DE3907190A1

DE3907190A1 - Zuendkerze mit drucksensor

Info

Publication number: DE3907190A1
Application number: DE3907190A
Authority: DE
Inventors: Kouzou Amano; Yoshiaki Saiki; Shuzo Matsumura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1989-09-21
Also published as: JPH01134392U; US4909071A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze, die einen Drucksensor aufweist zum Detektieren des in einer Verbrennungskammer während des Motorlaufs auftretenden Drucks, so daß dieser in Form eines elektrischen Signals an einen Mikrocomputer wei tergeleitet wird.

Derartige Zündkerzen wurden eingeführt zum Fühlen des Drucks in einer Verbrennungskammer. Mittels eines Drucksensors wird der Druck in ein elektrisches Signal umgeformt, mit dessen Hilfe der Zündzeitpunkt und der Zeitpunkt der Kraftstoffein spritzung von einem Mikrocomputer gesteuert werden kann, so daß ein optimaler Wirkungsgrad und Kraftstoffverbrauch er reicht wird.

Der Sensor ist in üblicher Weise ringförmig und wird in einer Zündkerze in einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser eingesetzt, der zwischen einem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser und einem Schraubengewindeabschnitt einer Me tallhülse vorgesehen ist.

In den Abschnitt mit reduziertem Durchmesser wird ein ring förmiger Flansch eingesetzt, der im Querschnitt eine Winkel form hat. Der Flansch weist einen senkrechten Innenrand und einen waagerechten Außenrand auf, wobei der Innenrand an der Metallhülse angeschweißt ist, während der Außenrand den Drucksensor abstützt. In den Abschnitt mit reduziertem Durchmesser wird ein Dichtungsring eingesetzt, wenn die Me tallhülse in den Gewindeabschnitt eines Zylinderblocks von einem Motor eingeschraubt wird. Der Außen- und Innendurch messer des Dichtungsrings ist im wesentlichen gleich denen des Drucksensors. Dabei kann die Innenkante des Dichtungs rings mit dem geschweißten Abschnitt des Flansches zusammen stoßen.

In diesem Fall fehlt der dichte Kontakt zwischen dem Dich tungsring und dem waagerechten Rand des Flansches, so daß der Druck des Zylinderblocks nicht ungehindert in ausrei chender Weise an den Drucksensor gelangen kann, wodurch die Ausgabe des Sensors deutlich verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zünd kerze mit einem Drucksensor bereitzustellen, bei dem vermie den wird, daß ein Dichtungsring mit einem geschweißten Ab schnitt eines Flansches zusammenstößt, ohne aber den Innen durchmesser des Dichtungsrings zu vergrößern. Dabei soll insbesondere die Ausgabe eines Sensors so verbessert werden, daß eine präzise Druckmessung für einen langen Zeitraum mit Hilfe einer relativ einfachen Konstruktion erzielt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentan sprüche.

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit einem Drucksensor weist auf eine Mittelelektrode mit einem Hochspannungsanschluß, einen Isolator, der so angeordnet ist, daß die Mittelelek trode eingeschlossen und sicher abgestützt wird, eine rohr förmige Metallhülse mit einem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser, einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser und einem Schraubengewindeabschnitt, die axial hintereinander angeordnet sind, wobei der Schraubengewindeabschnitt im Durchmesser kleiner als der Abschnitt mit reduziertem Durch messer ist, einen ringförmigen Drucksensor, der in eine Außenfläche des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser ein gesetzt ist, einen ringförmigen Flansch, der in die Außen fläche des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser eingesetzt ist, wodurch der Drucksensor in Dickenrichtung auf einem Vorsprungabschnitt des Abschnitts mit vergrößertem Durchmes ser gelagert ist, einen Dichtungsring mit einem Außen- und Innendurchmesser, der im wesentlichen denen des Drucksensors entspricht, wobei der Dichtungsring an der Unterseite des Flansches angeordnet ist, wenn die Metallhülse in den Gewin deabschnitt eines stationären Elements, wie ein Zylinder block eines Motors eingeschraubt wird, wobei sich der ring förmige Flansch mit seinem Innenrand in Richtung einer Mitte entlang der Durchmesserrichtung erstreckt, so daß dieser an einer Mittelseite eines Innenrands des Drucksensors angeord net ist, und wobei dieser Innenrand mittels thermischer Schmelzung an der Metallhülse gesichert ist.

