EP1872057A2 - Sheathed-element heater plug with integrated pressure measuring element - Google Patents

Sheathed-element heater plug with integrated pressure measuring element

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Publication number
EP1872057A2
EP1872057A2 EP06708619A EP06708619A EP1872057A2 EP 1872057 A2 EP1872057 A2 EP 1872057A2 EP 06708619 A EP06708619 A EP 06708619A EP 06708619 A EP06708619 A EP 06708619A EP 1872057 A2 EP1872057 A2 EP 1872057A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
module
glow plug
measuring element
pressure measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06708619A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Kern
Steffen Schott
Pavlo Saltikov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1872057A2 publication Critical patent/EP1872057A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/028—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs the glow plug being combined with or used as a sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making
    • Y10T29/49083—Heater type

Definitions

  • the invention relates to a glow plug with integrated pressure measuring element and a method for producing such a glow plug.
  • the invention relates to a glow plug, which in addition to a radiator and a plug housing has a pressure measuring module with at least one force measuring element.
  • a combustion optimization in the combustion chamber of a diesel engine can be achieved in particular by the use of a regulated injection of fuel.
  • this controlled injection can be controlled by electronic engine control devices which have already been established in modern motor vehicles.
  • CSC combustion chamber pressure signal-based engine control
  • measuring devices are widely used, which have so-called “stand-alone” sensors, for which a separate hole in the cylinder head wall has to be provided, which means an additional installation effort. which poses considerable problems especially with four-valve engines of today's design due to the very tight space conditions Price of such systems is comparatively high, and the life of such systems, mostly due to the high operating temperatures, significantly shorter than a typical vehicle life.
  • spark plugs with integrated piezoelectric force measuring element which are known for example from DE 694 05 788 T2.
  • This document discloses a spark plug with built-in pressure sensor, wherein the pressure sensor has at least one pressure introduction channel, which connects the combustion chamber of an associated cylinder of the internal combustion engine with the pressure sensor.
  • the device comprises a pressure sensor, a heating section of a glow plug, which is received in the interior of a cylinder of the diesel engine and can be acted upon by the cylinder pressure and a fixing member for fixing the heating section in a body of the glow plug.
  • the pressure sensor is arranged between the heating section and the fixing member of the glow plug. The cylinder pressure is transferred to the pressure sensor via the heating section.
  • the device disclosed in DE 196 80 912 C2 has the particular disadvantage that the pressure sensor is directly connected to the heating section and is thus exposed to high temperature loads and temperature fluctuations. Furthermore, an assembly of the device described in DE 196 80 912 C2 is complicated, since first the heating section must be introduced into the body of the glow plug, after which the pressure sensor must be positioned centrally on the heating section to ensure proper functionality of the device. Subsequently, the pressure sensor on the side facing away from the cylinder of the device must be fixed by means of the fixing device, which in turn involves the risk of misplacement of the pressure sensor. Testing the functionality of the pressure sensor is possible only in the fully assembled state of the glow plug. From DE 102 18 544 Al a glow plug with built-in combustion pressure sensor is known.
  • the glow plug includes a housing having a combustion pressure sensor concentrically disposed about a core and biased by the core.
  • the combustion pressure in an engine is transmitted through the core as force, thereby reducing the force exerted on the core by the pressure sensor on the pressure sensor.
  • the combustion pressure is thus converted into a reduction of a preload on the pressure sensor and can thus be detected by means of an electrical signal of the pressure sensor.
  • DE 102 18 544 has the disadvantage of a high number of parts. Furthermore, the connection between the core and the concentrically arranged around this core pressure sensor during assembly can cause difficulties, since it can lead to tension between the core and the pressure sensor. Component tolerances can be critical here. Furthermore, the structure shown in DE 102 18 544 Al is testable only in the fully assembled state, so that only after a complete assembly any errors can be detected.
  • a basic idea of the invention is to assemble the glow plug of two separate modules.
  • the glow plug has a radiator and a plug housing, which are components of a first module of the glow plug. Furthermore, the glow plug has a pressure measuring module which adjoins the plug housing on a side facing away from the radiator. In the pressure measuring module, at least one force measuring element is integrated, which can generate an electrical signal in response to a force.
  • the pressure measuring module is connected to the first module in such a way that the at least one force-measuring element is connected directly or indirectly to the heating element, such that a force can be transmitted to the at least one force-measuring element via the heating element.
  • a force measuring element can be used a variety of known in the art components. Piezoelectric, piezoresistive, capacitive, inductive force measuring elements and / or measuring elements with strain gauges (DMS) can be used particularly advantageously. deploy. In principle, however, other mechanical-electrical transducer elements can be used.
  • DMS strain gauges
  • the glow plug according to the invention offers a number of advantages over the devices known from the prior art.
  • the use of a separate pressure measuring module and the modular structure causes the outer dimensions of the at least one force measuring element is no longer limited by the internal space of the plug housing.
  • a larger selection of force measuring elements is commercially available, whereby costs of production can be reduced and delivery bottlenecks can be avoided.
  • force measuring elements which have a higher precision, lower temperature dependence and other advantageous properties, but which would not be integrated due to the low available space in conventional, known from the prior art glow plugs.
  • the modular design of the glow plug ensures that during construction and assembly a high customer independence is ensured, so that, for example, one and the same type of glow plug can be integrated into different engine types. For example, a simple replacement of the pressure measuring module is sufficient for this purpose.
  • the first module and the pressure measuring module can be manufactured in separate steps, for example by separate manufacturers or in different production plants.
  • the radiator is connected to the plug housing.
  • the pressure measuring module at least one force measuring element is integrated into the pressure measuring module.
  • both modules can be tested separately, since the functionality of the two modules is independent of the other module.
  • the pressure measuring module and the first module are connected to one another, such that a force can be transmitted to the at least one force measuring element via the heating element.
  • This connection can in particular be cohesively, for example by welding, and / or by a frictional connection.
  • At least one force transmission element For transmitting the force from the radiator to the at least one force measuring element, in particular at least one force transmission element can be used.
  • the at least one power transmission element may have a power transmission ram.
  • This additional at least one force transmission element has the particular advantage that the radiator and the at least one force measuring element can be spatially separated from each other.
  • the pressure measuring module can be arranged outside the combustion chamber of the internal combustion engine, so that the at least one force measuring element is exposed to the lowest possible temperature loads and temperature fluctuations. Since the signal characteristics of many commercially available force measuring elements depend significantly on the operating temperature and / or temperature fluctuations, this construction according to the invention is thus of considerable advantage for the signal quality.
  • the at least one force-measuring element has at least one actuator surface extending perpendicularly to an axis of the glow plug.
  • the at least one force-measuring element can, for example, have the shape of a disk, for example a circular disk, and can be fixed radially to a housing of the pressure-measuring module.
  • a force can be exerted directly or indirectly on the at least one actuator surface via the at least one force transmission element in the axial direction.
  • the glow plug additionally comprise at least one diaphragm, which is arranged between the at least one force transmission element and the at least one force-measuring element.
  • this membrane can be an integral part of the at least one force-measuring element.
  • the glow plug additionally has a vibration damping element.
  • this vibration damping element can completely or partially fill at least one cavity between the at least one force transmission element and the plug housing.
  • elongated power transmission elements such as a power transfer tappet
  • the first module and the pressure measuring module can in particular be separated from one another by an interface, for example a partition wall.
  • the at least one partition wall has at least one Kraftübertragungsöfrhung.
  • this power transmission opening may be a central bore through which a power transmission ram is guided in the axial direction.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a glow plug according to the invention.
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for
  • FIG. 1 shows an embodiment of a glow plug 110 according to the invention.
