DE102013022497B3

DE102013022497B3 - Pre-chamber spark plug with pressure sensor for a gas-powered internal combustion engine

Info

Publication number: DE102013022497B3
Application number: DE102013022497.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner; Anko Ernst
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; Federal Mogul Ignition GmbH
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2033-08-28

Abstract

Zündkerze (1) für eine stationäre, mit Gas befeuerte Brennkraftmaschine,mit einem metallischen Körper (4),mit einem in einem Durchgang (41) des Körpers (4) befestigten Isolator (5), mit einer durch den Isolator (5) hindurchführenden Mittelelektrode (6),mit einer am Körper (4) befestigten Masseelektrode (9), welche mit der Mittelelektrode (6) eine Luftfunkstrecke bildet,und mit einer an dem Körper (4) angebrachten Kappe (12), welche nach dem Einbau der Zündkerze (1) in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine die Mittelelektrode (6) und die Masseelektrode (9) gegen die Brennkammer abschirmt und zusammen mit dem Körper (4) der Zündkerze eine Vorkammer (13) bildet, in welcher die Mittelelektrode (6) und die Masseelektrode (9) angeordnet sind,wobei die Kappe (12) wenigstens eine Öffnung (14) aufweist, welche einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer (13) und dem Raum außerhalb der Vorkammer ermöglicht,dadurch gekennzeichnet, dass in dem Körper (4) der Zündkerze (1) ein Sensoraufnahmeraum (18) ausgebildet ist, welcher in die Vorkammer (13) mündet,dass ein Drucksensor (3) zum Messen des Drucks in der Vorkammer (13) in auswechselbarer Weise in dem Sensoraufnahmeraum (18) angeordnet ist, und dass die Zündkerze (1) einen Anschlusskanal (19) aufweist, der eine Anschlussleitung (21) des Drucksensors (3) von dem Sensoraufnahmeraum (18) zu dem der Kappe (12) gegenüberliegenden Ende des Körpers (4) führt.A spark plug (1) for a stationary gas fired internal combustion engine comprising a metallic body (4) having an insulator (5) secured in a passage (41) of the body (4) and having a center electrode passing through the insulator (5) (6), having a ground electrode (9) fixed to the body (4), which forms an air gap with the center electrode (6), and a cap (12) attached to the body (4) which after installation of the spark plug (12). 1) shields in a combustion chamber of the internal combustion engine, the center electrode (6) and the ground electrode (9) against the combustion chamber and forms together with the body (4) of the spark plug an antechamber (13), in which the center electrode (6) and the ground electrode ( 9), wherein the cap (12) has at least one opening (14) which allows a gas exchange between the prechamber (13) and the space outside the prechamber, characterized in that in the body (4) of the spark plug (1 ) a senso formed receiving chamber (18) which opens into the prechamber (13), that a pressure sensor (3) for measuring the pressure in the prechamber (13) in a removable manner in the sensor receiving space (18) is arranged, and that the spark plug (1 ) has a connection channel (19) which leads a connecting line (21) of the pressure sensor (3) from the sensor receiving space (18) to the end of the body (4) opposite the cap (12).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Derartige Zündkerzen sind in der DE 101 44 976 A1 , DE 10 2012 102 010 A1 und DE 33 31 114 C2 offenbart. Bei ihnen ragen die Mittelelektrode und die Masseelektrode nicht unmittelbar in die Brennkammer der Brennkraftmaschine, sondern in eine am vorderen Ende der Zündkerze ausgebildete Vorkammer, welche über eine oder mehrere Öffnungen mit der Brennkammer der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Durch die Öffnungen in der Vorkammer ist ein Gasaustausch zwischen der Vorkammer und Brennkammer möglich. Solche Zündkerzen, die auch als Vorkammerzündkerzen bezeichnet werden, werden zur Zündung von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen in stationären, gasbetriebenen Brennkraftmaschinen eingesetzt. Von einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch spricht man, wenn das Verhältnis Lambda der tatsächlich in der Brennkammer vorhandenen Luftmenge zu der für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoff stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge größer als 1 ist, wobei Lambda-Werte von 1,6 bis 1,7 angestrebt werden. Im Verdichtungshub der Brennkraftmaschine wird ein zündfähiges Gemisch durch die Öffnungen der Vorkammer in die Vorkammer eingebracht. Die Vorkammer ist ihrer Funktion nach eine Vorbrennkammer. Das in die Vorkammer einströmende zündfähige Gas-Luft-Gemisch wird mittels eines zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze erzeugten Zündfunkens zunächst in der Vorkammer entflammt. Die in der Vorkammer erzeugte Flamme wird durch den in der Vorkammer entstehenden Druck der Verbrennung durch die Öffnungen der Vorkammer aus dieser herausgeschleudert und entzündet das in der Brennkammer der Brennkraftmaschine außerhalb der Vorbrennkammer vorhandene magere Kraftstoff-Luft-Gemisch.The invention relates to a spark plug with the features specified in the preamble of claim 1. Such spark plugs are in the DE 101 44 976 A1 . DE 10 2012 102 010 A1 and DE 33 31 114 C2 disclosed. In them, the center electrode and the ground electrode do not protrude directly into the combustion chamber of the internal combustion engine, but into a pre-chamber formed at the front end of the spark plug, which communicates via one or more openings with the combustion chamber of the internal combustion engine. Through the openings in the prechamber a gas exchange between the prechamber and combustion chamber is possible. Such spark plugs, also referred to as prechamber spark plugs, are used to ignite lean fuel-air mixtures in stationary, gas-fired internal combustion engines. A lean fuel-air mixture is said to be when the ratio lambda of the actual amount of air in the combustion chamber to the amount of air stoichiometrically required for complete combustion of the fuel is greater than 1, with lambda values of 1.6 to 1.7 to be sought. In the compression stroke of the internal combustion engine, an ignitable mixture is introduced through the openings of the prechamber into the prechamber. The prechamber is functionally a pre-combustion chamber. The ignitable gas-air mixture flowing into the prechamber is first ignited in the prechamber by means of a spark generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug. The flame generated in the pre-chamber is thrown out of this by the resulting pressure in the pre-combustion chamber through the openings of the prechamber and ignites the present in the combustion chamber of the internal combustion engine outside the pre-combustion chamber lean fuel-air mixture.

