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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Temperaturleitelement für einen Brennraumdrucksensor, der vorzugsweise Teil einer Druckmessglühkerze oder Druckmessglühstiftkerze ist, und genauer gesagt ein Temperaturleitelement für einen Brennraumdrucksensor einer Druckmessglühkerze zur Anordnung in einer Kammer einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors oder eines selbstzündenden Otto-Motors (HCCI-Ottomotor). Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Brennraumdrucksensor mit einem derartigen Temperaturleitelement, sowie eine Druckmessglühkerze mit einem derartigen Brennraumdrucksensor.
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Aufgrund immer strenger werdender Gesetzgebung bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der dabei entstehenden Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, speziell im Kraftfahrzeugbereich, sind Weiterentwicklungen der Verbrennungssteuerung sowie der zugehörigen Steuerungsbauteile notwendig. Als ein entscheidender Faktor der Verbrennung, der zu optimieren ist, wurde in der jüngsten Vergangenheit der Brennraumdruck identifiziert, der eine entscheidende Rolle beim Erreichen einer optimalen Verbrennung im Brennraum von selbstzündenden Brennkraftmaschinen spielt. Um nun diesen messen zu können, müssen Brennraumdrucksensoren im Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Insbesondere besteht ein Bedarf an großserientauglichen Brennraumdrucksensoren, sowohl für Otto-Motoren als auch für Diesel-Motoren. Auch für neuartige Motorkonzepte, wie beispielsweise selbstzündende Otto-Motoren (HCCI-Motoren), sind Brennraumdrucksensoren wünschenswert.
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Ein Beispiel für eine Druckmessglühkerze, in der ein Brennraumdrucksensor integriert ist, kann der
DE 10 2010 038 798 A1 entnommen werden. Die darin beschriebene Druckmessglühkerze
91, die in
3 in einer geschnittenen Teilansicht im in einen Zylinderkopf
92 eingebauten Zustand dargestellt ist, besteht aus einem als Glühstab oder Glühstift wirkendes Druckübertragungselement
911, das aus einer Bohrung im Zylinderkopf
92 in einen Brennraum
93 einer Brennkraftmaschine hervorsteht, sowie aus einem Sensormodul
912, das den auf das Druckübertragungselement
911 wirkenden Brennraumdruck aufnimmt. Das Druckübertragungselement
911 ist in einem Stützrohr
913 gehalten, das wiederum durch ein spezielles Adapterelement
914 so gehalten ist, dass das Stützrohr
913 in der Druckmessglühkerze
91 beweglich gehalten ist, so dass die zu messenden Brennraumdrücke durch Bewegungen des Druckübertragungselements
911 auf das Sensormodul
912 übertragen werden können.
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Die vorhergehend beschriebene Lösung zur Brennraumdruckmessung hat den Nachteil, dass die Verbrennungshitze im Brennraum 93 über das Druckübertragungselement 911 in das Innere der Druckmessglühkerze 91 übertragen werden kann, in 3 dargestellt durch den Wärmeübertragungsweg 914. Die Brennraumhitze oder Brennraumwärme kann daher das Sensormodul 912 erreichen, wobei die einzelnen Sensorbauteile oder auch das Adapterelement 914 durch die oft sehr hohe Brennraumwärme entweder beeinflusst oder beschädigt werden können, wodurch eine genaue Brennraumdruckmessung verfälscht oder sogar vollständig verhindert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Temperaturleitelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, das bei einem Brennraumdrucksensor Anwendung findet. Genauer gesagt weist das erfindungsgemäße Temperaturleitelement generell einen hohlzylinderförmigen Grundkörper auf, in dem beziehungsweise in dessen Außenumfang eine