WO2008074547A1 - Druckmesseinrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a pressure measuring device for arrangement in a chamber of an internal combustion engine. Specifically, the invention relates to a Druckmessglühkerze for arrangement in a pre-vortex or combustion chamber of a luftverêtnden, self-igniting internal combustion engine.
- the known pressure measuring glow plug comprises a plug body for insertion into a cylinder of the diesel engine, a heating rod, which is arranged in the plug body, and a pressure sensor, which is provided in the region of a chamber distal end of the plug body.
- the pressure sensor is influenced by the pressure transmitted by the heating element in the combustion chamber of the cylinder, whereby a pressure measurement is possible.
- the pressure sensor is integrated into the plug body to reduce the installation length of the Druckmessglühkerze.
- the heat prevailing on the heating element would be conducted partly into the plug body and thus to the pressure sensor.
- corresponding demands are placed on the pressure sensor or the field of application of such a pressure measuring glow plug is correspondingly restricted.
- the pressure measuring device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the installation space required by the pressure measuring device is reduced and in particular a pressure measuring device is provided with reduced total installation length.
- the arrangement of the thermal insulation element between the force transmission element and the pressure measuring device has the advantage that the pressure measuring device can be arranged relatively close to the chamber-side opening of the housing, on which the force transmission element protrudes from the housing.
- Power transmission elements can be reduced or such additional power transmission elements can possibly also omitted. Further, the length of the part of the power transmission member disposed in the housing can be reduced since a relatively close arrangement of the pressure measuring means at the chamber side opening is possible by the heat insulation ensured by the heat insulation member.
- the heat conducting means can be designed in different ways.
- the heat-conducting means may consist of a thermally conductive paste, in particular a graphite paste.
- the heat conducting means can also be formed by preferably metallic elements.
- the heat conducting means is formed by a metal membrane which is connected on the one hand to the force transmission element and on the other hand at least indirectly to the housing.
- a plurality of such heat conducting means can also be provided.
- a heat-conductive paste may be provided which at least partially surrounds the metal membrane and / or at least partially surrounds the force transmission element.
- the heat conducting means is provided in a region within the housing, which is located in the vicinity of the chamber-side opening of the housing.
- the heat-insulating element is designed as a sleeve-shaped or annular heat-insulating element in that the force-transmitting element is designed as a tubular force-transmitting element on an end facing the thermal-insulating element and that the tubular force-transmitting element is supported on the sleeve-shaped or annular thermal-insulating element.
- the sleeve or annular configuration of the thermal insulation element allows a reduction of the effective cross section, so that the thermal resistance of the thermal insulation element is increased. As a result, an advantageous thermal insulation is created with respect to the pressure measuring device.
- the thermal insulation element is formed from a ceramic, a glass or a glass fiber-synthetic resin composite material.
- steatite, zirconium dioxide or partially stabilized zirconium dioxide with a thermal conductivity in the range from about 1.2 W / mK to about 3.5 W / mK can be formed as the ceramic material.
- a glass having a thermal conductivity ranging from about 0.8 W / mK to about 1.0 W / mK or a resin-glass fiber composite having a thermal conductivity of about 0.1 W / mK to about 0.2W / mK serve as a material for the thermal insulation element.
- the ring or sleeve-shaped design of the heat-insulating element also has the advantage of ease of manufacture or this allows an individual adaptation to the particular application with relatively low cost.
- the thermal insulation element is designed as a receiving element, the one
- Power transmission portion and a receiving portion wherein at least one pressure sensor of the pressure measuring device is arranged on the receiving portion of the receiving element and wherein the force transmission element is in operative connection with the pressure sensor via the power transmission portion of the receiving element.
- This allows the thermal insulation element as a multifunctional component of the pressure measuring device at the same time allow the recording of the pressure sensor and optionally other elements of the pressure measuring device and optionally the inclusion of a fixing. Thereby, a separate receiving element can be saved, so that the number of components of the pressure measuring device is reduced and a reduction of the total installation length of the pressure measuring device is made possible.
- a first heat-insulating element and a second heat-insulating element are provided, that the force-transmitting element bears against the first heat-insulating element, that the second heat-insulating element is arranged between the first heat-insulating element and the pressure-measuring device, and that a mechanical strength of the first heat-insulating element is greater than a mechanical one Strength of the second heat-insulating element.
- the power transmission element with respect to the first Heat-absorbing element abut a relatively small contact surface, so that there is a relatively large mechanical stress of the first heat-insulating element.
- the first thermal insulation element is then preferably formed from a material which has a sufficiently high mechanical strength to absorb the forces occurring, and in relation to this high mechanical strength allows a still relatively favorable thermal insulation, that is still has a relatively low thermal conductivity.
- the contact surface between the first heat-insulating element and the second heat-insulating element and / or the pairing of materials between the first heat-insulating element and the second heat-insulating element then enables a lower mechanical strength of the second heat-insulating element, so that a material with a lower thermal conductivity can be used for the second heat-insulating element.
- two and more different thermal insulation elements further optimization of the thermal insulation of the pressure measuring device and the associated space requirements.
- FIG. 1 shows a first embodiment of a pressure measuring device according to the invention in a schematic sectional view
- FIG. 2 the in Fig. 1 denoted by II section of a Pressure measuring device according to a second embodiment
- FIG. 3 is a thermal insulation element of a pressure measuring device according to a third embodiment in an axial, schematic sectional view.
