WO2010000087A1 - Zundkerze mit drucksensor - Google Patents

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WO2010000087A1
WO2010000087A1 PCT/CH2009/000230 CH2009000230W WO2010000087A1 WO 2010000087 A1 WO2010000087 A1 WO 2010000087A1 CH 2009000230 W CH2009000230 W CH 2009000230W WO 2010000087 A1 WO2010000087 A1 WO 2010000087A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spark plug
ceramic body
housing
plug according
pressure sensor
Prior art date
Application number
PCT/CH2009/000230
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Glaser
Gernot Leuprecht
Original Assignee
Kistler Holding Ag
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Publication date
Application filed by Kistler Holding Ag filed Critical Kistler Holding Ag
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Priority to JP2011515054A priority patent/JP2011526406A/ja
Priority to EP09771894A priority patent/EP2294663A1/de
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    • 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
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • 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
    • G01L23/221—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222—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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices

Definitions

  • the invention relates to a spark plug in the basic structure for internal combustion engines comprising a metallic housing with ground electrode arranged at the front and a thread with a rear sealing surface for installation in the internal combustion engine, a pressure sensor arranged laterally in the housing for determining a combustion chamber pressure, arranged next to the pressure sensor in the housing electrical insulator acting ceramic body with a center electrode, wherein the ceramic body, viewed from the combustion chamber ago, front clamping shoulder and a rear stop for clamping the ceramic body in the housing.
  • spark plugs are already known in order to accommodate the pressure sensor in addition to the ceramic body in the housing, the ceramic body in the front region of the thread has a reduced outer diameter.
  • This has the disadvantage, on the one hand, that the point of the taper is a very weak position of the ceramic body, which is exposed to a high risk of breakage under mechanical stress.
  • the wall thickness of the ceramic body is reduced by the reduced outer diameter, which leads to a high risk of breakdown at an electrical load by ignition.
  • Such spark plugs are insufficient for use.
  • the ceramic body Since the sensor must be accommodated next to the ceramic body, but the thread size is given, the ceramic body must be designed smaller in this area and also move back from the center on the side. A displacement of the axis of the ceramic body is unfavorable because of the changed ignition conditions in the combustion chamber. The closer the ceramic body comes to the center, the thinner it must therefore be designed in the aforementioned front area.
  • the ceramic body is also exposed to high mechanical stresses during assembly in the engine and during use. For example, a lateral force on the rearward connection of the spark plug, caused by a mechanic's action or strong vibration during use, may cause the ceramic body to break in the area of the thread between the rear sealing surface and the front gripping shoulder. This area is particularly endangered because it must be made thin in the threaded area and is clamped between clamping shoulder and stop.
  • Object of the present invention is to provide a spark plug in the basic structure of the type described above, which has an increased mechanical strength with simultaneous displacement of the ceramic body in the direction of the central axis of the housing.
  • the object is solved by the characteristics of the independent patent claim.
  • the idea underlying the invention is that the outer diameter of the ceramic body in the region of the thread between the rear sealing surface of the housing gradually decreases to the front clamping shoulder of the ceramic body. Due to the fact that the ceramic body does not extend in a cylindrical manner in this area like other ceramic bodies from the prior art, valuable space is additionally available in the front area for arranging the sensor.
  • the insulation thickness of the ceramic body can be optimally adapted to the structural conditions at any point. This means that in the rear area a central recess for a suppression resistor can be arranged, wherein the required wall thickness of the ceramic body for the dielectric strength can still be met.
  • Fig. 1 is a schematic representation in section of a spark plug according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic illustration in section of a spark plug according to the invention
  • Fig. 3 various inventive outer contours between the front gripping shoulder and the rear stop.
  • the spark plug 1 shows in a schematic representation in section a spark plug 1 for internal combustion engines according to the prior art.
  • the combustion chamber 19 is located on the right in the picture.
  • the spark plug 1 comprises a metallic housing 2 with a ground electrode 3 arranged at the front, aligned with the combustion chamber 19. Laterally in the housing 2, a pressure sensor 4 for determining a combustion chamber pressure is arranged with a sensor plug 5.
  • Other constructions in which no plug is integrated, are also known. These usually have the disadvantage that a sensor cable protrudes from the spark plug. When installing the spark plug, it must not be damaged. The disadvantage is that the cable can not be replaced individually.