  • the glow plug 110 has a first module 112 (glow plug module) and a pressure measuring module 114. Both modules are separated along an interface by a partition wall 116, which may be part of the pressure measuring module 114 or the Glühstattmoduls 112. Also, two partitions 116 are possible, wherein z. B. a partition wall part of the Glühmannmoduls 112 and a partition wall is part of the pressure measuring module 114.
  • the connection between pressure measuring module 114 and Glühstattmodul 112 can be done for example by welding. A screw connection through appropriate union nuts is conceivable.
  • the glow plug module 112 has a housing 118 with a substantially cylindrical inner space 120.
  • the housing 118 On a side facing away from the pressure module 114, a combustion chamber of the internal combustion engine facing the end of the housing 118, the housing 118 has a sealing cone 122, in which a (ceramic in this embodiment) radiator 124 is inserted.
  • the ceramic heating element 124 in the sealing cone 122 is connected to the housing 118 in such a way, for example by gluing, that the inner space 120 is sealed substantially against the influences of the combustion chamber.
  • the ceramic heater 124 can also be soldered into a metallic support tube, which is then welded to the housing or can be pressed into this.
  • the ceramic heater 124 has at its front, the combustion chamber end facing a pressure surface 126, which is configured in this embodiment as a surface perpendicular to an axis 128 of the glow plug 110.
  • the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine causes a force F (reference numeral 130) on the ceramic heater (which, mutatis mutandis, also be a metallic radiator can) be exercised.
  • F reference numeral 130
  • This force causes a linear-elastic deflection of the components located in the power path of the glow plug 110. This deflection is usually in the micrometer range. By means of this linear-elastic deflection, a force can be transmitted to the glow plug 110 which correlates directly with the combustion chamber pressure.
  • a force-measuring element 132 is arranged in the pressure measuring module 114.
  • the force measuring element 132 essentially has the shape of a circular disk arranged perpendicular to the axis 128 and has an end face 134 with an integrated, miniaturized membrane which is arranged on the side facing the heating body 124.
  • the force-measuring element which may be a piezoresistive force-measuring element, as described above, has two signal lines 138, which leads axially out of a housing 140 at the end of the pressure measuring module 114 facing away from the glow plug module 112 and a corresponding signal processing (not shown).
  • a force is exerted on the force-measuring element 132, it is converted by the force-measuring element 132 into corresponding electrical signals, for example a voltage or a current, which can be tapped off by means of the signal lines 138.
  • the force measuring element 132 is peripherally connected in this embodiment with the housing 140, for example by gluing or by a corresponding thread. Additionally or alternatively, the force-measuring element 132 can also be supported by the side facing away from the heating element 124, for example, characterized in that the housing 140 has an internal thread into which, for example, a corresponding ring with an external thread can be screwed.
  • the inventive design also differs significantly from the arrangement shown in EP 102 18 544 Al.
  • a separate production of the two modules 112, 114 is possible. It is also possible to produce different variants of the glow plug module 112 and of the pressure measurement module 114, the geometries of which are adapted to specific customer requirements.
  • the interface geometry which allows an assembly of the two modules 112, 114 along the partition wall 116, be type-independent, so that there is a "kit" of Glühstattmodulen 112 and pressure measuring modules 140.
  • the length of the force transmission element 142 ie in particular the fact that the force transmission element 142 has a length which considerably exceeds its diameter, vibration modes in the excitation spectrum for mechanical vibrations can occur in the mostly undesired low-frequency range. By such natural resonances, the evaluation of the signals of the force measuring element 132 is difficult, or completely prevented.
  • a vibration damping element 146 is provided according to the invention in accordance with FIG. 1.
  • This Schwingungsdämpfungs- element 146 is advantageously designed as a cylinder sleeve in this Ausrrittungsbeispiel, in which a cylindrical power transmission plunger 142 is used as a power transmission element and fills an annular gap between the power transmission plunger 142 and the housing 118 of the Glühmannmoduls 112 completely.
  • the vibration damping element 146 may comprise a resin, in particular an electrically and / or thermally insulating resin.
  • This resin can be filled in a liquid state in the annular gap between the power ram 142 and the housing 118 of the Glühmannmoduls 112 and then cured there.
  • a resin but also a variety of other materials can be used, which can be introduced in the liquid or plastic state in the annular gap, and then cured there.
  • the curing can be wholly or partially, so that, for example, an elastic or a plastic vibration damping element 146 results.
  • the curing can take place in various ways, for example by UV action or by heat treatment. Numerous other possibilities are conceivable and known to the person skilled in the art.
  • the steel connection bolt normally used for glow current leads to the ceramic heater 124 is replaced by a thin and / or flexible wire glow current lead 148 118 of the glow plug module 112 is optimally utilized.
  • This Drahtglühstromzutechnisch 148 can be led out of the housing 118 of the Glühwmoduls 112 via a radial bore 150 and fed to a corresponding power supply.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a glow plug 110, for example, the glow plug 110 shown in FIG. shown.
  • the illustrated method steps do not necessarily have to be carried out in the illustrated sequence, and additional method steps not shown in FIG. 2 can be performed. Individual process steps can also be carried out repeatedly.
  • a first module 112 is produced which has a heating body 124 and a housing 118.
  • the radiator 124 is connected to the plug housing 118.
  • this first module 112 is tested, wherein, for example, the functionality of the heating element 124 is checked by applying a corresponding current, for example via the wire-filament feed line 148.
  • a pressure measuring module 114 for example according to the exemplary embodiment according to FIG. 1, is mounted, wherein in particular at least one force measuring element 132, for example 132 of the type described above, is integrated into the pressure measuring module 114.
  • the pressure measuring module 114 is tested. This testing can be carried out, for example, by applying a defined force to the diaphragm 136 of the force measuring module 132 via the opening 144 in the dividing wall 116, wherein the electrical signal generated by the force measuring element 132 can be detected on the signal lines 138, for example , In particular, malfunctions of the pressure measuring module 114 can be detected in this way.
  • the pressure measurement module 114 and the glow plug module 112 are connected to one another, for example by welding or by bonding by means of a union nut.
  • This connection is made such that a force from the heater 124 is transferable to the force measuring element 132.
  • a connection of the power transmission plunger 142 is guided through the central bore 144 in the interior of the pressure measuring module 114 and placed on the diaphragm 136.
  • the power 130 from the heating element 124 is completely or partially transmitted by means of a power transmission element 142, which in this embodiment is designed as a power transmission plunger 142.
  • This power transfer ram 142 transmits the force 130 axially to the end surface 134 of the force-sensing element 132.
  • the power transmission ram 142 is guided through a central bore 144.

Abstract

A combustion-signal based control system requires a reliable, cost-effective option for detecting the pressure in the combustion chamber of compression-ignition internal combustion engines. The invention thus relates to a sheathed-element heater plug (110) comprising a heater plug module (112) and a pressure measuring module (114) that is connected to the heater plug module (112). The heater plug module (112) comprises a heating body (124) and a heater plug housing (118). The pressure measuring module (114) comprises at least one force measuring element (132) that is integrated into the pressure measuring module (114). The force measuring element(s) (132) is or are configured to generate an electric signal in accordance with a force (130). Said element or elements (132) is or are connected to the heating body (124), when the sheathed-element heater plug (110) is fitted, in such a way that a force (130) can be transferred to the force measuring element (132) or elements via said heating body (124).

Description

Glühstiftkerze mit integriertem DruckmesselementGlow plug with integrated pressure measuring element
Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze mit integriertem Druckmesselement sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Glühstiftkerze. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Glühstiftkerze, welche neben einem Heizkörper und einem Kerzengehäuse ein Druckmessmodul mit mindestens einem Kraftmesselement aufweist.The invention relates to a glow plug with integrated pressure measuring element and a method for producing such a glow plug. In particular, the invention relates to a glow plug, which in addition to a radiator and a plug housing has a pressure measuring module with at least one force measuring element.
