Hintergrund der Erfindung
1) Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem eingebauten
Drucksensor, die bei einem Verbrennungsmotor einzusetzen ist.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem
wasserdichten Aufbau für die Aufnahme eines in einem Basisbereich einer
Metailhülle der Zündkerze angeordneten Drucksensors.
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2) Beschreibung des Standes der Technik
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In Verbindung mit der gegenwärtigen Hinwendung zu
Verbrennungsinotoren höherer Leistung besteht ein besonderes
Verlangen nach Aufrechterhaltung des genauen Zündzeitpunkts während
des Betriebs mit hoher Drehzahl und hoher Kompression. In
Hinblick auf die Erzielung eines genauen Zündzeitpunkts für
jede Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors und damit
eine ideale Verbrennung ist bereits vorgeschlagen worden,
eine Zündkerze, die in der Verbrennungskammer einzusetzen
ist, mit einem eingebauten Drucksensor auszustatten, so daß
die Feststellung des Klopfens oder dergleichen innerhalb des
Verbrennungsmotors dazu genutzt werden kann, den
Zündzeitpunkt zu regeln [s. DE-A-38 28 738 und japanische
Gebrauchsmuster-Veröffentlichung (Kokoku) Nr. SHO 60-30 790,
veröffentlicht am 7. August 1987]. Bei der Zündkerze mit
eingebautem Drucksensor wird jedes Signal, das mittels eines
piezoelektrischen Elements des Drucksensors erzeugt worden
ist, über eine Elektrodenplatte oder dergleichen zur
Übertragung des Signals an eine Zentraleinheit (CPU) zur Steuerung
des Zündzeitpunkts oder dergleichen abgegeben. Der
Drucksensor selbst muß daher eine Wasserdichtigkeit in hohem Ausmaß
aufweisen. Zur Erzielung dieser Wasserdichtigkeit hohen
Ausmaßes sind entsprechend einige Zündkerzen vorgeschlagen
worden einschließlich einer Zündkerze, bei der ein Drucksensor
in einem Metallgehäuse untergebracht und das Metallgehäuse
mit dem darin eingebautem Drucksensor mit einem Basisbereich
einer Metallhülle im Wege des Nahtschweißens verbunden und an
diesem Bereich befestigt ist [offengelegte japanische
Gebrauchsmusteranmeldung (Kokai) Nr. SHO 63-171 988,
offengelegt am 9. November 1988], und einer Zündkerze, bei der ein
Drucksensor zusammen mit einem Gießmaterial, wie
beispielsweise einem Harz, innerhalb eines Metallgehäuses abgedichtet
und das Metallgehäuse über einen Flanschring befestigt ist,
der mit einer Metallhülle im Wege des Nahtschweißens
verbunden und an diesem befestigt ist (s. DE-A-38 28 738 und
japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. HEI 2-54 637,
veröffentlicht am 22. November 1990].
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Wenn ein Drucksensor in einem Metallgehäuse untergebracht ist
und das Metallgehäuse mit dem darin untergebrachten
Drucksensor mit dem Basisbereich einer Metallhülle im Wege des
Nahtverschweißens verbunden und an diesem Bereich befestigt ist
wie in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
(Kokai) Nr. SHO 63-171 988 oder wenn ein Drucksensor zusammen
mit einem Gießmaterial (wie einem Harz) innerhalb eines
Metallgehäuses abgedichtet und das Metallgehäuse über einen
Flanschring, der mit einer Metallhülse verbunden und an
diesem befestigt ist, im Wege des Nahtschweißens befestigt ist
wie in DE-A-38 28 738 und in der japanischen
Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. HEI 2-54 637, steht nur an einer Öffnung
für einen Leitungsdraht das Innere des Metallgehäuses, in dem
der Drucksensor, der aus einem piezoelektrischen Element etc.
besteht, aufgenommen ist, mit dem Äußeren in Verbindung.