  • a ceramic body ⁇ which acts as an electrical insulator for a center electrode 7, which extends centrally through this ceramic body 6.
  • the ceramic body 6 has, viewed from the combustion chamber ago, front clamping shoulder 8 and a rear stop 9. These serve to clamp the ceramic body 6 in the housing 2 by means of a screw 10.
  • the ceramic body 6 In the foremost region of the ceramic body ⁇ , in front of the clamping shoulder 8, the ceramic body 6 is generally conical or similar sloping. This range determines the calorific value of the spark plug and is irrelevant to the present invention.
  • a thread 21 is attached to the housing with a sealing surface 18 to the engine.
  • the ceramic body 6 may be arranged with an axis 14 of the center electrode 7 away from an axis 15 of the spark plug 1 displaced by a distance A in the housing 2. This results in one side of the housing 2 additional space in which the pressure sensor 4 can be accommodated.
  • a disadvantage of such a spark plug 1 according to FIG. 1 is the thinness of the ceramic in the part of the ceramic body 6 between the front clamping shoulder 8 and the shoulder 20, and the associated susceptibility to breakage of the ceramic body with tangential force in the region of the terminal 17, as a consequence of the reduced Outside diameter D ⁇ , because the pressure sensor 4 and / or the necessary contact must be located next to it.
  • the thinness also increases the risk of breakdown. The risk of breakage is particularly increased when the ceramic body protrudes from the back of the housing.
  • a major disadvantage of such a spark plug 1 according to Fig. 1 is the high risk of breakage in paragraph 20. In strong vibrations, this point is exposed to high loads. Even a small hairline crack increases the risk of breakdown at this point massive.
  • the distance A causes the ignition in the combustion chamber 19 does not take place at the point where ignition of a spark plug takes place, which does not include a pressure sensor 4. Thus, no normal situation is reproduced with this spark plug 1 of FIG.
  • the ceramic body 6 in turn has a front gripping shoulder 8 and a rear stop 9, by means of which the ceramic body 6 can be clamped in the housing 2 by means of a screw connection 10.
  • no sensor plug 5 may alternatively be attached to the housing 2, whereby only a cable guide leads out of the housing 2.
  • the senor is installed in the front region of the spark plug, preferably on the front side of the combustion chamber. This is a constructional challenge especially if the thread is an M 14 thread or smaller. In contrast to the prior art makes this inventions to the invention embodiment the outside diameter D ⁇ of the ceramic body 6 distributed over a wide range from 11.
  • FIG. 3 various outer contours of a ceramic body according to the invention are indicated in region B.
  • the outer contour in the entire region B is parabolic, whereby the sloping region 11 makes up the entire area B.
  • This outer contour leads to the best bending strength of the ceramic body 6.
  • FIG. 2 likewise shows such a parabolic external contour.
  • FIG. 3b and 3c A conical outer contour is shown in Fig. 3b and 3c, wherein the sloping portion 11 in Fig. 3b makes up the entire area B, in Fig. 3c but only about half of the area B.
  • Fig. 3d, 3ed and 3f comprises sloping region 11 likewise only about half of the region B, wherein the waste runs here in two stages (FIG. 3d, e) or in several stages (FIG. 3f), between which the outer contour can run cylindrically.
  • the steps can begin and / or end in an edged or rounded manner and they can run conically as in FIG. 3d or perpendicular to the axis 14, as in FIG. 3e. Combinations of the mentioned features are also possible.
  • the area 11 should make up at least 70-90% of the area B.
  • the suboptimal solutions solutions according to design only slightly worse and also take the inventive concept, according to which a gradual reduction of the diameter from the rear in the area of the thread in the direction of front clamping shoulder 8 maximizes the breaking strength with optimized space requirements for a sensor and the least possible deviation of the ceramic body from the center out ,
  • the outer diameter extends, as it were, further gradually up to the rear stop 9.
  • the inventive embodiment prevents, as in the prior art, where only a single paragraph of the outer diameter D ⁇ is present, the total diameter reduction takes place in a very small area, which firstly reduces the strength of the ceramic body and secondly the strike-through risk at high Tensions increased.
  • the basic structure can be equipped with such an insulating sleeve 12 with selectable outer diameter D 1 .
  • the attached onto the spark plug 1 spark plug caps must be good enclose the insulation sleeves 12 with IH ren rubber flaps so that again a 'pass-through is prevented.
