnet werden.
Bei eines aus DE 10 2004 044 727 A1 bekannten Glühkerze ist zwischen dem Glühkerzenkörper und dem Heizstab eine metallische Dichtungsmembran in Form eines Faltenbalgs angeordnet, die verhindert, dass Verbrennungsgasen durch das Kerzengehäuse hindurch aus der Brennkammer austreten. Die metallische Dichtungsmembran kann den Temperaturen von Verbrennungsgasen der Brennkammer gut standhalten und ermöglicht eine gute axiale Beweglichkeit des Heizstabs, so dass der Brennkammerdruck über den Heizstab auf eine Druckmesseinrichtung übertragen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich der Brennkammerdruck mit einer Glühkerze präziser messen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Genauigkeit, mit der mittels der Druckmesseinrichtung der Brennkammerdruck gemessen werden kann, durch Eigenschwingungen der Glühkerze begrenzt wird. Indem zwischen dem Glühkerzenkörper und dem Heizstab ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer angeordnet ist, lassen sich radial wirkende Eigenschwingungen der Glühkerze dämpfen und damit die Messgenauigkeit steigern. Vorteilhaft lässt sich mittels eines Schwingungsdämpfers nicht nur eine Dämpfung, sondern auch eine Verschiebung der Eigenschwingungen hin zu höheren Frequenzen erreichen, die weniger leicht angeregt werden und deshalb kleinere Schwingungsamplituden haben.
Ein Schwingungsdämpfer aus einem Perfluorelastomere hat eine gute Temperaturbeständigkeit und einen vorteilhaft niedrigen Reibungskoeffizienten, so dass die axiale Beweglichkeit des Heizstabs in dem Glühkerzengehäuse durch den Schwingungsdämpfer kaum beeinträchtigt wird. Besonders gut geeignet ist Perfluorkautschuk. Ein gut geeigneter Perfluorkautschuk ist unter der Bezeichnung Kalrez im Handel erhältlich.
Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze lassen sich in dem besonders bedeutsamen Frequenzbereich von 1 kHz bis 20 kHz, insbesondere 3 kHz bis 5 kHz, Eigenschwingungen mit einer radialen Amplitude dämpfen und zu höheren Frequenzen verschieben.
Der Schwingungsdämpfer ist bevorzugt als O-Ring ausgebildet. Überraschenderweise lässt sich mit einer derart einfachen Maßnahme eine deutliche Dämpfung der Eigenschwingungen des Heizstabs erreichen. Vorzugsweise ist der Schwingungsdämpfer von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran angeordnet, so dass er vor einer direkten Einwirkung heißer Verbrennungsgase durch die Dichtungsmembran geschützt ist. Die Dichtungsmembran ist bevorzugt aus Metall und kann beispielsweise als faltenbalg- oder wellrohrartiges Dichtelement ausgebildet sein.
Eine Eigenschwingung lässt sich besonders effizient dämpfen, indem der Schwingungsdämpfer an dem Schwingungsbauch der Eigenschwingung angeordnet ist. Bevorzugt ist der Schwingungsdämpfer an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet. Überraschenderweise ist dies in der Regel die dritte oder vierte Eigenschwingung, so dass sich radiale Schwingungsbewegungen des Heizstabs besonders effizient dämpfen lassen, indem der Schwingungsdämpfer auf einen Schwingungsbauch der dritten oder vierten Eigenschwingung einwirkt.
Bevorzugt ist der Heizstab von mindestens zwei Schwingungsdämpfern umgeben. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sich die Dämpfungswirkung verstärken lässt. Insbesondere können unterschiedliche Eigenschwingungen durch den Einsatz von mehreren Schwingungsdämpfern effizient gedämpft werden. Bevorzugt sind die Schwingungsdämpfer an den beiden stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Heizstab nicht nur dessen beheizter Abschnitt an seinem brennkammerseitigen Ende verstanden, sondern der gesamte Stab, der sich in dem Gehäuserohr bis zu der Druckmesseinrichtung erstreckt, also auch einen nicht von einem Gehäuserohr umgebenen Abschnitt eines Innenpols, über den ein Heizelement in dem beheizten Abschnitt des Heizstabes mit Strom versorgt werden kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen gekennzeichnet. Es zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
2: eine Detailansicht zu 1;
3: eine weitere Detailansicht zu 1;
4: eine Detailansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels; und
5: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Glühkerze hat einen Glühkerzenkörper 1, der ein Außengewinde 2 zum Einschrauben in eine Gewindebohrung eines Dieselmotors aufweist, und einen Heizstab 3, der in dem Glühkerzenkörper 1 in axialer Richtung beweglich ist und mit einem beheizbaren Abschnitt 3a, der einen reduzierten Durchmesser hat, aus dem Glühkerzenkörper 1 herausragt und sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bis zu einem Gehäuse 4 für elektronische Schaltung an dem bestimmungsgemäß von der Brennkammer abgewandten Ende des Glühkerzenkörpers 1 erstreckt.