Stand der TechnikState of the art
Im Zuge der stetigen Verschärfung der gesetzlichen Abgasvorschriften, insbesondere für Dieselmotoren, verschärfen sich die Anforderungen an eine verringerte Schadstoffemission von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen. Moderne Motormanagementsysteme sollen einen niedrigen Kraftstoffverbrauch gewährleisten und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweisen.In the course of the constant tightening of the statutory exhaust gas regulations, in particular for diesel engines, the requirements for a reduced pollutant emission of self-igniting internal combustion engines are tightening. Modern engine management systems are to ensure low fuel consumption and at the same time have a long service life.
Eine Verbrennungsoptimierung im Brennraum eines Dieselmotors lässt sich insbesondere durch den Einsatz einer geregelten Einspritzung von Kraftstoff erzielen. Diese geregelte Einspritzung kann insbesondere gesteuert werden durch elektronische Motorsteuerungsgeräte, welche sich bereits in modernen Kraftfahrzeugen etabliert haben. Die erfolgreiche Ausführung einer brennraumdrucksignalbasierten Motorregelung (combustion signal based control System, CSC) hängt jedoch von der Verfügbarkeit produktionstauglicher Drucksensoren ab, welche hohen Anforderungen bezüglich Preis, Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Bauraum genügen müssen.A combustion optimization in the combustion chamber of a diesel engine can be achieved in particular by the use of a regulated injection of fuel. In particular, this controlled injection can be controlled by electronic engine control devices which have already been established in modern motor vehicles. However, the successful execution of combustion chamber pressure signal-based engine control (CSC) depends on the availability of production-suitable pressure sensors, which have to meet high requirements in terms of price, reliability, accuracy and space.
Derzeit sind Messvorrichtungen weit verbreitet, welche so genannte „Stand-Alone"- Sensoren aufweisen. Für deren Einsatz muss eine separate Bohrung in der Zylinderkopfwand vorgesehen werden, was einen zusätzlichen Montageaufwand bedeutet. Daneben benötigen Stand- Alone Sensoren zusätzliche Bohrungen im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine, was insbesondere bei Vierventilmotoren heutiger Bauweise aufgrund der sehr beengten Platzverhältnisse erhebliche Probleme aufwirft. Weiterhin ist in der Regel der Preis derartiger Systeme vergleichsweise hoch, und die Lebensdauer derartiger Systeme ist, zumeist bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen, deutlich kürzer als eine typische Fahrzeuglebensdauer.At present, measuring devices are widely used, which have so-called "stand-alone" sensors, for which a separate hole in the cylinder head wall has to be provided, which means an additional installation effort. which poses considerable problems especially with four-valve engines of today's design due to the very tight space conditions Price of such systems is comparatively high, and the life of such systems, mostly due to the high operating temperatures, significantly shorter than a typical vehicle life.
Dementsprechend gibt es im Stand der Technik Ansätze, Brennraumdrucksensoren in bereits existierende Komponenten des Zylinderkopfes zu integrieren. Ein Beispiel einer derartigen Integration sind Zündkerzen mit integriertem piezoelektrischem Kraftmesselement, welche beispielsweise aus DE 694 05 788 T2 bekannt sind. Diese Druckschrift offenbart eine Zündkerze mit eingebautem Drucksensor, wobei der Drucksensor mindestens einen Druckeinführungskanal aufweist, der die Verbrennungskammer eines zugehörigen Zylinders des Verbrennungsmotors mit dem Drucksensor verbindet.Accordingly, there are approaches in the prior art to integrate combustion chamber pressure sensors into already existing components of the cylinder head. An example of such an integration are spark plugs with integrated piezoelectric force measuring element, which are known for example from DE 694 05 788 T2. This document discloses a spark plug with built-in pressure sensor, wherein the pressure sensor has at least one pressure introduction channel, which connects the combustion chamber of an associated cylinder of the internal combustion engine with the pressure sensor.
Eine derartige Sensorintegration in bereits existierende Komponenten des Zylinderkopfs bringt einen deutlichen Preisvorteil mit sich und macht auch einen Großserieneinsatz wirt- schaftlich möglich. Bei derartigen Systemen entfällt die Notwendigkeit des direkten Zugriffs zum Brennraum. Andererseits hängt die Signalgüte derartiger Brennraumdrucksensoren stark vom Kraftverlauf im gesamten mechanischen Verbund ab und genügt in der Regel den gestellten Anforderungen nicht.Such a sensor integration in already existing components of the cylinder head brings a significant price advantage and also makes a large-scale production economically feasible. Such systems eliminate the need for direct access to the combustion chamber. On the other hand, the signal quality of such combustion chamber pressure sensors depends strongly on the force curve in the entire mechanical composite and usually does not meet the requirements.
Aus DE 196 80 912 C2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren des Zylinderdrucks in einem Dieselmotor bekannt. Die Vorrichtung weist einen Drucksensor, einen Heizabschnitt einer Glühkerze, welcher im Innenraum eines Zylinders des Dieselmotors aufgenommen ist und durch den Zylinderdruck beaufschlagbar ist sowie ein Fixierglied zum Fixieren des Heizabschnitts in einem Körper der Glühkerze auf. Dabei ist der Drucksensor zwischen dem Heizabschnitt und dem Fixierglied der Glühkerze angeordnet. Über den Heizabschnitt wird der Zylinderdruck auf den Drucksensor übertragen.From DE 196 80 912 C2 an apparatus and a method for detecting the cylinder pressure in a diesel engine is known. The device comprises a pressure sensor, a heating section of a glow plug, which is received in the interior of a cylinder of the diesel engine and can be acted upon by the cylinder pressure and a fixing member for fixing the heating section in a body of the glow plug. In this case, the pressure sensor is arranged between the heating section and the fixing member of the glow plug. The cylinder pressure is transferred to the pressure sensor via the heating section.
Die in DE 196 80 912 C2 offenbarte Vorrichtung weist jedoch insbesondere den Nachteil auf, dass der Drucksensor unmittelbar mit dem Heizabschnitt in Verbindung steht und somit hohen Temperaturbelastungen und Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Weiterhin ist eine Montage der in der DE 196 80 912 C2 beschriebenen Vorrichtung aufwendig, da zunächst der Heizabschnitt in den Körper der Glühkerze eingebracht werden muss, wonach anschließend der Drucksensor zentrisch auf dem Heizabschnitt positioniert werden muss, um eine einwandfreie Funktionalität der Vorrichtung zu gewährleisten. Anschließend muss der Drucksensor auf der vom Zylinder abgewandten Seite der Vorrichtung mittels der Fixiervorrichtung fixiert werden, was wiederum das Risiko einer Deplatzierung des Drucksensors beinhaltet. Ein Testen der Funktionalität des Drucksensors ist erst im vollständig montierten Zustand der Glühkerze möglich. Aus DE 102 18 544 Al ist eine Glühkerze mit eingebautem Verbrennungsdrucksensor bekannt. Die Glühkerze weist ein Gehäuse mit einem Verbrennungsdrucksensor auf, welcher um einen Kern herum konzentrisch angeordnet und durch den Kern vorgespannt ist. Der Verbrennungsdruck in einem Motor wird über den Kern als Kraft übertragen, wodurch die über den Kern auf den Drucksensor ausgeübte Kraft auf den Drucksensor vermindert wird. Der Verbrennungsdruck wird also in eine Verminderung einer Vorlast auf den Drucksensor umgesetzt und kann mittels eines elektrischen Signals des Drucksensors somit erfasst werden.However, the device disclosed in DE 196 80 912 C2 has the particular disadvantage that the pressure sensor is directly connected to the heating section and is thus exposed to high temperature loads and temperature fluctuations. Furthermore, an assembly of the device described in DE 196 80 912 C2 is complicated, since first the heating section must be introduced into the body of the glow plug, after which the pressure sensor must be positioned centrally on the heating section to ensure proper functionality of the device. Subsequently, the pressure sensor on the side facing away from the cylinder of the device must be fixed by means of the fixing device, which in turn involves the risk of misplacement of the pressure sensor. Testing the functionality of the pressure sensor is possible only in the fully assembled state of the glow plug. From DE 102 18 544 Al a glow plug with built-in combustion pressure sensor is known. The glow plug includes a housing having a combustion pressure sensor concentrically disposed about a core and biased by the core. The combustion pressure in an engine is transmitted through the core as force, thereby reducing the force exerted on the core by the pressure sensor on the pressure sensor. The combustion pressure is thus converted into a reduction of a preload on the pressure sensor and can thus be detected by means of an electrical signal of the pressure sensor.
