DE3828738C2 - Zündkerze mit Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist, um den Druck zu erfassen, der in einer Brennkammer beim Lauf einer Brennkraftmaschine auftritt, um einem Mikroprozessor ein Signal in Form eines elektrischen Signales zu übertra­ gen.

Diese Bauart einer Zündkerze wird verwendet, um den Druck in einer Brennkammer zu erfassen. Dieser Druck wird in ein elektrisches Signal mittels eines Drucksensors umgewandelt, der die Zündzeitpunktsteuerung und die Kraftstoffein­ spritzung mittels Unterstützung eines Mikroprozessors im Hinblick auf eine optimale Abgabeleistung und einen günsti­ gen Kraftstoffverbrauch steuert.

Der Sensor hat üblicherweise ein piezoelektrisches Element, das in einen ringförmigen Gehäuse eingeschlossen ist, das aus einem metallischen Material hergestellt ist. Das Ge­ häuse ist in einen durchmesserkleineren Abschnitt einer Zündkerze eingesetzt, wobei es im wesentlichen einteilig mit der Zündkerze ausgebildet ist.

Hierbei ist eine Dichtung, wie z. B. ein O-Ring aus Fluorkaut­ schuk zwischen einer äußeren Seite des durchmesserkleineren Abschnittes und einer inneren Seite des Gehäuses vorgesehen, um einen luftdichten Abschluß dazwischen zu erhalten.

Beim Anbringen der Zündkerze wird die Zündkerze fest mit einem Zylinderkopf verbunden, wobei das Gehäuse dicht sitzend zwischen einem stufenförmig ausgebildeten Abschnitt des durchmesserkleineren Abschnittes angeordnet ist.

Hierdurch wird ermöglicht, einen genauen Druck in einer Brennkammer zu dem piezoelektrischen Element des Sensors zu übertragen.

Der teure-O-Ring jedoch ist ungünstigen Bedingungen bei extrem hoher Temperatur ausgesetzt, so daß der O-Ring licht bei längerer Lebensdauer zerstört wird.

Die DE 31 30 238 A1 betrifft eine Zündkerze mit eingebautem piezoelektrischem Drucksensor zum Erfassen des Druckver­ laufes, insbesondere von Klopfgeräuschen, bei Verbrennungs­ vorgängen im Zylinder einer Brennkraftmaschine. Die Zünd­ kerze besteht aus einer Mittelelektrode, die von einem Iso­ lator umgeben ist, einem rohrförmigen metallischen Mantelge­ häuse zur Stützung des Isolators, wobei die Mittelelektrode einen Hochspannungsanschluß hat. Der Drucksensor wird teil­ weise von dem metallischen Gehäuse umgeben. Das metallische Mantelgehäuse hat einen Abschnitt mit größerem und einen Ab­ schnitt mit kleinerem Durchmesser.

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Zündkerze mit Drucksen­ sor bereitzustellen, die die Erfassung des Drucks auf genaue Weise über eine lange Zeitdauer hinweg bei einer relativ einfachen Auslegungsform beibehalten kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Zündkerze gemäß Anspruch 1.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zündkerze mit Druck­ sensor in Teilschnittdarstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Haupt­ teils derselben,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Halteein­ richtung, und

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Zusammen­ hangs zwischen einer Breite (h) und einer Abgabeleistung einer Brennkraftmaschine.

Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung hat ein Keramikisolator 1 eine Mittelelektrode 2 im inneren Hohl­ raum. Die Mittelelektrode 2 hat einen Hochspannungsanschluß 4 an einem Ende, und der Isolator 1 ist in ein metallisches Mantelgehäuse 3 eingesetzt, das einen sechseckigen Kopf 3-1 hat, der bei der Befestigung der Zündkerze an einem Zylin­ derkopf einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) mit Hilfe eines Werkzeuges, wie z. B. eines Schlüssels, beaufschlagt wird. Das metallische Mantelgehäuse 3 hat ferner einen durchmessergrößeren Abschnitt 3-2, einen durchmesserkleine­ ren Abschnitt 3-3 und einen Gewindeabschnitt 3-4, der in eine mit Gewinde versehene Öffnung (nicht gezeigt) einge­ schraubt wird, die am Zylinderkopf ausgebildet ist, um die Zündkerze anzubringen.