- Fig. 1 shows a first embodiment of a pressure measuring device 1 in an axial sectional view.
- the pressure measuring device 1 is designed as Druckmessglühkerze 1 for an air-compressing, self-igniting internal combustion engine.
- a rod-shaped heating element 2 of the Druckmessglühkerze 1 projects in pre-and swirl chamber engines in a chamber of the internal combustion engine and in direct injection engines in a combustion chamber of the engine.
- the pressure measuring device 1 according to the invention is also suitable for other applications.
- the pressure measuring device 1 can also be configured as a pressure measuring spark plug or as a pressure gauge injector for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines.
- the pressure measuring glow plug 1 has a housing 3 which comprises a chamber-side opening 4.
- the rod-shaped heating element 2 is partially surrounded by a force transmission element 5. Further, the rod-shaped heater 2 is mechanically connected to the power transmission element 5.
- the power transmission element 5 is partially disposed within the housing 3 and projects at the chamber-side opening 4 partially from the housing. 3
- the rod-shaped heating element 2 is connected via a connecting element 6 connected to a Glühstrom effet 7. Further, a metal membrane 8 is provided, which is connected on the one hand with the metallic force transmission element 5 and on the other hand with a sensor cage 9. The sensor cage 9 is connected by means of a weld 10 to the housing 3 of the pressure measuring device 1. The rod-shaped heating element 2 is thus connected on the one hand to the Glühstrom effet 7 and the other part via the metallic force transmission element 5, the metal diaphragm 8 and the metallic sensor cage 9 to the housing 3.
- the housing 3 is connected in the mounted state of the Druckmessglühkerze 1 via the engine block with electrical ground 11, so that by applying an operating voltage to the Glühstrom ein 7 a glow current is generated in the rod-shaped heating element 2, for heating the rod-shaped heating element 2, in particular in the area a tip 12 of the rod-shaped heating element 2 leads.
- a receiving element 13 surrounded by the sensor cage 9 is arranged, which receives a pressure measuring device 14 and a fixing element 15.
- the fixing element 15 is connected to the sensor cage 9 via a welded connection 16.
- the Glühstromtechnisch 7 is guided by the fixing element 15, the pressure measuring device 14 and the receiving element 13, which have corresponding through holes for this purpose.
- a force 17 is caused by the pressure in the combustion chamber, which acts in the direction of an axis 18 of the Druckmessglühkerze 1 on the rod-shaped heating element 2. Since the rod-shaped heating element 2 is connected to the power transmission element 5, the force 17 via the force transmission element 5 in the housing 3 directed the pressure measuring device 14.
- the metal membrane 8 is preferably relatively thin-walled and thus designed elastically, so that a force bypass on the metal diaphragm 8 and the sensor cage 9 is avoided on the housing 3.
- the power transmission element 5 has an inner collar 19, on which the force transmission element 5 is supported on the receiving element 13 via a heat-insulating element 20. Between the receiving element 13 and the fixing element 15, at least one pressure sensor of the pressure measuring device 14 is arranged, so that the pressure measuring device 14 is at least substantially acted upon by the force 17, which is generated by the resulting pressure in the combustion chamber. As a result, a measurement of the pressure in the combustion chamber by means of the pressure measuring device 14 is possible.
- the measuring signals output by the pressure sensor of the pressure measuring device 14 are guided out of the housing 3 via measuring lines 25, 26 in order to enable the evaluation by means of an external control device or the like. For example, measuring charges generated by the pressure measuring device 14 can be guided via the measuring lines 25, 26.
- the rod-shaped heating element 2 is heated, whereby the metallic force transmission element 5 heats up.
- heating of the power transmission element 5 is also possible in other applications, for example due to the hot exhaust gases present in the combustion chamber.
- Power transmission element 5 is designed tubular and has the smallest possible wall thickness, so that the heat transfer into the housing 3 is minimized. However, this low heat transfer still leads to relatively high temperatures of the power transmission element 5 within the housing 3.
- the metal diaphragm 8 represents a heat conducting means which, together with the sensor cage 9, enables a dissipation of the heat to the housing 3.
- the impairment of the pressure measuring device 14 is at least substantially by the heat transfer via the metal membrane 8 unaffected.
- the metal membrane 8 is preferably made relatively thin to be elastic, whereby the thermal resistance of the metal membrane 8 is correspondingly large.
- the heat insulating element 20 is made of a material with a relatively low specific thermal conductivity, whereby a heat insulation of the pressure measuring device 14 with respect to the force transmission element 5 is created.
- a thermally conductive heat conducting means may also be arranged in the region 27, which consists of a thermally conductive paste, in particular based on a graphite or the like.
- the heat-insulating element 20 is preferably sleeve or designed annular, so that the effective with respect to the heat conduction cross section of the heat-insulating element 20 is reduced.
- the heat-insulating element 20 has a high heat resistance, whereby an advantageous thermal insulation is created in relation to the pressure-measuring device 14.
- the force transmission element 5 is in operative connection with the pressure measuring device 14 in order to allow a pressure measurement of the pressure prevailing in the combustion chamber.
- the heat-insulating element 20 is arranged between the force-transmitting element 5 and the pressure-measuring device, so that the force-transmitting element 5 is in operative connection with the pressure-measuring device 14 via the heat-insulating element 20.
- the heat-insulating element 20 is preferably relatively rigid, so as not to influence the pressure measurement.
