EP1966538A1 - Glühstiftkerze - Google Patents

Glühstiftkerze

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Publication number
EP1966538A1
EP1966538A1 EP06807638A EP06807638A EP1966538A1 EP 1966538 A1 EP1966538 A1 EP 1966538A1 EP 06807638 A EP06807638 A EP 06807638A EP 06807638 A EP06807638 A EP 06807638A EP 1966538 A1 EP1966538 A1 EP 1966538A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
gluhstiftkerze
heating element
chamber
sealing means
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Withdrawn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
EP06807638A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Kern
Steffen Schott
Pavlo Saltikov
Michael Kleindl
Reiko Zach
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 EP1966538A1 publication Critical patent/EP1966538A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01L23/22—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 for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a Gluhwkerze for arrangement in a chamber of an internal combustion engine. Specifically, the invention relates to a Gluhmannkerze for arrangement in a pre-vortex or combustion chamber of an air-compressing, self-igniting internal combustion engine.
  • a pressure measuring spark plug for a diesel engine with a plug body for insertion into a cylinder of the diesel engine, a heating element arranged in the plug body and a pressure sensor arranged between the heating rod and the plug body are known.
  • the pressure sensor is influenced by the pressure in the combustion chamber, which is transferred from the heating element to the pressure sensor.
  • the heating element is slidably mounted in the axial direction, wherein a membrane and a seal designed as an O-ring are provided for sealing.
  • the pressure measuring glow plug known from EP 1 517 086 A1 has the disadvantage that in the region of an opening of the plug body, on which the heating rod protrudes from the candle body, combustion products can deposit, whereby the displaceability of the heating rod relative to the candle body is worsened.
  • the deterioration of the displaceability has the consequence that the transfer of the pressure via the heating element to the pressure sensor is adversely affected, so that the pressure determined by the pressure sensor deviates from the actual pressure in the combustion chamber.
  • the Glühunkerze according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the mobility of the heating element is improved relative to the housing with respect to contamination, which are caused in particular by coking. Specifically, a partial penetration of combustion pressure in the housing and a deposition of these in the region of the end opening of the housing, on which the heating element protrudes from the housing, prevented.
  • the sealant is designed as a temperature-resistant, flowable sealant.
  • the sealant may be formed powdery or pasty. This has the advantage that the heating element can slide back and forth substantially uninfluenced in the housing, so that a largely undisturbed power transmission to the pressure sensor is possible.
  • a powdered sealant can be suitably pressed in order to reliably hold it in the sealing space.
  • the viscosity of a paste-like sealant is preferably chosen so that a good fillability in the sealing space allows and advantageous Sliding properties are ensured and that at the same time a flow out of the sealing space, in particular in the region of the end opening of the housing is prevented.
  • the sealing means is formed at least substantially on the basis of a graphite.
  • Graphite has the advantage of high thermal conductivity, so that a heat dissipation of the heating element is provided on the housing, which reduces a temperature load on the pressure sensor and possibly other elements of the Gluhmannkerze.
  • the sealant may comprise one or more additives, in particular a calcium fluoride or a calcium oxide.
  • the additives allow the chemical and physical properties of the sealant to be suitably adjusted.
  • the sealant is at least substantially free of unbound metals.
  • the sealing space at the end opening has an annular gap and that the annular gap is at least substantially filled with the sealant.
  • the provision of an annular gap has the advantage that good mobility of the heating element with respect to the housing is ensured.
  • the penetration of dirt, in particular combustion pressure, into the housing of the Gluh.kerze is facilitated by the annular gap.
  • a pollution leads directly to the Annular gap to a significant impairment of the mobility of the heating element.
  • the sealing space is limited to the interior through a flexible steel membrane which is connected on the one hand to the housing and on the other hand to the heating element.
  • an additional seal is given, which is impenetrable for gases, in particular combustion pressure levels, which pass from the chamber of the internal combustion engine through the end opening of the housing in the housing of the Gluh.
  • the interior of the Gluhnchkerze is reliably sealed against the sealing space, so that the sealant can not penetrate into the interior.
  • the sealing space is filled with the sealant.
