DE102012101215A1

DE102012101215A1 - Druckmessglühkerze

Info

Publication number: DE102012101215A1
Application number: DE102012101215A
Authority: DE
Inventors: Christian Pottiez; Jörn Bohnenkamp; Dirk Wüstenhagen; Georg Rixecker
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: US20130206092A1; IN2013CH00563A; KR20130094233A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit einem Gehäuserohr (1), einem Glühstift (2), der aus dem Gehäuserohr (1) herausragt und gegen eine Rückstellkraft in Längsrichtung des Gehäuserohrs (1) beweglich ist, einem an den Glühstift (2) angeschlossenen Innenpol (6) zum Anlegen einer Versorgungsspannung an den Glühstift (2), und einem Sensor (4) zum Messen eines auf dem Glühstift (2) lastenden Drucks. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Massekontakt (7) des Sensors (4) als ein Rohr (5) oder Schlauch einen Abschnitt des Innenpols (6) umgibt und ein Signalkontakt (8) des Sensors (4) zwischen dem Massekontakt (1) und einer Wand des Gehäuserohrs (1) verläuft.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Glühkerzen ermöglichen mit eingebauten Sensoren eine Messung des Brennraumdrucks. Hohe Temperaturen, rasche Temperaturwechsel sowie eine starke mechanische Beanspruchung durch Vibrationen und ähnliches prägen die Einsatzbedingungen von Drucksensoren in Glühkerzen und erschweren präzise Messungen des Brennraumdrucks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie der Brennraumdruck mit einer größeren Präzision gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze umgibt ein als Rohr oder Schlauch ausgebildeter Massekontakt des Sensors in Umfangsrichtung einen Abschnitt des Innenpols. Der Signalkontakt des Sensors verläuft zwischen einen Abschnitt des Massekontakts und dem Gehäuserohr. Dadurch lässt sich eine deutliche Verbesserung der Messgenauigkeit erreichen.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass pulsweitenmodulierte Spannungssignale, die dem Glühstift über den Innenpol zugeführt werden, bei herkömmlichen Druckmessglühkerzen Störsignale bewirken können, welche die Messgenauigkeit einer Druckmessung beeinträchtigen können. Durch das schnelle An- und Abschalten der Spannungsversorgung können nämlich Ladungen in einen parasitären Kondensator eingekoppelt werden, der von dem Innenpol und dem Sensor bzw. dessen Signalkontakt gebildet wird. Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze kann dies durch eine von dem Massekontakt gebildete Abschirmung verhindert werden, indem der Massekontakt den Innenpol umgibt. Der Innenpol bildet bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze deshalb mit dem Massekontakt einen parasitären Kondensator. Ladungen dieses Kondensators haben keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Sensorsignal, da sie über Masse abfließen können. Indem der Signalkontakt des Sensors durch den Massekontakt von dem Innenpol abgeschirmt wird, lässt sich eine Verbesserung der Messgenauigkeit erreichen.
Der Massekontakt des Sensors kann das Rohrgehäuse elektrisch kontaktieren. Bevorzugt ist der Massekontakt des Sensors aber elektrisch von dem Rohrgehäuse isoliert. Auf diese Weise lassen sich elektrische Störsignale noch besser vermeiden. Der Innenpol kann an einen Potentialanschluss des Glühstifts und das Rohrgehäuse an einen Masseanschluss des Glühstifts angeschlossen sein. Glühstift und Sensor können dann also an Massepotentialen anliegen, die sich zumindest vorübergehend unterscheiden können. Bevorzugt ist ein den Sensor kontaktierender Endabschnitt des Massekontakts auf seiner von dem Sensor abgewandten Seite von einem Isolator, beispielsweise einem Isolierring oder einer Isolierscheibe, bedeckt. Auf diese Weise kann der Massekontakt mit geringem Aufwand von dem Rohrgehäuse elektrisch isoliert werden.