Vielzahl von Aussparungen vorgesehen ist, die zwischen Stegen vorgesehen sind, welche in axialer Richtung des Grundkörpers verlaufen, also entlang der Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet sind. Jeder Steg ist dabei so ausgebildet, dass zumindest ein Abschnitt des jeweiligen Stegs in radialer Richtung des Grundkörpers nach außen hervorsteht, vorzugsweise sein in axialer Richtung mittlerer Abschnitt, das heißt die axiale Mitte des jeweiligen Stegs. Dadurch wird vorzugsweise eine ausbauchende, bauchige oder auch als ausgebeult bezeichenbare Form des Grundkörpers erreicht, bei der die axiale Mitte des Grundkörpers in Umfangsrichtung weiter nach außen hervorsteht als die axialen Enden des Grundkörpers. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass jeder Steg an einem anderen Abschnitt als an der axialen Mitte nach außen hervorsteht, beziehungsweise dass jeder Steg an mehr als an einem Abschnitt in radialer Richtung des Grundkörpers nach außen hervorsteht. Die in dem Grundkörper zwischen den Stegen ausgebildeten Aussparungen sind vorzugsweise quaderförmig, so dass die Stege des Grundkörpers des Temperaturleitelements ebenfalls im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind. Die Stege sind folglich länger als breit und weisen eine Breitendimension auf, die größer ist als deren Dicken- oder Tiefendimension. Vorzugsweise ist ferner jeder Steg an seinem zumindest einen Abschnitt, weiter vorzugsweise in seiner axialen Mitte, in seiner Breitenrichtung beziehungsweise in seiner lateralen Dimension, das heißt in Umfangsrichtung des Grundkörpers, breiter als an seinen axialen Enden. Damit kann eine umfängliche Oberflächenvergrößerung in der Mitte des Temperaturleitelements erreicht werden.
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Vorzugsweise weist jedes axiale Ende des Grundkörpers eine Ringform auf, also einen durchgehenden ringförmigen Abschnitt, dessen Breitendimension größer als dessen Tiefendimension ist, also dessen Erstreckung in axialer Richtung des Grundkörpers größer als dessen Erstreckung in radialer Richtung des Grundkörpers ist. Jedes derartige axiale Ende des Grundkörpers ist mit einem jeweiligen Ende jeden Stegs verbunden, so dass die ringförmigen axialen Endabschnitte des Grundkörpers zusammen mit den Stegen eine Einheit bilden, die geometrisch den Grundkörper ausbildet. In einer bevorzugten Ausführung besteht das Temperaturleitelement aus einem Edelstahl, vorzugsweise aus einem unlegierten Edelstahl mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Edelstahl mit der Werkstoff-Nummer 1.4310 oder 1.4301. Dadurch kann es erreicht werden, dass das Temperaturleitelement möglichst viel Wärme leiten kann, vorzugsweise von den ringförmigen Endabschnitten hin zu der ausbauchenden Mitte des Grundkörpers. Der Grundkörper kann durch verschiedene Herstellungsverfahren gefertigt werden, zum Beispiel durch Tiefziehen. Ferner kann das Temperaturleitelement eine geringe radiale Federsteifigkeit aufweisen, vorzugsweise bedingt durch dessen geometrische Struktur sowie der Eigenschaften des Materials des Grundkörpers. Das Temperaturleitelement kann darüber hinaus eine Beschichtung aufweisen, die vorzugweise aus Graphit besteht.