Die in DE 102 18 544 dargestellte Anordnung weist jedoch den Nachteil einer hohen Teileanzahl auf. Weiterhin kann die Verbindung zwischen dem Kern und dem um diesen Kern herum konzentrisch angeordneten Drucksensor bei der Montage Schwierigkeiten bereiten, da es zu Verspannungen zwischen dem Kern und dem Drucksensor kommen kann. Bauteiltoleranzen können sich hierbei kritisch bemerkbar machen. Weiterhin ist auch der in der DE 102 18 544 Al dargestellte Aufbau erst im vollständig montierten Zustand testbar, so dass erst nach einer vollständigen Montage eventuelle Fehler erkannt werden können.However, the arrangement shown in DE 102 18 544 has the disadvantage of a high number of parts. Furthermore, the connection between the core and the concentrically arranged around this core pressure sensor during assembly can cause difficulties, since it can lead to tension between the core and the pressure sensor. Component tolerances can be critical here. Furthermore, the structure shown in DE 102 18 544 Al is testable only in the fully assembled state, so that only after a complete assembly any errors can be detected.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Es wird daher eine Glühstiftkerze mit integriertem Druckmesselement sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Glühstiftkerze vorgeschlagen, welches die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Glühstiftkerzen mit integriertem Druckmesselement vermeiden.It is therefore proposed a glow plug with integrated pressure measuring element and a method for producing such a glow plug, which avoid the disadvantages of the known from the prior art glow plugs with integrated pressure measuring element.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Glühstiftkerze aus zwei separaten Modulen zusammenzusetzen. Die Glühstiftkerze weist einen Heizkörper und ein Kerzengehäuse auf, welche Bestandteile eines ersten Moduls der Glühstiftkerze sind. Weiterhin weist die Glühstiftkerze ein Druckmessmodul auf, welches sich auf einer dem Heizkörper abgewand- ten Seite an das Kerzengehäuse anschließt. In das Druckmessmodul ist mindestens ein Kraftmesselement integriert, welches ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Kraft erzeugen kann. Das Druckmessmodul ist derart mit dem ersten Modul verbunden, dass das mindestens eine Kraftmesselement direkt oder indirekt mit dem Heizkörper verbunden ist, dergestalt, dass über den Heizkörper eine Kraft auf das mindestens eine Kraftmesselement übertragbar ist.A basic idea of the invention is to assemble the glow plug of two separate modules. The glow plug has a radiator and a plug housing, which are components of a first module of the glow plug. Furthermore, the glow plug has a pressure measuring module which adjoins the plug housing on a side facing away from the radiator. In the pressure measuring module, at least one force measuring element is integrated, which can generate an electrical signal in response to a force. The pressure measuring module is connected to the first module in such a way that the at least one force-measuring element is connected directly or indirectly to the heating element, such that a force can be transmitted to the at least one force-measuring element via the heating element.
Als Kraftmesselement lassen sich eine Vielzahl von dem Fachmann bekannten Bauelementen einsetzen. Besonders vorteilhaft lassen sich piezoelektrische, piezoresisistive, kapazitive, induktive Kraftmesselemente und/oder Messelemente mit Dehnungsmessstreifen (DMS) einsetzen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere mechanisch-elektrische Wandlerelemente einsetzbar.As a force measuring element can be used a variety of known in the art components. Piezoelectric, piezoresistive, capacitive, inductive force measuring elements and / or measuring elements with strain gauges (DMS) can be used particularly advantageously. deploy. In principle, however, other mechanical-electrical transducer elements can be used.
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bietet gegenüber den aus dem Stand der Technik be- kannten Vorrichtungen eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere bewirkt die Verwendung eines separaten Druckmessmoduls und der modulare Aufbau, dass die äußeren Abmessungen des mindestens einen Kraftmesselements nicht mehr durch den inneren Bauraum des Kerzengehäuses begrenzt ist. Dadurch ist eine größere Auswahl an Kraftmesselementen kommerziell verfügbar, wodurch Kosten der Produktion gesenkt werden können und Lie- ferengpässe vermieden werden können. Es lassen sich nun unter Umständen auch Kraftmesselemente einsetzen, welche eine höhere Präzision, geringere Temperaturabhängigkeit und andere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, welche jedoch aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums in herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Glühkstiftkerzen nicht integrierbar wären.The glow plug according to the invention offers a number of advantages over the devices known from the prior art. In particular, the use of a separate pressure measuring module and the modular structure causes the outer dimensions of the at least one force measuring element is no longer limited by the internal space of the plug housing. As a result, a larger selection of force measuring elements is commercially available, whereby costs of production can be reduced and delivery bottlenecks can be avoided. It may now be possible to use force measuring elements, which have a higher precision, lower temperature dependence and other advantageous properties, but which would not be integrated due to the low available space in conventional, known from the prior art glow plugs.
Weiterhin bewirkt der modulare Aufbau der Glühstiftkerze, dass bei Konstruktion und Montage eine hohe Kundenunabhängigkeit gewährleistet ist, so dass beispielsweise auch ein und derselbe Typ von Glühstiftkerze in unterschiedliche Motortypen integriert werden kann. Beispielsweise genügt zu diesem Zweck ein einfaches Austauschen des Druckmessmoduls.Furthermore, the modular design of the glow plug ensures that during construction and assembly a high customer independence is ensured, so that, for example, one and the same type of glow plug can be integrated into different engine types. For example, a simple replacement of the pressure measuring module is sufficient for this purpose.
Bei der Herstellung der Glühstiftkerze können insbesondere das erste Modul und das Druckmessmodul in separaten Schritten, beispielsweise durch separate Hersteller oder in unterschiedlichen Fertigungsanlagen, gefertigt werden. Bei der Herstellung des ersten Moduls wird der Heizkörper mit dem Kerzengehäuse verbunden. Bei der Herstellung des Druckmessmoduls wird mindestens ein Kraftmesselement in das Druckmessmodul integriert. Beide Module sind insbesondere separat testbar, da die Funktionalität der beiden Module vom jeweils anderen Modul unabhängig ist.In the production of the glow plug, in particular the first module and the pressure measuring module can be manufactured in separate steps, for example by separate manufacturers or in different production plants. In the manufacture of the first module, the radiator is connected to the plug housing. In the manufacture of the pressure measuring module at least one force measuring element is integrated into the pressure measuring module. In particular, both modules can be tested separately, since the functionality of the two modules is independent of the other module.