  • the sealant ensures additional protection of the steel membrane. Specifically, the sealant ensures protection of the steel membrane against corrosive attack of combustion chamber media and against the high combustion temperatures in the combustion chamber.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of an inventive Glühwkerze in a schematic
  • Fig. 2 in Fig. 1 denoted by II section of the Gluh.kerze of the preferred exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of a Gluhwkerze 1 in an axial sectional view.
  • the Gluhwze 1 can be configured in particular as Gluhnchkerze 1 for an air-compressing, self-igniting internal combustion engine.
  • a rod-shaped heating element 2 of the Gluhwkerze 1 protrudes in pre-and swirl chamber engines in the chamber of the internal combustion engine and in direct injection engines in a combustion chamber of the engine, wherein the heating element 2 may be formed as a metallic or ceramic heating element 2.
  • the Gluhckkerze 1 according to the invention is also suitable for other applications.
  • the Gluhstattkerze 2 has a housing 3, which preferably consists of a metallic material.
  • the housing 3 has a concentric through hole, wherein the heating element 2 is partially disposed within the housing 3 and protrudes at an end opening 4 of the housing 3 from the housing 3 into the chamber of the internal combustion engine.
  • the housing 3 has an external thread 5, with which the Gluhmannkerze 1 can be screwed into a bore of the internal combustion engine, wherein a sealing cone 6 ensures a tight fit of the Gluhstattkerze 1 in the bore of the internal combustion engine.
  • the rod-shaped heating element 2 has a radiator 7 and a support tube 8, wherein the support tube 8 rests against a jacket surface 9 of the radiator 7 and is connected to the radiator 7.
  • An outer surface 10 of the support tube 8 at the same time forms the outer surface 10 of the rod-shaped heating element second
  • the concentric through hole of the glow plug 1 is divided by a steel diaphragm 15 in an inner space 16 and a sealing space 17.
  • the steel diaphragm 15 is connected on the one hand to the housing 3 and on the other hand to a cylindrical annular portion 18 with the support tube 8 of the rod-shaped heating element 2.
  • a plate-shaped portion 19 of the steel diaphragm 15 is flexible, in particular elastic, designed to allow a displacement of the rod-shaped heating element 2 relative to the housing 3 in the direction of an axis 20 of the housing 3 of the glow plug 1.
  • a pressure sensor 21 is arranged in the interior 16, a pressure sensor 21 is arranged.
  • the pressure sensor 21 may be configured, for example, as a piezoelectric sensor element which generates a charge upon mechanical loading, which can be picked off at contact points 22, 23 of the pressure sensor 21 and is guided out of the housing 3 of the glow plug 1 by means of electrical measuring lines 24, 25.
  • the pressure sensor 21 is supported at a chamber-distal end 26 of the glow plug 1 toward a sleeve 27 connected to the housing 3.
  • the pressure sensor 21 is connected via a power transmission sleeve 28 with the rod-shaped heating element 2 in operative connection.
  • the heating element 2 is essentially supported on its support tube 8 on the power transmission sleeve 28.
  • a force is generated on the rod-shaped heating element 2 due to a pressure in the chamber of the internal combustion engine, which acts in the axial direction 29, that is in the direction of the axis 20 on the heating element 2.
  • This force is transmitted along a force path illustrated by the arrows 30, 31 and 32 to the pressure sensor 21 which, depending on the transmitted force, outputs a measuring signal via the electrical measuring lines 24, 25, from which the pressure prevailing in the chamber is determined.
  • a largely free mobility of the rod-shaped heating element 2 and the Kraftubertragungshulse 28 in the axial direction 29 is required. Certain influences on the power transmission, as caused for example by the elastic configuration of the steel membrane 15, can be taken into account in the evaluation of the measurement signal of the pressure sensor 21.
  • a sealing means 35 is provided in the sealing space 17.
  • the design of the sealing space 17 and the properties and effects of the sealing means 35 are described below with reference to FIG. 2 in detail on.
  • FIG. 2 shows the detail designated II in FIG. 1 in a detailed, schematic representation.
  • the dish-shaped portion 19 of the steel diaphragm 15 is connected to the housing 3 at an annular surface 40.