Der in axialer Richtung relativ zum Glühkerzenkörper 1 gleitend verschiebbare Heizstab 3 überträgt einen in der Brennkammer eines Dieselmotors herrschenden Druck auf eine nicht dargestellte Druckmesseinrichtung. Je größer der Brennkammerdruck ist, desto weiter wird der Heizstab 3 gegen eine Rückstellkraft in das Glühkerzengehäuse hineingedrückt. Die druckbedingte Verlagerung des Heizstabs 3 relativ zu dem Glühkerzenkörper 1 beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 μm/bar und 0,25 μm/bar.
Die Druckmesseinrichtung zum Messen eines auf den Heizstab einwirkenden Brennkammerdrucks ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 4 angeordnet und kann beispielsweise einen Piezosensor oder einen Dehnungsmessstreifen zur Druckmessung enthalten. Die Druckmesseinrichtung kann auch in einen zylindrischen Abschnitt des Glühkerzenkörpers 1, der von der Brennkammer aus gesehen vor dem Gehäuse 4 liegt, angeordnet sein.
Zwischen dem Glühkerzenkörper 1 und dem Heizstab 3 ist eine metallische Dichtungsmembran 5 angeordnet, die als faltenbalgartiges Dichtelement ausgebildet und insbesondere in der Detailansicht von 2 zu sehen ist. Die Dichtungsmembran 5 schützt die Druckmesseinrichtung vor einer direkten Einwirkung von Verbrennungsgasen der Brennkammer und lässt dennoch eine axiale Beweglichkeit des Heizrohrs/-stabs 3 relativ zu dem Glühkerzenkörper 1 zu.
Zur Dämpfung radialer Schwingungen des Heizstabs 3 ist zwischen dem Glühkerzenkörper 1 und dem Heizstab 3 ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer 6 angeordnet, der sowohl gegen Heizstab 3 als auch gegen den Glühkerzenkörper 1 drückt. Bei einer radial wirkenden Schwingung des Heizstabes wird der Schwingungsdämpfer komprimiert und bewirkt so eine Schwingungsdämpfung. Um eine möglichst große Dämpfungswirkung zu erzielen, ist der Schwingungsdämpfer 6 an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet. Dies ist üblicherweise die dritte oder vierte Eigenschwingung des Heizstabs 3.
Der Schwingungsdämpfer 6 ist aus einem Perfluorelastomer, insbesondere aus Perfluorkautschuk, und hat eine Temperaturbeständigkeit bis über 300°C, vorzugsweise bis über 320°C. Ein geeignetes Material ist unter der Bezeichnung Kalrez im Handel erhältlich. Der Schwingungsdämpfer 6 kann im einfachsten Fall als ein O-Ring ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel des Schwingungsdämpfers 6 ist insbesondere in der Detailansicht der 3 zu sehen. Bevorzugt hat der Heizstab 3 eine Engstelle, in welcher der Schwingungsdämpfer 6 angeordnet ist. Die Engestelle erleichtert bei der Fertigung das Positionieren des Schwingungsdämpfers 6.
Zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung kann der Heizstab 3 zusätzlich von einem zweiten oder weiteren Schwingungsdämpfern 6 umgeben sein. Die Schwingungsdämpfer sind in einem solchen Fall bevorzugt an den stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet.