  • the inventive spark plugs 1 can be fed with ignition voltages of more than 3OkV, without having to be expected with a breakdown.
  • a suppression resistor 13 can also be installed, which in a conventional arrangement according to State of the art can only be accommodated unfavorably.
  • the space inside the ceramic body ⁇ is created by the slow decrease of the outside diameter D K of the ceramic body 6 in said area 11, whereby no loss of insulation has to be accepted.
  • the space in the interior of the ceramic body 6 can preferably be created at its thickest point, so that the minimum wall thickness, which is decisive for the dielectric strength, is maximum.
  • the ceramic body 6 can generally be moved back into the center of the spark plug 1 so far that the axis 14 of the center electrode 7 is spaced no more than 1 mm from the axis 15 of the spark plug 1.
  • ignition with the inventive spark plug 1 with pressure sensor 4 can take place very close to the point at which ignition would normally take place with a spark plug without a pressure sensor.
  • the sensor plug 5 is a particular challenge for housing in the housing 2. Spark plugs with pressure sensors but without sensor plug are also known. In these models, a sensor cable runs directly out of the housing from the pressure sensor and is connected to an evaluation unit outside. These models have fewer problems because they do not have to accommodate a plug. A disadvantage of this arrangement is that while the sensor cable can not be replaced.
  • the design of a spark plug 1 according to the invention can be in particular with or without sensor plug 5.
  • Another challenge is the type of pressure sensor.
  • optical and piezoelectric pressure sensors can be used.
  • Optical pressure sensors are smaller and therefore easier to store in a spark plug.
  • Piezoelectric pressure sensors are larger, and therefore more difficult to accommodate but very well known in terms of their behavior.
  • the insulating body is replaceably mounted in the housing, because the sensor usually has a longer life than the spark plug. So the sensor can be used again.
  • a contact 16 extends, by means of which the determined data can be transmitted.
  • the contact 16 comprises only one measuring line, while the ground line extends over the metallic housing 2.
  • the measuring line must be highly insulated for this purpose. Conventional contacting with two measuring leads is also possible.
  • the contact 16 is connected eccentrically to the sensor plug 5. This space can be saved again, since the sensor plug 5 can be housed behind a housing paragraph 18, where the housing has a larger outer diameter than in front of this housing paragraph 18. By an eccentric attachment of the contact 16 to the sensor plug 5, the sensor plug 5 further on the outside Housing 2 are attached. As a result, the ceramic body 6 at this point in turn have a larger outer diameter D ⁇ .
  • the off-center attachment to the sensor connector 5 is advantageous because a substantially straight contact can be realized without a crank in the contact 16 must be present.
  • This compound can be designed stiff and preferably pluggable. Advantages of such an For example, they are in their high resonance frequency. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze im Grundaufbau für Verbrennungsmotoren umfassend ein metallisches Gehäuse (2) mit frontseitig angeordneter Masseelektrode (3) und einem Gewinde (21) mit einer hinteren Dichtfläche (18) zum Einbauen in den Verbrennungsmotor. Insbesondere umfasst die Zündkerze einen seitlich im Gehäuse (2) angeordneten Drucksensor (4) zur Ermittlung eines Brennraumdrucks sowie einen neben dem Drucksensor (4) im Gehäuse (2) angeordneten, als elektrischen Isolator wirkenden Keramikkörper (6) mit einer Mittelelektrode (7). Der Keramikkörper (6) weist eine, vom Brennraum (19) her betrachtet, vordere Einspannschulter (8) sowie einen hinteren Anschlag (9) auf zum Einspannen des Keramikkörpers (6) im Gehäuse (2).Erfindungsgemäss nimmt der Aussendurchmesser DK des Keramikkörpers (6) in dem Bereich (B) des Gewindes (21), der zwischen der hinteren Dichtfläche (18) und der vorderen Einspannschulter (8) liegt, graduell ab.