Stationäre, gasbetriebene Brennkraftmaschinen sind für eine sehr hohe Lebensdauer ausgelegt und sind dementsprechend auch über lange Zeiträume im Einsatz. Zur Optimierung der Verbrennung und des Laufverhaltens sowie zur Verringerung des Verbrauchs und des Schadstoffausstoßes ist es wünschenswert, Informationen über die im Brennraum ablaufende Verbrennung zu bekommen und anhand dieser die Motorsteuerung anzupassen. Bei bereits länger im Einsatz befindlichen stationären, gasbetriebenen Brennkraftmaschinen ist häufig noch keine Möglichkeit vorhanden, während des Betriebs Informationen aus dem Brennraum zu erfassen, da keine entsprechenden Sensoren bzw. Kanäle in dem Brennraum vorgesehen sind. Eine nachträgliche Einbringung von Öffnungen oder Kanälen, die in den Brennraum münden, ist sehr aufwändig, so dass eine Nachrüstung praktisch nicht möglich ist.Stationary, gas-powered internal combustion engines are designed for a very long service life and are therefore used over long periods of time. In order to optimize the combustion and the running behavior as well as to reduce consumption and pollutant emissions, it is desirable to obtain information about the combustion taking place in the combustion chamber and to adjust the engine control based on this. In stationary, gas-fired internal combustion engines already in use for a long time, there is often no possibility of detecting information from the combustion chamber during operation since no corresponding sensors or channels are provided in the combustion chamber. A subsequent introduction of openings or channels that open into the combustion chamber is very complicated, so that retrofitting is practically impossible.

Aus der US 6 204 594 B1 , der JP 2006 - 324 120 A , der US 2008 / 0 218 052 A1 , der US 2011 / 0 101 844 A1 und der WO 97/ 31 251 A sind Zündkerzen ohne Vorkammer bekannt, welche jeweils einen Drucksensor aufweisen, dessen Anschlussleitung ausschließlich im Zündkerzenkörper geführt wird. Aus der DE 100 35 536 A1 ist ferner eine vorkammerlose Zündkerze mit Drucksensor bekannt, dessen Anschlussleitung in einem Längenabschnitt von einem Anschlusskanal im Zündkerzenkörper und in einem anderen Längenabschnitt von einem Anschlusskanal im Isolator, der vom Zündkerzenkörper umgeben ist, geführt wird.From the US Pat. No. 6,204,594 B1 , of the JP 2006 - 324 120 A , of the US 2008/0 218 052 A1 , of the US 2011/0 101 844 A1 and the WO 97/31 251 A Spark plugs are known without pre-chamber, each having a pressure sensor, the connecting lead is guided exclusively in the spark plug body. From the DE 100 35 536 A1 Further, a Vorkammerlose spark plug with pressure sensor is known, the connecting line is guided in a length portion of a connection channel in the spark plug body and in another length of a connection channel in the insulator which is surrounded by the spark plug body.

Aus der DE 2011 012 528 B3 ist eine Vorkammerzündkerze ohne Drucksensor bekannt, bei welcher ein Zündkerzenkörper eine in die Vorkammer führende Kanalbohrung aufweist, welche schräg zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verläuft und durch welche zusätzlicher Kraftstoff direkt in die Vorkammer eingebracht wird, um die Zündung von an sich sehr mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen zu verbessern.From the DE 2011 012 528 B3 is a Vorkammerzündkerze known without pressure sensor, in which a spark plug body has a channel leading into the prechamber, which extends obliquely to the longitudinal direction of the prechamber spark plug and through which additional fuel is introduced directly into the pre-chamber to the ignition of very lean fuel-air To improve mixtures.

Darüber hinaus ist aus der älteren, aber nachveröffentlichten DE 10 2013 210 125 A1 eine Vorkammerzündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen offenbart, die einen integrierten Drucksensor aufweist.In addition, from the older, but post-published DE 10 2013 210 125 A1 discloses a pre-chamber spark plug having the features specified in the preamble of claim 1 having an integrated pressure sensor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit an einer stationären, gasbetriebenen Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der Informationen über die im Brennraum stattfindende Verbrennung gewonnen und einer Motorsteuerung zur Verfügung gestellt werden können, und welche einfach an bestehenden Brennkraftmaschinen nachgerüstet werden kann.Object of the present invention is to provide a simple and inexpensive way to a stationary, gas-powered internal combustion engine, with the information about the combustion taking place in the combustion chamber and can be made available to a motor control, and which can be easily retrofitted to existing internal combustion engines.

Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a spark plug having the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention and subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Zündkerze hat einen metallischen Körper, einen in einem Durchgang des Körpers befestigten Isolator, eine durch den Isolator hindurchführende Mittelelektrode und eine am Körper befestigte Masseelektrode, welche mit der Mittelelektrode eine Luftfunkenstrecke bildet. Die Zündkerze hat eine an dem Körper angebrachte Kappe, welche nach dem Einbau der Zündkerze in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine die Mittelelektrode und die Masseelektrode gegen die Brennkammer abschirmt und zusammen mit dem Körper der Zündkerze eine Vorkammer bildet, in welcher die Mittelelektrode und die Masseelektrode angeordnet sind. Die Kappe weist wenigstens eine Öffnung auf, welche einem Gasaustausch zwischen der Vorkammer und dem Raum außerhalb der Vorkammer ermöglicht. In dem Körper der Zündkerze ist ein Sensoraufnahmeraum angeordnet, welcher in die Vorkammer mündet. Der Sensoraufnahmeraum dient zum Aufnehmen eines Drucksensors in auswechselbarer Weise. In dem Sensoraufnahmeraum ist ein Drucksensor zum Messen des Drucks in der Vorkammer in auswechselbarer Weise angeordnet. Die Zündkerze weist einen Anschlusskanal zum Führen einer Anschlussleitung des Drucksensors auf. Der Anschlusskanal führt von dem der Kappe gegenüberliegenden Ende des Körpers zu dem Sensoraufnahmeraum. Mit dem Drucksensor kann der in der Vorkammer herrschende Druck gemessen werden. Ein dem Druck in der Vorkammer entsprechendes Drucksignal wird über die Anschlussleitung einer Motorsteuerung zugeleitet.The spark plug according to the invention has a metallic body, an insulator fixed in one passage of the body, a center electrode passing through the insulator, and a ground electrode fixed to the body, which forms an air gap with the center electrode. The spark plug has a cap attached to the body which, after installing the spark plug in a combustion chamber of the internal combustion engine, shields the center electrode and the ground electrode against the combustion chamber and forms, together with the body of the spark plug, an antechamber in which the center electrode and the ground electrode are disposed , The cap has at least one opening which allows gas exchange between the prechamber and the space outside the prechamber. In The body of the spark plug, a sensor receiving space is arranged, which opens into the prechamber. The sensor accommodating space serves to accommodate a pressure sensor in a replaceable manner. In the sensor accommodating space, a pressure sensor for measuring the pressure in the prechamber is interchangeably arranged. The spark plug has a connection channel for guiding a connecting line of the pressure sensor. The connection channel leads from the opposite end of the cap of the body to the sensor receiving space. With the pressure sensor, the prevailing pressure in the antechamber can be measured. A pressure signal corresponding to the pressure in the pre-chamber is fed via the connecting line to a motor control.

Die Erfindung hat folgende wesentliche Vorteile:

• Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, den Druck in der Vorkammer der Zündkerze zu messen und auszuwerten. Obwohl die Vorkammer nur über relativ kleine Öffnungen mit der Brennkammer der Brennkraftmaschine in Verbindung steht und die Verbrennungsvorgänge in den beiden Kammern, wie eingangs beschrieben, zeitlich versetzt ablaufen, hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass aus dem Druckverlauf in der Vorkammer sehr gute Rückschlüsse auf die Vorgänge in der Brennkammer außerhalb der Vorkammer gezogen werden können. Mit der Erfindung ist es somit nicht mehr notwendig, zusätzliche Bohrungen oder Kanäle für Mess-Zwecke in der Brennkraftmaschine vorzusehen, welche unmittelbar mit der Brennkammer in Verbindung stehen.
• Die erfindungsgemäße Zündkerze ist zur Nachrüstung bei stationären, gasbetriebenen Brennkraftmaschinen geeignet, welche noch über keine Messeinrichtungen verfügen. Ältere Brennkraftmaschinen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Zündkerze und einer neuen Steuereinheit einfach modernisieren, ohne das weitere mechanische Änderungen an der Brennkraftmaschine erforderlich sind. Die Erfindung eröffnet damit eine sehr einfache und kostengünstige Nachrüstmöglichkeit. Durch die Nachrüstung ist ein optimierter Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, bei dem der Verbrauch und/oder der Schadstoffausstoß vermindert werden kann.
• Dadurch, dass der Sensoraufnahmeraum so gestaltet ist, dass er einen Drucksensor auswechselbar aufnehmen kann, können die Wartungskosten gering gehalten werden. Zündkerzen unterliegen an ihren Elektroden einem Verschleiß und müssen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Zündkerzen für stationäre, gasbetriebene Brennkraftmaschinen sind wesentlich teuerer als die in sehr großen Stückzahlen hergestellten Automobilzündkerzen ohne Vorkammer. Bei einem nach mehreren tausend Betriebstunden erforderlichen Zündkerzenwechsel kann der Drucksensor aus der verschlissenen Zündkerze ausgebaut und in die neue Zündkerze eingebaut werden.
• Das Zündsystem lässt sich leicht Handhaben, ohne das zusätzlicher Montageaufwand im Zylinderkopf notwendig wäre.

