DE3147291A1

DE3147291A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3147291A1
Application number: DE19813147291
Authority: DE
Inventors: Eckart 7000 Stuttgart Damson; Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Franz 7080 Aalen Rieger; Rainer 7120 Bietigheim Schüßler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1981-11-28
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE3147291C2; US4514656A

Description

17502

16.11.1981 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Sensor

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine, "beispielsweise des Druckverlaufes oder des Auftretens von Klopfen, im Brennraum optische Sensoren zu verwenden, bei denen ein Lichtleiter in einem zündkerzenartigen Gehäuse untergebracht ist, das m die Zylinderwandung der Brennkraftmaschine eingeschraubt wird. Ein derartiger Sensor ist beispielsweise aus der DE-OS 30 01 711.9 bekannt.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn ein derartiger Sensor funktionell mit einer Zündkerze vereinigt wird. Dann ist es erforderlich, zusätzlich am Lichtleiter eine elektrische Leitung für die Zündenergie an das brennraumseitige Ende des Sensors vorzusehen. Bei der bekannten Anordnung ist hierzu ein

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Metallrohr vorgesehen, daß den zentrischen, als Lichtleiter dienenden Glasstab über dessen ganze Länge umgibt

Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der Wärmewert des derart mit einer Zündkerze kombinierten Sensors sehr niedrig ist, da der zentrische Glasstab ein schlechter Wärmeleiter ist, so daß im Bereich der Kerzenspitze ein Wärmestau auftritt. Hierdurch können insbesondere bei Hochleistungsbetrieb der Brennkraftmaschine Überhitzungen auftreten, die Glühzündungen zur Folge haben können.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß sein Wärmewert in weiten Bereichen einstellbar ist, so daß der mit einer Zündkerze kombinierte Sensor an unterschiedliche thermische Eigenschaften von Brennkraftmaschinen angepaßt werden kann.

Durch die in den Unteränsprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.

So ergibt sich aus dem speziellen Aufbau des Sensors eine Fülle von Möglichkeiten, den Wärmewert des Sensors durch definierte Abmessung von Einzelteilen, beispielsweise einer leitenden Packung, des Kerzenfusses, des Atmungsraumes oder des Luftspaltes zwischen Metallteil und Kerzenstein einzustellen. Darüber hinaus können in vorteilhafter Weise spezielle wärmeleitende Elemente zwischen Glasstab und Kerzenstein oder zwischen Kerzenstein und Metallgehäuse vorgesehen werden.

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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.' ■

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figuren 1, 2a bis 2d, 3a, b und ka., b Gesamt- bzw. Teilschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Sensoren.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Es ist von dem Betriebsverhalten von Zündkerzen her bekannt, daß den unterschiedlichen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen hinsichtlich Betriebsbelastung, Arbeitsverfahren,- Verdichtung, Drehzahl, Kühlung, Vergasereinstellung und Brennstoff dadurch Rechnung getragen werden muß, daß Zündkerzen mit unterschiedlichem Wärmewert verwendet werden. Ein und dieselbe Zündkerze würde sich in dem einen Motor sehr stark erhitzen, in einem anderen Motor dagegen eine relativ niedrige mittlere Temperatur annehmen. Im ersten Fall würde die Zündkerze zu heiß und das Kraftstoff-Luft-Gemisch würde sich an den in den Verbrennungsraum hineinragenden glühenden Teilen der Zündkerze entzünden (sogenannte Glühzündung), im anderem Fall würde die Zündkerze zu kalt und die Isolatorspitze durch die Verbrennungsrückstände sehr bald so stark verschmutzt, daß infolge von Nebenschlüssen Zündaussetzer auftreten würden. Um zu verhindern, daß die Zündkerze in einem bestimmten Motor weder zu heiß wird noch zu kalt bleibt, ist es bekannt, Zündkerzen mit verschiedenen thermischen Belastbarkeiten