Dementsprechend ist die Wasserdichtigkeit des Metallgehäuses
mit dem darin untergebrachten Drucksensor vollständig
gewährleistet. Die Bauweise des Drucksensors selbst ist komplex,
und der Wirkungsgrad der Herstellungsarbeit ist verringert,
was zu dem Nachteil führt, daß die obenangegebene Bauweise
für die Herstellung von Zündkerzen, die in einer großen Menge
hergestellt werden, sehr nachteilig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, den
obenbeschriebenen Nachteil von herkömmlichen Zündkerzen zu verbessern und
eine Zündkerze mit einem eingebautem Drucksensor zu schaffen,
die eine hervorragende Wasserdichtigkeit besitzt.
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Unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit eine
Zündkerze mit einem eingebauten Drucksensor geschaffen. Der
Drucksensor besitzt die Form eines Rings, ist in einem
zylindrischen Metallgehäuse L-förmigen Querschnitts untergebracht
und über einer Dichtung und an einem Basisbereich einer
Metallhülle angeordnet, die einen Isolierkörper in befestigter
Weise abstützt. Der Drucksensor besitzt einen Leitungsdraht,
der sich durch ein Durchgangsloch hindurch, das in der
Metallhülle ausgebildet ist, nach oben heraus erstreckt, um
elektrische Signale abzuführen Das Metallgehäuse ist entlang
seines Gesamtumfangs einstückig mit dem Basisbereich an der
Seite des unteren Randes des Metallgehäuses und auch an der
dem unteren Rand bezüglich des Drucksensors
gegenüberliegenden Seite verschweißt
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Das Metallgehäuse kann entlang seines Gesamtumfangs am
Basisbereich am unteren Rand und auch an dessen oberen Rand
verschweißt sein. Alternativ kann der Drucksensor an der Seite
des unteren Randes des Metallgehäuses unterhalb eines sich in
Längsrichtung erstreckenden mittleren Bereichs des
Metallgehäuses angeordnet sein, und kann das Metallgehäuse entlang
seines Gesamtumfangs einstückig mit dem Basisbereich an
dessen unteren Rand und auch am mittleren Bereich verschweißt
sein. Das einstückige Verschweißen zwischen dem Metallgehäuse
und dem Basisbereich wird vorzugsweise im Wege des
Laserschweißens oder des Elektronenstrahlschweißens durchgeführt.
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Das Durchgangsloch ist vorzugsweise mit einem
hitzebeständigen Harz, wie beispielsweise einem Silicon-Fluorsilicon- oder
Epoxyharz, aufgefüllt, wodurch der Drucksensor innerhalb des
Metallgehäuses abgedichtet ist. Der Drucksensor kann eine
Plattendichtung, ein piezoelektrisches Element, eine
Elektrodenplatte mit daran angeschlossenem Leitungsdraht und eine
Isolierplatte umfassen, die alle ein Teil über dem anderen
gestapelt sind.
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Da die erfindungsgemäße Zündkerze in der obenbeschriebenen
Weise gestaltet ist, kann der Drucksensor in der nachfolgend
beschriebenen Weise am Basisbereich der Metallhülle, die die
Zündkerze bildet, angeordnet sein. Das Durchgangsloch, durch
das hindurch sich der Leitungsdraht erstrecken soll, ist in
der Metallhülle ausgebildet. Es ist ein Hauptkörper des
Drucksensors vorgesehen, wobei dieser Hauptkörper aus der
Plattendichtung, dem piezoelektrischen Element, der
Elektrodenplatte mit dem daran angeschlossenen Leitungsdraht und der
Isolierplatte besteht, die ein Teil über dem anderen
gestapelt sind. Der Leitungsdraht ist nach oben durch das
Durchgangsloch hindurch eingesetzt. Der Hauptkörper ist in dem
ringförmig gestalteten Metallgehäuse L-förmiger Gestalt
aufgenommen und gehalten und beispielsweise im Wege des
Laserschweißens oder des Elektronenstrahlschweißens längs seines
Gesamtumfangs einstückig mit dem Basisbereich an der Seite
des unteren Randes des Metallgehäuses und auch an einer dem
unteren Rand bezüglich des Drucksensors gegenüberliegenden
Seite verschweißt. Einzig das in der Metallhülse ausgebildete
Durchgangsloch, durch das hindurch sich der Leitungsdraht
erstreckt, kann mit der potentiellen Gefahr verbunden sein, daß
Wasser oder dergleichen in das Metallgehäuse, in dem der
Drucksensorhauptkörper untergebracht und gehalten ist,
eintreten kann. Die obenangegebene Bauweise kann daher im
wesentlichen den Eintritt von Wasser oder dergleichen
verhindem, so daß die Wasserdichtigkeit des Metallgehäuses, das
den dort untergebrachten und gehaltenen
Drucksensorhauptkörper umschließt, in zufriedenstellender Weise aufrechterhalten
werden kann.
