DE872664C

DE872664C - Pressure measuring spark plug

Info

Publication number: DE872664C
Application number: DED5580D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr-Ing Lichtenberger
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1943-05-09
Filing date: 1943-05-09
Publication date: 1953-04-02

Description

Druckmeßzündkerze Das Indizieren des Druckes von Brennkraftmaschinen während des normalen Betriebes macht oft große Schwierigkeiten, wenn der reguläre Ablauf der Verbrennung keine Störung erfahren soll.Pressure measuring spark plug The indexing of the pressure of internal combustion engines during normal operation often causes great difficulties if the regular one The combustion process should not experience any disturbance.

Da das Druckmeßgerät oder der Druckgeber unmittelbar an den Brennraum selbst angeschlossen sein muß und zu diesem Zweck nur Zündlcerzenöffnungen. am Zylinderkopf zur Verfügung stehen, muß meist während des Druckmeßvorganges auf eine Zündkerze zugunsten des Druckgebers verzichtet werden, Dadurch entsteht aber eine Anderung im Druckverlauf des Motors un.d damit verbunden eine Leistungseinbuße desselben, Es sind schon einige Versuche bekanntgeworden, die Zündkerze mit dem Druckgeber zu einer Einheit zu verbinden, um so ohne Einschränkung des Motorbetriebes den Druck in voller Höhe messen zu können. Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen solcher Komhination Druckgeher/Zündl;erze weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die ihre Verwendung bisher wenig empfohlen haben.Since the pressure measuring device or the pressure transducer is directly connected to the combustion chamber itself must be connected and for this purpose only spark plug openings. on the cylinder head must be available, usually during the pressure measurement process on a spark plug can be dispensed with in favor of the pressure transducer, but this results in a change in the pressure curve of the engine and associated with it a loss of performance of the same, Several attempts have already been made to connect the spark plug to the pressure transmitter to be connected to a unit in order to increase the pressure without restricting the motor operation to be able to measure in full. The previously known versions of such However, the combination printer / ignition ores have a number of disadvantages have not recommended their use so far.

Eine solche Kombination stellt die Ausführung dar, in der beide' Elemente nebeneinander in ein Gabelrohr eingeschraubt worden sind, das selbst bis in den Brennraum führt. Dabei ist es nicht zu vermeiden, daß zwischen Brennraum und Druckgeber bzw. Zündkerze ein längerer Kanal bestehen bleibt, dessen Nachteile folgende sind: I. Der Verbrennungsraum wird unzulässig vergrößert, db. das Verdichtungsverhältnis wird herabgesetzt; 2. der Gemischzustand an der Zündkerze im Gabelrohr kann sich wegen des taschenartigen Anschlusses an den Brennraum erheblich von demjenigen an der Zündkerze, die unmittelbar in den Brennraum ragt, unterscheiden; 3. das Gabelrohr wird wegen der fehlenden Kühlung heißer als die Brennraumwände, so daß dadurch eine weitere Zustandsänderung gegenüber dem Brennraumgemisch eintritt; 4. infolge des nunmehr größeren Abstandes der Zündkerze vom Brennraummittelpunkt braucht die Flammenfront mehr Zeit bis zur Erreichung dieses Punktes als von der anderen Zündkerze aus; 5. der zwangsläufig lange Kanal, dessen Gassäule infolge ihrer geringen Dämpfung durch die Dru.okvorgänge im Brennraum sehr leicht zu Eigenschwingungen angeregt wird, -fälscht ausdiesen und aus den angegebenen thermodynamischen Gründen den vom Druckgeber wiedergegebenen Druckverlauf. Such a combination is the version in which both ' Elements have been screwed side by side into a fork tube that even up leads into the combustion chamber. It cannot be avoided that between the combustion chamber and pressure transmitter or spark plug a longer channel remains, its disadvantages The following are: I. The combustion chamber is being enlarged inadmissibly, db. the compression ratio is reduced; 2. the mixture status at the spark plug in the fork tube can be considerably due to the pocket-like connection to the combustion chamber differ from the one on the spark plug that protrudes directly into the combustion chamber; 3. The fork tube becomes hotter than the combustion chamber walls because of the lack of cooling, so that this results in a further change of state compared to the combustion chamber mixture; 4. as a result of the now greater distance between the spark plug and the center of the combustion chamber the flame front needs more time to reach this point than from the other spark plug off; 5. the inevitably long canal, its gas column as a result Their low damping by the pressure processes in the combustion chamber very easily leads to natural vibrations is excited, -falsified from these and for the stated thermodynamic reasons the pressure curve reproduced by the pressure transducer.