  • the plate-shaped portion 19 of the steel diaphragm 15 is connected to the sealing cone 6 of the housing 3 at a further annular surface 41, which is oriented opposite to the annular surface 40.
  • the cylindrical annular portion 18 of the steel membrane 15 is attached at its inner side 42 to the outer surface 10 of the support tube 8, wherein the steel diaphragm 15 and the support tube 8 are connected in the region of the inner side 42 by a cohesive joining method, such as laser welding. As a result, a reliable seal between the sealing space 17 and the interior 16 is given.
  • the wall thickness of the force transmission sleeve 28 facing portion 43 of the support tube 8 is adapted to the wall thickness of the power transmission sleeve 28, wherein the support tube 8 is carried out in the region of the portion 43 with greater wall thickness.
  • an annular gap 44 is provided in the region of the sealing cone 6, which forms the end-side opening 4. The annular gap 44 allows an unobstructed displacement of the heating element 2 in the direction of the axis 20.
  • the sealing space 17 is filled with the sealant 35, which also fills the annular gap 44.
  • the sealant 35 consists of a high temperature resistant paste which does not harden at the temperatures prevailing in the chamber.
  • the sealing means 35 thereby ensures a largely unhindered sliding of the heating element 2 in the region of the sealing space 17.
  • the penetration of gases and combustion pressure levels in the housing 3 of the Gluhwkerze 1 is prevented.
  • an accumulation of coking residue in the annular gap 44 is prevented, so that the pressure sensor 21 is substantially acted upon by the force corresponding to the pressure prevailing in the chamber.
  • the sealant 35 also ensures protection of the steel membrane 15, especially against media that promote corrosion of the steel membrane 15.
  • the sealing means 35 may be configured as an electrically conductive and thermally conductive sealing means 35.
  • An electrically conductive sealing means 35 enables an electrical connection of the support tube 8 to the housing 3. The electrical energy required for heating can then, for example, by applying a voltage to a multilayer, ceramic heater 7 take place, which is guided via an electrically conductive connection element 45 to the radiator 7. Accordingly, a voltage with respect to the housing 3 can be applied to a heating coil of the radiator 7 via the connecting element 45, provided that the heating element 2 is configured accordingly.
  • a thermally conductive sealing means 35 allows an improved dissipation of conducted in the region of the sealing cone 6 of the heating element 2 in the housing 3 heat to the housing 3.
  • the sealant 35 may for example consist of graphite or be made on the basis of graphite. Suitable additives, in particular calcium fluoride or calcium oxide, allow adjustment of the physical and chemical properties of the sealant 35 to the respective application within a certain range.
  • the steel diaphragm 15 can be designed such that a restoring force dependent on the adjustment of the heating element 2 is generated, which moves the heating element 2 back to its original position after a pressure pulse. Since further influencing of the adjustment movement by deposits or the like is prevented, a sensor characteristic initially determined for the pressure sensor 21 can be used over the service life of the glow plug 1 for determining the pressure prevailing in the chamber. Also prevented the sealing means 35 a direct contact of the hot combustion gases with the steel membrane 15, so that the restoring force generated by the steel diaphragm 15 over the life of the glow plug 1 has an at least substantially unchanged course.

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Abstract

Eine Glühstiftkerze (1) dient zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Die Glühstiftkerze (1) umfasst ein Gehäuse (3), ein stabförmiges Heizelement (2) und einen Drucksensor (21). Dabei ragt das stabförmige Heizelement (2) an einer endseitigen Öffnung (4) des Gehäuses (3) aus dem Gehäuse (3). Ferner ist der Drucksensor (21) in einem Innenraum (16) des Gehäuses (3) angeordnet. Ein in der Kammer herrschender Druck bedingt eine Beaufschlagung des Heizelements, die auf den Drucksensor (21) übertragen wird, um den in der Kammer herrschenden Druck zu erfassen. Diese Erfassung kann durch Ablagerungen, insbesondere Verkokungsrückstände, an der endseitigen Öffnung (4) beeinträchtigt werden, was unerwünscht ist. Zur Verhinderung dieser Beeinträchtigung ist ein an die endseitige Öffnung (4) angrenzender Dichtraum (17) in dem Gehäuse (3) vorgesehen, der mit einem Dichtmittel (35) gefüllt ist.

