DE102018105182B4 - Chamber candle with piezo pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Kammerkerze (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend- eine Klemmhülse (2) mit einer Mittelachse M, wobei die Klemmhülse (2) einen Boden (21) und eine Seitenwand (22) aufweist, wobei der Boden (21) und die Seitenwand (22) einen Innenraum (24) der Klemmhülse (2) begrenzen,- einen zumindest teilweise leitenden Grundkörper (4) zur Festsetzung der Kammerkerze (1) an einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, wobei an dem Grundkörper (4) eine Masseelektrode (6) vorgesehen ist, die in die Brennkammer ragt, wobei der Grundkörper (4) an der Klemmhülse (2) festgesetzt ist,- einen Isolator (3) mit einer Mittelelektrode (7), der im Innenraum (24) platziert ist und über eine in radialer Richtung zur Mittelachse M vorstehende erste Anlagefläche (31) des Isolators (3) am Grundkörper (4) zumindest mittelbar anliegt und über eine in radialer Richtung der Mittelachse M vorstehende zweite Anlagefläche (32) des Isolators (3) am Boden (21) zumindest mittelbar anliegt, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung der Mittelachse M zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) gelagert ist, wobei die Mittelelektrode (7) durch den Isolator (3) zu der Masseelektrode (6) geführt ist und beide zusammen eine Luftfunkstrecke bilden, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und dass zwischen dem Isolator (3) und der Klemmhülse (2) und/oder zwischen dem Isolator (3) und dem Grundkörper (4) ein in axialer Richtung der Mittelachse M wirkendes Piezoelement (5) vorgesehen ist, wobei ein Explosionsdruck in der Brennkammer über den Isolator (3) auf das Piezoelement (5) übertragbar und messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzung zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) lösbar ist.Chamber candle (1) for an internal combustion engine, comprising a clamping sleeve (2) with a central axis M, the clamping sleeve (2) having a base (21) and a side wall (22), the base (21) and the side wall (22) ) delimit an interior (24) of the clamping sleeve (2), - an at least partially conductive base body (4) for fixing the chamber plug (1) to a combustion chamber of the internal combustion engine, a ground electrode (6) being provided on the base body (4), which protrudes into the combustion chamber, the base body (4) being fixed to the clamping sleeve (2), - an insulator (3) with a central electrode (7), which is placed in the interior (24) and has a radial direction to the central axis M protruding first contact surface (31) of the insulator (3) rests at least indirectly on the base body (4) and at least indirectly rests on the base (21) via a second contact surface (32) of the insulator (3) protruding in the radial direction of the central axis M, wherein the insulator (3) in axial direction respect of the central axis M is mounted between the base body (4) and the clamping sleeve (2), the central electrode (7) being guided through the insulator (3) to the ground electrode (6) and both together forming an air radio path, the insulator ( 3) is mounted movably in the axial direction and that a piezo element (5) acting in the axial direction of the central axis M is provided between the insulator (3) and the clamping sleeve (2) and / or between the insulator (3) and the base body (4) is, wherein an explosion pressure in the combustion chamber can be transmitted and measured via the insulator (3) to the piezo element (5), characterized in that the attachment between the base body (4) and the clamping sleeve (2) is releasable.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kammerkerze für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Klemmhülse mit einer Mittelachse M, wobei die Klemmhülse einen Boden und eine Seitenwand aufweist, wobei der Boden und die Seitenwand einen Innenraum der Klemmhülse begrenzen, einen zumindest teilweise leitenden Grundkörper zur Festsetzung der Kammerkerze an einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, wobei an dem Grundkörper eine Masseelektrode vorgesehen ist, die in die Brennkammer ragt, wobei der Grundkörper an der Klemmhülse festgesetzt ist, einen Isolator mit einer Mittelelektrode, der im Innenraum platziert ist und über eine in radialer Richtung zur Mittelachse M vorstehende erste Anlagefläche des Isolators am Grundkörper zumindest mittelbar anliegt und über eine in radialer Richtung der Mittelachse M vorstehende zweite Anlagefläche des Isolators am Boden zumindest mittelbar anliegt, wobei der Isolator in axialer Richtung der Mittelachse M zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse gelagert ist, wobei die Mittelelektrode durch den Isolator zu der Masseelektrode geführt ist und beide zusammen eine Luftfunkstrecke bilden, wobei der Isolator in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und dass zwischen dem Isolator und der Klemmhülse und/oder zwischen dem Isolator und dem Grundkörper ein in axialer Richtung der Mittelachse M wirkendes Piezoelement vorgesehen ist, wobei ein Explosionsdruck in der Brennkammer über den Isolator auf das Piezoelement übertragbar und messbar ist. Eine solche Kammerkerze ist beispielsweise aus
Zur Auswertung des Verbrennungsdrucks einer Brennkraftmaschine wird häufig der Zylinderkopf angebohrt. Diese Bohrung ist konstruktiv sehr kompliziert, da häufig gleichsam Kühlwasserraum und Ölraum durchquert werden müssen. Ferner sind dabei separate Bauteile nötig. Eine weitere Möglichkeit zur Auswertung des Verbrennungsdrucks stellt die Präparation der Kammerkerze selbst dar.The cylinder head is often drilled to evaluate the combustion pressure of an internal combustion engine. This borehole is structurally very complicated, since the cooling water space and the oil space often have to be traversed at the same time. Separate components are also required. Another option for evaluating the combustion pressure is to prepare the chamber candle itself.