- the heat insulating member 20 has a low specific heat conductivity, so that a high heat resistance is formed.
- Power transmission element 5 achieved.
- the thermal insulation element 20 is formed from a material with low thermal conductivity.
- a material with low thermal conductivity is ceramic, for example steatite, zirconium dioxide or a partially stabilized zirconium dioxide, having a thermal conductivity ranging from about 1.2 W / mK to about 3.5 W / mK, a glass having a thermal conductivity from a range of about 0.8 W / mK to about 1.0 W / mK, or a resin-glass fiber composite having a thermal conductivity ranging from about 0.1 W / mK to about 0.2 W / mK, for example
- a glass halide oxide with a thermal conductivity of about 0.2 W / mK can be used.
- Fig. 2 shows the designated in Fig. 1 with II section of a Meßmessglühkerze 1 according to a second embodiment of the invention.
- a first thermal insulation element 20 and a second thermal insulation element 21 are provided, which are arranged between the power transmission element 5 and the pressure measuring device 14.
- the power transmission element 5 rests with its collar 19 against the thermal insulation element 20.
- the thermal insulation elements 20, 21 abut each other.
- the second heat-insulating element 21 bears against the receiving element 13. The power transmission from the power transmission element 5 to the pressure measuring device 14 thus takes place via the heat-insulating elements 20, 21 and the receiving element 13, wherein the pressure-measuring device 14 is supported on the fixing element 15.
- the first heat-insulating element 20 is formed from a material which has a higher mechanical strength than the material of the second heat-insulating element 21. Due to the higher mechanical strength requirement, the choice for the material of the first heat-insulating element 20 is limited. The higher mechanical strength is in particular due to the material pairing between the
- Power transmission element 5 and the first thermal insulation element 20 and the size of the contact surface of the collar 19 is given to the first thermal insulation element 20.
- the mechanical stress of the second heat-insulating element 21 is slightly less, the possibilities for the choice of the material of the second heat-insulating element 21 are somewhat less limited than for the first heat-insulating element 20.
- a material can be selected which has a lower specific Thermal conductivity has as the material of the first heat-insulating element 20.
- the metal diaphragm 8 is partially arranged in the embodiment shown in FIG. 2 within the chamber-side opening 4 and mechanically connected to the power transmission element 5. Further, the metal diaphragm 8 is connected to the sensor cage 9 in the region 27 located in the vicinity of the chamber-side opening 4. Thus, the metal membrane 8 is arranged relatively far in the direction of a sealing cone 28 of the housing 3, so that the length of the housing 3 or the space required by the sensor cage 9 is optimized. A correspondingly close arrangement of the pressure-measuring device 14 toward the sealing cone 28 is possible through the thermal insulation mediated by the heat-insulating elements 20, 21 and the connection of the sensor cage 9 to the housing 3 through the weld seam 10 close to the sealing cone 28.
- FIG. 3 shows a heat-insulating element 20 of a pressure-measuring glow plug 1 according to a third exemplary embodiment of the invention in an axial, schematic sectional view.
- the thermal insulation element takes over 20 and the function of the receiving element 13 shown in FIGS. 1 and 2, that is, the heat-insulating element 20 is at the same time designed as a receiving element.
- the thermal insulation element 20 has a receiving portion 30 and a power transmission portion 31.
- the receiving portion 30 serves to receive the
- Pressure measuring device 14 in particular a pressure sensor of the pressure measuring device 14, and for receiving the fixing element 15.
- the force transmission element 5 lies with its collar 19, as shown in FIGS. 1 and 2, in the third embodiment directly to a contact surface 32 of the power transmission section 31st of the heat-insulating element 20.
- one or more additional thermal insulation elements may be provided, via which the force transmission element 5 rests indirectly on the contact surface 32.
- the embodiment with a thermal insulation element 20, which at the same time assumes the function of the receiving element 13, has the advantage that a separate receiving element 13 can be saved and, if appropriate, the overall length of the pressure measuring glow plug 1 can be reduced.
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Abstract
Eine Druckmesseinrichtung (1) dient zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Die Druckmesseinrichtung (1) weist ein Kraftübertragungselement (5) auf, das an einer kammerseitigen Öffnung (4) teilweise aus einem Gehäuse (3) ragt. Das Kraftübertragungselement (5) beaufschlagt die innerhalb des Gehäuses (3) angeordnete Druckmesseinrichtung (14) über ein Wärmedämmelement (20), das zwischen dem Kraftübertragungselement (5) und der Druckmesseinrichtung (14) angeordnet ist. Dadurch steht das Kraftübertragungselement (5) mittels des Wärmedämmelements (20) mit der Druckmesseinrichtung (14) in Wirkverbindung. Das Wärmedämmelement (20) bildet eine Wärmedämmung für die Druckmesseinrichtung (14), um einen zuverlässigen Betrieb der Druckmesseinrichtung (14) zu ermöglichen.
Description
Beschreibung
Titel Druckmesseinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Druckmesseinrichtung zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Druckmessglühkerze zur Anordnung in einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine.
Aus der DE 103 43 521 Al ist eine Druckmessglühkerze für einen Dieselmotor bekannt. Die bekannte Druckmessglühkerze umfasst einen Kerzenkörper zum Einsetzen in einen Zylinder des Dieselmotors, einen Heizstab, der in dem Kerzenkörper angeordnet ist, und einen Drucksensor, der im Bereich eines kammerfernen Endes des Kerzenkörpers vorgesehen ist. Dabei wird der Drucksensor durch den vom Heizstab übertragenen Druck im Brennraum des Zylinders beeinflusst, wodurch eine Druckmessung möglich ist.