Description

Beschreibung
Titel Gluhstiftkerze
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Gluhstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Gluhstiftkerze zur Anordnung in einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer einer luftverdichtenden, selbstzundenden Brennkraftmaschine .
Aus der EP 1 517 086 Al ist eine Druckmessgluhkerze für einen Dieselmotor mit einem Kerzenkorper zum Einsetzen in einen Zylinder des Dieselmotors, einem im Kerzenkorper angeordneten Heizstab und einem zwischen dem Heizstab und dem Kerzenkorper angeordneten Drucksensor bekannt. Dabei wird der Drucksensor durch den Druck im Brennraum beeinflusst, der vom Heizstab auf den Drucksensor übertragen wird. Der Heizstab ist in axialer Richtung gleitend verschiebbar angeordnet, wobei zur Abdichtung eine Membran und eine als O-Ring ausgebildete Dichtung vorgesehen sind.
Die aus der EP 1 517 086 Al bekannte Druckmessgluhkerze hat den Nachteil, dass sich im Bereich einer Öffnung des Kerzenkorpers, an der der Heizstab aus dem Kerzenkorper ragt, Verbrennungsprodukte ablagern können, wodurch die Verschiebbarkeit des Heizstabes relativ zu dem Kerzenkorper verschlechtert wird. Die Verschlechterung der Verschiebbarkeit hat zur Folge, dass die Übertragung des Druckes über den Heizstab auf den Drucksensor negativ beeinflusst ist, so dass der von dem Drucksensor bestimmte Druck von dem tatsachlichen Druck im Brennraum abweicht.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemaße Gluhstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Beweglichkeit des Heizelements relativ zu dem Gehäuse in Bezug auf Verschmutzungen, die insbesondere durch Verkokungsprodukte bedingt sind, verbessert ist. Speziell wird ein teilweises Eindringen von Verbrennungsruckstanden in das Gehäuse und eine Ablagerung dieser im Bereich der endseitigen Öffnung des Gehäuses, an der das Heizelement aus dem Gehäuse ragt, verhindert .
Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Gluhstiftkerze möglich.
Vorzugsweise ist das Dichtmittel als temperaturbeständiges, fließfahiges Dichtmittel ausgebildet. Dabei kann das Dichtmittel pulverformig oder pastenformig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Heizelement im Wesentlichen unbeeinflusst in dem Gehäuse hin- und hergleiten kann, so dass eine weitgehend ungestörte Kraftübertragung auf den Drucksensor möglich ist. Ein pulverformiges Dichtmittel kann dabei geeignet verpresst sein, um es zuverlässig in dem Dichtraum zu halten. Die Viskosität eines pastenformigen Dichtmittels ist vorzugsweise so gewählt, dass eine gute Einfullbarkeit in den Dichtraum ermöglicht und vorteilhafte Gleiteigenschaften gewahrleistet sind und dass gleichzeitig ein Ausfließen aus dem Dichtraum, insbesondere im Bereich der endseitigen Öffnung des Gehäuses, verhindert ist.
Vorteilhaft ist es, dass das Dichtmittel zumindest im Wesentlichen auf Basis eines Graphits gebildet ist. Graphit hat den Vorteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit, so dass eine Wärmeableitung von dem Heizelement auf das Gehäuse geschaffen ist, die eine Temperaturbelastung des Drucksensors und gegebenenfalls weiterer Elemente der Gluhstiftkerze verringert. Dadurch ist die Zuverlässigkeit der Gluhstiftkerze weiter verbessert. Das Dichtmittel kann einen oder mehrere Zusatzstoffe, insbesondere ein Kalziumfluorid oder ein Kalziumoxid aufweisen. Durch die Zusatzstoffe können die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Dichtmittels geeignet eingestellt werden. Dadurch ist zum einen eine Anpassung an die konstruktive Ausgestaltung der Gluhstiftkerze und zum anderen eine Anpassung an den Einsatzbereich der Gluhstiftkerze möglich. Speziell kann die Viskosität und die chemische Beständigkeit gezielt beeinflusst werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Dichtmittel zumindest im Wesentlichen frei von ungebundenen Metallen ist.
