DE20301021U1

DE20301021U1 - Druckmessonde zur Messung des Druckes im Brennraum einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE20301021U1
Application number: DE20301021U
Authority: DE
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: AT5949U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmesssonde zur Messung des Druckes im Brennraum einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung, mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement im brennraumseitigen Bereich des Sondengehäuses angeordnet ist.

Eine wesentliche Größe für die Beurteilung des Verbrennungsablaufes im Brennraum einer Brennkraftmaschine ist der im Brennraum herrschende Druck. Insbesondere in der Forschung und Entwicklung werden daher Anstrengungen gemacht, den Brennraum der Druckmessung zugängig zu machen. Meist ist es wünschenswert möglichst keine Änderungen an der Brennraumgeometrie vorzunehmen, so dass für die Druckmessung bereits vorhandene Bohrungen für die Zündkerze oder die Glühkerze verwendet werden.

Eine Vorrichtung bei welcher die Zündkerze zusätzlich für die Druckmessfunktion dient, ist beispielsweise aus der AT 402 116 B bekannt geworden. Bei dieser Messvorrichtung ist ein ringförmiges Druckmesselement vorgesehen, an welchem sich der Isolierkörper der Zündkerze gegen das Kerzengehäuse abstützt. Es wird somit der an der Zündkerze anliegende Druck auf das ringförmige Messelement übertragen, wobei ein wesentlicher Nachteil dieser Art der Druckmessung darin zu sehen ist, dass eine relativ große Masse, nämlich die des Isolierkörpers der Zündkerze, negative Auswirkungen auf die Druckmessung hat. Ähnliche Nachteile ergeben sich auch im Zusammenhang mit Druckmesssonden, welche für Glühkerzenbohrungen adaptiert sind, bei welchen ringförmige Drucksensoren zwischen Messsonde und Dichtsitz angeordnet sind.

Es ist daher von Vorteil die im Zusammenhang mit der Druckmessung bewegten Massen klein zu halten und das Druckmesselement möglichst nahe an den Brennraum heranzubringen. Dies kann beispielsweise mit einer Druckmesssonde bewerkstelligt werden, welche gemäß EP 1 074 828 A2 in eine Zündkerze integriert ist. Zu diesem Zweck ist die Zündkerze mit einer durchgehenden, außermittig im Gehäuse der Zündkerze ausgebildeten Längsbohrung versehen, welche zur Zündkerzenachse leicht geneigt ist und eine Druckmesssonde aufnimmt, deren Druckmesselement nahe am Brennraum angeordnet ist.

Derartige Messsonden sind mit Hilfe eines geeigneten Adapters auch in Glühkerzenbohrungen von Brennkraftmaschinen einsetzbar, wie eine Ausführung gemäß Stand der Technik (Fig. 1) zeigt. Die Druckmesssonde 1 wird zur Messung des

Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Glühkerzenadapters 20 in eine Glühkerzenbohrung 3 eingesetzt. Das ungekühlte Druckmesselement 5 befindet sich im vorderen Teil des Sondengehäuses 7 und wird über eine Sensormembran 4 mit dem im Brennraum herrschenden Druck beaufschlagt. Der Adapter 20 weist eine in den Brennraum 2 ragende Spitze 21 auf, welche der äußeren Kontur eines Glühstiftes bzw. einer Glühkerze entspricht. In der Spitze 21 sind Gaswechselkanäle 22 angeordnet, über welche die Membran 4 mit dem im Brennraum 2 der Brennkraftmaschine herrschenden Druck in Verbindung steht. Der Glühkerzenadapter 20, in welchen die Messsonde 1 frontdichtend eingebaut wird, weist einen Dichtkonus auf, welcher am Dichtsitz der Glühkerzenbohrung 3 dichtend anliegt.