Durch die Zwischenschaltung eines Gabelrohres wird also nicht nur der thermodynamische Ablauf der Verbrennung verändert, sondern auch die Wiedergabe dieses verfälschten Ablaufes noch einmal verfälscht. By interposing a fork tube, not only is the thermodynamic process of combustion changes, but also the reproduction this falsified process falsified again.

Zur Vermeidung des zusätzlichen schädlichen Raumes hat man dann Druckmeßeinrichtungen gebaut, in denen die Zündkerze dem Druckgeber mechanisch vorgelagert ist, so daß die Zündkerze als Druckübertragungsglied des Druckgebers diente. Pressure measuring devices are then used to avoid the additional harmful space built, in which the spark plug is mechanically upstream of the pressure transmitter, so that the spark plug served as the pressure transmission element of the pressure transducer.

Diese Anordnung vermeidet alle durch das Gabelrohr entstehenden Nachteile. Sie hat außerdem gegenüber der vorbeschriebenen den Vorteil des geringeren -Raumbedarfes. Da die Zündkerze auch bei kleinstem Aufwand eine relativ große Masse besitzt, die in das Feder-Masse-System des Druckgebers voll eingeht, erniedrigt sie die Eigenfrequenz des Druckgebers, die wegen der Messung schall- und ultraschallfrequenter Gasschwingungen sehr hoch sein muß, beträchtlich.This arrangement avoids all of the disadvantages caused by the fork tube. It also has the advantage over the one described above that it requires less space. Since the spark plug has a relatively large mass even with the smallest effort, the goes fully into the spring-mass system of the pressure transducer, it lowers the natural frequency of the pressure transducer, because of the measurement of sonic and ultrasonic frequency gas vibrations must be very high, considerable.

Alle diese Nachteile vermeidet die nachfolgend beschriebene Druckmeßzündkerze. Hierbei sind eine Zündeinrichtung und eine Druckmeßeinrichtung koaxial ineinander gebaut, jedoch derart, daß die Meßeinrichtung durch den zu messenden Gasdruck über einen besonderen ringförmigen, mit einer Hülsenfeder fest verbundenen Kolben unmittelbar beaufschlagt wird und nicht über die Zündkerze mit ihrer relativ großen Masse. Als Druckmeßelemente in der Meßeinrichtung können alle diejenigen Elemente dienen, die ringförmig oder zylinderförmig gestaltet werden können, z. B. Druckmeßquarze, die sowohl nach dem longitudinalen (Längseffekt) piezoelektrischen Effekt, z. B. Abb. 2, als auch nach dem transversalen piezoelektrischen Effekt (Quereffekt), z. B. Abb. I, geschnitten sein können, oder auch Kohledruckelemente od. a. Da die Öffnungen zum Einschraub.en von Zündkerzen am Zylinder sehr klein sind, muß der Ringkolben etwas hinter den Zündelektroden zurücktreten. Der hierdurch gebildete Kanal kann aber so klein gehalten werden, daß das von ihm eingeschlossene. Gasvolumen kleiner als 1% des Kompressionsraumes ist. Die in einem solchen Kanal eventuell entstehenden Eigenschwingungen sind sehr schwach und von hoher Frequenz. The pressure measuring spark plug described below avoids all of these disadvantages. Here, an ignition device and a pressure measuring device are coaxial with one another built, but in such a way that the measuring device by the gas pressure to be measured over a special ring-shaped piston firmly connected to a sleeve spring directly is acted upon and not via the spark plug with its relatively large mass. as Pressure measuring elements in the measuring device can serve all those elements that can be designed ring-shaped or cylindrical, z. B. pressure measuring crystals, the both according to the longitudinal (longitudinal effect) piezoelectric effect, e.g. B. Fig. 2, as well as the transverse piezoelectric effect (transverse effect), e.g. B. Fig. I, can be cut, or carbon printing elements or a. Because the openings are very small for screwing in spark plugs on the cylinder, the ring piston must Step back a little behind the ignition electrodes. The channel thus formed can but to be kept so small that what it encloses. Gas volume smaller than 1% of the compression space. Those that may arise in such a canal Natural vibrations are very weak and of high frequency.

Um jede sonstige Störung infolge der Druckwechsel in diesem Hohlraum auszuschl.ießen, wird er so ausgebildet, daß keine plötzlichen Querschnittsänderungen in demselben auftreten. Strörungen des Druckverlaufes sind also nicht zu erwarten.To any other disturbance as a result of the pressure change in this cavity exclude, it is designed so that no sudden changes in cross-section occur in the same. Disturbances in the pressure curve are therefore not to be expected.