Vorteilhaft ist es, dass der Dichtraum an der endseitigen Öffnung einen Ringspalt aufweist und dass der Ringspalt zumindest im Wesentlichen mit dem Dichtmittel gefüllt ist. Zunächst ergibt sich durch das Vorsehen eines Ringspalts der Vorteil, dass eine gute Beweglichkeit des Heizelementes in Bezug auf das Gehäuse gewahrleistet ist. Allerdings wird durch den Ringspalt das Eindringen von Schmutz, insbesondere Verbrennungsruckstanden, in das Gehäuse der Gluhstiftkerze erleichtert. Ferner fuhrt eine Verschmutzung unmittelbar am Ringspalt zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Beweglichkeit des Heizelements. Durch das Auffüllen des Ringspaltes mit dem Dichtmittel wird die Bewegbarkeit des Heizelementes in Bezug auf das Gehäuse auch im Betrieb der Gluhstiftkerze gewahrleistet. Ferner wird ein Eindringen von Verbrennungsruckstanden in das Gehäuse der Gluhstiftkerze verhindert .
In vorteilhafter Weise ist der Dichtraum zu dem Innenraum hin durch eine flexible Stahlmembran begrenzt, die einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Heizelement verbunden ist. Durch die Stahlmembran ist eine zusatzliche Abdichtung gegeben, die für Gase, insbesondere Verbrennungsruckstande, die aus der Kammer der Brennkraftmaschine durch die endseitige Öffnung des Gehäuses in das Gehäuse der Gluhstiftkerze gelangen, undurchdringbar ist. Ferner wird der Innenraum der Gluhstiftkerze gegenüber dem Dichtraum zuverlässig abgedichtet, so dass das Dichtmittel nicht in den Innenraum eindringen kann. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass der Dichtraum mit dem Dichtmittel gefüllt ist. Das Dichtmittel gewahrleistet einen zusatzlichen Schutz der Stahlmembran. Speziell gewahrleistet das Dichtmittel einen Schutz der Stahlmembran gegen einen Korrosionsangriff von Brennraummedien und gegen die hohen Verbrennungstemperaturen im Brennraum.
Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefugten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, naher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Gluhstiftkerze in einer schematischen
Schnittdarstellung und
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Gluhstiftkerze des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel einer Gluhstiftkerze 1 in einer axialen Schnittdarstellung. Die Gluhstiftkerze 1 kann insbesondere als Gluhstiftkerze 1 für eine luftverdichtende, selbstzundende Brennkraftmaschine ausgestaltet sein. Ein stabformiges Heizelement 2 der Gluhstiftkerze 1 ragt bei Vor- und Wirbelkammermotoren in die Kammer der Brennkraftmaschine und bei Motoren mit Direkteinspritzung in eine Brennkammer des Motors, wobei das Heizelement 2 als metallisches oder keramisches Heizelement 2 ausgebildet sein kann. Die erfindungsgemaße Gluhstiftkerze 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfalle.
Die Gluhstiftkerze 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. Das Gehäuse 3 weist eine konzentrische Durchgangsbohrung auf, wobei das Heizelement 2 teilweise innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist und an einer endseitigen Öffnung 4 des Gehäuses 3 aus dem Gehäuse 3 in die Kammer der Brennkraftmaschine ragt. Ferner weist das Gehäuse 3 ein Außengewinde 5 auf, mit dem die Gluhstiftkerze 1 in eine Bohrung der Brennkraftmaschine einschraubbar ist, wobei ein Dichtkonus 6 einen dichten Sitz der Gluhstiftkerze 1 in der Bohrung der Brennkraftmaschine gewahrleistet. Das stabförmige Heizelement 2 weist einen Heizkörper 7 und ein Stützrohr 8 auf, wobei das Stützrohr 8 an einer Mantelfläche 9 des Heizkörpers 7 anliegt und mit dem Heizkörper 7 verbunden ist. Eine Außenfläche 10 des Stützrohres 8 bildet zugleich die Außenfläche 10 des stabförmigen Heizelements 2.