Die Merkmale weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Zündkerze mit Drucksensor, die teilweise geschnitten ist,

Fig. 2(a) und (b) vergrößerte Querschnittsansichten eines Hauptteils, das in Fig. 1 mit dem Kreis A gekennzeichnet ist, und

Fig. 3(a) und (b) vergleichbare Ansichten, wie in den Fig. 2(a) und (b) von weiteren erfin dungsgemäßen Ausführungsformen.

Es wird zunächst Bezug genommen auf die Fig. 1 und Fig. 2(a) und (b). Darin weist ein Keramik-Isolator 1 eine Mit telelektrode 2 auf mit einem innenliegenden Hohlraum (nicht dargestellt).

Die Mittelelektrode 2 hat an ihrem einen Ende einen Hoch spannungsanschluß. Der Isolator 1 ist in eine Metallhülse 3 eingesetzt, die einen hexagonalen Kopfabschnitt 3-1 auf weist, der benutzt wird, wenn die Zündkerze an einem Zylin derblock einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) mit einem Werkzeug, wie einem Schraubenschlüssel gesichert wird.

Die Metallhülse 3 weist ferner einen Abschnitt mit ver größertem Durchmesser 3-2, einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 3-3 und einen Gewindeabschnitt 3-4 auf. Der Ge windeabschnitt 3-4 wird in ein Gewindeloch 9 a, das in einem Zylinderkopf 9 vorgesehen ist, eingeschraubt zum Montieren der Zündkerze (S).

Der Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 3-2 weist ein Längsdurchgangsloch 3-5 auf, durch das ein Zuleitungsdraht 28 von außen eingeführt wird.

Von dem vorderen Ende des Gewindeabschnitts 3-4 erstreckt sich eine L-förmige Außenelektrode 4, wobei ein Zündabstand (Gp) zwischen den Elektroden 4 und 2 gebildet wird.

Ein Drucksensor 5 weist ein Metallgehäuse (nicht darge stellt) in Form eines hohlen Rings mit rechteckförmigem Querschnitt auf.

Das Gehäuse des Sensors 5 wird in den Abschnitt mit redu ziertem Durchmesser 3-3 eingesetzt, wobei eine Innenseite des Gehäuses luftdicht mit einer Außenseite des Abschnitts 3-3 in Eingriff kommt. In dem Gehäuse ist ein ringförmiges piezoelektrisches Element (nicht dargestellt) luftdicht ein geschlossen.

Ein ringförmiger Metallflansch 6 A hat einen Außendurchmes ser, der dem des Sensors 5 entspricht. Der Flansch weist einen äußeren waagerechten Rand 6 A ₁ und einen inneren schräg verlaufenden Rand 6 A ₂ auf. Der schräg verlaufende Rand 6 A ₂ hat einen Innendurchmesser (d ₁), der kleiner ist als der des Sensors 5. Der Flansch 6 A wird auf den Abschnitt mit redu ziertem Durchmesser 3-3 eingesetzt. In diesem Fall stützt der waagerechte Rand 6 A ₁ luftdicht den Sensor 5 in solcher Weise ab, daß der Sensor 5 in der Dickenrichtung neben einem Vorsprungsabschnitt des Abschnitts mit vergrößertem Durch messer 3-2 liegt. Der schräg verlaufende Rand 6 A ₂ erstreckt sich an seiner Innenkante zu der Grenze zwischen dem Ab schnitt mit reduziertem Durchmesser 3-3 und dem Gewindeab schnitt 3-4 und ist an der Metallhülse 3 mit Hilfe von bei spielsweise Laserstrahlschweißung gesichert, wie mit 7 A an gegeben.