Auf diese Weise lassen sich im Fertigungsprozess frühzeitig Fehler entdecken und beheben, was den Ausschuss erheblich senkt, Kosten senkt und die Zuverlässigkeit der Bauelemente erhöht. Anschließend werden das Druckmessmodul und das erste Modul miteinander verbunden, dergestalt, dass über den Heizkörper eine Kraft auf das mindestens eine Kraftmesselement übertragbar ist. Diese Verbindung kann insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, und/oder durch eine kraftschlüssige Verbindung erfolgen.In this way, errors can be detected and remedied early in the manufacturing process, which significantly reduces rejects, reduces costs and increases the reliability of the components. Subsequently, the pressure measuring module and the first module are connected to one another, such that a force can be transmitted to the at least one force measuring element via the heating element. This connection can in particular be cohesively, for example by welding, and / or by a frictional connection.
Zur Übertragung der Kraft von dem Heizkörper auf das mindestens eine Kraftmesselement kann insbesondere mindestens ein Kraftübertragungselement eingesetzt werden. Beispielsweise kann das mindestens eine Kraftübertragungselement einen Kraftübertragungsstößel aufweisen. Dieses zusätzliche mindestens eine Kraftübertragungselement bietet insbesondere den Vorteil, dass der Heizkörper und das mindesten eine Kraftmesselement räumlich voneinander getrennt werden können. So kann insbesondere das Druckmessmodul außerhalb des Brenn- raums der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein, so dass das mindestens eine Kraftmesselement geringstmöglichen Temperaturbelastungen und Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Da die Signalcharakteristik vieler kommerziell verfugbarer Kraftmesselemente signifikant von der Betriebstemperatur und/oder Temperaturschwankungen abhängt, ist diese erfindungsgemäße Konstruktion somit von erheblichem Vorteil für die Signalqualität.For transmitting the force from the radiator to the at least one force measuring element, in particular at least one force transmission element can be used. For example, the at least one power transmission element may have a power transmission ram. This additional at least one force transmission element has the particular advantage that the radiator and the at least one force measuring element can be spatially separated from each other. Thus, in particular, the pressure measuring module can be arranged outside the combustion chamber of the internal combustion engine, so that the at least one force measuring element is exposed to the lowest possible temperature loads and temperature fluctuations. Since the signal characteristics of many commercially available force measuring elements depend significantly on the operating temperature and / or temperature fluctuations, this construction according to the invention is thus of considerable advantage for the signal quality.
Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn das mindestens eine Kraftmesselement mindestens eine sich senkrecht zu einer Achse der Glühstiftkerze erstreckende Aktorfläche aufweist. Das mindestens eine Kraftmesselement kann beispielsweise die Form einer Scheibe, beispielsweise einer Kreisscheibe, aufweisen und kann radial an einem Gehäuse des Druckmessmoduls fixiert sein. Dabei kann über das mindestens eine Kraftübertragungselement in axialer Richtung direkt oder indirekt eine Kraft auf die mindestens eine Aktorfläche ausgeübt werden. Beispielsweise kann die Glühstiftkerze zusätzlich mindestens eine Membran aufweisen, welche zwischen dem mindestens einen Kraftübertragungselement und dem mindestens einen Kraftmesselement angeordnet ist. Diese Membran kann insbesondere ein integraler Bestandteil des mindestens einen Kraftmesselements sein.It has furthermore proved to be advantageous if the at least one force-measuring element has at least one actuator surface extending perpendicularly to an axis of the glow plug. The at least one force-measuring element can, for example, have the shape of a disk, for example a circular disk, and can be fixed radially to a housing of the pressure-measuring module. In this case, a force can be exerted directly or indirectly on the at least one actuator surface via the at least one force transmission element in the axial direction. For example, the glow plug additionally comprise at least one diaphragm, which is arranged between the at least one force transmission element and the at least one force-measuring element. In particular, this membrane can be an integral part of the at least one force-measuring element.
In der Ausgestaltung, in welcher mindestens ein Kraftübertragungselement eingesetzt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Glühstiftkerze zusätzliche ein Schwingungs- dämpfungselement aufweist. Dieses Schwingungsdämpfungselement kann insbesondere mindestens einen Hohlraum zwischen dem mindestens einen Kraftübertragungselement und dem Kerzengehäuse ganz oder teilweise ausfüllen. Insbesondere wenn langgestreckte Kraftübertragungselemente, beispielsweise ein Kraftübertragungsstößel, eingesetzt werden, hat sich dies zur Unterdrückung von Schwingungen des mindestens einen Kraftübertragungselements als vorteilhaft erwiesen, um unerwünschte Vibrationen und somit unerwünschte Artefakte im elektrischen Signal des mindestens einen Kraftmesselements zu vermeiden.In the embodiment in which at least one force transmission element is used, it has proved to be advantageous if the glow plug additionally has a vibration damping element. In particular, this vibration damping element can completely or partially fill at least one cavity between the at least one force transmission element and the plug housing. In particular, when elongated power transmission elements, such as a power transfer tappet, are used, this has proven to be advantageous for suppressing vibrations of the at least one power transmission element to avoid unwanted vibrations and thus unwanted artifacts in the electrical signal of the at least one Kraftmesselements.
Das erste Modul und das Druckmessmodul können insbesondere durch eine Schnittstelle, beispielsweise eine Trennwand voneinander getrennt sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Trennwand mindestens eine Kraftübertragungsöfrhung aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dieser Kraftübertragungsöfrhung um eine zentrale Bohrung handeln, durch welche ein Kraftübertragungsstößel in axialer Richtung geführt wird.The first module and the pressure measuring module can in particular be separated from one another by an interface, for example a partition wall. In this case, it is advantageous if the at least one partition wall has at least one Kraftübertragungsöfrhung. For example, this power transmission opening may be a central bore through which a power transmission ram is guided in the axial direction.
Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.drawing Reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze; undFigure 1 shows an exemplary embodiment of a glow plug according to the invention; and
Figur 2 ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zurFigure 2 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for
Herstellung einer Glühstiftkerze.Production of a glow plug.
Ausführungsbeispieleembodiments
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Glühstiftkerze 110 dargestellt. Die Glühstiftkerze 110 weist ein erstes Modul 112 (Glühstiftmodul) und ein Druckmessmodul 114 auf. Beide Module sind entlang einer Schnittstelle durch eine Trennwand 116 voneinander getrennt, welche Bestandteil des Druckmessmoduls 114 oder auch des Glühstiftmoduls 112 sein kann. Auch zwei Trennwände 116 sind möglich, wobei z. B. eine Trennwand Bestandteil des Glühstiftmoduls 112 und eine Trennwand Bestandteil des Druck- messmoduls 114 ist. Die Verbindung zwischen Druckmessmodul 114 und Glühstiftmodul 112 kann beispielsweise durch Verschweißen erfolgen. Auch eine Verschraubung durch entsprechende Überwurfmuttern ist denkbar.FIG. 1 shows an embodiment of a glow plug 110 according to the invention. The glow plug 110 has a first module 112 (glow plug module) and a pressure measuring module 114. Both modules are separated along an interface by a partition wall 116, which may be part of the pressure measuring module 114 or the Glühstiftmoduls 112. Also, two partitions 116 are possible, wherein z. B. a partition wall part of the Glühstiftmoduls 112 and a partition wall is part of the pressure measuring module 114. The connection between pressure measuring module 114 and Glühstiftmodul 112 can be done for example by welding. A screw connection through appropriate union nuts is conceivable.