Die aus der DE 103 43 521 Al bekannte Druckmessglühkerze hat den Nachteil, dass durch die Anordnung des Drucksensors an dem kammerfernen Ende des Kerzenkörpers die Gesamtlänge der Druckmessglühkerze vergrößert wird. Speziell ergeben sich auf Grund des dadurch definierten Platzbedarfs entsprechend ungünstige Anforderungen an die Konstruktion der
Brennkraftmaschine .
Denkbar ist es auch, dass der Drucksensor in den Kerzenkörper integriert wird, um die Einbaulänge der Druckmessglühkerze zu verringern. Dabei besteht allerdings das Problem, dass die an dem Heizstab herrschende Wärme zum Teil in den Kerzenkörper und somit an den Drucksensor geleitet würde. Dadurch werden entsprechende Anforderungen an den Drucksensor gestellt beziehungsweise ist der Einsatzbereich einer solchen Druckmessglühkerze entsprechend eingeschränkt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteilhafte Wirkungen
Die erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der von der Druckmesseinrichtung benötigte Einbauraum reduziert ist und insbesondere eine Druckmesseinrichtung mit reduzierter Gesamteinbaulänge geschaffen ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Druckmesseinrichtung möglich.
Durch die Anordnung des Wärmedämmelements zwischen dem Kraftübertragungselement und der Druckmesseinrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Druckmesseinrichtung relativ nah an der kammerseitigen Öffnung des Gehäuses, an der das Kraftübertragungselement aus dem Gehäuse ragt, angeordnet sein kann. Die Länge von zusätzlichen
Kraftübertragungselementen kann dadurch reduziert werden oder solche zusätzlichen Kraftübertragungselemente können
gegebenenfalls auch entfallen. Ferner kann die Länge des Teils des Kraftübertragungselements, das in dem Gehäuse angeordnet ist, reduziert werden, da eine relativ nahe Anordnung der Druckmesseinrichtung an der kammerseitigen Öffnung durch die von dem Wärmedämmelement gewährleistete Wärmedämmung möglich ist.
In vorteilhafter Weise ist zwischen dem
Kraftübertragungselement und dem Gehäuse zumindest ein wärmeleitendes Wärmeleitmittel vorgesehen, das einen Wärmefluss von dem Kraftübertragungselement zu dem Gehäuse ermöglicht. Das Wärmeleitmittel kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Wärmeleitmittel aus einer wärmeleitenden Paste, insbesondere einer Graphitpaste, bestehen. Das Wärmeleitmittel kann auch durch vorzugsweise metallische Elemente gebildet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Wärmeleitmittel durch eine Metallmembran gebildet ist, die einerseits mit dem Kraftübertragungselement und andererseits zumindest mittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Um einen größeren Wärmefluss von dem Kraftübertragungselement zu dem Gehäuse zu ermöglichen, können auch mehrere solche Wärmeleitmittel vorgesehen sein. Beispielsweise kann neben einer Metallmembran auch eine wärmeleitende Paste vorgesehen sein, die zumindest teilweise die Metallmembran umgibt und/oder zumindest teilweise das Kraftübertragungselement umgibt.
Ferner ist es vorteilhaft, dass das Wärmeleitmittel in einem Bereich innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, der in der Nähe der kammerseitigen Öffnung des Gehäuses liegt. Dadurch kann die Ableitung der Wärme von dem Kraftübertragungselement auf das Gehäuse möglichst nahe an der kammerseitigen Öffnung erfolgen, so dass die Druckmesseinrichtung einen relativ
kurzen Abstand zu der kammerseitigen Öffnung haben kann, wodurch eine weitere Reduzierung der Gesamtlänge beziehungsweise eine Vergrößerung der konstruktiven Freiheiten ermöglicht ist.
Vorteilhaft ist es, dass das Wärmedämmelement als hülsen- oder ringförmiges Wärmedämmelement ausgebildet ist, dass das Kraftübertragungselement an einem dem Wärmedämmelement zugewandten Ende als rohrförmiges Kraftübertragungselement ausgestaltet ist und dass sich das rohrförmige Kraftübertragungselement an dem hülsen- oder ringförmigen Wärmedämmelement abstützt. Die hülsen- oder ringförmige Ausgestaltung des Wärmedämmelements ermöglicht eine Reduzierung des effektiven Querschnitts, so dass der thermische Widerstand des Wärmedämmelements vergrößert ist. Dadurch ist eine vorteilhafte Wärmedämmung bezüglich der Druckmesseinrichtung geschaffen.
Ferner ist es vorteilhaft, dass das Wärmedämmelement aus einer Keramik, einem Glas oder einem Glasfaser-Kunstharz- Verbundwerkstoff gebildet ist. Als keramischer Werkstoff kann beispielsweise Steatit, Zirkoniumdioxid oder teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid mit einer Wärmeleitfähigkeit aus einem Bereich von etwa 1,2 W/mK bis etwa 3,5 W/mK gebildet sein. Ferner kann ein Glas mit einer Wärmeleitfähigkeit aus einem Bereich von etwa 0,8 W/mK bis etwa 1,0 W/mK oder ein Kunstharz-Glasfaser-Verbundwerkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,1 W/mK bis etwa 0,2 W/mK als Werkstoff für das Wärmedämmelement dienen. Die ring- oder hülsenförmige Ausgestaltung des Wärmedämmelements hat außerdem den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit beziehungsweise ermöglicht dies eine individuelle Anpassung an den jeweiligen Einsatzbereich mit relativ geringen Kosten.