Der Signalkontakt des Sensors umgibt bevorzugt den Massekontakt des Sensors, beispielsweise indem der Signalkontakt als ein Rohr oder Schlauch ausgebildet ist. Der Signalkontakt kann aber auch von einem oder mehreren Drähte oder Stegen gebildet sein, die zwischen der Wand des Gehäuserohrs und dem Massekontakt angeordnet sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Massekontakt des Sensors an seinen beiden Enden aus dem Signalkontakt des Sensors herausragt. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass der Signalkontakt auf seiner vollen Länge von dem Innenpol abgeschirmt wird. Das Ankoppeln von Störsignalen kann so zuverlässig verhindert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Massekontakt und/oder der Signalkontakt einen auskragenden Endabschnitt aufweist, an dem der Sensor anliegt. Bevorzugt haben sowohl der Massekontakt als auch der Signalkontakt einen auskragenden Endabschnitt. Ein auskragender Endabschnitt kann beispielsweise als ein Flansch an einem rohrförmigen Signalkontakt bzw. Massekontakt vorgesehen sein. Mit einem auskragenden Endabschnitt kann vorteilhaft ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Sensor und dem Endabschnitt hergestellt werden. Insbesondere kann der Sensor zwischen den auskragenden Endabschnitten von Massekontakt und Signalkontakt eingespannt werden, so dass auch bei den im Betrieb eines Motors auftretenden Vibrationen ein zuverlässiger elektrischer Kontakt bestehen bleibt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Massekontakt und dem Signalkontakt eine Isolationsschicht liegt. Die Isolationsschicht kann beispielsweise als ein separates Rohr ausgebildet sein. Möglich ist es auch, dass der Massekontakt mit einem Isolator, beispielsweise einer Kunststofffolie umwickelt ist. Bevorzugt liegt auch zwischen dem Innenpol und dem Massekontakt eine Isolationsschicht. Auch diese Isolationsschicht kann beispielsweise als ein Rohr, eine Innenbeschichtung des Massekontakts oder eine Beschichtung des Innenpols ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenpol, der Massekontakt des Sensors und der Signalkontakt des Sensors aus dem Rohrgehäuse herausragen. Auf diese Weise lässt sich die Glühkerze vorteilhaft leicht anschließen, nämlich mit dem Innenpol an eine Spannungsquelle und mit dem Massekontakt des Sensors und dem Signalkontakt des Sensors an ein Steuergerät, das von dem Sensor gelieferte Druckmessdaten auswertet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer Glühkerze in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
2: eine Detailansicht zu 1; und
3: ein schematisches Blockschaltbild der Glühkerze im Betreib.
1 zeigt eine Glühkerze mit einem Gehäuserohr 1, aus dem ein Glühstift 2 herausragt. Der Glühstift 2 ist mit einer Membran 3 an dem Gehäuserohr 1 befestigt. Bei einer Bewegung des Glühstifts 2 in seiner Längsrichtung erzeugt die Membran 3 eine Rückstellkraft. Je nach der Stärke eines auf dem Glühstift 2 lastenden Brennraumdrucks wird der Glühstift 2 unterschiedlich weit in das Gehäuserohr 1 hineingedrückt.
Zur Druckmessung kann der Glühstift 2 direkt auf einen Sensor 4 drücken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Glühstift 2 aber ein Rohr 5 befestigt, über welches der Glühstift 2 auf den Sensor 4 drückt. In dem Rohr 5 verläuft der Innenpol 6 der Glühkerze. Der Innenpol 6 ist an den Glühstift 2 angeschlossen und dient dazu, an den Glühstift 2 eine Versorgungsspannung anzulegen.