zu schaffen. Diese unteschiedlichen Belastbarkeiten werden in der Praxis mit "Wärmewert" bezeichnet, der jeder Zündkerze zugeordnet wird.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines mit einer Zündkerze kombinierten optischen Sensors für den Brennraum einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei ist mit 1 ein Glasstab bezeichnet, der vom brennraumabgewandten zum brennraumzugewandten Ende des Sensors durch diesen zentrisch ,,hindurchreicht. Der Glasstab 1 ist von einer wärmeleitenden Masse 2 umgeben, die den Zwischenraum zwischen dem Glasstab und einem Rohr 3 an der brennraumabgewandten Seiten sowie einer Zündhülse 8 an der brennraumzugewandten Seite des Sensors ausfüllt. Der Sensor weist ein zündkerzenartiges Metallgehäuse h auf, das vermittels eines Gewindes 15 in einen schematisch angedeuteten Motorblock 5 einschraubbar ist. Das Metallgehäuse k läuft an seinem brennraumseitigen Ende in eine Masseelektrode 1h aus, die zusammen mit der Zündhülse 8 die Funkenstrecke für die funktional mit dem Sensor vereinigte Zündkerze bildet. Die Zündhülse 8 ist von einem Kerzenstein 7 umgeben, der brennraumseitig in einem Fuß 9 ausläuft. An der brennraumabgewandten Seite ist in den Kerzenstein 7 ein Anschlußbolzen 10 eingeschraubt, über den die elektrische Zündenergie eingeleitet wird. Innerhalb des Kerzensteines 7 befindet sich zwischen dem Anschlußbolzen 10 und der Zündhülse 8 eine Packung β aus leitendem Material, die von einer Platte 18 begrenzt wird. Der Kerzenstein 7 ist gegenüber dem Metallgehäuse k in axialer Richtung mit einem Dichtring 11 und einem Bördelring 13 abgestützt, in radialer Richtung stellt ein Wärmeleiter 12 eine Wärmebrücke zwischen dem Ker-'zenstein 7 und dem Metallgehäuse k her. Schließlich befindet sich zwischen dem Fuß 9 des Kerzensteines und dem das Gewinde 15 tragenden Teil des Metallgehäuses k noch ei.n sogenannter Atmungsraum 16 und zwischen dem

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brennraumseitig auslaufenden Teil der Zündhülse 8 und dem. Fuß 9 des Kerzensteines 7 befindet sich ein Luftspalt 17 -

Die optische Beobachtung des Brennraumes kann nun über den zentrischen Glasstab 1 vorgenommen werden; die Zündenergie wird über den Anschlußbolzen TO eingeleitet und gelangt über das Rohr 3 und die Zündhülse 8 zur brennraumseitigen Funkenstrecke.

Zur Einstellung des Wärmewertes des Sensors können er— findungsgemäß verschiedene Wege beschritten werden.

Einmal ist es möglich, den Zwischenraum zwischen Glasstab 1 und Zündhülse 8 bzw. Rohr 3 in einer definierten Länge mit der wärmebeständigen und wärmeleitenden Masse 2, die vorzugsweise aus keramischem Kitt, wie er unter der Bezeichnung "Thermoguß 2000" im Handel ist, besteht, auszufüllen. Hierdurch wird insbesondere am brennraumseitigen Ende ein definierter Wärmeübergang und damit eine definierte Wärmeabfuhr bewirkt.

Weiterhin ist es möglich, die axiale Länge der Packung 6 durch Einfüllen einer entsprechenden Menge Packungsmaterial und Positionierung der Platte 18 einzustellen, so daß im Mittelbereich des Sensors ein definierter Wärmeübergang bewirkt wird.

Weiterhin kann in einer aus der Zündkerzentechnik an sich bekannten Weise entweder die Länge des Fusses 9 des Kerzensteines 7₅ die Breite des Atmungsraumes 16 oder des Luftspaltes 17 definiert eingestellt werden, so daß sich ein entsprechender Wärmeübergang am brennraumseitigen Ende des Sensors ergibt."

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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Wärmeübergang zwischen Kerzenstein 7 und Metallgehäuse k durch das Vorsehen des wärmeleitenden Dichtringes 11, des ebenfalls wärmeleitenden Bördelringes 13 oder des radial wirkenden Wärmeleiters 12 zwischen Kerzenstein 7 und Metallgehäuse k eingestellt werden.

Durch Kombination dieser vorstehend genannten Einstellmöglichkeiten für den Wärmewert kann ein sehr weiter Bereich von Wärmewerten realisiert werden.

Bei dem in Figur 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist anstelle der Packung 6 des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 1 ein radial wirkendes federndes Blech 19 vorgesehen, das, wie die Teilschnitte in den Figuren 2b, 2c, 2d zeigen, unterschiedlich gestaltet sein kann. Hierzu ist gemäß Figur 2b ein kreuzförmiges Blech 19a, gemäß Figur 2c ein V-förmiges Blech 19b und gemäß Figur 2d ein elliptisches Blech 19c vorgesehen. Diese Bleche 19a bis 19c stützen sich einerseits am Glasstab 1 bzw. der diesen umgebenden wärmeleitenden Masse 2 und zum anderen am umgebenden Kerzenstein 7 radial ab. Durch definierte Einstellung der tragenden Länge der Bleche 19a bis 19c, d.h. des axialen Bereiches der Auflage dieser Bleche an Glasstab 1 bzw. Kerzenstein 7 kann der Wärmeübergang im Bereich des Bleches 19 und damit ebenfalls der Wärmewert eingestellt werden.