In vorteilhafter Weise ist das Wärmedämmelement als Aufnahmeelement ausgestaltet, das einen
Kraftübertragungsabschnitt und einen Aufnahmeabschnitt aufweist, wobei zumindest ein Drucksensor der Druckmesseinrichtung auf dem Aufnahmeabschnitt des Aufnahmeelements angeordnet ist und wobei das Kraftübertragungselement mit dem Drucksensor über den Kraftübertragungsabschnitt des Aufnahmeelements in Wirkverbindung steht. Dadurch kann das Wärmedämmelement als multifunktionelles Bauteil der Druckmesseinrichtung zugleich die Aufnahme des Drucksensors und gegebenenfalls weiterer Elemente der Druckmesseinrichtung sowie gegebenenfalls die Aufnahme eines Fixierelements ermöglichen. Dadurch kann ein separates Aufnahmeelement eingespart werden, so dass die Anzahl der Bauteile der Druckmesseinrichtung verringert ist und eine Reduzierung der Gesamteinbaulänge der Druckmesseinrichtung ermöglicht ist.
Vorteilhaft ist es, dass ein erstes Wärmedämmelement und ein zweites Wärmedämmelement vorgesehen sind, dass das Kraftübertragungselement an dem ersten Wärmedämmelement anliegt, dass das zweite Wärmedämmelement zwischen dem ersten Wärmedämmelement und der Druckmesseinrichtung angeordnet ist und dass eine mechanische Festigkeit des ersten Wärmedämmelements größer ist als eine mechanische Festigkeit des zweiten Wärmedämmelements. Durch zwei oder mehr unterschiedlich ausgestaltete Wärmedämmelemente können optimierte Materialpaarungen gewählt werden, wobei speziell eine Anpassung hinsichtlich der benötigten mechanischen Festigkeit und einer diesbezüglich möglichst kleinen spezifischen Wärmeleitfähigkeit möglich ist. Beispielsweise kann das Kraftübertragungselement in Bezug auf das erste
Wärmedämmelement an einer relativ kleinen Anlagefläche anliegen, so dass sich eine relativ große mechanische Beanspruchung des ersten Wärmedämmelements ergibt. Das erste Wärmedämmelement ist dann vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet, der eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit aufweist, um die auftretenden Kräfte aufzunehmen, und in Bezug auf diese hohe mechanische Festigkeit eine noch relativ günstige Wärmedämmung ermöglicht, das heißt eine noch relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Kontaktfläche zwischen dem ersten Wärmedämmelement und dem zweiten Wärmedämmelement und/oder die Materialpaarung zwischen dem ersten Wärmedämmelement und dem zweiten Wärmedämmelement ermöglicht dann eine geringere mechanische Festigkeit des zweiten Wärmedämmelements, so dass für das zweite Wärmedämmelement ein Werkstoff mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz kommen kann. Je nach Anwendungsfall ermöglichen daher zwei und mehr verschiedene Wärmedämmelemente eine weitere Optimierung hinsichtlich der Wärmeisolierung der Druckmesseinrichtung und des damit verbundenen Platzbedarfs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbespiele sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in den sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer
Druckmesseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 3 ein Wärmedämmelement einer Druckmesseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einer axialen, schematischen Schnittdarstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Druckmesseinrichtung 1 in einer axialen Schnittdarstellung. Die Druckmesseinrichtung 1 ist dabei als Druckmessglühkerze 1 für eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine ausgestaltet. Ein stabförmiges Heizelement 2 der Druckmessglühkerze 1 ragt bei Vor- und Wirbelkammermotoren in eine Kammer der Brennkraftmaschine und bei Motoren mit Direkteinspritzung in eine Brennkammer des Motors. Die erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. Speziell kann die Druckmesseinrichtung 1 auch als Druckmesszündkerze oder als Druckmesseinspritzventil für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen ausgestaltet sein.
Die Druckmessglühkerze 1 weist ein Gehäuse 3 auf, das eine kammerseitige Öffnung 4 umfasst. Das stabförmige Heizelement 2 ist abschnittsweise von einem Kraftübertragungselement 5 umgeben. Ferner ist der stabförmige Heizkörper 2 mechanisch mit dem Kraftübertragungselement 5 verbunden. Das Kraftübertragungselement 5 ist teilweise innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und ragt an der kammerseitigen Öffnung 4 teilweise aus dem Gehäuse 3.
Das stabförmige Heizelement 2 ist über ein Anschlusselement 6
mit einer Glühstromleitung 7 verbunden. Ferner ist eine Metallmembran 8 vorgesehen, die einerseits mit dem metallischen Kraftübertragungselement 5 und andererseits mit einem Sensorkäfig 9 verbunden ist. Der Sensorkäfig 9 ist mittels einer Schweißnaht 10 mit dem Gehäuse 3 der Druckmesseinrichtung 1 verbunden. Das stabförmige Heizelement 2 ist somit einerseits mit der Glühstromleitung 7 und andererseits über das metallische Kraftübertragungselement 5, die Metallmembran 8 und den metallischen Sensorkäfig 9 mit dem Gehäuse 3 verbunden. Das Gehäuse 3 ist im montierten Zustand der Druckmessglühkerze 1 über den Motorblock mit elektrischer Masse 11 verbunden, so dass durch Anlegen einer Betriebsspannung an die Glühstromleitung 7 ein Glühstrom in dem stabförmigen Heizelement 2 erzeugt wird, der zum Aufheizen des stabförmigen Heizelements 2, insbesondere im Bereich einer Spitze 12 des stabförmigen Heizelements 2, führt.