Ein Schwingungsdämpfer 6 kann auch auf die faltenbalgartige Dichtungsmembran 5 aufgesetzt werden, wie dies beispielhaft in 4 gezeigt ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die als Faltenbalg ausgebildete Dichtungsmembran 5 von der Brennkammer aus gesehen vor dem Außengewinde 2 der Glühkerze angeordnet. Auf diese Weise lassen sich Einschraubeffekte sowie Temperatureinflüsse des Materials des Glühkerzenkörpers 1 weitgehend eliminieren.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühkerze, bei dem die faltenbalgartige Dichtungsmembran 5 an dem brennkammerseitigen Ende des Glühkerzenkörpers 1 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb der Schwingungsdämpfer 6 von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran 5 angeordnet. Ein weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 besteht darin, dass sich die äußere Hülse des Heizstabs 3 nicht ganz bis zu der Druckmesseinrichtung 7 erstreckt. In 5 ist deshalb der Innenpol 3b des Heizstabs 3 zu sehen. Ein erster Schwingungsdämpfer 6 ist in Form eines O-Rings zwischen dem Innenpol 3b des Heizstabs 3 und dem Glühkerzenkörper 1 angeordnet, ein zweiter Schwingungsdämpfer umschließ die faltenbalgartige Dichtungsmembran 5.
Der Innenpol 3b ist ein elektrischer Leiter, welcher eine Heizwendel in dem beheizbaren Abschnitt 3a des Heizstabs 3 mit Strom versorgt. Zur elektrischen Isolation kann der Innenpol 3b von einem Keramikisolator, beispielsweise Magnesium oder Aluminiumoxid, umgeben sein. Eine Masseverbindung der Heizwendel kann über den Glühkerzenkörper 1 und die Außenseite des aus ihm herausragenden Abschnitts des Heizstabs 3 erfolgen.
Die Signale der Druckmesseinrichtung 7 werden über Anschlussleitungen einer elektronischen Schaltung im Gehäuse 4 geführt. In der elektronischen Schaltung im Gehäuse 4 kann bereits eine Auswertung der erhaltenen Signale erfolgen. Die Signale müssen aber nicht in der Glühkerze ausgewertet werden, sondern können stattdessen direkt an ein Motorsteuergerät übermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Glühkerzenkörper
2: Außengewinde
3: Heizstab
3a: Beheizbarer Abschnitt des Heizstabs
3b: Innenpol des Heizstabs
4: Gehäuse
5: Dichtungsmembran
6: Schwingungsdämpfer
7: Druckmesseinrichtung

Claims

Glühkerze für einen Dieselmotor, mit einem Glühkerzenkörper (1), der ein Außengewinde (2) zum Einschrauben in eine Gewindebohrung des Dieselmotors aufweist, einem Heizstab (3), der in dem Glühkerzenkörper (1) in axialer Richtung beweglich ist und aus diesem herausragt, einer Druckmesseinrichtung (7) zum Messen eines auf den Heizstab (3) einwirkenden Brennkammerdrucks in einer Brennkammer des Dieselmotor, und einer Dichtungsmembran (5), die zwischen dem Glühkerzenkörper (1) und dem Heizstab (3) angeordnet ist, wobei zur Dämpfung radialer Schwingungen des Heizstabs (3) zwischen dem Glühkerzenkörper (1) und dem Heizstab (3) ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6) aus einem Perfluorelastomer ist und eine Engstelle des Heizstabs (3) umgibt, wobei der Schwingungsdämpfer (6) von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran (5) angeordnet ist.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6) ein O-Ring ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Perfluorelastomer ein Perfluorkautschuk, ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6) an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet ist.
Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stärkste radial wirkende Oberschwingung die dritte oder vierte Eigenschwingung ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab (3) von mindestens zwei Schwingungsdämpfern umgeben ist.
Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwingungsdämpfer die faltenbalgartige Dichtungsmembran (5) umschließt.
Glühkerze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwingungsdämpfer an den beiden stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet sind.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungsdämpfer (6) in radialer Richtung einen höheren Elastizitätsmodul als in axialer Richtung hat.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (5) aus Metall ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (5) einen Faltenbalg oder ein Wellrohr bildet.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab (3) einen Innenpol (3b) und ein den Innenpol umgebendes Gehäuserohr aufweist, das von dem Schwingungsdämpfer (6) umschlossen ist.
Glühkerze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gehäuserohr bis zu der Druckmesseinrichtung (7) erstreckt.