Am durchmessergrößeren Abschnitt 3-2 ist eine in Längsrich­ tung verlaufende Durchgangsöffnung 3-5 vorgesehen, durch die ein Leitungsdraht 28 von der Außenseite einer Stufe 3a her eingeführt ist, die an dem Übergang zwischen dem durchmesser­ kleineren Abschnitt 3-3 und dem durchmessergrößeren Abschnitt 3-2 vorgesehen ist. Am Ende des Gewindeabschnittes 3-4 er­ streckt sich eine L-förmige Außenelektrode 6 derart, daß sich ein Zündspalt (Gp) zwischen den beiden Elektroden 6 und 2 bildet.

Ein Drucksensor 21 hat ein metallisches Gehäuse 27 in Form eines hohlen Rings mit einem viereckigen Querschnitt. Das Gehäuse 27 des Sensors 21 ist in den durchmesserkleineren Ab­ schnitt 3-3 eingesetzt, wobei eine innere Seite des Gehäuses 27 mittels eines luftdichten Abschlusses mit einer äußeren Seite des Abschnittes 3-3 zusammenarbeitet. Wie in Fig. 2 ge­ zeigt ist, sind im Gehäuse 27 eine innere Elektrode 22, ein piezoelektrisches Element 23, eine Isolatorplatte 24 und ein Druckmetall 25 vorgesehen, die jeweils als Laminat unter Zwischenlage eines Isoliermaterials 26 angeordnet sind.

Hierbei arbeitet eine obere Fläche und eine untere Fläche des Gehäuses 27 ihrerseits als erste und zweite Druckplatten (a), (b). Der Leitungsdraht 25 ist an einem Ende mit der inneren Elektrode 22 und am anderen Ende mit einem Mikroprozessor (Kleinrechner) verbunden, der die Zündzeitpunktsteuerung und die Kraftstoffeinspritzung im Hinblick auf eine optimale Abgabeleistung und einen günstigen Kraftstoffverbrauch steuert.

Eine Halteeinrichtung, die in Fig. 2 mit M bezeichnet ist, hat einen Ringabschnitt 8a und einen Flanschabschnitt 8b, um eine winkelförmige Gestalt im Querschnitt insgesamt zu bilden. Die Halteeinrichtung M ordnet den Flanschabschnitt 8b am Ende des durchmesserkleineren Abschnitts 3-3 derart an, daß der Flanschabschnitt 8b dicht sitzend zwischen dem metallischen Gehäuse 27 im Bereich der Stufe 3a angeordnet ist.

In diesem Zustand wird der Ringabschnitt 8a fest mit dem durchmesserkleineren Abschnitt 3-3 mit Hilfe des Laserstrahl­ schweißens verbunden, wie dies mit 9 angedeutet ist, um ei­ nen luftdichten Abschluß zwischen der inneren Seite des Ge­ häuses 27 und der äußeren Seite des durchmesserkleineren Abschnittes 3-3 zu erreichen.

Anstelle des Laserstrahlschweißens kann das Elektronenstrahl­ schweißen oder das Nahtschweißen verwendet werden.

Die Halteeinrichtung M bestimmt die Breite h des Ringab­ schnitts 8a derart, daß diese innerhalb eines Bereiches von 0,3 bis etwa 1,5 mm liegt. Hierdurch wird eine ungünstige Beeinflußung vermieden, so daß man einen guten luftdichten Abschluß zwischen dem Gehäuse 27 und dem Zylinderkopf er­ hält, wenn die Zündkerze befestigt ist. Aus Fig. 4, die den Zusammenhang zwischen der Breite h des Ringabschnitts und der Abgabeleistung in Kw der Brennkraftmaschine zeigt, ist zu entnehmen, wie gut die Abgabeleistungsänderung innerhalb des Breitenbereiches von 0,3 bis etwa 1,5 mm unter Kontrolle gebracht werden kann, um eine günstige Abgabeleistung auf­ rechtzuerhalten.

Ferner ist eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Ringabschnitts 8a und dem Außendurchmesser des durch­ messerkleineren Abschnittes 3-3 so bestimmt, daß sie inner­ halb 0,1 mm liegt.