The invention has the following significant advantages:

Surprisingly, it has been shown that it is advantageous to measure and evaluate the pressure in the prechamber of the spark plug. Although the prechamber communicates only relatively small openings with the combustion chamber of the internal combustion engine and the combustion processes in the two chambers, as described above, run at different times, it has surprisingly been found that from the pressure curve in the antechamber very good conclusions on the Operations in the combustion chamber outside the antechamber can be pulled. With the invention, it is thus no longer necessary to provide additional holes or channels for measurement purposes in the internal combustion engine, which are directly connected to the combustion chamber in connection.
The spark plug according to the invention is suitable for retrofitting in stationary, gas-fired internal combustion engines which do not yet have any measuring devices. Older internal combustion engines can be easily modernized with the spark plug according to the invention and a new control unit, without further mechanical changes to the internal combustion engine are required. The invention thus opens up a very simple and inexpensive retrofit option. By retrofitting an optimized operation of the internal combustion engine is possible, in which the consumption and / or pollutant emissions can be reduced.
• The fact that the sensor receiving space is designed so that it can accommodate a pressure sensor interchangeable, the maintenance costs can be kept low. Spark plugs are subject to wear on their electrodes and must be replaced at regular intervals. Spark plugs for stationary, gas-fired internal combustion engines are considerably more expensive than the automobile spark plugs produced without a prechamber in very large quantities. If the spark plug replacement is required after several thousand hours of operation, the pressure sensor can be removed from the worn spark plug and installed in the new spark plug.
• The ignition system is easy to handle, without the additional assembly effort in the cylinder head would be necessary.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen das der Anschlusskanal entlang seines Umfangs teilweise durch eine Fläche des Isolators und teilweise durch eine Fläche des Körpers gebildet werden kann. In einem Querschnitt durch den Anschlusskanal gesehen wird dabei die den Anschlusskanal begrenzende Umfangsfläche teilweise durch den Isolator und teilweise durch den Körper der Zündkerze gebildet. Der Anschlusskanal liegt zwischen Isolator und Körper. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass weder in den Isolator, noch in den Körper der Zündkerze eine Bohrung eingebracht werden muss. Sowohl im Isolator als auch im Körper ist jeweils ein Teil des Anschlusskanals geformt. Der vollständige Anschlusskanal entsteht erst nach Montage des Isolator im Zündkerzenkörper durch ein Zusammenwirken der entsprechenden Fläche des Isolators und der entsprechenden Fläche des Körpers. Die für den Anschlusskanal benötigte Formgebung im Isolator und im Zündkerzenkörper lässt sich dadurch sehr einfach und kostengünstig herstellen. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Isolator an seiner Außenseite eine in Längsrichtung der Zündkerze verlaufende Nut aufweist, welche zusammen mit dem Körper den Anschlusskanal bildet. Die Nut lässt sich in die Keramik des Isolators bereits vor dem Sintervorgang einbringen. Ein aufwendiger Schleifvorgang der Keramik des Isolators zur Herstellung des Anschlusskanals, wie er beispielsweise in der DE 100 35 536 A1 offenbart ist, kann dadurch entfallen. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Nut im Isolator an einer schulterförmigen Anlagefläche des Isolators beginnt, an welcher der Isolator unter Zwischenschaltung einer Dichtung an einer Abstufung in dem Durchgang des Körpers anliegt. Die Nut kann sich bevorzugt über die gesamte Länge des Anschlusskanals erstrecken. Bevorzugt ist, wenn der Anschlusskanal in der Zündkerze gradlinig verläuft. Die Führung der Anschlussleitung und die Austauschbarkeit des Drucksensors werden hierdurch stark vereinfacht.In an embodiment of the invention it is provided that the connection channel can be formed along its circumference partially through a surface of the insulator and partially through a surface of the body. Seen in a cross section through the connection channel while the connection channel limiting peripheral surface is partially formed by the insulator and partially by the body of the spark plug. The connection channel is between insulator and body. This embodiment has the advantage that neither in the insulator, nor in the body of the spark plug, a bore must be introduced. Both in the insulator and in the body, a part of the connection channel is formed in each case. The complete connection channel is formed only after mounting of the insulator in the spark plug body by a cooperation of the corresponding surface of the insulator and the corresponding surface of the body. The shape required for the connection channel in the insulator and in the spark plug body can be produced very easily and inexpensively. It is particularly advantageous if the insulator has on its outer side a groove running in the longitudinal direction of the spark plug, which forms the connection channel together with the body. The groove can be introduced into the ceramic of the insulator before the sintering process. An elaborate grinding process of the ceramic of the insulator for the preparation of the connection channel, as he, for example, in the DE 100 35 536 A1 is disclosed, can be omitted. It is particularly advantageous if the groove in the insulator begins at a shoulder-shaped bearing surface of the insulator, on which the insulator rests with the interposition of a seal at a gradation in the passage of the body. The groove may preferably extend over the entire length of the connection channel. It is preferred if the connection channel runs straight in the spark plug. The leadership of the connecting line and the interchangeability of the pressure sensor are thereby greatly simplified.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mittelelektrode an ihrem über den Isolator vorstehenden Ende mit einem Edelmetall oder mit einer Edelmetalllegierung bestückt ist. Die Masseelektrode kann das mit einem Edelmetall oder mit einer Edelmetalllegierung bestückte Ende der Mittelelektrode umgeben und auf ihrer der Mittelelektrode zugewandten Innenseite ringförmig mit einem Edelmetall oder mit einer Edelmetalllegierung bestückt sein. Die einander zugewandten, durch das Edelmetall beziehungsweise die Edelmetalllegierung gebildeten Flächen der Mittelelektrode und der Masseelektrode sind bevorzugt koaxial angeordnete Zylinderflächen. Durch diese Ausgestaltung von Mittelelektrode und Masseelektrode ergibt sich ein ringförmiger Zündspalt und es lassen sich sehr lange Standzeiten der Elektroden erreichen. Zur Bestückung der Elektroden wird bevorzugt Platin, Iridium oder eine Basislegierung aus einem dieser beiden Edelmetalle verwendet.In a further embodiment of the invention can be provided that the center electrode is fitted at its end projecting beyond the insulator with a noble metal or with a noble metal alloy. The ground electrode can surround the end of the center electrode, which is equipped with a noble metal or with a noble metal alloy, and can be ring-shaped with a noble metal or with a noble metal alloy on its inner side facing the center electrode. The facing each other, through the Noble metal or the noble metal alloy formed surfaces of the center electrode and the ground electrode are preferably coaxially arranged cylindrical surfaces. This configuration of center electrode and ground electrode results in an annular ignition gap and it is possible to achieve a very long service life of the electrodes. Platin, iridium or a base alloy of one of these two precious metals is preferably used for equipping the electrodes.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Mittelelektrode zentrisch in dem Körper angeordnet ist. Der Isolator kann zentrisch in dem Körper und insbesondere koaxial zu der Mittelelektrode, angeordnet sein. Der Körper der Zündkerze kann ein Außengewinde zum Einschrauben der Zündkerze in die Brennkraftmaschine aufweisen. Bevorzugt kann die Mittelelektrode koaxial zu dem Außengewinde angeordnet sein. Eine die Mittelelektrode ringförmig umgebende Masseelektrode kann koaxial zu dem Außengewinde angeordnet sein. Dies ermöglicht eine zentrale Funkenstreckenanordnung in der Vorkammer. Ferner wird ein zentrischer Einbau der Zündkerze im Zylinderkopf ermöglicht, so dass der Zündkerzenstecker zentrisch auf die Kerze aufgesteckt werden kann. Eine zentrale Funkenlage in der Vorkammer ist vorteilhaft, um eine gute Entflammung innerhalb der Vorkammer zu gewährleisten.It may be advantageous if the center electrode is arranged centrally in the body. The insulator may be arranged centrally in the body and in particular coaxially with the center electrode. The body of the spark plug may have an external thread for screwing the spark plug into the internal combustion engine. Preferably, the center electrode can be arranged coaxially with the external thread. A ground electrode surrounding the center electrode may be arranged coaxially with the external thread. This allows a central spark gap arrangement in the prechamber. Furthermore, a centric installation of the spark plug in the cylinder head is made possible, so that the spark plug can be mounted centrally on the candle. A central spark location in the prechamber is advantageous in order to ensure good ignition within the prechamber.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der in dem Sensoraufnahmeraum angeordnete Drucksensor ein Piezoelement und/oder eine Druckmembran enthalten. Bevorzugt ist der Drucksensor mit einer optischen Leitung, beispielsweise einer Glasfaserleitung, verbunden, welche durch den Anschlusskanal verläuft. Es kann eine koaxiale Steckverbindung vorgesehen sein, welche koaxial zum Innenleiter der Zündkerze ist. Der Sensoraufnahmeraum kann in einem Bereich des Körpers angeordnet sein, welcher in Längsrichtung der Zündkerze zwischen der Vorkammer und einer zwischen Isolator und Körper befindlichen Abdichtung liegt. Der Drucksensor schließt bevorzugt mit seiner der Vorkammer zugewandet Stirnseite bündig mit der an den Drucksensor angrenzenden und die Vorkammer bildenden Oberfläche des Körpers ab. Der Druck in der Vorkammer kann dadurch unmittelbar und ungestört auf den Drucksensor einwirken. Hierdurch ist eine sehr genaue Erfassung des Druckes in der Vorkammer möglich.In a further advantageous embodiment, the pressure sensor arranged in the sensor receiving space can contain a piezoelectric element and / or a pressure membrane. Preferably, the pressure sensor is connected to an optical line, for example a glass fiber line, which runs through the connection channel. It may be provided a coaxial connector, which is coaxial with the inner conductor of the spark plug. The sensor receiving space can be arranged in a region of the body which lies in the longitudinal direction of the spark plug between the pre-chamber and a seal located between the insulator and the body. The pressure sensor preferably closes with its front side facing the prechamber flush with the adjacent to the pressure sensor and the antechamber forming surface of the body. The pressure in the pre-chamber can thus act directly and undisturbed on the pressure sensor. As a result, a very accurate detection of the pressure in the antechamber is possible.