Aus der
Die
Die
Solche Kammerkerzen finden im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, mithin außerhalb des Motorprüfstands keine Anwendung. Die Kammerkerzen auf dem Motorprüfstand entsprechen somit nicht den Kammerkerzen, die im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden.Such chamber plugs are not used in normal operation of the internal combustion engine, therefore outside of the engine test bench. The chamber candles on the engine test bench therefore do not correspond to the chamber candles that are used in normal operation of the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kammerkerze derart auszubilden und anzuordnen, dass eine konstruktiv einfache und kostengünstige Ausgestaltung gewährleistet ist.The invention is based on the object of designing and arranging a chamber candle in such a way that a structurally simple and inexpensive design is ensured.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Festsetzung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse lösbar ist. Der Isolator ist dabei bewegbar in dem Sinne, dass die durch den Verbrennungsdruck generierte Axialkraft des Isolators zumindest teilweise von dem Piezoelement aufgenommen werden kann. Im festgesetzten Zustand von Grundkörper und Klemmhülse ist insbesondere eine relative axiale Bewegung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse nicht möglich. Das Piezoelement ist zwischen der Klemmhülse und dem Isolator platziert und leicht vorgespannt. Mit zunehmendem Verbrennungsdruck nimmt die durch das Piezoelement aufzunehmende Axialkraft zu, sodass der Verbrennungsdruck ermittelt wird. Auf eine Lagerung des Piezoelements unter Vorspannung könnte in Bezug auf diese Druckmessung verzichtet werden. Insbesondere wenn das Piezoelement aber zwischen dem Isolator und dem Grundkörper angeordnet ist, muss das Piezoelement unter axial wirkender Vorspannung stehen, sodass der Zylinderdruck, mithin der Verbrennungsdruck über die Abnahme des Drucks resultierend aus der Vorspannung erfassbar ist.The object is achieved according to the invention in that the fixation between the base body and the clamping sleeve can be released. The isolator is movable in the sense that the axial force of the isolator generated by the combustion pressure can be at least partially absorbed by the piezo element. In the fixed state of the base body and the clamping sleeve, in particular a relative axial movement between the base body and the clamping sleeve is not possible. The piezo element is placed between the clamping sleeve and the insulator and is slightly preloaded. As the combustion pressure increases, the axial force to be absorbed by the piezo element increases, so that the combustion pressure is determined. With regard to this pressure measurement, it would be possible to dispense with mounting the piezo element under preload. In particular, if the piezo element is arranged between the insulator and the base body, the piezo element must be under axially acting prestress so that the cylinder pressure, and therefore the combustion pressure, can be detected via the decrease in pressure resulting from the prestress.
Der Piezodrucksensor kann dabei auch im Sinne eines Vibrationssensors eingesetzt werden. Somit ist es möglich, das Piezoelement auch zur Klopferkennung zu nutzen. Die Auswertung der Drucksensordaten unterscheidet sich dahingehend von der Verbrennungsdruckmessung, dass eine Fast Hartley Transformation mit angepasstem Frequenzfilter durchzuführen ist.The piezo pressure sensor can also be used in the sense of a vibration sensor. It is thus possible to use the piezo element for knock detection as well. The evaluation of the pressure sensor data differs from the combustion pressure measurement in that a Fast Hartley transformation must be carried out with an adapted frequency filter.
