DE3147291C2 - - Google Patents

Description

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

Es ist bekannt, zur Erfassung von physikalischen Vor­ gängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine, beispiels­ weise des Druckverlaufes oder des Auftretens von Klopfen, im Brennraum optische Sensoren zu verwenden, bei denen ein Lichtleiter in einem zündkerzenartigen Gehäuse untergebracht ist, das in 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 Metallrohr vorgesehen, das den zentrischen, als Licht­ leiter dienenden Glasstab über dessen ganze Länge umgibt.

Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der Wärmewert des derart mit einer Zündkerze kombinier­ ten Sensors sehr niedrig ist, da der zentrische Glas­ stab ein schlechter Wärmeleiter ist, so daß im Bereich der Kerzenspitze ein Wärmestau auftritt. Hierdurch können insbesondere bei Hochleistungsbetrieb der Brenn­ kraftmaschine Überhitzungen auftreten, die Glühzün­ dungen zur Folge haben können.

In der Schrift US-PS 28 41 979 wird ein Sensor beschrieben, der mit Hilfe eines eigenen, zusätzlichen Bauteils korrekt temperiert wird. Der Lichtleiter des Sensors wird zwar in seiner Position mit Hilfe einer Verbindungsmaterials, z. B. eines Prozellanzements, befestigt, das aber keinen Einfluß auf die Einstellung des Wärmewertes des Sensors zwischen dem Metallteil und dem Glasstab des Sensors hat.

Daher besteht die Aufgabe, einen Sensor anzugeben, dessen Wärmewert in weiten Bereichen einstell­ bar ist, so daß der mit einer Zündkerze kombinierte Sensor an unterschiedliche thermische Eigenschaften von Brennkraftmaschinen angepaßt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1.

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

So ergibt sich aus dem speziellen Aufbau des Sensors eine Fülle von Möglichkeiten, den Wärmewert des Sensors durch definierte Abmessung von Einzelteilen, beispiels­ weise 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 Kerzen­ stein und Metallgehäuse vorgesehen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1, 2a bis 2d, 3a, b und 4a, b Gesamt- bzw. Teilschnitte durch verschiedene Ausfüh­ rungsformen des Sensors.

Es ist von dem Betriebsverhalten von Zündkerzen her be­ kannt, daß den unterschiedlichen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen hinsichtlich Bertriebsbelastung, Arbeitsverfahren, Verdichtung, Dreh­ zahl, Kühlung, Vergasereinstellung und Brennstoff da­ durch 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 Kraft­ stoff-Luft-Gemisch würde sich an den in den Verbrenn­ ungraum hineinragenden glühenden Teilen der Zünd­ kerze entzünden (sogenannte Glühzündung), im anderen Fall würde die Zündkerze zu kalt und die Isolator­ spitze 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 unterschiedlichen Belastbarkeiten werden in der Praxis mit "Wärmewert" bezeichnet, der jeder Zünd­ kerze zugeordnet wird.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines mit einer Zündkerze kombinierten optischen Sensors für den Brenn­ raum einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei ist mit 1 ein Glasstab bezeichnet, der vom brennraumab­ gewandten 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 Seite sowie einer Zünd­ hülse 8 an der brennraumzugewandten Seite des Sensors ausfüllt. Der Sensor weist ein zündkerzenartiges Metall­ gehäuse 4 auf, das vermittels eines Gewindes 15 in einen schematisch angedeuteten Motorblock 5 einschraubbar ist. Das Metallgehäuse 4 läuft an seinem brennraum­ seitigen Ende in eine Masseelektrode 14 aus, die zu­ sammen 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 Anschluß­ bolzen 10 und der Zündhülse 8 eine Packung 6 aus leitendem Material, die von einer Platte 18 begrenzt wird. Der Kerzenstein 7 ist gegenüber dem Metallgehäuse 4 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 4 her. Schließlich befindet sich zwischen dem Fuß 9 des Kerzensteines 7 und dem das Gewinde 15 tragenden Teil des Metallgehäuses 4 noch ein sogenannter Atmungsraum 16 und zwischen dem brennraumseitig auslaufenden Teil der Zündhülse 8 und dem Fuß 9 des Kerzensteines 7 befindet sich ein Luft­ spalt 17.

Die optische Beobachtung des Brennraumes kann nur über den zentrischen Glasstab 1 vorgenommen werden; die Zünd­ energie wird über den Anschlußbolzen 10 eingeleitet und gelangt über das Rohr 3 und die Zündhülse 8 zur brenn­ raumseitigen Funkenstrecke.

Der Zwischenraum zwischen Glas­ stab 1 und Zündhülse 8 bzw. Rohr 3 ist in einer definierten Länge mit der wärmebeständigen und wärmeleitenden Masse 2, die vorzugsweise aus keramischem Kitt besteht, aus­ zufüllen. Hierdurch wird insbesondere am brennraumseitigen Ende ein definierter Wärmeübergang und damit eine defi­ nierte Wärmeabfuhr bewirkt.