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennraumdrucksensor bereitgestellt, der ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensormodul, ein Druckübertragungselement, ein Stützrohr, in dem das Druckübertragungselement aufgenommen ist, und ein wie vorhergehend beschriebenes Temperaturleitelement aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensor wird dabei ein zu messender Druck von dem Druckübertragungselement aufgenommen und über das Stützrohr zu dem Sensormodul übertragen wird, wobei das Stützrohr das Druckübertragungselement beweglich hält. Vorzugsweise ist dabei das Temperaturleitelement, das auch als Wärmeleitfächer bezeichnet werden kann, an einem Außenumfang des Stützrohrs befestigt, vorzugsweise durch Schweißen, wobei das Temperaturleitelement bauraumbedingt zum Teil innerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Das Temperaturleitelement dient bei diesem Aufbau dazu, eine von dem Druckübertragungselement an das Stützrohr abgegebene Wärme nach außen hin abzuleiten, wobei die Wärme von den an dem Stützrohr befestigten ringförmigen Endabschnitten des Grundkörpers aufgenommen und über die Stege an die axiale Mitte des Grundkörpers übertragen wird, von der die Wärme nach außen abgegeben werden kann. Alternativ dazu kann das Temperaturleitelement des erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensors vollständig innerhalb des Gehäuses des Brennraumdrucksensors angeordnet sein und dabei einen Kontakt zwischen Stützrohr und Gehäuse herstellen, so dass die von dem Druckübertragungselement an das Stützrohr abgegebene Wärme an das Gehäuse abgegeben werden kann. Diese Art der Anordnung ist denkbar, wenn genügend Platz dafür in dem Gehäuse vorhanden ist, vorzugsweise bei einem sogenannten Stand-Alone-Drucksensor, das heißt einem autonomen Brennraumdrucksensor. Die Wärme wird dabei von den an dem Stützrohr befestigten ringförmigen Endabschnitten des Grundkörpers aufgenommen und über die Stege an die axiale Mitte des Grundkörpers übertragen, die mit dem Gehäuse in Kontakt steht, wobei von dort die Wärme über das Gehäuse nach außen abgegeben werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass die Wärme das Sensormodul erreicht und dabei eine Brennraumdruckmessung negativ beeinflusst oder durch eine mögliche Beschädigung oder Zerstören der messungsbeteiligten Bauteile vollständig verhindert wird.
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Gemäß einem noch weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Druckmessglühkerze zum Einbau in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei der vorhergehend beschriebene Brennraumdrucksensor ein wesentlicher Teil der Druckmessglühkerze ist. Dabei stellt das Dichtkonusgehäuse der Druckmessglühkerze das Gehäuse des Brennraumdrucksensors bereit. Beim Einbau der Druckmessglühkerze in eine Bohrung in dem Zylinderkopf liegt das Druckübertragungselement hin zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine frei, so dass der Brennraumdruck über das Druckübertragungselement und das Stützrohr weiter auf das Sensormodul übertragen werden kann. Das Temperaturleitelement, das auch als Wärmeleitfächer bezeichnet werden kann, ist dabei vorzugsweise an dem Stützrohr so angeordnet, dass dessen axiale Mitte mit dem Innenumfang der Zylinderkopfbohrung in Anlage geht, also dass jeder Steg an seinem zumindest einen nach außen vorstehenden Abschnitt mit dem Innenumfang der Zylinderkopfbohrung in Kontakt steht. Dadurch kann die in dem Brennraum der Brennkraftmaschine auftretende Wärme an das Druckübertragungselement und von diesem weiter an das Stützrohr abgegeben werden. Die Wärme wird dabei von den an dem Stützrohr befestigten ringförmigen Endabschnitten des Grundkörpers aufgenommen und über die Stege an deren vorstehende Abschnitte übertragen, die mit dem Zylinderkopf in Kontakt steht, wobei von dort die Wärme direkt an den Zylinderkopf abgegeben werden kann, der als Wärmesenke dient. Dadurch kann verhindert werden, dass die Wärme das Sensormodul erreicht und dabei eine Brennraumdruckmessung negativ beeinflusst oder durch eine mögliche Beschädigung oder Zerstören der messungsbeteiligten Bauteile vollständig verhindert wird.