Die Dimensionszuordnungen ermöglichen, daß der Ringabschnitt 8a eng sitzend ohne Brechen des Gehäuses 27 eingesetzt wer­ den kann, und es wird ein Verlorengehen des luftdichten Zusammenhangs infolge eines Zwischenraumes vermieden, der zwischen dem durchmesserkleineren Abschnitt 3-3 und dem Ring­ abschnitt 8a bleibt.

Zusätzlich bestimmt die Halteeinrichtung M den Flanschab­ schnitt 8b derart, daß dieser kleiner als das Gehäuse 27 des Sensors 21 im Hinblick auf den jeweiligen Außendurchmes­ ser ist, der mit D und d bezeichnet ist.

Diese Wahl der Abmessungen ermöglicht, daß es vermieden wird, daß Fremdstoffe unter dem Flansch 8b haften bleiben, wenn die Befestigung erfolgt, wodurch die Gefahr einer De­ formation herabgesetzt wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird ein luftdichter Abschluß zwischen dem Gehäuse 27 des Sensors 21 leicht dadurch über eine lange Zeitdauer hinweg aufrechter­ halten, so daß man eine entsprechende Zündkerze mit einer relativ einfachen Konstruktion erhält.

Da eine O-Ring-Dichtung fehlt, vereinfacht sich auch die Mon­ tage, da man keinen O-Ring einsetzen muß.

Weitere Auslegungsformen ergeben sich aus der Darstellung nach Fig. 2.

Es ist noch zu erwähnen, daß anstelle des Isoliermaterials 26 ein Formteil, wie eine Kunststoffschicht oder dgl. ver­ wendet werden kann.

Ferner ist es zweckmäßig, daß das Druckmetall 25 durch eine Isolatorplatte ersetzt wird.

Claims (4)

1. Zündkerze mit Drucksensor,
mit einer Mittelelektrode (2), die einen Hochspannungsan­ schluß (4) hat,
einem Isolator (1), der um die Mittelelektrode (2) zur festen Stützung derselben vorgesehen ist,
einem rohrförmigen, metallischen Mantelgehäuse (3), das zur Stützung des Isolators (1) an seiner Innenseite vor­ gesehen ist, wobei
der Drucksensor (21) ein piezoelektrisches Element (23) aufweist, das wenigstens teilweise von einem metallischen Gehäuse umgeben ist,
wobei das metallische Mantelgehäuse (3) einen durchmes­ sergrößeren Abschnitt (3-2) und einen durchmesserkleine­ ren Abschnitt (3-3) hat, gekennzeichnet dadurch,
daß das Gehäuse (27) des Sensors (21) als hohler Ring ausgebildet und in dem durchmesserkleineren Abschnitt (3-3) eingesetzt ist, wobei die Innenseite des Gehäuses (27) dicht anliegend an der Umfangsseite des durchmesserklei­ neren Abschnitts (3-3) vorgesehen ist,
durch eine Halteeinrichtung (M), die einen Ringabschnitt (8a) und einen Flanschabschnitt (8b) hat, wobei der Ringabschnitt (8a) dicht schließend in dem durchmesser­ kleineren Abschnitt (3-3) eingesetzt ist, während der Flanschabschnitt (8b) dicht schließend zwischen dem Ge­ häuse (27) gegenüber einer Stufe (3a) an dem durchmesser­ größeren Abschnitt (3-2) angeordnet ist, und
wobei der Ringabschnitt (8a) an dem durchmesserkleineren Abschnitt (3-3) angeschweißt ist, damit die luftdichte Zuordnung zwischen einer Innenseite des Ringabschnitts (8a) und der Umfangsseite des durchmesserkleineren Ab­ schnitts (3-3) aufrechtzuerhalten ist.

2. Zündkerze mit Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Differenz zwischen dem Innendurch­ messer des Ringabschnitts (8a) und dem Außendurchmesser des durchmesserkleineren Abschnitts (3-3) innerhalb eines Bereiches von 0,1 mm liegt.

3. Zündkerze mit Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (M) den Ringab­ schnitt (8a) in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm in der Breite, d. h. axial, vorbestimmt.

4. Zündkerze mit Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (M) den Flanschabschnitt (8b) so vorgibt, daß er im Außen­ durchmesser kleiner als das Gehäuse (27) des Sensors (21) ist.