Besondere Vorteile für Betrieb und Zusammenbau ergeben sich, wenn die Zündeinrichtung zerlegbar gestaltet wird. In diesem Falle müssen sowohl Zündeinrichtung als auch Meßeinrichtung getrennt eingespannt werden. Erfindungsgemäß sollen dann Ibeide Einrichtungen unabhängig voneinander und ohne gegenseitige Beeinflussung eingespannt sein. There are particular advantages for operation and assembly if the ignition device is designed such that it can be dismantled. In this case both ignition device as well as the measuring device are clamped separately. According to the invention then Both institutions independently of one another and without mutual interference be clamped.

Abb. 1 zeigt eine Druckmeßkerze mit piezoelektrischer Druckmeßeinrichtung im Schnitt. Auf der Zündkerzenelektrode, bestehend aus der Mittelelektrode 1 und ihrer aufgekitteten Ummantelung 2, befinden sich, fest mit dieser verbunden, die Rohrfeder 3 und der Ringkolben 4. Die Rohrfeder 3 kann aus einem Wellrohr od. ä. bestehen, wird aber vorteilhaft aus konstruktiven Gründen als ein dünnwandiger Zylinder (Größenordnung 0,I mm Wandstärke) ausgeführt. Zwischen dem Ringkolben 4 und dem Gehäuseoberteil 6 sind die Meßquarze 5 eingespannt. Im vorliegenden Beispiel sind sie nach dem Quereffekt orientiert; sie können in Form von Hohl-zylindern, Halb-, Viertel- oder sonstigen Bruchteilen von Hohlzylindern bestehen. Durch Anziehen der Mutter 7 erhalten sie die erforderLiche Vorspannung. Ihre Ladungen werden seitlich, durch Bernsteinisolatoren 12 isoliert, über federnde Kontakte 13 herausgeführt. Zum besseren Zusammenbau wird das Gehäuse vorteilhaft zweiteilig (Oberteil 6 und Unterteil 8 mit Masseelektrode 9) hergestellt. Der zu messende Verbrennungsdruck beaufschlagt die Meßquarze 5 über den Ringkolben4 durch den kleinen Kanal 10 hindurch. Um die Temperatur der Rohrfeder 3 nicht unnötig hoch werden zu lassen, ist es ferner wichtig, daß der Abstand zwischen Rohrfeder 3 und Zündelektrodenhülle 2 zwecks Verminderung des sich in diesem Zwischenraum während der Druckwechsel bewegendne Gasvolumens sehr klein gemacht wird. Ähnliche Gesichtspunkte gelten für den Abstand zwischen Ringkolben 4 und Gehäuseunterteil 8. Zur Trennung des Meßteiles von dem Gasraum 10 dient erfindungsgemäß ein Maschinenelement II, das zugleich den Gasraum von der Außenluft druckdicht trennt. In dem gezeichneten Beispiel erfolgt die gemeinsame Trennung durch eine dünne Scheibe. In anderen Fällen kann dies durch eignen Faltbalg od. ä. erfolgen. Wichtig ist dabei, daß dieses trennende Maschinenelement keine oder nur sehr kleine Kräfte übertragen kann, die gegenüber -den zu messende Kräften vernachlässigt werden können. Die Zündspannung an dem Zündkerzenteil kann in bekannter Weise bei 14 zugeführt werden. Ein besonderer Anschluß ist hierfür nicht angegeben. Fig. 1 shows a pressure measuring plug with a piezoelectric pressure measuring device on average. On the spark plug electrode, consisting of the center electrode 1 and their cemented sheathing 2 are, firmly connected to this, the Bourdon tube 3 and the annular piston 4. The Bourdon tube 3 can be made of a corrugated tube or the like. exist, but is advantageous for structural reasons than a thin-walled cylinder (Order of magnitude 0.1 mm wall thickness). Between the annular piston 4 and the Housing upper part 6, the measuring crystals 5 are clamped. In this example, they are oriented according to the transverse effect; they can be in the form of hollow cylinders, half, Quarter or other fractions of hollow cylinders exist. By tightening the Nut 7 you get the necessary preload. Your loads will be sideways, isolated by amber insulators 12, led out via resilient contacts 13. For better assembly, the housing is advantageously made in two parts (upper part 6 and Lower part 8 made with ground electrode 9). The combustion pressure to be measured acts on the measuring crystals 5 via the annular piston 4 through the small channel 10. In order not to let the temperature of the Bourdon tube 3 become unnecessarily high, it is also necessary important that the distance between the Bourdon tube 3 and ignition electrode cover 2 for the purpose of reduction of the gas volume moving in this space during the pressure change is made very small. Similar considerations apply to the distance between Ring piston 4 and lower housing part 8. To separate the measuring part from the gas space 10 is used according to the invention, a machine element II, which at the same time the gas space of the Separates outside air pressure-tight. In the example shown, the common Separation by a thin slice. In other cases this can be done by using your own bellows or the like. It is important that this separating machine element does not or only very small forces can be transmitted opposite the forces to be measured can be neglected. The ignition voltage on the spark plug part can be known in a known manner Way to be fed at 14. A special connection is not specified for this.