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Des weiteren kann das Auffüllen und Abdichten des
Durchgangslochs mit dem hitzebeständigen Harz, wie beispielsweise einem
Silicon-, Fluorsilicon- oder Epoxyharz, die Aufrechterhaltung
der Wasserdichtigkeit des Metallgehäuses weiter verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obenangegebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen; in diesen zeigen:
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Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Zündkerze einer ersten
Ausführungsform der Erfindung, wobei die Zündkerze
einen in diese eingebauten Drucksensor besitzt;
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Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Zündkerze
mit dem eingebauten Drucksensor und
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Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Zündkerze
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei
die Zündkerze einen in diese eingebauten
Drucksensor besitzt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Nachfolgend wird die erste Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben. Die Zündkerze
mit eingebautem Drucksensor, die mit dem Bezugszeichen 1
bezeichnet ist, besteht aus einem Isolierkörper 2 und einer
Metallhülle 9, die den Isolierkörper 2 in ihrem Inneren
festhält. Der Isolierkörper 2 umschließt eine durchgehende
Axialbohrung 4. Eine Mittelelektrode 5 ist im Inneren Endbereich
der Axialbohrung 4 gehalten. Ein Widerstand 7 ist in einem
mittleren Bereich der Axialbohrung 4 untergebracht, und die
einander gegenüberliegenden Enden des Widerstands 7 sind
jeweils durch leitfähige Glasdichtungen 6 gehalten. Eine
Anschlußelektrode 8 ist im äußeren Endbereich der Axialbohrung
4 eingesetzt und mittels einer der leitfähigen Glasdichtungen
6 gehalten. Die Metallhülle 9 trägt an ihrem inneren Ende
eine Masseelektrode 10, die sich zu einer dem freien Ende der
mittels des Isolierkörpers 2 gehaltenen Mittelelektrode 5
gegenüberliegenden Stelle erstreckt. Der Drucksensor 7, der mit
den Bezugszeichen 14 bezeichnet ist und die Form eines Rings
besitzt, ist an einem Basisbereich 11 der Metallhülle 9 ange
ordnet und an einen Leitungsdraht 13 angeschlossen, der sich
durch eine Durchgangsbohrung 12 hindurch erstreckt, die durch
einen oberen Teil des Basisbereichs 11 hindurchgehend
ausgebildet ist.
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Der Drucksensor 14 ist oberhalb einer Dichtung 26 angeordnet
und umfaßt einen Drucksensorhauptkörper 15, der aus einer
Plattendichtung 16, einem piezoelektrischen Element 17, einer
Elektrodenplatte 18 mit daran angeschlossenem Leitungsdraht
13 zur Abgabe elektrischer Signale und aus einer Isolier
platte 19 besteht, die alle ein Teil über dem anderen
gestapelt und in einem zylindrischen Metallgehäuse 20 L-förmigen
Querschnitts gehalten sind. Das Metallgehäuse 20 mit dem
darin gehaltenen Drucksensorhauptkörper 15 ist einstückig
entlang seines gesamten Umfangs mit dem Basisbereich 11 der
Metallhülle 9 an den oberen und unteren Rändern 21, 22 des
Metallgehäuses 20 im Wege des Laserschweißens, des
Elektronenstrahlschweißens oder dergleichen verbunden.
