WO2005045319A1 - Glühstifkerze mit integriertem drucksensor - Google Patents
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Definitions
- Connection bolt which is electrically connected to a ceramic glow plug via a contact element, a further contact element connects the glow plug to the housing.
- One or both contact elements are used as a pressure sensor.
- glow plugs are generally proposed for car engines. These consist of a plug housing and a plug housing which projects out of the heating pin, which projects into its mounted state in the combustion chamber ⁇ a fuel combustion engine. As a rule, the glow plugs of the glow plugs protrude 4 mm into the combustion chamber of the fuel engine and heat the diesel-air mixture. The reached glow temperature and afterglow time of the glow plug have a significant influence on the exhaust gas behavior and the fuel consumption of the fuel engine.
- Sensor-integrative concepts in which a pressure sensor is arranged on or in the glow plug have the advantage that no additional borehole has to be provided in the fuel engine. This advantage increases all the more, since the space for attaching additional sensors is very limited in modern fuel engines.
- the object of the invention is to further develop a glow plug so that a pressure measurement in the combustion chamber of a fuel engine is possible in a simple manner.
- one or both contact elements of a ceramic glow plug are selected from a material that has physical properties that change reversibly and measurably under pressure flow (e.g. piezoelectricity, elasticity, or the like).
- One of the essential advantages of the invention is that the properties of the components previously arranged in a ceramic glow plug are used. This can save additional components.
- the geometry of the previous glow plugs is maintained, which means that no new modifications to the fuel engines are necessary and that the previous glow plugs can be replaced in a very simple manner by the glow plugs according to the invention with a pressure measuring device.
- FIG. 1 is a schematic representation of the glow plug according to the invention, partly in section;
- the contact elements 7a, 7b preferably have an elastic-plastic deformation behavior.
- at least one channel 8 is provided on the side of the glow plug 1 pointing towards the combustion chamber, which is connected to the area 9 in which the contact elements 7a , 7b are arranged, is in fluid communication.
- the pressure existing in the combustion chamber can also reach the area 9 of the contact elements 7a, 7b.
- the contact elements 7a, 7b deform and the change in resistance can be detected, for example, with the measuring device 11 shown in FIG. 2, the resistance 13 of the contact element 7a, 7b also being measured here in series with the resistance 12 of the glow plug 3 by the To be able to determine the change in current more precisely via the device 14.
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühstiftkerze für eine Brennstoffkraftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzengehäuse und einem in dem Kerzengehäuse angeordneten Anschlussbolzen, der über Kontaktelemente mit einem keramischen Glühstift elektrisch verbunden, wobei die Kontaktelemente (7a, 7b) zumindest ein elastisches Verformungsverhalten aufweisen und als Drucksensor verwendbar sind, wobei die Verformung der Kontaktelemente (7a, 7b) durch Druck durch eine Messeinrichtung (11) detektierbar ist.
Description
Glühstiftkerze mit integriertem Drucksensor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühstiftkerze für eine Brennstoffkraft aschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzengehäuse und einem in dem Kerzengehäuse angeordneten
Anschlussbolzen, der über ein Kontaktelement mit einem keramischen Glühstift elektrisch verbunden ist, ein weiteres Kontaktelement verbindet den Glühstift mit dem Gehäuse. Ein oder beide Kontaktelemente werden als Drucksensor verwendet.
Stand der Technik
Dieselmotoren benötigen für ein gutes Start- und Warmlaufverhalten bei tiefen Temperaturen eine Wärmequelle, die entweder das Gasgemisch, die Ansaugluft oder den Brennraum vorwärmen. Für PKW- Motoren wird in der Regel die Verwendung von Glühstiftkerzen vorgeschlagen. Diese bestehen aus einem Kerzengehäuse und einem aus dem Kerzengehäuse ragenden Glühstift, der in seinem montierten Zustand in den ■ Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine hineinragt. In der Regel ragen die Glühstifte der Glühstiftkerzen um 4 mm in den Brennraum der Brennstoffkraftmaschine und erwärmen das Diesel- Luft-Gemisch. Erreichte Glühtemperatur und Nachglühzeit der Glühstiftkerze haben dabei einen erheblichen Einfluss auf das Abgasverhalten und den Kraftstoffverbrauch der Brennstoffkraftmaschine.
Um die vorgegebenen Ziele, weiter Kraftstoff einzusparen und Emissionen zu senken, besteht ein zunehmendes Interesse darin,
kostengünstige Sensoren zu entwickeln, die Informationen über den Verbrennungsverlauf direkt aus dem Brennraum des Motors liefern können. Aus diesen Informationen könnte z.B. die Einspritzmengenregelung vorgenommen werden. Die Verfolgung des Druckes innerhalb des Brennraums hätte wesentliche Vorteile beispielsweise gegenüber der Ionenstrommessung die lediglich eine lokale Information liefert, da die Druckmesswerte bzw. deren Änderungen grösser und daher einfacher erfassbar sind.
Sensorintegrative Konzepte, bei denen ein Drucksensor an oder in der Glühstiftkerze angeordnet sind, haben den Vorteil, dass kein zusätzliches Bohrloch in der Brennstoffkraftmaschine vorgesehen sein muss. Dieser Vorteil vergrössert sich um so mehr, da bei modernen Brennstoffkraftmaschinen der Bauraum zum Anbringen von zusätzlichen Sensoren sehr eingeschränkt ist.