Description

ZÜNDKERZE MIT DRUCKSENSOR
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Zündkerze im Grundaufbau für Verbrennungsmotoren umfassend ein metallisches Gehäuse mit frontseitig angeordneter Masseelektrode und einem Gewinde mit einer hinteren Dichtfläche zum Einbauen in den Verbrennungsmotor, einen seitlich im Gehäuse angeordneten Drucksensor zur Ermittlung eines Brennraumdrucks, einen neben dem Drucksensor im Gehäuse angeordneten, als elektrischen Isolator wirkenden Keramikkörper mit einer Mittelelektrode, wobei der Keramikkörper eine, vom Brennraum her betrachtet, vordere Einspannschulter sowie einen hinteren Anschlag aufweist zum Einspannen des Keramikkörpers im Gehäuse.
Stand der Technik
Derartige Zündkerzen sind bereits bekannt, um den Drucksensor neben dem Keramikkörper im Gehäuse unterzubringen, weist der Keramikkörper im vorderen Bereich des Gewindes einen reduzierten Aussendurchmesser auf. Dies hat einerseits den Nachteil, dass die Stelle der Verjüngung eine sehr schwache Stel- Ie des Keramikkörpers ist, die bei mechanischer Belastung einer hohen Bruchgefahr ausgesetzt ist. Andererseits ist durch den reduzierten Aussendurchmesser auch die Wandstärke des Keramikkörpers reduziert, was bei einer elektrischen Belastung durch Zündspannung zu einer hohen Durchschlagsgefahr führt. Solche Zündkerzen sind ungenügend für den Gebrauch.
Die Problematik ergibt sich durch das Zusammenwirken verschiedener Umstände: Da der Sensor neben dem Keramikkörper untergebracht werden muss, die Gewindegrösse aber vorgegeben ist, muss der Keramikkörper in diesem Bereich kleiner ausgestaltet sein und zusätzlich aus dem Zentrum heraus auf die Seite rücken. Eine Verschiebung der Achse des Keramikkörpers ist unvorteilhaft wegen der veränderten Zündbedingungen im Brennraum. Je näher der Keramikkörper also ins Zentrum kommt, umso dünnwandiger muss er demnach ausgestaltet sein im genannten vorderen Bereich .
Der Keramikkörper ist zudem bei der Montage in den Motor sowie beim Gebrauch hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. So kann beispielsweise eine seitliche Kraft beim hinteren An- schluss der Zündkerze, verursacht durch Krafteineinwirkung eines Mechanikers oder durch starke Vibrationen beim Einsatz, einen Bruch des Keramikkörpers im Bereich des Gewindes zwischen der hinteren Dichtfläche bis zur vorderen Einspannschulter verursachen. Dieser Bereich ist besonders gefährdet, weil er im Gewindebereich dünn ausgestaltet sein muss und zwischen Einspannschulter und Anschlag verspannt ist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze im Grundaufbau oben beschriebener Art anzugeben, welche eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist bei gleichzeitiger Verschiebung des Keramikkörpers in Richtung Mittelachse des Ge- häuses .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichen des unabhängigen Patentanspruchs . Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass der Aussendurchmesser des Keramikkörpers im Bereich des Gewindes zwischen der hinteren Dichtfläche des Gehäuses bis zur vorderen Einspannschulter des Keramikkörpers graduell ab- nimmt. Dadurch, dass der Keramikkörper in diesem Bereich nicht wie andere Keramikkörper aus dem Stand der Technik zylinderförmig verlaufen, wird im vorderen Bereich zusätzlich wertvoller Platz frei zum Anordnen des Sensors.
Weil der Durchmesser aber in diesem Bereich nicht abrupt son- dern verteilt über diesen Bereich stetig abnimmt, nimmt die Biegefestigkeit zu und die Bruchgefahr des Keramikkörpers wird stark reduziert. Insbesondere ist die im Stand der Technik baulich bedingte gefährdete Bruchstelle durch die abrupt hinter dem Anschlag reduzierte Wandstärke des Keramikkörpers eliminier^.
Zudem wird durch den so erreichten grosseren Aussendurchmesser des Keramikkörpers seine Wandstärke gegen hinten erhöht, was sich direkt auf eine grossere Durchschlagfestigkeit auswirkt. Durch die im wesentlichen kontinuierlich verlaufene Abnahme des Aussendurchmessers kann die Isolationsdicke des Keramikkörpers an jeder Stelle optimal den baulichen Gegebenheiten angepasst sein. Dies bedeutet, dass im hinteren Bereich eine zentrale Aussparung für einen Entstörwiderstand angeordnet sein kann, wobei die erforderliche Wanddicke des Keramikkörpers für die Durchschlagfestigkeit noch eingehalten werden kann.