Weiterhin ist es möglich, die axiale Länge der Packung 6 durch Einfüllen einer entsprechenden Menge Packungs­ material 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 7, die Breite des Atmungsraumes 16 oder des Luftspaltes 17 definiert eingestellt werden, so daß sich ein entsprechender Wärmeübergang am brenn­ raumseitigen Ende des Sensors ergibt.

Auch kann der Wärmeübergang zwischen Kerzenstein 7 und Metall­ gehäuse 4 durch das Vorsehen des wärmeleitenden Dichtringes 11, des ebenfalls wärmeleitenden Bördelringes 13 oder des radial wirkenden Wärmeleiters 12 zwischen Kerzen­ stein 7 und Metallgehäuse 4 eingestellt werden.

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

Bei dem in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist anstelle der Packung 6 des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 ein radial wirkendes federndes Blech 19 vorgesehen, das, wie die Teilschnitte in den Fig. 2b, 2c, 2d zeigen, unterschiedlich gestaltet sein kann. Hierzu ist gemäß Fig. 2b ein kreuzförmiges Blech 19 a, gemäß Fig. 2c ein V-förmiges Blech 19 b und gemäß Fig. 2d ein elliptisches Blech 19 c vorgesehen. Diese Bleche 19 a bis 19 c 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 19 a bis 19 c, d. h. des axialen Bereiches der Auf­ lage 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 Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungs­ beispiel ist im mittleren Bereich des Sensors ein axial federndes Blech, im dargestellten Beispiel ein Well­ blech 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 Wärme­ übergang einstellbar ist. Weiterhin findet ein Wärme­ übergang zwischen Zündhülse 8 und Anschlußbolzen 10 über das Wellblech 20 statt, so daß die axiale Länge des Well­ bleches 20 sich auch hier auswirkt.

Schließlich ist in Fig. 4 nach ein weiteres Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Sensors dargestellt, bei dem statt eines Wellbleches 20 gemäß Fig. 3 eine Packung aus gestapelten Tellerfedern 21 Verwendung findet.

Die Anordnungen gemäß Fig. 3 und 4 haben darüber hinaus den Vorteil, daß durch den in den Kerzenstein 7 einge­ schraubten 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 Glasstabes 1, wie es bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 erforderlich ist, entfällt.

Claims (12)

1. Sensor zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem dem brennraumzugewandten, in einem zünd­ kerzenartigen Metallgehäuse (4) angeordneten Licht­ leiter, der als durchgehender zentrischer Glasstab (1) ausgebildet ist, und wobei ferner Mittel zur Übertragung von Zündenergie zu einer Elektrodenanordnung am brenn­ raumseitigen Ende des Sensors vorgesehen sind, die wenigstens ein den Glasstab (1) umgehendes Metall­ teil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstel­ lung des Wärmewertes des Sensors zwischen das Metall­ teil (8) und den Glasstab (1) eine wärmeleitende Masse (2) eingebracht ist, die den Raum zwischen Glasstab (1) und Metallteil auf einer defi­ nierten Länge ausfüllt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um den Glasstab (1) herum von der Brennraumseite her hintereinander angeordnet sind:

• a) eine Zündhülse als Metallteil (8) aus hochwärmebeständigem Material,
• b) eine Packung (6) aus verdichtetem, elektrisch leitenden Pulver,
• c) ein metallischer Anschlußbolzen (10).

3. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (8) von einem Kerzenstein (7) umgeben ist, der am brennraumseitigen Ende des Sensors in einem Fuß (9) definierter Länge ausläuft.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fuß (9) und dem Metallgehäuse (4) ein Atmungsraum (16) definierter Breite vorgesehen ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Metallteil (8) und Kerzen­ stein (7) ein Luftspalt (17) definierter Breite vorgesehen ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glasstab (1) und Kerzen­ stein (7) ein radial federndes Blech (19, 19 a, 19 b, 19 c) mit definierter tragender Länge angeordnet ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glasstab (1) und Kerzen­ stein (7) ein axial federndes Blech (20) mit definier­ ter Anlagelänge an Glasstab (1) und Kerzenstein (7) angeordnet ist.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech durch eine Packung von Tellerfedern (21) gebildet ist.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (20, 21) durch den in den Kerzenstein (7) einschraubbaren Anschlußbolzen (10) vorgespannt ist.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kerzenstein (7) und Metall­ gehäuse (4) Dicht- oder Bördelringe (11, 13) und/oder Wärmeleiter (12) angeordnet sind.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Masse (2) ein keramischer Kitt ist.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Pulver aus Aluminiumoxid mit Graphit, Aluminium- oder Kupferschliff besteht, und daß die Zündhülse aus Ni-Cr-legiertem Stahl gefertigt ist.