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Das Durchgangsloch 12, durch das hindurch sich der
Leitungsdraht 13 erstreckt, ist mit einem hitzebeständigen Harz 23,
beispielsweise einem Silicon-, einem Fluorsilicon- oder einem
Epoxyharz, aufgefüllt und abgedichtet.
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Zum Anordnen des Drucksensors 14 am Basisbereich 11 der
Metallhülle 9 wird das Durchgangsloch 12 im Basisbereich 11
ausgebildet. Der Leitungsdraht 13 des Drucksensorhauptkörpers
15 - der aus der Plattenpackung 16, dem piezoelektrischen
Element 17, der Elektrodenplatte 18 mit dem daran
angeschlossenen
Leitungsdraht 13 und der Isolierplatte 19 gebildet ist,
die alle ein Teil über dem anderen gestapelt sind - wird nach
oben in das Durchgangsloch 13 eingesetzt. Der
Drucksensorhauptkörper 15 wird dann in dem ringförmigen Metallgehäuse 20
L-förmigen Querschnitts untergebracht und gehalten. Das
Metallgehäuse 20 wird dann entlang seines gesamten Umfangs
einstückig mit dem Basisbereich 12 an den oberen und unteren
Rändern 21, 22 durch Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen verbunden.
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Als Folge kann nur das Durchgangsloch 12, das in der
Metallhülle 9 ausgebildet ist und den Leitungsdraht 13 trägt, der
sich durch dieses hindurch erstreckt, zu einer Öffnung für
das Eindringen von Wasser oder dergleichen in das
Metallgehäuse 20 mit dem darin untergebrachten und gehaltenen
Drucksensorhauptkörper 5 werden. Das Eindringen von Wasser oder
dergleichen kann daher im wesentlichen verhindert werden, so
daß die Wasserdichtigkeit des Metallgehäuses 12
zufriedenstellend aufrechterhalten werden kann.
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Das Auffüllen und Abdichten des Durchgangslochs 12 mit dem
hitzebeständigen Harz 23 kann die Wasserdichtigkeit des
Metallgehäuses 20 weiter verbessern.
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Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Wie in Fig. 3
dargestellt ist, besteht ein Drucksensorhauptkzrper aus einer
Plattendichtung 36, einem piezoelektrischen Element 37, einer
Elektrodenplatte 28 mit einem daran angeschlossenen
Leitungsdraht 33 und dergleichen, die alle ein Teil über dem anderen
aufgestapelt sind. Ein Metallgehäuse 30 mit dem darin
untergebrachten Drucksensorhauptkörper erstreckt sich längs der
Achse der Zündkerze 1 (5. Fig. 1) nach oben, wodurch ein Raum
34 zwischen dem Metallgehäuse 30 und der Seitenwand eines
Basisbereichs 31 einer Metallhülle 39 gebildet ist. Ein
vergießung 43 aus einem hitzebeständigen Harz, wie beispielsweise
Silicon-, Fluorsilicon- oder Epoxyharz, wird für den Raum 34
entlang des oberen Randes 41 des Metallgehäuses 30
vorgesehen.
Dieser Aufbau macht es möglich, die Wasserdichtigkeit zu
noch geringeren Kosten aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist
das Metallgehäuse 30 entlang seines gesamten Umfangs mit dem
Basisbereich 31 der Metallhülle 39 sowohl am unteren Rand 42
als auch an einem mittleren Bereich 38 des Metallgehäuses 30
verschweißt Wie bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten ersten
Ausführungsform erstreckt sich der Leitungsdraht 33 des
Drucksensors durch das in der Metallhülle 39 ausgebildete
Durchgangsloch 32 hindurch nach oben.