Das Glühstiftmodul 112 weist ein Gehäuse 118 mit einem im Wesentlichen zylinderförmi- gen Innenraum 120 auf. An einem dem Druckmodul 114 abgewandten, einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Ende des Gehäuses 118 weist das Gehäuse 118 einen Dichtkonus 122 auf, in welchen ein (in diesem Ausführungsbeispiel keramischer) Heizkörper 124 eingelassen ist. Dabei ist der keramische Heizkörper 124 im Dichtkonus 122 derart mit dem Gehäuse 118 verbunden, beispielsweise durch Verkleben, dass der In- nenraum 120 im Wesentlichen gegen die Einflüsse des Brennraums abgedichtet ist. Der keramische Heizkörper 124 kann auch in ein metallisches Stützrohr eingelötet werden, welches anschließend mit dem Gehäuse verschweißt wird oder in dieses eingepresst werden kann.The glow plug module 112 has a housing 118 with a substantially cylindrical inner space 120. On a side facing away from the pressure module 114, a combustion chamber of the internal combustion engine facing the end of the housing 118, the housing 118 has a sealing cone 122, in which a (ceramic in this embodiment) radiator 124 is inserted. In this case, the ceramic heating element 124 in the sealing cone 122 is connected to the housing 118 in such a way, for example by gluing, that the inner space 120 is sealed substantially against the influences of the combustion chamber. The ceramic heater 124 can also be soldered into a metallic support tube, which is then welded to the housing or can be pressed into this.
Der keramische Heizkörper 124 weist an seinem vorderen, dem Brennraum zugewandten Ende eine Druckfläche 126 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Fläche senkrecht zu einer Achse 128 der Glühstiftkerze 110 ausgestaltet ist. Der Druck im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine bewirkt, dass ein Kraft F (Bezugsziffer 130) auf den keramischen Heizkörper (wobei es sich sinngemäß auch um einen metallischen Heizkörper handeln kann) ausgeübt wird. Diese Krafteinwirkung verursacht eine linear-elastische Einfederung der im Kraftpfad befindlichen Bauteile der Glühstiftkerze 110. Diese Einfederung liegt üblicherweise im Mikrometerbereich. Über diese linear-elastische Einfederung kann eine Kraft auf die Glühstiftkerze 110 übertragen werden, welche direkt mit dem Brennraumdruck kor- reliert.The ceramic heater 124 has at its front, the combustion chamber end facing a pressure surface 126, which is configured in this embodiment as a surface perpendicular to an axis 128 of the glow plug 110. The pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine causes a force F (reference numeral 130) on the ceramic heater (which, mutatis mutandis, also be a metallic radiator can) be exercised. This force causes a linear-elastic deflection of the components located in the power path of the glow plug 110. This deflection is usually in the micrometer range. By means of this linear-elastic deflection, a force can be transmitted to the glow plug 110 which correlates directly with the combustion chamber pressure.
Eine Möglichkeit der Erfassung dieser Kraft 130 besteht erfindungsgemäß darin, dass im Druckmessmodul 114 ein Kraftmesselement 132 angeordnet ist. Das Kraftmesselement 132 weist im Wesentlichen die Gestalt einer senkrecht zur Achse 128 angeordneten Kreisscheibe auf und weist eine Stirnfläche 134 mit einer integrierten, miniaturisierten Membran auf, welche auf der dem Heizkörper 124 zugewandten Seite angeordnet ist. Das Kraftmesselement, bei welchem es sich, wie oben beschrieben, beispielsweise um ein piezoresistives Kraftmesselement handeln kann, weist zwei Signalleitungen 138 auf, welche an dem Glühstiftmodul 112 abgewandten Ende des Druckmessmoduls 114 axial aus einem Gehäuse 140 herausge- führt und einer entsprechenden Signalverarbeitung (nicht dargestellt) zugeführt werden.One way of detecting this force 130 according to the invention is that in the pressure measuring module 114, a force-measuring element 132 is arranged. The force measuring element 132 essentially has the shape of a circular disk arranged perpendicular to the axis 128 and has an end face 134 with an integrated, miniaturized membrane which is arranged on the side facing the heating body 124. The force-measuring element, which may be a piezoresistive force-measuring element, as described above, has two signal lines 138, which leads axially out of a housing 140 at the end of the pressure measuring module 114 facing away from the glow plug module 112 and a corresponding signal processing (not shown).
Wird eine Kraft auf das Kraftmesselement 132 ausgeübt, so wird diese vom Kraftmesselement 132 in entsprechende elektrische Signale, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, umgewandelt, welche mittels der Signalleitungen 138 abgegriffen werden können.If a force is exerted on the force-measuring element 132, it is converted by the force-measuring element 132 into corresponding electrical signals, for example a voltage or a current, which can be tapped off by means of the signal lines 138.
Das Kraftmesselement 132 ist in diesem Ausführungsbeispiel umfangsseitig mit dem Gehäuse 140 verbunden, beispielsweise durch Verkleben oder durch ein entsprechendes Gewinde. Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftmesselement 132 auch von der dem Heizelement 124 abgewandten Seite her unterstützt werden, beispielsweise dadurch, dass das Gehäuse 140 ein Innengewinde aufweist, in welches beispielsweise ein entsprechender Ring mit einem Außengewinde eingeschraubt werden kann.The force measuring element 132 is peripherally connected in this embodiment with the housing 140, for example by gluing or by a corresponding thread. Additionally or alternatively, the force-measuring element 132 can also be supported by the side facing away from the heating element 124, for example, characterized in that the housing 140 has an internal thread into which, for example, a corresponding ring with an external thread can be screwed.
Im Gegensatz zur oben beschriebenen DE 196 80 912 C2 kann bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Glühstiftkerze 110 somit auf ein zusätzliches Fixierglied hinter dem Kraftmesselement 132 verzichtet werden. Das Kraftmesselement 132 wird viel mehr umfangsseitig am Gehäuse 140 des vom Glühstiftmodul 112 getrennten Druckmessmoduls 114 fixiert. Dadurch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch wesentlich von der in der EP 102 18 544 Al dargestellten Anordnung. Insbesondere ist, wie oben beschrieben, eine separate Herstellung der beiden Module 112, 114 möglich. Es lassen sich auch unterschiedliche Varianten des Glühstiftmoduls 112 und des Druckmessmoduls 114 herstellen, deren Geometrien an jeweils spezifische Kundenanforderungen angepasst sind. Dabei soll jedoch die Schnittstellengeometrie, welche ein Zusammenfügen der beiden Module 112, 114 entlang der Trennwand 116 ermöglicht, typenunabhängig sein, so dass sich ein „Baukasten" aus Glühstiftmodulen 112 und Druckmessmodulen 140 ergibt. Bedingt durch die Länge des Kraftübertragungselements 142, also insbesondere der Tatsache, dass das Kraftübertragungselement 142 eine Länge aufweist, welche seinen Durchmesser erheblich übersteigt, können im Anregungsspektrum für mechanische Schwingungen Schwingungsmoden im zumeist unerwünschten Niederfrequenzbereich auftreten. Durch derartige Eigenresonanzen wird die Auswertung der Signale des Kraftmesselements 132 erschwert, bzw. vollständig verhindert.In contrast to the above-described DE 196 80 912 C2 can thus be dispensed with an additional fixing member behind the force measuring element 132 in this inventive embodiment of the glow plug 110. The force measuring element 132 is fixed on the housing 140 of the pressure measuring module 114 that is separate from the glow plug module 112 much more peripherally. As a result, the inventive design also differs significantly from the arrangement shown in EP 102 18 544 Al. In particular, as described above, a separate production of the two modules 112, 114 is possible. It is also possible to produce different variants of the glow plug module 112 and of the pressure measurement module 114, the geometries of which are adapted to specific customer requirements. In this case, however, the interface geometry, which allows an assembly of the two modules 112, 114 along the partition wall 116, be type-independent, so that there is a "kit" of Glühstiftmodulen 112 and pressure measuring modules 140. Due to the length of the force transmission element 142, ie in particular the fact that the force transmission element 142 has a length which considerably exceeds its diameter, vibration modes in the excitation spectrum for mechanical vibrations can occur in the mostly undesired low-frequency range. By such natural resonances, the evaluation of the signals of the force measuring element 132 is difficult, or completely prevented.