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Vorteile der Erfindung
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Mit dem erfindungsgemäßen Temperaturleitelement kann bei einem Brennraumdrucksensor beziehungsweise bei einer Druckmessglühkerze ein Wärme direkt ableitendes Element bereitgestellt werden, um die Wärme vom Brennraum direkt an den als Wärmesenke wirkenden Zylinderkopf abzuleiten. Das Temperaturleitelement, das auch als Wärmeleitfächer bezeichnet werden kann, hat dabei den Vorteil, dass Brennraumwärme schon sehr brennraumnah direkt an den Zylinderkopf abgegeben werden kann, um die Wärme vom Sensormodul des Brennraumdrucksensors fern zu halten, beziehungsweise die noch dorthin übertragene Wärme zumindest signifikant zu verringern. Das Temperaturleitelement ist ferner so geformt, dass keine, beziehungsweise nur eine sehr geringe radiale Federsteifigkeit entsteht, wodurch eine Anpresskraft an den Zylinderkopf gering gehalten werden kann und somit einen sehr geringen Einfluss, in Bezug auf Reibung, auf die Signalqualität der Brennraumdruckmessung hat. Zusätzlich ist die Geometrie des Grundkörpers durch dessen Stegaufbau auf ein Vermeiden von Verrußen und sonstiger Ablagerung optimiert und wird durch Mikrobewegungen frei beweglich gehalten. Durch die optionale Beschichtung des Temperaturleitelements, also des Wärmefächers mit Graphit oder einem ähnlichen Material, das in Verbindung mit Aluminium gute Schmiereigenschaften aufweist, kann eine geringe Reibung zum Zylinderkopf erreicht werden. Ebenso wird hierdurch eine Ablagerung von Fremdstoffen an dem Temperaturleitelement weiter verringert beziehungsweise vollständig vermieden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Druckmessglühkerze mit einem Temperaturleitelement gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt das erfindungsgemäße Temperaturleitelement in einer perspektivischen Ansicht; und
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3 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Druckmessglühkerze gemäß dem Stand der Technik.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Druckmessglühkerze 3, die einen integrierten Brennraumdrucksensor 2 mit einem Temperaturleitelement 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Druckmessglühkerze 3 ist in einem Zylinderkopf 4 einer Brennkraftmaschine eingebaut, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung, bei der ein Gehäuse 21 des Brennraumdrucksensors 2, das zugleich ein Gehäuse der Druckmessglühkerze 3 bildet, in einer in dem Zylinderkopf vorgesehenen Bohrung 41 eingesetzt ist. In dem Gehäuse 21 ist ein Sensormodul 22 angeordnet, das über ein Verbindungsbauteil 25 in Form eines Adapters mit einem Stützrohr 24 verbunden ist. In dem Stützrohr 24 ist ein Druckübertragungselement 23 angeordnet, vorzugsweise eingepresst, dessen freies Ende 231 aus der Bohrung 41 hervor in einen Brennraum 5 einer Brennkraftmaschine hervorsteht. Das Druckübertragungselement 23 liegt bei der gezeigten Druckmessglühkerze 3 in Form eines Glühstabs oder Glühstifts vor, der über eine Verbindung 232 mit Strom versorgt wird, mit welchem der Glühstab zum Glühen gebracht werden kann.
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Im eingebauten Zustand kann durch den Brennraumdrucksensor 2 der Druckmessglühkerze 3 ein Druck in dem Brennraum 5 gemessen werden, indem der auf das freie Ende 231 des Druckübertragungselements 23 wirkende Brennraumdruck über das Druckübertragungselement 23 auf das Stützrohr 24 und weiter über das Verbindungsbauteil 25 auf das Sensormodul 22 übertragen und von diesem gemessen wird. Da es im Brennraum bei einer Verbrennung nicht nur zu hohen Drücken sondern auch zu hohen Temperaturen kommen kann, wird durch das Druckübertragungselement 23 ebenfalls die in dem Brennraum 5 auftretende Wärme auf das Stützrohr 24 übertragen. Um nun eine direkte Übertragung dieser Wärme auf das Verbindungsbauteil 25 oder weiter auf das Sensormodul 22 zu verhindern, ist bei der hier vorliegenden Druckmessglühkerze 3 das Temperaturleitelement 1 an dem Stützrohr 24 vorgesehen. Genauer gesagt ist dieses um einen Außenumfang des Stützrohrs 24 herum so angebracht, dass sich das Stützrohr 24 in einem Innenhohlraum des hohlzylinderförmigen Grundkörpers des Temperaturleitelements 1 befindet, wobei das Stützrohr 24 mit ringförmigen Endabschnitten 13, 14 des Grundkörpers in direkter Verbindung steht. Das Temperaturleitelement 1 ist dabei über die Endabschnitte 13, 14 mit dem Stützrohr 24 durch Schweißen verbunden. Das Temperaturleitelement 1, beziehungsweise der ausbauchende Mittelteil des Temperaturleitelements 1 steht dabei mit dem Innenumfang der Zylinderkopfbohrung 41 in flächigem Kontakt. Dadurch wird es ermöglicht, die von dem Druckübertragungselement 23 übertragene Brennraumwärme im Idealfall vollständig in den als Wärmesenke wirkenden Zylinderkopf 4 abzuleiten, wie es durch den Wärmeleitpfad 6 in 1 gezeigt ist.