Anstelle des Laserstrahlschweißens kann selbstverständlich auch Elektronenstrahl- oder Nahtschweißen eingesetzt werden. Dabei ist der Aufbau derart, daß der geschweißte Abschnitt 7 A von einem Innenrand des Sensors 5 entfernt liegt in Rich tung zur Mitte des Sensors 5.

Wenn der Dichtungsring 8 eingesetzt wird, ist der Flansch 6 A wie als punktierte Linie in Fig. 2(b) zu sehen, im Quer schnitt winkelförmig vorgeformt. Dann wird der senkrechte Rand (punktierte Linie) mit Kraft nach oben gedrückt (ange geben durch den Pfeil Ar), so daß er mit Hilfe eines zylin drischen Werkzeugs 10 in den schräg verlaufenden Rand 6 A ₂ von Fig. 2(a) verformt wird.

Ein Dichtungsring 8 hat einen Außen- und Innendurchmesser, die im wesentlichen denen des Sensors 5 entsprechen. Der Dichtungsring 8 wird über den Gewindeabschnitt 3-4 aufge setzt, so daß er mit der Unterseite des waagerechten Rands 6 A ₁ in Eingriff kommt, wenn die Hülse 3 in das Gewindeloch 9 a des Zylinderkopfs 9 beim Montieren der Zündkerne (S) ein geschraubt wird.

So beträgt beispielsweise bei einer Zündkerze mit einem M14- Gewinde der Außendurchmesser (d ₀) des Abschnitts mit redu ziertem Durchmesser 3-3 zwischen 12,0 mm bis 13,5 mm.

Unter diesen Bedingungen darf sich der Innendurchmesser (d ₂) des Dichtungsring 8 bis auf 14,5 mm verringern.

Gleichzeitig wird der Zuführungsdraht 28 an einem Ende mit der Innenelektrode (nicht dargestellt) und am anderen Ende mit einem Mikrocomputer verbunden, der den Zeitablauf der Zündung und Kraftstoffeinspritzung für eine optimale Ausnut zung und Kraftstoffverbrauch steuert.

Wie aus dem vorstehenden deutlich wird, erstreckt sich der Flansch mit seinem Innenrand soweit nach innen, daß der ge schweißte Abschnitt 7 A an einer Innenseite des Sensors 5 zu liegen kommt, wodurch verhindert wird, daß der Dichtungsring 8 mit dem geschweißten Abschnitt 7 A zusammenstößt, ohne daß aber der Innendurchmesser des Dichtungsrings 8 vergrößert werden muß.

Dadurch ist es möglich, daß der Dichtungsring seinen klein sten Innendurchmesser beibehalten kann, wobei erreicht wird, daß der Dichtungsring konzentrisch zu dem Sensor liegt und eine stabile Ausgabe vom Sensor sichergestellt ist.

Außerdem ist die Berührungsfläche zwischen dem Dichtungsring und dem Sensor größer, so daß eine ausreichend große Ausgabe des Sensors mit einer einfachen Konstruktion erhalten wird.

Zur Vermeidung eines Zusammenstoßens des Dichtungsrings mit dem geschweißten Abschnitt kann der Dichtungsring 8 A (8 B) wie in Fig. 3(a), (b) mit einem Flansch 6 versehen werden, der im Querschnitt winkelförmig bleibt.

In Fig. 3(a) ist der Dichtungsring 8 A vergrößert, so daß sein Innendurchmesser (d ₄) größer als sein Innendurchmesser (d ₃) ist, der gebildet wird von einem geschweißten Abschnitt 7 des Flansches 6.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Dich tungsring 8 A jedoch dazu neigen, sich von der konzentrischen Lage zu dem Sensor 5 beim Montieren des Dichtungsrings 8 A zu entfernen. Dadurch kann sich in unerwünschter Weise die Aus gabe des Sensors 5 ändern. Außerdem kann sich die Berüh rungsfläche zwischen dem Sensor 5 und dem Dichtungsring 8 A verringern, was zu einem geringeren Pegel der Ausgabe führen kann.