Aus dem Stand der Technik werden Lösungen vorgeschlagen, die ein piezoelektrisches Element zwischen dem Gehäuse und der Verschraubung am Zylinder einer Glühstiftkerze vorsehen, so beispielsweise aus der EP-A 109 6141 bekannt. Des weiteren wir in der Druckschrift WO-A 97 09567 ein zusätzlicher Drucksensor in der Glühstiftkerze vorgeschlagen, der zwischen einem Fixierungsglied und einem Zylinderdruckaufnahmeglied in einem Körper einer Glühstiftkerze zwischengeschaltet ist.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Glühstiftkerze derart weiterzuentwickeln, dass auf einfache Art und Weise eine Druckmessung im Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine möglich ist.
Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass ein oder beide Kontaktelemente einer keramischen Glühstiftkerze aus einem Material gewählt sind, das physikalische Eigenschaften besitzt, die sich unter Druckfluß reversibel und meßbar ändern (z.B. Piezoelektrizität, Elastizität, o. ä.).
Vorteile der Erfindung Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die Eigenschaften der bisher in einer keramischen Glühstiftkerze angeordneten Bauelemente ausgenutzt werden. Dadurch können weitere Bauteile eingespart werden.
Zudem wird die Geometrie der bisherigen Glühstiftkerzen eingehalten, was dazu führt, dass keine neue Umgestaltungen an den Brennstoffkraftmaschinen notwendig werden und dass die bisherigen Glühstiftkerzen durch die erfindungsgemässen Glühstiftkerzen mit Druckmesseinrichtung auf sehr einfache Art ersetzbar sind.
Die Wandlung des Drucksignals (Druck, der aus dem Brennraum der Brennstoffkraftmaschine in die Glühstiftkerze reicht) erfolgt somit unmittelbar innerhalb der Glühstiftkerze, weswegen der Bauraum (Umgebung der Glühstiftkerze) unverändert bleiben kann.
Es besteht vorteilhafterweise auch die Möglichkeit, durch Parallelmessungen an beiden Kontaktelementen das Signal zu erhöhen und damit die Genauigkeit der Druckmessung zu verbessern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen hervor.
Zeichnungen Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Glühstiftkerze teilweise im Schnitt;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung einer Messeinrichtung zur Feststellung des Druckes innerhalb des Brennraums.
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
Die Erfindung bezieht sich auf eine keramische Glühstiftkerze 1, wie sie in den Fig. 1-2 dargestellt ist. Sie besteht aus einem Kerzengehäuse 2 sowie einem keramischen Glühstift 3. Der keramische Glühstift 3 weist eine elektrisch leitende Schicht 4 und eine elektrisch isolierende Schicht 5 auf. Zur Herstellung einer Kontaktierung ist zusätzlich ein Anschlussbolzen 6 vorgesehen, wobei ein Kontaktelement 7a, hier in Form einer Graphittablette, den elektrischen Kontakt zum Glühstift 3 herstellt. Ferner ist das Kontaktelement 7a in einer Hülse 10 eingebettet. Zur Stromableitung befindet sich ein weiteres Kontaktelement 7b, hier in Form einer Graphithülse, zwischen dem keramischen Glühstift 3 und Kerzengehäuse 2.
Die Kontaktelemente 7a, 7b weisen bevorzugt ein elastischplastisches Verformungsverhalten auf.- Um den Druck im Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine zu detektieren, ist an der zum Brennraum hinweisenden Seite der Glühstiftkerze 1 mindestens ein Kanal 8 vorgesehen, der mit dem Bereich 9, in dem die Kontaktelemente 7a, 7b angeordnet sind, fluidmässig in Verbindung steht. Somit kann der Druck, der im Brennraum besteht, auch in den Bereich 9 der Kontaktelemente 7a, 7b gelangen. Dadurch verformen sich die Kontaktelemente 7a, 7b und die Widerstandsänderung kann beispielsweise mit der in Fig. 2 dargestellten Messeinrichtung 11 detektiert werden, wobei hier in Reihe zu dem Widerstand 12 der Kontaktelemente 7a, 7b auch der Widerstand 13 des Glühstifts 3 gemessen wird, um die Änderung des Stromes über die Einrichtung 14 noch genauer feststellen zu können.
Claims
1. Glühstiftkerze für eine Brennstoff raftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzengehäuse und einem in dem Kerzengehäuse angeordneten Anschlussbolzen, wobei Kerzengehäuse und Anschlußbolzen über ein Kontaktelement mit einem keramischen Glühstift elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente 7a, 7b aus einem Material bestehen, dessen physikalische Eigenschaften sich unter Druckeinwirkung ändern und diese durch eine Messeinrichtung (11) detektierbar sind.
2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Brennraum der Brennstoffkraftmaschine mechanisch über den keramischen Glühstift (3) auf das Kontaktelement (7a) übertragbar ist.
3. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck über mindestens einen Kanal (8) zwischen Glühstift (3) und Kerzengehäuse (2) aus dem Brennraum auf das Kontaktelement (7b) übertragbar ist.
4. Glühstiftkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (7a, 7b) piezoelektrische Eigenschaften aufweisen, die über die Messeinrichtung (11) detektierbar sind.
5. Glühstiftkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (7a, 7b) aus einer Graphittablette bestehen.
6. Verwendung von Kontaktelementen (7a, 7b), die in einer keramischen Glühstiftkerze (1) für eine Brennstoffkraftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzengehäuse (2) und einem in dem Kerzengehäuse (2) angeordneten Anschlussbolzen, der über die Kontaktelemente (7a, 7b) mit einem keramischen Glühstift (3) elektrisch verbunden sind, als Drucksensor.
7. Glühstiftkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Eigenschaften beider Kontaktelemente (7a, 7b) parallel detektiert werden und so die Genauigkeit erhöht wird.
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