Die konzentrische Durchgangsbohrung der Glühstiftkerze 1 ist durch eine Stahlmembran 15 in einen Innenraum 16 und einen Dichtraum 17 geteilt. Die Stahlmembran 15 ist dabei einerseits mit dem Gehäuse 3 und andererseits an einem zylinderringförmigen Abschnitt 18 mit dem Stützrohr 8 des stabförmigen Heizelements 2 verbunden. Ein tellerförmiger Abschnitt 19 der Stahlmembran 15 ist flexibel, insbesondere elastisch, ausgestaltet, um eine Verschiebbarkeit des stabförmigen Heizelementes 2 relativ zu dem Gehäuse 3 in Richtung einer Achse 20 des Gehäuses 3 der Glühstiftkerze 1 zu ermöglichen.
In dem Innenraum 16 ist ein Drucksensor 21 angeordnet. Der Drucksensor 21 kann beispielsweise als piezoelektrisches Sensorelement ausgestaltet sein, das bei einer mechanischen Beaufschlagung eine Ladung erzeugt, die an Kontaktstellen 22, 23 des Drucksensors 21 abgegriffen werden kann und mittels elektrischer Messleitungen 24, 25 aus dem Gehäuse 3 der Glühstiftkerze 1 geführt wird. Der Drucksensor 21 stützt sich zu einem kammerfernen Ende 26 der Glühstiftkerze 1 hin an einer mit dem Gehäuse 3 verbundenen Hülse 27 ab. Andererseits steht der Drucksensor 21 über eine Kraftübertragungshülse 28 mit dem stabförmigen Heizelement 2 in Wirkverbindung. Dabei stützt sich das Heizelement 2 im Wesentlichen an seinem Stützrohr 8 an der Kraftübertragungshülse 28 ab. Im montierten Zustand der Gluhstiftkerze 1 wird auf Grund eines Druckes in der Kammer der Brennkraftmaschine eine Kraft auf das stabformige Heizelement 2 erzeugt, die in axialer Richtung 29, das heißt in Richtung der Achse 20, auf das Heizelement 2 einwirkt. Diese Kraft wird entlang eines durch die Pfeile 30, 31 und 32 veranschaulichten Kraftpfads auf den Drucksensor 21 übertragen, der in Abhängigkeit von der übertragenen Kraft ein Messsignal über die elektrischen Messleitungen 24, 25 ausgibt, aus dem der in der Kammer herrschende Druck bestimmt wird. Um eine zuverlässige Bestimmung des in der Kammer herrschenden Druckes zu ermöglichen, ist eine weitgehend freie Beweglichkeit des stabformigen Heizelements 2 und der Kraftubertragungshulse 28 in der axialen Richtung 29 erforderlich. Bestimmte Beeinflussungen der Kraftübertragung, wie sie beispielsweise durch die elastische Ausgestaltung der Stahlmembran 15 hervorgerufen werden, können dabei bei der Auswertung des Messsignals des Drucksensors 21 berücksichtigt werden.
Beim Betrieb der Gluhstiftkerze 1 auftretende Verschmutzungen, insbesondere solche, die im Bereich der endseitigen Öffnung 4 auftreten, sind hinsichtlich ihres Ausmaßes und ihrer Einwirkung jedoch nicht im Vorhinein bestimmbar, so dass diese eine wesentliche Ursache für eine Fehlbestimmung des in der Kammer herrschenden Druckes darstellen können. Insbesondere besteht die Gefahr, dass ein Teil der durch den Druck in der Kammer hervorgerufenen Kraft auf Grund von Verschmutzungen im Bereich der endseitigen Öffnung 4 von dem Heizelement 2 auf das Gehäuse 3 im Bereich des Dichtkonus 6 abgeleitet wird, so dass die tatsachlich auf den Drucksensor 21 einwirkende Kraft verringert ist. Außerdem kann die Beweglichkeit des Heizelementes 2 auf Grund der Ablagerungen verringert sein, wodurch unerwünschte Hystereseeffekte auftreten, die zu einer verzögerten Erfassung des in der Kammer herrschenden Druckes führen.