In Fig. 3(b) ist der Dichtungsring 8 B stufenweise in seinem inneren Randbereich ausgebildet. Eine obere Stufe des Dichtungsrings 8 B hat einen Innendurchmesser (d ₄), der dem des Dichtungsrings 8 A entspricht, während eine untere Stufe des Dichtungsrings 8 B einen Innendurchmesser (d ₅) dem des Sensors 5 entspricht.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Dich tungsring 8 B zwar konzentrisch zu dem Sensor 5 angeordnet, jedoch kann die Berührungsfläche zwischen dem Sensor 5 und dem Dichtungsring 8 B verringert sein, was im allgemeinen wie im Fall für den oben beschriebenen Dichtungsring 8 A zu einer geringeren Ausgabe führen kann. Die Ausführungsformen gemäß Fig. 3(a) und 3(b) erfordern daher etwas mehr Vorsicht bei der Montage.

Es ist anzumerken, daß der Flansch an der Metallhülse ange schweißt ist. Anstelle von Schweißen kann auch thermisches Schmelzen wie Hartlöten und Löten eingesetzt werden.

Claims

1. Zündkerze (S) mit Drucksensor (5) mit: einer Mittelelek trode (2) mit einem Hochspannungsanschluß, einem Isolator (1), der so angeordnet ist, daß die Mittelelektrode (2) eingeschlossen und sicher abgestützt wird, einer rohrför migen Metallhülse (3) mit einem Abschnitt mit vergrößer tem Durchmesser (3-2), einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser (3-3) und einem Schraubengewindeabschnitt (3-4), die in axialer Richtung einander anschließen, wobei der Schraubengewindeabschnitt (3-4) im Durchmesser klei ner als der Abschnitt mit reduziertem Durchmesser (3-3) ist, einem ringförmigen Drucksensor (5), der auf einer Außenfläche des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser (3-3) aufgesetzt ist, einem ringförmigen Flansch (6 A), der auf die Außenfläche des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser (3-3) aufgesetzt ist, wodurch der Drucksensor (5) in Dickenrichtung mit einem Vorsprungabschnitt des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser (3-2) nebeneinan der liegt, einem Dichtungsring (8) mit einem Außen- und Innendurchmesser, die im wesentlichen denen des Druck sensors (5) entsprechen, wobei der Dichtungsring (8) an der Unterseite des Flansches (6 A) angeordnet ist, wenn die Metallhülse (3) in einen Gewindeabschnitt (9 a) eines stationären Elements wie eines Zylinderblocks (9) eines Motors eingeschraubt ist, wobei sich der ringförmige Flansch (6 A) mit seinem Innenrand (6 A ₂) in Richtung der Mitte entlang der Durchmesserrichtung erstreckt, so daß dieser an einer mittleren Seite eines Innenrands des Drucksensors (5) angeordnet ist, und wobei der Innenrand (6 A ₂) mittels thermischen Schmelzens (7 A) an der Metall hülse (3) gesichert ist.

2. Zündkerze mit Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Flansch (6 A) im Querschnitt winkel förmig vorgeformt ist, und daß ein Innenrand (6 A ₂) des Flansches abgeplattet wird während des thermischen Schmelzens.

3. Zündkerze mit Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das thermische Schmelzen mittels Laser strahlschweißen durchgeführt wird.

4. Zündkerze mit Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das thermische Schmelzen mit Hilfe von Hartlöten oder Löten durchgeführt wird.

5. Zündkerze mit Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5) ein piezoelektrisches Element aufweist, das luftdicht in einem hohlen im Querschnitt rechteckförmigen Metallge häuse eingeschlossen ist.