Die in Abb .2 gezeigte Druckmeßzündkerze unterscheidet sich gegenüber der in Abb. I darges-tellten dadurch, d.aß die Mittelelektrode IS zerlegbar gestaltet worden ist und sie auch im übrigen eine andersartige Gestaltung erfahren hat. Der Meßteil besteht hier beispielsweise aus Quarzringen 15, welche nach dem Längseffekt orientiert sind. Die Flächen gleichen Vorzeichens sind jeweils miteinander verbunden und liegen in bekannter Weise einpolig, I6, an der Masse, während die Ladung von den gegenüberliegenden Flächen 17, durch einen Bernsteinisolator 12 isoliert, nach außen geführt wird. Die Meßquarze 15 werden mit der Mutter 19 über den Ring 20 gegen den Ringkolben 4 gepreßt, wobei wieder eine Rohrfeder 3 die Vorspannung erzeugt. Der Meßteil befindet sich auf einem Teil 21, der zugleich als Halterung der Mittelelektrode 22 dient und mit der Ringmu-tter 23 im Gehäuseoberteil befestigt wird. Durch eine Überwurfmutter 24 wird über einen Spannzylinder 25 die Mittelelektrode 22 auf dem Teil zu ,gasdicht festgeklemmt. The pressure measuring spark plug shown in Fig. 2 differs from this the one shown in Fig. I. thereby, d.ass the center electrode IS Has been designed to be dismantled and they also have a different design in the rest has experienced. The measuring part consists here, for example, of quartz rings 15, which are oriented according to the longitudinal effect. The areas of the same sign are in each case connected to each other and are unipolar, I6, to ground in a known manner, while the charge from the opposite faces 17, through an amber insulator 12 is isolated, led to the outside. The quartz crystals 15 are connected to the nut 19 pressed over the ring 20 against the annular piston 4, again a tubular spring 3 the Generated bias. The measuring part is located on a part 21, which at the same time as The central electrode 22 is used to hold the center electrode 22 and with the ring nut 23 in the upper part of the housing is attached. By a union nut 24 is a clamping cylinder 25 the Center electrode 22 on the part, clamped gas-tight.

Der Querschnitt des Teiles 21 muß so bemessen sein, daß beim Verspannen der Züngkerze keine die Einspannung der Meßquarze irgendwie beeinflussende Dehnungen auftreten. Für den Fall, daß an Stelle der Meßquarze andere piezoelektrische Elemente oder Kohledruckelemente Verwendung finden, ist für den Aufbau das Vorgenannte sinngemäß zu übertragen. Wegen des weitaus größeren Anwendungsbereiches des Quarzes für Druckmeßzwecke wurden in den Abbildungen nur Druclkmeßzündkerzen, deren Meßeinrichtung Druckquarze enthält, dargestellt.The cross section of the part 21 must be dimensioned so that when braced the spark plug does not have any strains affecting the clamping of the measuring crystals appear. In the event that other piezoelectric elements instead of the measuring crystals or carbon printing elements are used, the above is analogous to the structure transferred to. Because of the much larger area of application of quartz for pressure measurement purposes Only pressure measuring spark plugs were shown in the figures, the measuring device being pressure quartz contains, shown.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Pressure measuring spark plug for internal combustion engines, consisting from a pressure measuring device and an ignition device, both of which are coaxial with one another are, characterized in that the measuring device by the gas pressure to be measured directly via a special ring-shaped, firmly connected with a sleeve spring The piston is acted upon, which is within the surrounding the ignition and measuring device Housing sits.

2. Pressure measuring spark plug according to claim I, characterized in that the ignition device is designed such that it can be dismantled.

3. Pressure measuring spark plug according to claim 2, characterized in that the ignition device and the measuring elements independently of one another and without mutual Influencing are clamped in the common housing.

4. Pressure measuring spark plug according to Claims I to 3, characterized in that that the pneumatic separation of gas space and measuring parts on the one hand and gas space and Outside air, on the other hand, within the pressure measuring spark plug through one and the same machine element (11) takes place, which itself cannot transmit any forces.