Zur einfachen Befestigung und leichten Austauschbarkeit des Drucksensors enthält der Sensoraufnahmeraum vorteilhafterweise ein Innengewinde. Der Sensoraufnahmeraum kann eine konische Dichtfläche enthalten. Alternativ kann zwischen dem Drucksensor und dem Körper der Zündkerze ein Dichtring, insbesondere ein Flachdichtring, angeordnet sein. Es wird eine Abdichtung zwischen Sensoraufnahmeraum und Anschlusskanal erreicht, sodass der in der Vorkammer entstehende Druck nicht durch den Anschlusskanal für den Drucksensor entweichen kann. Ein Innengewinde im Sensoraufnahmeraum in Kombination mit einer konischen Dichtfläche ermöglicht eine besonders einfache Austauschbarkeit des Drucksensors.For easy attachment and easy replacement of the pressure sensor, the sensor receiving space advantageously contains an internal thread. The sensor receiving space may include a conical sealing surface. Alternatively, a sealing ring, in particular a flat sealing ring, can be arranged between the pressure sensor and the body of the spark plug. A seal between the sensor receiving space and the connection channel is achieved, so that the pressure arising in the pre-chamber can not escape through the connection channel for the pressure sensor. An internal thread in the sensor receiving space in combination with a conical sealing surface allows a particularly easy replacement of the pressure sensor.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße und teilweise im Längsschnitt dargestellte Zündkerze mit Vorkammer und auswechselbarem Drucksensor,
2 eine Ansicht von unten auf die Zündkerze der 1.

Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment in conjunction with the figures. Show it:

1 an inventive and partially in longitudinal section shown spark plug with pre-chamber and interchangeable pressure sensor,
2 a bottom view of the spark plug of the 1 ,

In den 1 und 2 ist eine Vorkammerzündkerze 1, ein Teil eines auf die Zündkerze 1 aufgesteckten Zündkerzensteckers 2 und ein in der Zündkerze 1 angeordneter Drucksensor 3 dargestellt. Die Zündkerze 1 hat einen metallischen Körper 4 und einen in einem Durchgang 41 des Körpers 4 befestigten Isolator 5 aus Keramik. Eine Mittelelektrode 6 führt durch den Isolator 5 hindurch und ist mittels einer elektrisch leitfähigen Glaseinschmelzung 7 elektrisch leitend mit einem Zündstift 8 verbunden. Die Glaseinschmelzung 7 bildet eine druckdichte Keramik/Metallverbindung. Am Körper 4 ist eine Masseelektrode 9 befestigt, welche mit der Mittelelektrode 6 eine Luftfunkenstrecke bildet.In the 1 and 2 is a prechamber spark plug 1 , part of one on the spark plug 1 plugged spark plug connector 2 and one in the spark plug 1 arranged pressure sensor 3 shown. The spark plug 1 has a metallic body 4 and one in a single pass 41 of the body 4 attached insulator 5 made of ceramic. A center electrode 6 passes through the insulator 5 through and is by means of an electrically conductive Glaseinschmelzung 7 electrically conductive with a firing pin 8th connected. The glass melting 7 forms a pressure-tight ceramic / metal compound. On the body 4 is a ground electrode 9 attached, which with the center electrode 6 forms an air spark gap.

Die Mittelelektrode 6 ist an ihrem über den Isolator 5 vorstehenden Ende mit einem Edelmetall 10 bestückt. Die Masseelektrode 9 umgibt das mit einer Edelmetalllegierung 10 bestückte Ende der Mittelelektrode 6 und ist auf ihrer der Mittelelektrode 6 zugewandet Innenseite ringförmig mit einer Edelmetalllegierung 11 bestückt. Die einander zugewandten, durch die Edelmetalle 10, 11 gebildeten Flächen der Mittelelektrode 6 und der Masseelektrode 9 sind koaxial angeordnete Zylinderflächen.The center electrode 6 is at her over the insulator 5 protruding end with a precious metal 10 stocked. The ground electrode 9 surround this with a precious metal alloy 10 equipped end of the center electrode 6 and is on her the center electrode 6 facing inside ring-shaped equipped with a precious metal alloy 11. The facing each other, through the precious metals 10 . 11 formed areas of the center electrode 6 and the ground electrode 9 are coaxially arranged cylindrical surfaces.

An dem Körper 4 ist eine Kappe 12 angebracht, welche nach dem Einbau der Zündkerze 1 in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine die Mittelelektrode 6 und die Masseelektrode 9 gegen die Brennkammer abschirmt und zusammen mit dem Körper 4 der Zündkerze 1 eine Vorkammer 13 bildet, in welcher die Edelmetalllegierung 10 der Mittelelektrode 6 und die Edelmetalllegierung 11 der Masseelektrode 9 angeordnet sind. Die Kappe 12 weist Öffnungen 14 auf, welche einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer 13 und dem Raum außerhalb der Vorkammer ermöglichen.On the body 4 is a cap 12 attached, which after the installation of the spark plug 1 in a combustion chamber of the internal combustion engine, the center electrode 6 and the ground electrode 9 shields against the combustion chamber and together with the body 4 the spark plug 1 an antechamber 13 forms, in which the noble metal alloy 10 the center electrode 6 and the precious metal alloy 11 the earth electrode 9 are arranged. The cap 12 has openings 14 on which a gas exchange between the antechamber 13 and allow the space outside the antechamber.

Der Körper 4 hat ein Außengewinde 15 zum Einschrauben der Zündkerze 1 in die Brennkraftmaschine. Zum Einschrauben weist der Körper 4 ferner ein Sechskant 16 zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeuges auf. Die Mittelelektrode 6 ist koaxial zu dem Außengewinde 15 in der Vorkammer 13 angeordnet. Die Masseelektrode 9 ist ebenfalls koaxial zu dem Außengewinde 15 in der Vorkammer 13 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine zentrale Funkenlage, die eine Entflammung nahezu aus der Mitte der Vorkammer 13 ermöglicht und damit ein sicheres Durchbrennen des Brenngases sicherstellt.The body 4 has an external thread 15 for screwing in the spark plug 1 in the Internal combustion engine. To screw in points the body 4 Furthermore, a hexagon 16 for attaching a screwing on. The center electrode 6 is coaxial with the external thread 15 in the antechamber 13 arranged. The ground electrode 9 is also coaxial with the external thread 15 in the antechamber 13 arranged. This results in a central spark location, the ignition almost from the middle of the prechamber 13 allows and thus ensures safe burning of the fuel gas.

Der Isolator 5 und der Körper 4 werden mit einer Dichtung 17 gegeneinander abgedichtet, so dass der in der Vorkammer 13 entstehende Druck nicht durch die Zündkerze 1 entweicht. Der Isolator 5 liegt mit einer schulterförmigen Anlagefläche an der Dichtung 17 an. Der Körper 4 liegt mit einer in dem Durchgang 41 des Körpers 4 vorgesehenen Abstufung an der Dichtung 17 an.The insulator 5 and the body 4 be with a seal 17 sealed against each other, so that in the antechamber 13 not resulting pressure through the spark plug 1 escapes. The insulator 5 lies with a shoulder-shaped contact surface on the seal 17 at. The body 4 lies with one in the passage 41 of the body 4 provided graduation on the seal 17 at.