Im Inneren des Gehäuses 3 ist ein von dem Sensorkäfig 9 umgebenes Aufnahmeelement 13 angeordnet, das eine Druckmesseinrichtung 14 und ein Fixierelement 15 aufnimmt. Das Fixierelement 15 ist dabei über eine Schweißverbindung 16 mit dem Sensorkäfig 9 verbunden. Die Glühstromleitung 7 ist durch das Fixierelement 15, die Druckmesseinrichtung 14 und das Aufnahmeelement 13 geführt, die hierfür entsprechende Durchgangsbohrungen aufweisen.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch den Druck im Brennraum eine Kraft 17 hervorgerufen, die in Richtung einer Achse 18 der Druckmessglühkerze 1 auf das stabförmige Heizelement 2 einwirkt. Da das stabförmige Heizelement 2 mit dem Kraftübertragungselement 5 verbunden ist, wird die Kraft 17 über das Kraftübertragungselement 5 in das Gehäuse 3 auf
die Druckmesseinrichtung 14 geleitet. Die Metallmembran 8 ist vorzugsweise relativ dünnwandig und somit elastisch ausgestaltet, so dass ein Kraftnebenschluss über die Metallmembran 8 und den Sensorkäfig 9 auf das Gehäuse 3 vermieden ist.
Das Kraftübertragungselement 5 weist einen innenliegenden Kragen 19 auf, an dem sich das Kraftübertragungselement 5 über ein Wärmedämmelement 20 an dem Aufnahmeelement 13 abstützt. Zwischen dem Aufnahmeelement 13 und dem Fixierelement 15 ist zumindest ein Drucksensor der Druckmesseinrichtung 14 angeordnet, so dass die Druckmesseinrichtung 14 zumindest im Wesentlichen von der Kraft 17 beaufschlagt ist, die von dem im Brennraum herrührenden Druck erzeugt ist. Dadurch ist eine Messung des Druckes im Brennraum mittels der Druckmesseinrichtung 14 möglich. Die von dem Drucksensor der Druckmesseinrichtung 14 ausgegebenen Messsignale sind über Messleitungen 25, 26 aus dem Gehäuse 3 geführt, um die Auswertung mittels eines externen Steuergeräts oder dergleichen zu ermöglichen. Beispielsweise können über die Messleitungen 25, 26 von der Druckmesseinrichtung 14 erzeugte Messladungen geführt werden.
Beim Betrieb der Druckmessglühkerze 1 wird das stabförmige Heizelement 2 aufgeheizt, wodurch sich auch das metallische Kraftübertragungselement 5 aufheizt. Eine Aufheizung des Kraftübertragungselements 5 ist aber auch in anderen Anwendungsfällen möglich, zum Beispiel auf Grund der in der Brennkammer vorhandenen heißen Abgase. Das
Kraftübertragungselement 5 ist rohrförmig ausgestaltet und weist eine möglichst geringe Wandstärke auf, so dass der Wärmetransport in das Gehäuse 3 möglichst gering ist. Allerdings führt auch dieser geringe Wärmetransport noch zu
relativ hohen Temperaturen des Kraftübertragungselements 5 innerhalb des Gehäuses 3. Um eine Beeinträchtigung der Druckmesseinrichtung 14 und somit des von der Druckmesseinrichtung 14 ermittelten Druckes zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist eine Wärmeableitung auf das Gehäuse 3 in einem Bereich 27 innerhalb des Gehäuses 3, der in der Nähe der kammerseitigen Öffnung 4 liegt, günstig. Die Metallmembran 8 stellt ein Wärmeleitmittel dar, das zusammen mit dem Sensorkäfig 9 eine Ableitung der Wärme auf das Gehäuse 3 ermöglicht. Da die Verbindung des Sensorkäfigs 9 mit dem Gehäuse 3 möglichst nahe an der kammerseitigen Öffnung 4 vorgesehen ist und der mit dem Gehäuse 3 verbundene Motorblock eine sehr große Wärmekapazität besitzt, ist die Beeinträchtigung der Druckmesseinrichtung 14 durch den über die Metallmembran 8 erfolgenden Wärmetransport zumindest im Wesentlichen nicht beeinflusst. Allerdings ist die Metallmembran 8 vorzugsweise relativ dünn ausgestaltet, um elastisch zu sein, wodurch der Wärmewiderstand der Metallmembran 8 entsprechend groß ist. Um eine Wärmeableitung von dem Kraftübertragungselement 5 auf die Druckmesseinrichtung 14 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, ist das Wärmedämmelement 20 aus einem Material mit relativ niedriger spezifischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wodurch eine Wärmeisolierung der Druckmesseinrichtung 14 gegenüber dem Kraftübertragungselement 5 geschaffen ist. Um den Wärmetransport von dem Kraftübertragungselement 5 auf das Gehäuse 3 weiter zu verbessern, kann außerdem ein wärmeleitendes Wärmeleitmittel in dem Bereich 27 angeordnet sein, das aus einer wärmeleitenden Paste, insbesondere auf Basis eines Graphits oder dergleichen, besteht.