Bei dem in Figur 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist im mittleren Bereich des Sensors ein axial federndes Blech, im dargestellten Beispiel ein Wellblech 20 angeordnet, das die Zündhülse 8 gegenüber dem Anschlußbolzen 10 axial abstützt. Das Wellblech 20 liegt dabei am Glasstab 1 und am Kerzenstein 7 an, so

daß über die Anlagelänge des Wellbleches 20 der Wärmeübergang einstellbar ist. Weiterhin findet ein Wärmeübergang zwischen Zündhülse 8 und Anschlußbolzen 10 über das Wellblech 20 statt, so daß die axiale Länge des WeIl-. bleches 20 sich auch hier auswirkt.

Schließlich ist in Figur k noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors dargestellt, bei dem statt eines Wellbleches 20 gemäß Figur 3 eine Packung aus gestapelten Tellerfedern 21 Verwendung findet.

Die Anordnungen gemäß Figuren 3 und k haben darüber hinaus den Vorteil, daß durch den in den Kerzenstein T eingeschraubten Anschlußbolzen 10 eine axiale Vorspannung zur Halterung der Zündhülse 8 und damit des Glasstabes 1 erzeugt wird. Außerdem dichten die Elemente 20, 21 den Sensor gegenüber den unter hohem Druck stehenden Brenngasen ab, so daß ein Einkleben des G-lasstabes 1, wie es bei den Ausf ührurigsbeispUelen gemäß Figuren 1 und 2 erforderlich ist, entfällt.

Leerseite

Claims

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16.11.1981 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche
J Sensor zur Erfassung Ton physikalischen Vorgängen im rennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem dem brennraumzugewandten, in einem vorzugsweise zündkerzenartigen Metallgehäuse (U) angeordneten Lichtleiter, der als durchgehender zentrischer Glasstab (1) ausgebildet ist und wobei ferner Mittel zur Übertragung von Zündenergie zu einer Elektrodenanordnung am brennraumseitigen Ende des Sensors vorgesehen sind, die wenigstens ein, den Glasstab (1) umfassendes Metallteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Wärmewertes des Sensors zwischen das Metallteil und den Glasstab (1) eine wärmeleitende Masse (2), vorzugsweise keramischer Kitt eingebracht ist, die den Raum zwischen Glasstab (1) und Metallteil auf einer definierten Länge ausfüllt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um den Glasstab (. 1 ) herum von der Brennraumseite her hintereinander angeordnet sind:

a.) eine metallische Zündhülse (8) aus hochwärmebeständigem Material, vorzugsweise Stahl Wi-Cr legiert

b.) eine Packung (6) aus verdichtetem, insbesondere elektrisch leitendem Pulver, vorzugsweise Al Oxid mit Graphit, Aluminium-oder Kupferschliff c.) ein metallischer Anachluiäbolzen (TO).

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3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Packung (6) definiert eingestellt ist.
k. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil von einem Kerzenstein (T) umgeben ist, der am brennraumseitigen Ende des Sensors in einem Fuß (9) definierter Länge ausläuft.
5- Sensor nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fuß (9) und dem Metallgehäuse (k) ein Atmungsraum (16) definierter Breite vorgesehen ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche h oder 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Metallteil und Kerzenstein (T) ein Luftspalt definierter Breite vorgesehen ist.
T. Sensor nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glasstab (T) und Kerzenstein (T) ein radial federndes Blech (19, T9a, 19b,. 19c) mit definierter tragender Länge angeordnet ist.
8. Sensor nach einem der Ansprüche U bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glasstab (1) und Kerzenstein (T) ein axial federndes Blech (20) mit definierter Anlagelänge an Glasstab (1) und Kerzenstein (T) angeordnet ist.
9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech durch eine Packung von Tellerfedern (21) gebildet ist.

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10. Sensor nach einem der Ansprüche 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (20, 21) von einem in den Kerzenstein (7) einschraubbaren Anschlußbolzen (1O) vorgespannt ist.
11. Sensor nach einem der Ansprüche k bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kerzenstein (7) und Metallgehäuse (k) Dicht- oder Bördelringe (11, 13) und/oder Wärmeleiter.(12) angeordnet sind.