In dem Körper 4 der Zündkerze 1 ist ein Sensoraufnahmeraum 18 zum Aufnehmen des Drucksensors 3 vorgesehen. Der Drucksensor 3 ist in auswechselbarer Weise in dem Sensoraufnahmeraum 18 angeordnet. Der Sensoraufnahmeraum 18 ist in einem Bereich des Körpers 4 angeordnet, welcher in Längsrichtung der Zündkerze 1 zwischen der Vorkammer 13 und der zwischen Isolator 5 und Körper 4 befindlichen Abdichtung 17 liegt. Der Sensoraufnahmeraum 18 mündet in die Vorkammer 13.In the body 4 the spark plug 1 is a sensor receiving space 18 for picking up the pressure sensor 3 intended. The pressure sensor 3 is interchangeable in the sensor receiving space 18 arranged. The sensor receiving space 18 is in one area of the body 4 arranged, which in the longitudinal direction of the spark plug 1 between the antechamber 13 and the between insulator 5 and body 4 located seal 17 lies. The sensor receiving space 18 flows into the antechamber 13 ,

Der Drucksensor 3 ist in einer Sensor-Baugruppe 20 enthalten, welche außerdem eine Anschlussleitung 21 enthält. Die Zündkerze 1 weist einen Anschlusskanal 19 zum Führen der Anschlussleitung 20 des Drucksensors 3 auf. Der Anschlusskanal 19 erstreckt sich von dem der Kappe 12 gegenüberliegenden Ende des Körpers 4 zu dem Sensoraufnahmeraum 18. Der Isolator 5 weist eine in Längsrichtung der Zündkerze 1 verlaufende Nut 22 auf, welche zusammen mit einer Innenfläche des Durchgangs 41 in dem Körper 4 den Anschlusskanal 19 bildet. Der Anschlusskanal 19 wird dadurch entlang seines Umfangs teilweise durch eine Fläche des Isolators 5 und teilweise durch eine Fläche des Körpers 4 gebildet.The pressure sensor 3 is in a sensor assembly 20 included, which also has a connection cable 21 contains. The spark plug 1 has a connection channel 19 for guiding the connecting cable 20 of the pressure sensor 3 on. The connection channel 19 extends from that of the cap 12 opposite end of the body 4 to the sensor receiving space 18 , The insulator 5 has a longitudinal direction of the spark plug 1 running groove 22 on which together with an inner surface of the passageway 41 in the body 4 the connection channel 19 forms. The connection channel 19 is thereby partially along its circumference by a surface of the insulator 5 and partly through an area of the body 4 educated.

Der Sensoraufnahmeraum 18 enthält ein Innengewinde, in welches der Drucksensor 3 eingeschraubt ist. Die Sensor-Baugruppe 20 kann zum Ein- und Ausschrauben eine Schraubeinrichtung 23, beispielsweise einen Sechskant, aufweisen. Ferner enthält der Sensoraufnahmeraum 18 eine konische Dichtfläche 24, an welcher eine entsprechend geformte Dichtfläche des Drucksensors 3 dichtend anliegt. Zusätzlich kann ein nicht dargestellter Dichtring zwischen Körper 4 und Drucksensor 3 angeordnet sein.The sensor receiving space 18 contains an internal thread into which the pressure sensor 3 is screwed. The sensor assembly 20 can be used for screwing and unscrewing a screw 23 , For example, a hexagon have. Furthermore, the sensor accommodating space contains 18 a conical sealing surface 24, on which a correspondingly shaped sealing surface of the pressure sensor 3 sealingly rests. In addition, an unillustrated sealing ring between body 4 and pressure sensor 3 be arranged.

Der Drucksensor 3 ist bevorzugt ein optisch arbeitender Drucksensor mit einer Druckmembran, welcher über Glasfasern in der Anschlussleitung 21 mit Licht versorgt wird. Das Licht wird an der Druckmembran reflektiert und über Glasfasern in der Anschlussleitung 21 zu einem in einer Steuereinheit vorgesehenen Empfänger geleitet. Wechselnde Drücke in der Vorkammer 13 führen zu unterschiedlichen Verformungen der Druckmembran, wodurch sich die Lichtreflektionen an der Druckmembran verändern.The pressure sensor 3 is preferably an optically operating pressure sensor with a pressure membrane, which via glass fibers in the connecting cable 21 is supplied with light. The light is reflected at the pressure membrane and over glass fibers in the connecting line 21 directed to a receiver provided in a control unit. Changing pressures in the antechamber 13 lead to different deformations of the pressure membrane, which changes the light reflections on the pressure membrane.