Derartige Kombinationen von Druckmesssonden und Adaptern eignen sich für Glühkerzenbohrungen mit einem brennraumseitigen (zwischen Brennraum und Glühkerzendichtsitz) Durchmesser größer/gleich 5 mm. Bei diesen minimalen Bohrungsdurchmessern von 5 mm haben die verwendeten Adapter nicht mehr weiter reduzierbare Wandstärken von 0,3 mm. Doch auch bei einer weiteren Miniaturisierung des Sensors stößt man bei der Herstellung der entsprechenden Druckmesselemente sowie Sensormembranen an fertigungstechnische Grenzen.

Messsonden mit brennraumferner (im Bereich des Glühkerzendichtsitzes) Anordnung der Sensormembran sowie des Druckmesselementes weisen lange Gaswechselkanäle auf, welche zu messtechnisch unerwünschten Pfeifenschwingungen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Druckmesssonden Lösungen für den Einbau in Glühkerzenbohrungen mit Durchmessern < 5 mm vorzuschlagen, wobei die bisher aufgezeigten Vorteile, wie eine Brennraumnahe Anbringung der Sensormembran, kurze Indizierkanäle und geringe zu bewegende Massen, beibehalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sondengehäuse im Bereich des Druckmesselementes und der Sensormembran einen Durchmesser Φ < 5 mm aufweist, welcher sich anschließend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegenden Dichtkonus erweitert. Durch den Wegfall des Adapters kann eine im brennraumseitigen Bereich extrem schlanke Druckmesssonde verwirklicht werden, deren zu einem Dichtkonus erweitertes Sondengehäuse direkt am Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegt. Es sind somit auch für Bohrungsdurchmesser < 5 mm Messsonden möglich, welche folgende Vorteile aufweisen:

brennraumnahe Messmembran

geringste Massen vor dem Messelement
Direkteinbau der Messsonde ohne Adapter

- Hohe Signalqualität und großer Informationsgehalt des Drucksignals

- Vermeidung von Pfeifenschwingungen aufgrund der kurzen Gaswege

Die erfindungsgemäße Druckmesssonde ist bevorzugt zweiteilig ausgeführt, und besteht aus einem Sensorteil sowie einem in seiner Länge an die Tiefe der Glühkerzenbohrung anpassbaren Verlängerungsteil, wobei die beiden Teile vorzugsweise miteinander verschraubbar ausgeführt sind. Die lösbare Verbindung erlaubt die Demontage des Verlängerungsteils vom eigentlichen Sensor, wobei die Trennung beider Teile zur Wartung der Kabelverbindung bzw. zum Kabeltausch dient. Es sind jedoch auch nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen zwischen beiden Teilen geeignet.

Erfindungsgemäß ist das Sondengehäuse so ausgeführt, dass die Außenkontur des Sondengehäuses ausgehend von einer Rohkontur durch eine spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise durch Überdrehen, an die Abmessungen unterschiedlicher Glühkerzenbohrungen anpassbar ist. Die Messsonde kann somit kundenspezifisch an die jeweiligen Durchmesser der Glühkerzenbohrung sowie an die Lage und Abmessung des Dichtsitzes angepasst werden, wobei weiters die Länge der Sonde durch Verwendung unterschiedlicher Verlängerungsteile variiert werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde eine Glühstiftspitze mit Gaswechselkanälen befestigt ist. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Schweißen (z.B. Elektronenstrahl- oder Laserschweißen). Die direkt am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde angeschweißte Glühstiftspitze sorgt dafür, dass die Strömungsverhältnisse im Brennraum am Ort der Druckmessung möglichst ungestört sind und den Verhältnissen bei eingebautem Glühstift entsprechen.

Weiters ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Glühstiftspitze an einer ringförmigen, einen Raum vor der Sensormembran bildenden Anformung der Sensormembran befestigt ist und die Gaswechselkanäle in diesen Raum münden.