Um dieses Problem zu beheben, ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 erfindungs- gemäß ein Schwingungdämpfungselement 146 vorgesehen. Dieses Schwingungsdämpfungs- element 146 ist in diesem Ausrührungsbeispiel, im welchem ein zylinderförmiger Kraftübertragungsstößel 142 als Kraftübertragungselement eingesetzt wird, vorteilhafterweise als Zylinderhülse ausgelegt und füllt einen Ringspalt zwischen dem Kraftübertragungsstößel 142 und dem Gehäuse 118 des Glühstiftmoduls 112 vollständig aus.In order to remedy this problem, a vibration damping element 146 is provided according to the invention in accordance with FIG. 1. This Schwingungsdämpfungs- element 146 is advantageously designed as a cylinder sleeve in this Ausrührungsbeispiel, in which a cylindrical power transmission plunger 142 is used as a power transmission element and fills an annular gap between the power transmission plunger 142 and the housing 118 of the Glühstiftmoduls 112 completely.
Vorteilhafterweise kann, um den Ringspalt vollständig auszufüllen, das Schwingungsdämp- fungselement 146 ein Harz, insbesondere ein elektrisch und/oder thermisch isolierendes Harz, aufweisen kann. Dieses Harz kann in flüssigem Zustand in den Ringspalt zwischen dem Kraftübertragungsstößel 142 und dem Gehäuse 118 des Glühstiftmoduls 112 eingefüllt werden und anschließend dort ausgehärtet werden. Anstelle eines Harzes können jedoch auch eine Vielzahl weiterer Werkstoffe eingesetzt werden, welche im flüssigen oder plastischen Zustand in den Ringspalt eingebracht werden können, um anschließend dort ausgehärtet zu werden. Die Aushärtung kann ganz oder teilweise erfolgen, so dass sich beispielsweise ein elastisches oder ein plastisches Schwingungsdämpfungselement 146 ergibt. Wei- terhin kann die Aushärtung auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch UV- Einwirkung oder auch durch Wärmebehandlung. Zahlreiche andere Möglichkeiten sind denkbar und dem Fachmann bekannt.Advantageously, in order to completely fill the annular gap, the vibration damping element 146 may comprise a resin, in particular an electrically and / or thermally insulating resin. This resin can be filled in a liquid state in the annular gap between the power ram 142 and the housing 118 of the Glühstiftmoduls 112 and then cured there. Instead of a resin but also a variety of other materials can be used, which can be introduced in the liquid or plastic state in the annular gap, and then cured there. The curing can be wholly or partially, so that, for example, an elastic or a plastic vibration damping element 146 results. Furthermore, the curing can take place in various ways, for example by UV action or by heat treatment. Numerous other possibilities are conceivable and known to the person skilled in the art.
Weiterhin ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 der bei Glühstiftkerzen 110 übli- cherweise verwendete Stahlanschlussbolzen für eine Glühstromzuleitung zu dem keramischen Heizkörper 124 ersetzt durch eine dünne und/flexible Drahtglühstromzuleitung 148. Die Drahtglühstromzuleitung 148 bewirkt, dass der geringe zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb des Gehäuses 118 des Glühstiftmoduls 112 optimal ausgenutzt wird. Diese Drahtglühstromzuleitung 148 kann über eine radial Bohrung 150 aus dem Gehäuse 118 des Glühstiftmoduls 112 herausgeführt und einer entsprechenden Energieversorgung zugeführt werden.Furthermore, in the exemplary embodiment according to FIG. 1, the steel connection bolt normally used for glow current leads to the ceramic heater 124 is replaced by a thin and / or flexible wire glow current lead 148 118 of the glow plug module 112 is optimally utilized. This Drahtglühstromzuleitung 148 can be led out of the housing 118 of the Glühstiftmoduls 112 via a radial bore 150 and fed to a corresponding power supply.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Glühstiftkerze 110, beispielsweise zu der in Figur 1 dargestellten Glühstiftkerze 110, dargestellt. Die dargestellten Verfahrensschritte müssen nicht notwendigerweise in der abgebildeten Reihenfolge durchgeführt werden, und es können zusätzliche, in Figur 2 nicht dargestellte Verfahrensschritte durchgeführt werden. Einzelne Verfahrensschritte können auch wiederholt durchgeführt werden.FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a glow plug 110, for example, the glow plug 110 shown in FIG. shown. The illustrated method steps do not necessarily have to be carried out in the illustrated sequence, and additional method steps not shown in FIG. 2 can be performed. Individual process steps can also be carried out repeatedly.
In Verfahrensschritt 210 wird ein erstes Modul 112 hergestellt, welches einen Heizkörper 124 und ein Gehäuse 118 aufweist. Dabei wird der Heizkörper 124 mit dem Kerzengehäuse 118 verbunden. In Verfahrenschritt 212 wird dieses erste Modul 112 getestet, wobei beispielsweise die Funktionalität des Heizkörpers 124 durch Beaufschlagung mit einem ent- sprechenden Strom, beispielsweise über die Drahtglühstromzuleitung 148, überprüft wird.In method step 210, a first module 112 is produced which has a heating body 124 and a housing 118. In this case, the radiator 124 is connected to the plug housing 118. In method step 212, this first module 112 is tested, wherein, for example, the functionality of the heating element 124 is checked by applying a corresponding current, for example via the wire-filament feed line 148.
In Verfahrensschritt 214 wird ein Druckmessmodul 114, beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, montiert, wobei insbesondere mindestens ein Kraftmesselement 132, beispielsweise 132 der oben beschriebenen Art, in das Druckmessmodul 114 in- tegriert wird. Anschließend wird in Verfahrensschritt 216 das Druckmessmodul 114 getestet. Dieses Testen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass über die Öffnung 144 in der Trennwand 116 die Membran 136 des Kraftmessmoduls 132 mittels eines geeigneten Testelements mit einer definierten Kraft beaufschlagt wird, wobei das durch das Kraftmesselement 132 generierte elektrische Signal beispielsweise an den Signalleitungen 138 erfasst werden kann. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Fehlfunktionen des Druckmessmoduls 114 erkennen.In method step 214, a pressure measuring module 114, for example according to the exemplary embodiment according to FIG. 1, is mounted, wherein in particular at least one force measuring element 132, for example 132 of the type described above, is integrated into the pressure measuring module 114. Subsequently, in method step 216, the pressure measuring module 114 is tested. This testing can be carried out, for example, by applying a defined force to the diaphragm 136 of the force measuring module 132 via the opening 144 in the dividing wall 116, wherein the electrical signal generated by the force measuring element 132 can be detected on the signal lines 138, for example , In particular, malfunctions of the pressure measuring module 114 can be detected in this way.
Anschließend werden in Verfahrensschritt 218 das Druckmessmodul 114 und das Glühstiftmodul 112 miteinander verbunden, beispielsweise durch Verschweißen oder durch Ver- binden mittels einer Überwurfmutter. Diese Verbindung erfolgt derart, dass eine Kraft von dem Heizkörper 124 auf das Kraftmesselement 132 übertragbar ist. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Verbinden der Kraftübertragungsstößel 142 durch die zentrische Bohrung 144 in den Innenraum des Druckmessmoduls 114 geführt und auf die Membran 136 aufgesetzt werden.Subsequently, in method step 218, the pressure measurement module 114 and the glow plug module 112 are connected to one another, for example by welding or by bonding by means of a union nut. This connection is made such that a force from the heater 124 is transferable to the force measuring element 132. For example, for this purpose, a connection of the power transmission plunger 142 is guided through the central bore 144 in the interior of the pressure measuring module 114 and placed on the diaphragm 136.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kraft 130 vom Heizelement 124 vollständig oder teilweise mittels eines Kraftübertragungselements 142, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Kraftübertragungsstößel 142 ausgestaltet ist, übertragen. Dieser Kraftübertragungsstößel 142 überträgt die Kraft 130 axial auf die Stirnfläche 134 des Kraftmesselements 132. Zu diesem Zweck ist der Kraftübertragungsstößel 142 durch eine zentrische Bohrung 144 geführt. In this embodiment, the power 130 from the heating element 124 is completely or partially transmitted by means of a power transmission element 142, which in this embodiment is designed as a power transmission plunger 142. This power transfer ram 142 transmits the force 130 axially to the end surface 134 of the force-sensing element 132. For this purpose, the power transmission ram 142 is guided through a central bore 144.