Die Zündkerze 1 wird über den Hochspannungs-Zündkerzenstecker 2 mit Zündspannung versorgt. Der Zündkerzenstecker 2 wird auf das aus dem Körper 4 herausragende Ende des Isolators 5 aufgeschoben. Der Zündstift 8 ist mit einer Anschlussmutter 25 versehen, welche mit einer Steckeinheit 26 des Zündkerzensteckers 2 die Hochspannungsschnittstelle bildet. Zur elektrischen Isolierung ist im Zündkerzenstecker 2 ein Isolierteil 27 vorgesehen. Der Zündkerzenstecker 2 ist mit einem Schlitz 28 versehen, in welchem die Anschlussleitung 21 geführt wird. Die Anschlussleitung 21 führt zu einer Auswerteelektronik mit einem Optokoppler, welche in nicht dargestellter Weise am hinteren Ende des Zündkerzensteckers 2 angeordnet sein kann und das Drucksignal des Drucksensors 3 auswertet und der Motorsteuerung zur Verfügung stellt. Die Anschlussleitung 21 ist von der Auswerteelektronik abkoppelbar, wenn die Sensor-Baugruppe 20 in eine andere Zündkerze eingebaut werden soll.The spark plug 1 gets over the high voltage spark plug connector 2 supplied with ignition voltage. The spark plug connector 2 gets on that out of the body 4 outstanding end of the insulator 5 postponed. The firing pin 8th is with a connecting nut 25 provided, which with a plug-in unit 26 of the spark plug connector 2 forms the high voltage interface. For electrical insulation is in the spark plug 2 an insulating part 27 intended. The spark plug connector 2 is with a slot 28 provided in which the connecting cable 21 to be led. The connection cable 21 leads to an evaluation with an optocoupler, which in a manner not shown at the rear end of the spark plug 2 can be arranged and the pressure signal of the pressure sensor 3 evaluates and provides the engine control. The connection cable 21 is decoupled from the transmitter when the sensor assembly 20 to be installed in another spark plug.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorkammerzündkerzeprechamber
22: Zündkerzensteckerspark plug
33: Drucksensorpressure sensor
44: Körperbody
55: Isolatorinsulator
66: Mittelelektrodecenter electrode
77: Glaseinschmelzungglass seal
88th: Zündstiftfiring pin
99: Masseelektrodeground electrode
1010: Edelmetalllegierungprecious metal alloy
1111: Edelmetalllegierungprecious metal alloy
1212: Kappecap
1313: Vorkammerantechamber
1414: Öffnungenopenings
1515: Außengewindeexternal thread
1616: Sechskanthexagon
1717: Abdichtungseal
1818: SensoraufnahmeraumSensor location
1919: Anschlusskanalconnecting channel
2020: Sensor-BaugruppeSensor assembly
2121: Anschlussleitungconnecting cable
2222: Nutgroove
2323: Schraubeinrichtungscrew device
2424: Konische DichtflächeConical sealing surface
2525: Anschlussmutterconnecting nut
2626: Steckeinheitplug-in unit
2727: IsolierteilInsulation
2828: Schlitzslot
4141: Durchgangpassage

Claims

A spark plug (1) for a stationary gas fired internal combustion engine comprising a metallic body (4) having an insulator (5) secured in a passage (41) of the body (4) and having a center electrode passing through the insulator (5) (6), having a ground electrode (9) fixed to the body (4), which forms an air gap with the center electrode (6), and a cap (12) attached to the body (4) which after installation of the spark plug (12). 1) shields in a combustion chamber of the internal combustion engine, the center electrode (6) and the ground electrode (9) against the combustion chamber and forms together with the body (4) of the spark plug an antechamber (13), in which the center electrode (6) and the ground electrode ( 9), wherein the cap (12) has at least one opening (14) which allows a gas exchange between the prechamber (13) and the space outside the prechamber, characterized in that in the body (4) of the spark plug (1 ei n sensor receiving space (18) is formed, which opens into the prechamber (13) that a pressure sensor (3) for measuring the pressure in the prechamber (13) is interchangeable in the sensor receiving space (18) is arranged, and that the spark plug ( 1) has a connection channel (19) which leads a connecting line (21) of the pressure sensor (3) from the sensor receiving space (18) to the end of the body (4) opposite the cap (12).

Spark plug after Claim 1 in that the connection channel (19) is formed along its circumference partly through the insulator (5) and partly through the body (4).

Spark plug after Claim 2 in which the insulator (5) has a groove (22) running in the longitudinal direction of the spark plug (1), which groove forms a part of the connection channel (19) together with the body (4).

spark plug Claim 3 in which the groove (22) in the insulator (5) begins at a shoulder-shaped abutment surface of the insulator (5), with which the insulator (5) with interposition of a seal (17) at a step in the passage (41) of the body (5) 4) is applied.

Spark plug according to one of the preceding claims, in which the center electrode (6) is fitted with a noble metal or with a noble metal alloy at its end projecting beyond the insulator (5), in which the ground electrode (9) surrounds the end of the center electrode (6) equipped with a noble metal (10) or with a noble metal alloy and is ring-shaped on its inside facing the center electrode (6) with a noble metal (11) or with a noble metal alloy, wherein the facing surfaces of the center electrode (6) and the ground electrode (9) formed by the noble metal (10; 11) and the noble metal alloy, respectively, are coaxially arranged cylindrical surfaces.

Spark plug according to one of the preceding claims, in which the center electrode (6) is arranged centrally in the body (4).

A spark plug according to any one of the preceding claims, wherein the sensor receiving space (18) is disposed in a region of the body (4) extending longitudinally of the spark plug (1) between the prechamber (13) and between the insulator (5) and body (4) ) located seal (17).

A spark plug as claimed in any one of the preceding claims, wherein the sensor receiving space (18) includes an internal thread.

A spark plug as claimed in any one of the preceding claims, wherein the sensor receiving space (18) includes a conical sealing surface (24).

Spark plug according to one of the preceding claims, in which the pressure sensor (3) with its end face facing the prechamber (13) is flush with the surface of the body (4) which adjoins the pressure sensor (3) and forms the prechamber (13).

Spark plug according to one of the preceding claims, in which the pressure sensor (3) contains a piezoelement and / or a pressure membrane.

Spark plug according to one of the preceding claims, which at least one with the Pressure sensor (3) contains associated fiber optic cable (21) which extends through the connection channel (19).

Spark plug according to one of the preceding claims, in which a sealing ring is arranged between pressure sensor (3) and body (4).