Der Sensor 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein piezoelektrischer Sensor. An sich könnten aber auch andere Sensoren verwendet werden, um die Position des Glühstifts 2 und damit dem Brennraumdruck zu erfassen. Wie insbesondere 2 zeigt, ist der Sensor 4 als ein Ring ausgebildet, durch den der Innenpol 6 der Glühkerze hindurchragt. Der Sensor 4 wird auf einer dem Glühstift 2 zugewandten Seite von einem Massekontakt 7 kontaktiert. Eine vom Glühstift 2 abgewandte Seite des Sensors 4 wird von einem Signalkontakt 8 kontaktiert. Sowohl der Signalkontakt 8 als auch der Massekontakt 7 sind jeweils als ein Rohr oder Schlauch ausgebildet und um den Innenpol 6 herum angeordnet. Der Sensor 4 liegt dabei zwischen einem auskragenden Endabschnitt des Massekontakts 7 und einem auskragenden Endabschnitt des Signalkontakts 8.
Der Innenpol 6 ragt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit seinen beiden Enden aus dem Massekontakt 7 und aus dem Signalkontakt 8 heraus. Ein rohrförmig ausgebildeter Abschnitt des Massekontakts 7 umgibt also einen Abschnitt des Innenpols 6, der in dem Rohr 5 zu dem Glühstift 2 führt. Der rohrförmige Abschnitt des Massekontakts 7 und ist von einem rohrförmigen Abschnitt des Signalkontakts 8 umgeben. Der Signalkontakt 8 umgibt in dem Rohrgehäuse 2 also sowohl einen Abschnitt des Massekontakts 7 also auch einen Abschnitt des Innenpols 6.
Der Massekontakt 8 ist länger als der Signalkontakt 7. Der Massekontakt 8 ragt deshalb an beiden Enden aus dem Signalkontakt 7 heraus. Massekontakt 8, Signalkontakt 7 und Innenpol 6 ragen aus dem Gehäuserohr 1 heraus. Zwischen dem Innenpol 6 und dem Massekontakt 8 liegt eine Isolationsschicht. Ebenso liegt auch zwischen dem Massekontakt 8 und dem Signalkontakt 7 eine Isolationsschicht, beispielsweise ein Isolatorrohr 9, bevorzugt aus Kunststoff.
Der Innenpol 6 ist an einen Potentialanschluss des Glühstifts 2 und das Rohrgehäuse 1 an einem Masseanschluss des Glühstifts 2 angeschlossen. Bei einem außenleitenden Glühstift 2 kann dieser Masseanschluss über die Membran 3 erfolgen. Der Massekontakt des Sensors 4 ist bevorzugt elektrisch von dem Rohrgehäuse 1 isoliert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der auskragende Endabschnitt des Massekontakts 7 deshalb zwischen dem Sensor 4 und einer Isolierscheibe 10. Die Isolierscheibe 10 liegt zwischen dem Sensor 4 und dem Rohr 5, beispielsweise auf einer Endfläche des Rohres 5, und bewirkt so eine elektrische Isolation des Massekontakts 7. In ähnlicher Weise liegt der auskragende Endabschnitt des Signalkontakts 8 zwischen dem Sensor 4 und einem Isolierring 11. Das Gehäuserohr 1 ist von einer Verschlusskappe 12 verschlossen, die als Widerlager für den vom Glühstift 1 ausgeübten Druck dient. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Isolierring 11 an der Verschlusskappe 12 an.
3 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der vorstehend beschriebenen Glühkerze mit angeschlossener Spannungsquelle 13 und einer Elektronikeinheit. Die Elektronikeinheit ist bei dem in 3 gezeigten Beispiel ein aktiver Tiefpassfilter, der von einem Operationsverstärker, dem Kondensator C_f und dem Widerstand R_f gebildet wird. Die Elektronikeinheit kann in dem Rohrgehäuse 1 der Glühkerze angeordnet sein oder außerhalb davon als eine von der Glühkerze separate Systemkomponente der Signalaufbereitung oder Signalverstärkung dienen. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise auch in das Glühkerzensteuergerät integriert sein. Der Aufbau der Elektronikeinheit kann von dem in 3 gezeigten Beispiel abweichen. Bevorzugt ist aber, dass die Elektronikeinheit Verstärker und/oder Filter enthält.