Claims

Patentansprüche claims
1. Glühstiftkerze (110) für eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, aufweisend ein erstes, einen Heizkörper (124) und ein Kerzengehäuse (118) beinhaltendes Modul (112) sowie ein Druckmessmodul (114), wobei sich das Druckmessmodul (114) auf einer dem Heizkörper (124) abgewandten Seite an das erste Modul (112) anschließt, wobei mindestens ein Kraftmesselement (132) in das Druckmessmodul (114) integriert ist, wobei das mindestens eine Kraftmesselement (132) ausgestaltet ist, um ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Kraft (130) zu erzeugen, wobei das mindestens eine Kraftmesselement (132) derart mit dem Heizkörper (124) verbunden ist, dass über den1. glow plug (110) for a self-igniting internal combustion engine, comprising a first, a radiator (124) and a plug housing (118) containing module (112) and a pressure measuring module (114), wherein the pressure measuring module (114) on a the radiator ( 124) facing away from the first module (112), wherein at least one force measuring element (132) is integrated into the pressure measuring module (114), wherein the at least one force measuring element (132) is configured to generate an electrical signal in dependence on a force ( 130), wherein the at least one force-measuring element (132) is connected to the heating body (124) in such a way that via the
Heizkörper (124) eine Kraft (130) auf das mindestens eine Kraftmesselement (132) ü- bertragbar ist.Radiator (124) a force (130) on the at least one force-measuring element (132) is ü- transferable.
2. Glühstiftkerze (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kraftmesselement (132) mindestens eines der folgenden Bauelemente aufweist: ein piezoelektrisches Kraftmesselement (132), ein piezoresistives Kraftmesselement (132), ein kapazitives Kraftmesselement (132), ein induktives Kraftmesselement (132) und/oder ein Kraftmesselement (132) mit Dehnungsmessstreifen (DMS).2. glow plug (110) according to the preceding claim, characterized in that the at least one force measuring element (132) comprises at least one of the following components: a piezoelectric force measuring element (132), a piezoresistive force measuring element (132), a capacitive force measuring element (132), an inductive force measuring element (132) and / or a force measuring element (132) with strain gauges (DMS).
3. Glühstiftkerze (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kerzengehäuse (118) und das Druckmessmodul (114) stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.3. glow plug (110) according to one of the two preceding claims, characterized in that the plug housing (118) and the pressure measuring module (114) are materially and / or non-positively connected to each other.
4. Glühstiftkerze (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Kraftübertragungselement (142), wobei mittels des mindestens einen Kraftübertragungselement (142) eine Kraft (130) von dem Heizkörper (124) auf das mindestens eine Kraftmesselement (132) übertragbar ist.4. glow plug (110) according to one of the preceding claims, characterized by at least one additional force transmission element (142), wherein by means of the at least one force transmission element (142) a force (130) from the radiator (124) on the at least one force measuring element (132). is transferable.
5. Glühstiftkerze (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kraftübertragungselement (142) einen Kraftübertragungsstößel (142) aufweist.5. glow plug (110) according to the preceding claim, characterized in that the at least one force transmission element (142) has a power transmission plunger (142).
6. Glühstiftkerze (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mindestens eine Kraftmesselement (132) mindestens eine sich senkrecht zu einer Achse der Glühstiftkerze (110) erstreckende Aktorfläche (134) aufweist, wobei das mindestens eine Kraftmesselement (132) radial an einem Gehäuse (140) des Druckmessmoduls (114) befestigt ist und wobei mittels des mindestens einen Kraftübertragungselements (142) in axialer Richtung direkt oder indirekt eine Kraft (130) auf die mindestens eine Aktorfläche (134) ausübbar ist.6. glow plug (110) according to one of the two preceding claims, character- ized in that the at least one force measuring element (132) at least one perpendicular to an axis of the glow plug (110) extending actuator surface (134), wherein the at least one force measuring element (132) is fixed radially to a housing (140) of the pressure measuring module (114) and wherein by means of at least one Power transmission element (142) in the axial direction directly or indirectly, a force (130) on the at least one actuator surface (134) is exercisable.
7. Glühstiftkerze (110) gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Membran (136) zwischen dem mindestens einen Kraftübertragungselement (142) und dem mindestens einen Kraftmesselement (132), wobei die mindestens eine Membran (136) vorzugsweise in das mindestens eine Kraftmesselement (132) integriert ist.7. glow plug (110) according to one of the three preceding claims, characterized by at least one membrane (136) between the at least one force transmission element (142) and the at least one force measuring element (132), wherein the at least one membrane (136) preferably in the at least a force measuring element (132) is integrated.
8. Glühstiftkerze (110) gemäß einem der vier vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein in dem Kerzengehäuse (118) aufgenommenes Schwingungsdämp- fungselement (146), wobei das mindestens eine Schwingungsdämpfungselement (146) mindestens einen Hohlraum zwischen dem mindestens einen Kraftübertragungselement (142) und dem Kerzengehäuse (118) ganz oder teilweise ausfüllt.8. glow plug (110) according to one of the four preceding claims, characterized by at least one in the plug housing (118) accommodated vibration damping element (146), wherein the at least one vibration damping element (146) at least one cavity between the at least one force transmission element (142). and the candle housing (118) completely or partially fills.
9. Glühstiftkerze (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwingungsdämpfungselement (146) mindestens ein Harz (146) aufweist.9. glow plug (110) according to the preceding claim, characterized in that the at least one vibration damping element (146) has at least one resin (146).
10. Glüshtiftkerze gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Trennwand (116) zwischen dem Kerzengehäuse (118) und dem Druckmessmodul (114), wobei die mindestens eine Trennwand (116) mindestens eine Kraftübertragungsöffnung (144) aufweist.10. Glüshtiftkerze according to one of the preceding claims, characterized by at least one partition wall (116) between the plug housing (118) and the pressure measuring module (114), wherein the at least one partition (116) has at least one power transmission opening (144).
11. Verfahren zum Herstellen einer Glühstiftkerze (110) für eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine mit folgenden Schritten: a) ein erstes Modul (112), aufweisend einen Heizkörper (124) und ein Kerzengehäuse (118), wird montiert, wobei der Heizkörper (124) mit dem Kerzengehäuse (118) verbunden wird; b) ein Druckmessmodul (114), aufweisend mindestens ein Kraftmesselement (132), wird montiert, wobei das mindestens eine Kraftmesselement (132) ausgestaltet ist, um ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Kraft (130) zu erzeugen; und c) das Druckmessmodul (114) wird derart mit dem ersten Modul (112) verbunden, dass über den Heizkörper (124) eine Kraft (130) auf das mindestens eine Kraftmess- element (132) übertragbar ist. 11. A method for producing a glow plug (110) for a self-igniting internal combustion engine comprising the following steps: a) a first module (112) comprising a radiator (124) and a plug housing (118) is mounted, wherein the radiator (124) with the plug housing (118) is connected; b) a pressure measuring module (114) comprising at least one force sensing element (132) is mounted, the at least one force sensing element (132) being configured to generate an electrical signal in response to a force (130); and c) the pressure measuring module (114) is connected to the first module (112) such that a force (130) can be transmitted to the at least one force-measuring element (132) via the heating element (124).
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