Für die brennraumnahe Druckmessung wird erfindungsgemäß ein hochtemperaturstabiles Messelement, beispielsweise aus GaPO₄, verwendet.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Druckmesssonde gemäß Stand der Technik in einer Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Druckmesssonde in einer Schnittdarstellung sowie

Fig. 3 ein Detail der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckmesssonde gemäß Stand der Technik wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Druckmesssonde 1 zur Messung des Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine steht über eine Glühkerzenbohrung 3 mit dem Brennraum der nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine in Verbindung. Ein von einer Sensormembran 4 beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement 5 ist im brennraumseitigen Bereich 6 des Sondengehäuses 7 angeordnet. Das Sondengehäuse 7 weist im Bereich 6, in welchem das Druckmesselement 5 und die Sensormembran 4 angeordnet sind, einen Durchmesser Φ < 5 mm auf, wobei sich das Sondengehäuse 7 anschließend an diesen Bereich zu einem Dichtkonus 9 erweitert, welcher an einem Dichtsitz 8 der Glühkerzenbohrung 3 anliegt.

Die in Fig. 2 dargestellte Druckmesssonde ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Sensorteil 16 und einem Verlängerungsteil 17. Die beiden Teile 16 und 17 können mit Hilfe eines Gewindes 18 verschraubt werden, wobei nach Abnahme des Verlängerungsteiles 17 der Kabelstecker 19 für das Ableitkabel 23 zugängig ist und gegebenenfalls ausgewechselt werden kann.

Die Außenkontur 10 des Sondengehäuses 7 kann ausgehend von einer strichliert eingezeichneten Rohrkontur 11 mit einem Durchmesser von z.B. 10 mm, beispielsweise durch Überdrehen kundenspezifisch angepasst werden, wobei im brennraumseitigen Bereich 6 der Sonde Durchmesserwerte < 5 mm erreicht werden können. Mit 24 ist die Montageschraube zum Befestigen der Messsonde 1 in der Glühkerzenbohrung 3 bezeichnet.

Wie im Detail aus Fig. 3 ersichtlich, ist am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde 1 eine Glühstiftspitze 12 mit Gaswechseikanälen 13, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen, befestigt. Zur besseren Beaufschlagung der Sensormembran 4 mit dem im Brennraum 2 herrschenden Druck kann die Glühstiftspitze 12 an einer ringförmigen Anformung 15 der Sensormembran 4 befestigt sein, welche einen Raum 14 vor der Sensormembran bildet. Die Gaswechselkanäle 13 münden ausgehend von einer ringspaltförmigen Freistellung der Sensorspitze 12 direkt in den Raum 14.

Claims

1. Druckmesssonde (1) zur Messung des Druckes im Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung (3), mit dem Brennraum (2) der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran (4) beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement (5) im brennraumseitigen Bereich (6) des Sondengehäuses (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondengehäuse (7) im Bereich (6) des Druckmesselementes (5) und der Sensormembran (4) einen Durchmesser Φ < 5 mm aufweist, welcher sich anschließend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz (8) der Glühkerzenbohrung (3) anliegenden Dichtkonus (9) erweitert.

2. Druckmesssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (10) des Sondengehäuses (7) ausgehend von einer Rohkontur (11) durch eine spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise durch Überdrehen, an die Abmessungen unterschiedlicher Glühkerzenbohrungen (3) anpassbar ist.

3. Druckmesssonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde (1) eine Glühstiftspitze (12) mit Gaswechselkanälen (13), vorzugsweise durch Schweißen, befestigt ist.

4. Druckmesssonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühstiftspitze (12) an einer ringförmigen, einen Raum (14) vor der Sensormembran (4) bildenden Anformung (15) der Sensormembran (4) befestigt ist und die Gaswechselkanäle (13) in diesen Raum (14) münden.

5. Druckmesssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesssonde zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Sensorteil (16) sowie einem an die Tiefe der Glühkerzenbohrung anpassbaren Verlängerungsteil (17) besteht, wobei beide Teile (16, 17) vorzugsweise miteinander verschraubbar ausgeführt sind.

6. Druckmesssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmesselement (4) ein hochtemperaturstabiles Messelement, beispielsweise aus GaPO₄, vorgesehen ist.