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Alternativ dazu kann das Temperaturleitelement 1 beispielsweise im Falle eines reinen Brennraumdrucksensors, also eines sogenannten Stand-alone-Drucksensors, je nach zur Verfügung stehendem Raum auch direkt zwischen dem Stützrohr 24 und dem Gehäuse 21 angeordnet sein, so dass eine von dem Druckübertragungselement 23 geleitete Brennraumwärme über das Stützrohr 24 und das Temperaturleitelement 1 an das Gehäuse 21 und weiter an den als Wärmesenke wirkenden Zylinderkopf 4 abgeleitet werden kann, im Idealfall ohne zu dem Sensormodul 22 vorzudringen.
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Wie es genauer in 2 zu sehen ist, besteht das Temperaturleitelement 1 der bevorzugten Ausführungsform aus den bereits genannten ringförmigen Endabschnitten 13, 14, die eine ringförmige Bandgestalt aufweisen, sowie aus Stegen 12, die die beiden Endabschnitte 13, 14 miteinander verbinden. Zwischen den Stegen 12 sind Aussparungen 11 vorgesehen, die in dieser Ausführungsform eine Quaderform aufweisen, jedoch auch jede andere denkbare Gestalt haben können, so zum Beispiel eine leicht ovale Gestalt oder eine mäanderförmige Gestalt. Jeder Steg 12 der bevorzugten Ausführungsform des Temperaturleitelements 1 hat in seiner axialen Mitte einen nach außen hervorstehenden Abschnitt 121 mit quadratischer Form, um einen möglichst flächigen Kontakt mit der Zylinderkopfbohrung 41 beziehungsweise dem Gehäuse 21 herzustellen. Jeder Abschnitt 121 ist dabei parallel zu einer Längsachse 15 des Grundkörpers angeordnet und jeder Steg 12 ist ferner so ausgebildet, dass der Abschnitt 121 breiter als Enden 122 eines jeden Stegs 12 ist, um den flächigen Kontakt mit der Zylinderkopfbohrung 41 beziehungsweise dem Gehäuse 21 möglichst groß zu halten. Jeder Steg 12 ist an seinen Enden 122 mit den ringförmigen Endabschnitten 13, 14 einstückig verbunden, wobei das jeweilige Ende 122 ebenfalls aus einem parallelen quaderförmigen Abschnitt besteht. Alternativ zu der Ausgestaltung mit nur einer ausbauchenden Mitte können bei dem Temperaturleitelement 1 auch weitere Stegabschnitte nach außen hervorstehen, oder weiter alternativ dazu können anstatt der hervorstehenden Mittelabschnitte 121 andere Stegabschnitte hervorstehen, um die Kontaktfläche zu der Zylinderkopfbohrung 41 beziehungsweise dem Gehäuse 21 noch zu vergrößern.
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Das Temperaturleitelement 1 kann zur Vermeidung von Reibung an den damit in Kontakt stehenden Bauteilen mit einer Graphitschicht beaufschlagt sein, wodurch zudem eine unerwünschte Ablagerung von Fremdstoffen, wie zum Beispiel Rußpartikel verhindert werden kann. Alternativ dazu können auch andere Materialbeschichtungen verwendet werden, die zusammen mit dem Aluminum des Zylinderkopfs 4 gute Schmiereigenschaften aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038798 A1 [0003]