Das Wärmedämmelement 20 ist vorzugsweise hülsen- oder
ringförmig ausgestaltet, so dass der in Bezug auf die Wärmeleitung wirksame Querschnitt des Wärmedämmelements 20 reduziert ist. Somit weist das Wärmedämmelement 20 einen hohen Wärmewiderstand auf, wodurch in Bezug auf die Druckmesseinrichtung 14 eine vorteilhafte Wärmedämmung geschaffen ist.
Somit steht das Kraftübertragungselement 5 mit der Druckmesseinrichtung 14 in Wirkverbindung, um eine Druckmessung des in der Brennkammer herrschenden Druckes zu ermöglichen. Dabei ist das Wärmedämmelement 20 zwischen dem Kraftübertragungselement 5 und der Druckmesseinrichtung angeordnet, so dass das Kraftübertragungselement 5 über das Wärmedämmelement 20 mit der Druckmesseinrichtung 14 in Wirkverbindung steht. Das Wärmedämmelement 20 ist dabei vorzugsweise relativ starr ausgebildet, um die Druckmessung nicht zu beeinflussen. Andererseits weist das Wärmedämmelement 20 eine niedrige spezifische Wärmeleitfähigkeit auf, so dass ein hoher Wärmewiderstand gebildet ist. Somit wird eine Wärmedämmung der Druckmesseinrichtung 14 gegenüber dem
Kraftübertragungselement 5 erzielt. Durch den Kragen 19 des Kraftübertragungselements 5 ist die Anlagefläche, mit der das Kraftübertragungselement 5 an dem Wärmedämmelement 20 anliegt, vorteilhaft vergrößert, so dass die mechanische Beanspruchung des Wärmedämmelements 20 verringert ist.
Das Wärmedämmelement 20 ist aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet. Insbesondere eignet sich als solch ein Werkstoff Keramik, beispielsweise Steatit, Zirkoniumdioxid oder ein teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid, mit einer Wärmeleitfähigkeit aus einem Bereich von etwa 1,2 W/mK bis etwa 3,5 W/mK, ein Glas mit einer Wärmeleitfähigkeit
aus einem Bereich von etwa 0,8 W/mK bis etwa 1,0 W/mK oder ein Kunstharz-Glasfaser-Verbundwerkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit aus einem Bereich von etwa 0,1 W/mK bis etwa 0,2 W/mK, beispielsweise kann ein Glasharzepoxid mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,2 W/mK zum Einsatz kommen .
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer Druckmessglühkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem
Ausführungsbeispiel sind ein erstes Wärmedämmelement 20 und ein zweites Wärmedämmelement 21 vorgesehen, die zwischen dem Kraftübertragungselement 5 und der Druckmesseinrichtung 14 angeordnet sind. Dabei liegt das Kraftübertragungselement 5 mit seinem Kragen 19 an dem Wärmedämmelement 20 an. Ferner liegen die Wärmedämmelemente 20, 21 aneinander an. Außerdem liegt das zweite Wärmedämmelement 21 an dem Aufnahmeelement 13 an. Die Kraftübertragung von dem Kraftübertragungselement 5 auf die Druckmesseinrichtung 14 erfolgt somit über die Wärmedämmelemente 20, 21 und das Aufnahmeelement 13, wobei sich die Druckmesseinrichtung 14 an dem Fixierelement 15 abstützt .
Das erste Wärmedämmelement 20 ist aus einem Werkstoff gebildet, der eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als der Werkstoff des zweiten Wärmedämmelements 21. Auf Grund der höheren Anforderung an die mechanische Festigkeit ist die Auswahl für den Werkstoff des ersten Wärmedämmelements 20 begrenzt. Die höhere mechanische Festigkeit ist insbesondere durch die Materialpaarung zwischen dem
Kraftübertragungselement 5 und dem ersten Wärmedämmelement 20 sowie die Größe der Anlagefläche des Kragens 19 an dem ersten Wärmedämmelement 20 gegeben. Da die mechanische Beanspruchung
des zweiten Wärmedämmelements 21 etwas geringer ist, sind auch die Möglichkeiten für die Wahl des Werkstoffs des zweiten Wärmedämmelements 21 etwas weniger beschränkt als für das erste Wärmedämmelement 20. Somit kann für das Material des zweiten Wärmedämmelements 21 gegebenenfalls ein Werkstoff ausgewählt werden, der eine niedrigere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Werkstoff des ersten Wärmedämmelements 20. Durch die Kombination von zwei oder mehr Wärmedämmelementen 20, 21 kann daher eine Optimierung des gesamten Wärmewiderstands der Wärmedämmelemente 20, 21 erreicht werden, um eine vorteilhafte Wärmedämmung der Druckmesseinrichtung 14 zu erzielen.
Die Metallmembran 8 ist in dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel teilweise innerhalb der kammerseitigen Öffnung 4 angeordnet und mit dem Kraftübertragungselement 5 mechanisch verbunden. Ferner ist die Metallmembran 8 in dem Bereich 27, der in der Nähe der kammerseitigen Öffnung 4 liegt, mit dem Sensorkäfig 9 verbunden. Somit ist die Metallmembran 8 relativ weit in Richtung eines Dichtkonus 28 des Gehäuses 3 angeordnet, so dass die Länge des Gehäuses 3 beziehungsweise der von dem Sensorkäfig 9 benötigte Platz optimiert ist. Eine entsprechend nahe Anordnung der Druckmesseinrichtung 14 zu dem Dichtkonus 28 hin ist durch die durch die Wärmedämmelemente 20, 21 vermittelte Wärmedämmung sowie die nahe an dem Dichtkonus 28 erfolgende Verbindung des Sensorkäfigs 9 mit dem Gehäuse 3 durch die Schweißnaht 10 möglich.