Zur Vermeidung dieser und anderer Probleme ist in dem Dichtraum 17 ein Dichtmittel 35 vorgesehen. Die Ausgestaltung des Dichtraums 17 sowie die Eigenschaften und Wirkungen des Dichtmittels 35 sind nachfolgend anhand der Fig. 2 im Detail weiter beschrieben.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer detaillierten, schematischen Darstellung. Der tellerförmige Abschnitt 19 der Stahlmembran 15 ist an einer ringförmigen Fläche 40 mit dem Gehäuse 3 verbunden. Ferner ist der tellerförmige Abschnitt 19 der Stahlmembran 15 an einer weiteren ringförmigen Fläche 41, die entgegengesetzt zu der ringförmigen Fläche 40 orientiert ist, mit dem Dichtkonus 6 des Gehäuses 3 verbunden. Außerdem ist der zylinderringförmige Abschnitt 18 der Stahlmembran 15 an seiner Innenseite 42 an die Außenfläche 10 des Stützrohrs 8 angefügt, wobei die Stahlmembran 15 und das Stützrohr 8 im Bereich der Innenseite 42 durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, wie zum Beispiel Laserschweißen, verbunden sind. Dadurch ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Dichtraum 17 und dem Innenraum 16 gegeben.
Um die Krafteinleitung von dem Heizelement 2 in die Kraftübertragungshülse 28 zu verbessern, ist die Wandstärke eines der Kraftübertragungshülse 28 zugewandten Abschnitts 43 des Stützrohrs 8 an die Wandstärke der Kraftübertragungshülse 28 angepasst, wobei das Stützrohr 8 im Bereich des Abschnitts 43 mit größerer Wandstärke ausgeführt ist. Zwischen dem Gehäuse 3 und der Außenflache 10 des Heizelementes 2 ist im Bereich des Dichtkonus 6 ein Ringspalt 44 vorgesehen, der die endseitige Öffnung 4 bildet. Der Ringspalt 44 ermöglicht eine ungehinderte Verschiebung des Heizelementes 2 in Richtung der Achse 20. Dies wird durch die elastische Ausgestaltung der Stahlmembran 15 unterstutzt, wobei die durch die Stahlmembran 15 bedingte, über das Stutzrohr 8 auf das Heizelement 2 einwirkende Federkraft im Vorhinein bestimmt ist und somit bei der Bestimmung des in der Kammer herrschenden Druckes gegebenenfalls berücksichtigt werden kann. Ferner ist der Dichtraum 17 mit dem Dichtmittel 35 gefüllt, das auch den Ringspalt 44 ausfüllt. Das Dichtmittel 35 besteht aus einer hochtemperaturbestandigen Paste, die bei den in der Kammer herrschenden Temperaturen nicht verhärtet. Das Dichtmittel 35 gewahrleistet dadurch ein weitgehend ungehindertes Gleiten des Heizelementes 2 im Bereich des Dichtraumes 17. Außerdem wird das Eindringen von Gasen und Verbrennungsruckstanden in das Gehäuse 3 der Gluhstiftkerze 1 verhindert. Speziell wird eine Anlagerung von Verkokungsruckstanden in dem Ringspalt 44 verhindert, so dass der Drucksensor 21 im Wesentlichen mit der Kraft beaufschlagt ist, die dem in der Kammer herrschenden Druck entspricht .
Das Dichtmittel 35 gewahrleistet auch einen Schutz der Stahlmembran 15, insbesondere gegenüber Medien, die eine Korrosion der Stahlmembran 15 begünstigen. Außerdem kann das Dichtmittel 35 als elektrisch leitendes und thermisch leitendes Dichtmittel 35 ausgestaltet sein. Ein elektrisch leitendes Dichtmittel 35 ermöglicht eine elektrische Verbindung des Stutzrohrs 8 mit dem Gehäuse 3. Die zum Heizen erforderliche elektrische Energie kann dann beispielsweise durch Anlegen einer Spannung an einen mehrschichtigen, keramischen Heizkörper 7 erfolgen, die über ein elektrisch leitendes Anschlusselement 45 an den Heizkörper 7 geführt wird. Entsprechend kann über das Anschlusselement 45 auch eine Spannung gegenüber dem Gehäuse 3 an eine Heizwendel des Heizkörpers 7 angelegt werden, sofern das Heizelement 2 entsprechend ausgestaltet ist.