Die Festsetzung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse ist lösbar. Eine lösbare Verbindung im Sinne der Erfindung ist keine stoffschlüssige Verbindung wie etwa Verschweißen oder Verkleben. Vielmehr sind lösbare Verbindungen im Sinne der Erfindung formschlüssige Verbindungen, wie sie insbesondere durch Verschraubungen oder kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere durch Klemmen, erzielt werden.The fixation between the base body and the clamping sleeve is releasable. A releasable connection within the meaning of the invention is not a material connection such as welding or gluing. Rather, releasable connections within the meaning of the invention are form-fitting connections, as are achieved in particular by screw connections or force-fitting connections, in particular by clamping.
Aufgrund der lösbaren Verbindung kann das Piezoelement einfach montiert durch einen kostengünstigeren Dummyring ausgetauscht werden, der im Normalbetrieb der Kammerkerze Verwendung findet. Auf diese Weise werden Kosten gespart. Die Verkabelung, die zum Anschließen des Piezoelements benötigt wird, kann insbesondere entlang des Isolators aus der Klemmhülse herausgeführt werden.Due to the detachable connection, the piezo element can be easily installed and replaced by a more cost-effective dummy ring that is used in normal operation of the chamber candle. This saves costs. The cabling that is required for connecting the piezo element can in particular be led out of the clamping sleeve along the insulator.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Grundkörper an einem dem Boden gegenüberliegenden Endbereich der Seitenwand der Klemmhülse mit der Klemmhülse verbunden ist. Mit einer solch einfachen Ausbildung wird die Kammerkerze entsprechend kompakt und einfach montierbar, insbesondere mit Blick auf die Montage des Piezoelements.Furthermore, it can be advantageous if the base body is connected to the clamping sleeve at an end region of the side wall of the clamping sleeve which is opposite the bottom. With such a simple design, the chamber candle is correspondingly compact and easy to assemble, in particular with a view to assembling the piezo element.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Grundkörper eine Kappe aufweist, die zusammen mit dem Grundkörper zur Ausbildung einer Vorkammer dient, wobei die Kappe zumindest eine Öffnung aufweist, über die das zu zündende Gemisch zwischen der Vorkammer und dem Brennkammerbereich außerhalb der Vorkammer austauschbar ist, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode in die Vorkammer ragen. Die Kammer optimiert den Zündungsvorgang dahingehend, dass sie einen Abtrieb des zu zündenden Gemischs aufgrund der Gasbewegung im Zylinder verhindert und für jede Zündung damit vergleichbare Bedingungen vorliegen.It can also be advantageous here if the base body has a cap which, together with the base body, serves to form an antechamber, the cap having at least one opening through which the mixture to be ignited can be exchanged between the antechamber and the combustion chamber area outside the antechamber , wherein the ground electrode and the center electrode protrude into the antechamber. The chamber optimizes the ignition process in such a way that it prevents the mixture to be ignited from being driven down due to the gas movement in the cylinder, and thus comparable conditions exist for each ignition.
Es zeigt:
-
1 eine Schnittdarstellung der Kammerkerze mit Piezoelement; -
2 eine Schnittdarstellung der Kammerkerze mit Piezoelement an alternativer Position.
-
1 a sectional view of the chamber candle with piezo element; -
2 a sectional view of the chamber candle with piezo element in an alternative position.
Nach
In dem Innenraum
An dem Grundkörper
Das Ausführungsbeispiel nach
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KammerkerzeChamber candle
- 22
- KlemmhülseClamping sleeve
- 2121
- Bodenground
- 2222nd
- SeitenwandSide wall
- 2323
- BodenöffnungBottom opening
- 2424
- Innenrauminner space
- 2525th
- EndbereichEnd area
- 33
- Isolatorinsulator
- 3131
- erste Anlagefläche, untere Schulterfirst contact surface, lower shoulder
- 3232
- zweite Anlagefläche, obere Schultersecond contact surface, upper shoulder
- 3333
- oberer Bereichupper area
- 3434
- mittlerer Bereichmiddle area
- 3535
- unterer Bereichlower area
- 44th
- GrundkörperBase body
- 55
- PiezoelementPiezo element
- 66th
- MasseelektrodeGround electrode
- 77th
- MittelelektrodeCenter electrode
- 88th
- Kappecap
- 8181
- Öffnungenopenings
- 8282
- VorkammerAntechamber
- MM.
- MittelachseCentral axis
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