Fig. 3 zeigt ein Wärmedämmelement 20 einer Druckmessglühkerze 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer axialen, schematischen Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel übernimmt das Wärmedämmelement
20 auch die Funktion des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aufnahmeelements 13, das heißt das Wärmedämmelement 20 ist zugleich als Aufnahmeelement ausgestaltet. Das Wärmedämmelement 20 weist einen Aufnahmeabschnitt 30 und einen Kraftübertragungsabschnitt 31 auf. Der Aufnahmeabschnitt 30 dient zum Aufnehmen der
Druckmesseinrichtung 14, insbesondere eines Drucksensors der Druckmesseinrichtung 14, und zum Aufnehmen des Fixierelements 15. Das Kraftübertragungselement 5 liegt mit seinem Kragen 19, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, bei dem dritten Ausführungsbeispiel direkt an einer Anlagefläche 32 des Kraftübertragungsabschnitts 31 des Wärmedämmelements 20 an. Allerdings können auch ein oder mehrere zusätzliche Wärmedämmelemente vorgesehen sein, über die das Kraftübertragungselement 5 mittelbar an der Anlagefläche 32 anliegt. Die Ausgestaltung mit einem Wärmedämmelement 20, das zugleich die Funktion des Aufnahmeelements 13 übernimmt, hat den Vorteil, dass ein separates Aufnahmeelement 13 eingespart werden kann und gegebenenfalls die Baulänge der Druckmessglühkerze 1 verringert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Claims
1. Druckmesseinrichtung (1) zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere Druckmessglühkerze für eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (3) , einem Kraftübertragungselement (5) , das an einer kammerseitigen Öffnung (4) teilweise aus dem Gehäuse
(3) ragt, und einer Druckmesseinrichtung (14), wobei das Kraftübertragungselement (5) mit der Druckmesseinrichtung
(14) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung (14) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist, dass zumindest ein Wärmedämmelement (20) vorgesehen ist, das zwischen dem Kraftübertragungselement (5) und der Druckmesseinrichtung (14) angeordnet ist, und dass das Kraftübertragungselement (5) mittels zumindest des Wärmedämmelements (20) mit der Druckmesseinrichtung (14) in Wirkverbindung steht.
2. Druckmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kraftübertragungselement (5) und dem Gehäuse (3) zumindest ein wärmeleitendes Wärmeleitmittel vorgesehen ist, das einen Wärmefluss von dem Kraftübertragungselement (5) zu dem Gehäuse (3) ermöglicht.
3. Druckmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmittel in einem Bereich (27) innerhalb des Gehäuses (3) vorgesehen ist, der zumindest in der Nähe der kammerseitigen Öffnung (4) liegt.
4. Druckmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmittel durch eine Metallmembran (8) ausgebildet ist, die zumindest teilweise innerhalb der kammerseitigen Öffnung (4) angeordnet und mit dem Kraftübertragungselement (5) mechanisch verbunden ist.
5. Druckmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallmembran (8) mit einem Sensorkäfig (9) verbunden ist und dass der Sensorkäfig (9) in der Nähe der kammerseitigen Öffnung (4) mit dem Gehäuse (3) verbunden ist
6. Druckmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmelement (20) als hülsenförmiges oder ringförmiges Dämmelement (20) ausgestaltet ist, dass das Kraftübertragungselement (5) zumindest an einem dem Wärmedämmelement (20) zugewandten Ende als rohrförmiges Kraftübertragungselement (5) ausgestaltet ist und dass sich das rohrförmige Kraftübertragungselement (5) an dem Wärmedämmelement (20) abstützt.
7. Druckmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmelement (20) aus einer Keramik, einem Glas oder einem Glasfaser-Kunstharz-Verbundwerkstoff gebildet ist
8. Druckmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmelement (20) als Aufnahmeelement ausgestaltet ist, das einen Kraftübertragungsabschnitt (31) und einen Aufnahmeabschnitt (30) aufweist, wobei zumindest ein Drucksensor der Druckmesseinrichtung (14) auf dem Aufnahmeabschnitt (30) angeordnet ist und wobei das Kraftübertragungselement (5) mit dem Drucksensor über den Kraftübertragungsabschnitt in Wirkverbindung steht.
9. Druckmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Wärmedämmelement (20) und ein zweites Wärmedämmelement (21) vorgesehen sind, dass das Kraftübertragungselement (5) an dem ersten Wärmedämmelement
(20) anliegt, dass das zweite Wärmedämmelement (21) zwischen dem ersten Wärmedämmelement (20) und der Druckmesseinrichtung
(14) angeordnet ist, und dass eine mechanische Festigkeit des ersten Wärmedämmelements (20) größer ist als eine mechanische Festigkeit des zweiten Wärmedämmelements (21) .
10. Druckmesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezifische Wärmeleitfähigkeit des zweiten Wärmedämmelements (21) kleiner ist als eine spezifische Wärmeleitfähigkeit des ersten Wärmedämmelements (20).
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