Ein thermisch leitendes Dichtmittel 35 ermöglicht eine verbesserte Ableitung der im Bereich des Dichtkonus 6 von dem Heizelement 2 in das Gehäuse 3 geleiteten Wärme an das Gehäuse 3. Im montierten Zustand der Glühstiftkerze 1 kann dadurch ein Teil dieser Wärme beispielsweise über den Dichtkonus 6 an die Brennkraftmaschine abgeleitet werden, so dass die thermische Belastung von Elementen, insbesondere dem Drucksensor 21, die in dem Innenraum 16 vorgesehen sind, verringert ist.
Das Dichtmittel 35 kann beispielsweise aus Graphit bestehen oder auf der Basis von Graphit hergestellt sein. Geeignete Zusatzstoffe, insbesondere Kalziumfluorid oder Kalziumoxid, ermöglichen innerhalb eines gewissen Bereichs eine Anpassung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Dichtmittels 35 an den jeweiligen Anwendungsfall.
Die Stahlmembran 15 kann so ausgestaltet sein, dass eine von der Verstellung des Heizelements 2 abhängige Rückstellkraft erzeugt wird, die das Heizelement 2 nach einem Druckimpuls in seine ursprüngliche Lage zurückbewegt. Da eine weitere Beeinflussung der Verstellbewegung durch Ablagerungen oder dergleichen verhindert wird, kann eine für den Drucksensor 21 anfangs ermittelte Sensorkennlinie über die Lebensdauer der Glühstiftkerze 1 zur Bestimmung des in der Kammer herrschenden Druckes verwendet werden. Außerdem verhindert das Dichtmittel 35 einen unmittelbaren Kontakt der heißen Verbrennungsgase mit der Stahlmembran 15, so dass auch die von der Stahlmembran 15 erzeugte Rückstellkraft über die Lebensdauer der Glühstiftkerze 1 einen zumindest im Wesentlichen unveränderten Verlauf hat.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Gluhstiftkerze (1) zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (3) , einem stabformigen Heizelement (2), das an einer endseitigen Öffnung (4) des Gehäuses (3) teilweise aus dem Gehäuse (3) ragt, und einem Drucksensor (21), der in einem Innenraum (16) des Gehäuses (3) angeordnet ist, wobei das stabformige Heizelement (2) zumindest innerhalb eines gewissen Bereichs relativ zu dem Gehäuse (3) verschiebbar ist und wobei der Drucksensor (21) zumindest mittelbar mit dem Heizelement (2) in Wirkverbindung steht, um eine auf Grund eines in der Kammer herrschenden Druckes bedingte Beaufschlagung des Heizelementes (2) zum Bestimmen des in der Kammer herrschenden Druckes zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen Dichtraum (17) aufweist, der an die endseitige Öffnung (4) des Gehäuses (3) angrenzt, und dass in dem Dichtraum (17) zumindest in einem Bereich der endseitigen Öffnung (4) ein Dichtmittel (35) vorgesehen ist.
2. Gluhstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (35) als temperaturbeständiges, fließfahiges Dichtmittel (35) ausgebildet ist.
3. Gluhstiftkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (35) pulverformig oder pastenformig ausgebildet ist.
4. Gluhstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (35) zumindest im Wesentlichen auf Basis eines Graphits gebildet ist.
6. Gluhstiftkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (35) zumindest einen Zusatzstoff aufweist .
7. Gluhstiftkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein Kalziumfluorid oder ein Kalziumoxid ist .
8. Gluhstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtraum (17) an der endseitigen Öffnung (4) einen Ringspalt (44) aufweist und dass der Ringspalt (44) zumindest im Wesentlichen mit dem Dichtmittel (35) gefüllt ist.
9. Gluhstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtraum (17) zu dem Innenraum (16) hin zumindest durch eine zumindest teilweise flexible Stahlmembran (15) begrenzt ist, die einerseits zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (3) und andererseits zumindest mittelbar mit dem Heizelement (2) verbunden ist.
10. Gluhstiftkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtraum (17) zumindest im Wesentlichen mit dem Dichtmittel (35) gefüllt ist.
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