Der Sensor 4 der Glühkerze ist auf einer Seite von dem Massekontakt 7 und auf der anderen Seite von dem Signalkontakt 8 kontaktiert. Der Massekontakt 7 und der Signalkontakt 8 führen zu den Eingängen des in 3 dargestellten Operationsverstärkers, können aber auch irgendeiner anderen Filter- oder Auswerteschaltung zugeführt werden. Der Widerstand R_glow wird von dem Glühstift 2 gebildet, der über den Innenpol 6 an der Spannungsquelle 13 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle 13 versorgt den Glühstift 2 mit pulsweitenmodulierten Spannungssignalen. Der Innenpol 6 bildet zusammen mit dem Massekontakt 7 des Sensors eine parasitäre Kapazität, die in 3 mit C_para angegeben ist. Der Massekontakt 7 ist auf diese Weise an die Masse eines Steuergeräts angeschlossen, die in 3 mit GND_ECU bezeichnet ist. Der Widerstand R_glow des Glühstifts 2 ist dagegen an die Masse des Motors GND_Engine angeschlossen, die nicht unbedingt mit der Masse des Steuergeräts übereinstimmen muss, sondern zeitweise oder ständig von dieser abweichen kann.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuserohr
2: Glühstift
3: Membran
4: Sensor
5: Rohr
6: Innenpol
7: Massekontakt
8: Signalkontakt
9: Isolatorrohr
10: Isolierscheibe
11: Isolierring
12: Verschlusskappe
13: Spannungsquelle
C_f: Kondensator
R_f: Widerstand
R_glow: Widerstand des Glühstifts
C_para: Parasitäre Kapazität von Innenpol und Massekontakt
GND_ECU: Masse des Steuergeräts
GND_Engine: Masse des Motors

Claims

Glühkerze mit einem Gehäuserohr (1), einem Glühstift (2), der aus dem Gehäuserohr (1) herausragt und gegen eine Rückstellkraft in Längsrichtung des Gehäuserohrs (1) beweglich ist, einem an den Glühstift (2) angeschlossenen Innenpol (6) zum Anlegen einer Versorgungsspannung an den Glühstift (2), und einem Sensor (4) zum Messen eines auf dem Glühstift (2) lastenden Drucks, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massekontakt (7) des Sensors (4) als ein Rohr (5) oder Schlauch einen Abschnitt des Innenpols (6) umgibt und ein Signalkontakt (8) des Sensors (4) zwischen dem Massekontakt (1) und einer Wand des Gehäuserohrs (1) verläuft.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein piezoelektrischer Sensor ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein Ring ist, durch den der Innenpol (6) hindurchragt.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekontakt (7) an eine dem Glühstift (2) zugewandten Seite des Sensors (4) angeschlossen ist und der Signalkontakt (8) des Sensors (4) an eine gegenüberliegende, vom Glühstift (2) abgewandte Seite des Sensors (4) angeschlossen ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Massekontakt (7) als auch der Signalkontakt (8) den Sensor (4) mit einem auskragenden Endabschnitt kontaktieren.
Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der auskragende Endabschnitt des Signalkontakts (8) zwischen einem Isolierring (11) und dem piezoelektrischen Sensor (4) liegt.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekontakt (7) des Sensors (4) elektrisch gegenüber dem Rohrgehäuse isoliert ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (6) an einen Potentialanschluss des Glühstifts (2) und das Rohrgehäuse an einen Masseanschluss des Glühstifts (2) angeschlossen ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalkontakt (8) des Sensors (4) den Massekontakt (7) umgibt.
Glühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekontakt (7) des Sensors (4) an seinen beiden Enden aus dem Signalkontakt (8) des Sensors (4) herausragt.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (6) mit seinen beiden Enden aus dem Massekontakt (7) des Sensors (4) herausragt.