In den Unteransprüchen sind weitere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnungen näher erklärt. Die Bezugszeichen haben für alle Zeichnungen dieselbe Bedeutung. ■ Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt einer Zündkerze nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung im Schnitt einer er- findungsgemässen Zündkerze;
Fig. 3 diverse erfindungsgemässe Aussenkonturen zwischen der vorderen Einspannschulter und dem hinteren Anschlag.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung im Schnitt eine Zündkerze 1 für Verbrennungsmotoren nach dem Stand der Technik. Der Brennraum 19 befindet sich rechts im Bild. Die Zündkerze 1 umfasst ein metallisches Gehäuse 2 mit frontseitig angeordneter Masseelektrode 3, gegen den Brennraum 19 hin ausgerichtet. Seitlich im Gehäuse 2 ist ein Drucksensor 4 zur Ermittlung eines Brennraumdrucks angeordnet mit einem Sensorstecker 5. Andere Bauweisen, in denen kein Stecker integriert ist, sind auch bekannt. Diese haben in der Regel den Nachteil, dass ein Sensorkabel aus der Zündkerze herausragt. Beim Einbau der Zündkerze darf dieses nicht beschädigt werden. Nachteilig ist, dass das Kabel nicht einzeln getauscht werden kann. Neben dem Drucksensor 4, ebenfalls im Gehäuse 2 angeordnet, befindet sich ein Keramikkörper β, der als elektrischer Isolator wirkt für eine Mittelelektrode 7, welche mittig durch diesen Keramikkörper 6 verläuft. Der Keramikkörper 6 weist eine, vom Brennraum her betrachtet, vordere Einspannschulter 8 sowie einen hinteren Anschlag 9 auf. Diese dienen dem Einspannen des Keramikkörpers 6 im Gehäuse 2 mittels eines Schraubelements 10.
Im vordersten Bereich des Keramikkörpers β, vor der Einspann- schulter 8, ist der Keramikkörper 6 in der Regel konisch oder ähnlich abfallend. Dieser Bereich bestimmt den Wärmewert der Zündkerze und ist für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung. Zudem ist am Gehäuse ein Gewinde 21 angebracht mit einer Dichtfläche 18 zum Motor.
Im Bereich zwischen der vorderen Einspannschulter 8 und dem hinteren Anschlag 9 ist an einer Stelle nahe dem hinteren Anschlag 9 ein abrupter Absatz 20 angebracht, wodurch der Keramikkörper 6 im vorderen Bereich einen geringeren Platzbedarf aufweist. Somit kann der Keramikkörper 6 mit einer Achse 14 der Mittelelektrode 7 weg von einer Achse 15 der Zündkerze 1 um einen Abstand A verschoben im Gehäuse 2 angeordnet sein. Dies ergibt einseitig im Gehäuse 2 zusätzlichen Platz, in dem der Drucksensor 4 untergebracht werden kann.
Ein Nachteil einer solchen Zündkerze 1 nach Fig. 1 ist die Dünnwandigkeit der Keramik im Teil des Keramikkörpers 6 zwischen der vorderen Einspannschulter 8 und dem Absatz 20, und die damit verbundene Bruchanfälligkeit des Keramikkörpers bei tangentialer Krafteinwirkung im Bereich des Anschlusses 17, als Konsequenz des reduzierten Aussendurchmessers Dκ, weil der Drucksensor 4 und/oder die dafür notwendige Kontaktierung daneben Platz finden muss. Die Dünnwandigkeit erhöht zudem das Durchschlagsrisiko. Die Bruchgefahr ist besonders dann erhöht, wenn der Keramikkörper rückseitig aus dem Gehäuse herausragt .
Ein grosser Nachteil einer solchen Zündkerze 1 nach Fig. 1 ist die hohe Bruchgefahr beim Absatz 20. Bei starken Vibrationen ist diese Stelle einer hohen Belastung ausgesetzt. Bereits ein kleiner Haarriss erhöht das Durchschlagsrisiko an dieser Stelle massiv.
Zudem bewirkt der Abstand A, dass die Zündung im Brennraum 19 nicht an der Stelle stattfindet, an der eine Zündung einer Zündkerze stattfindet, welche keinen Drucksensor 4 umfasst. Somit ist mit dieser Zündkerze 1 nach Fig. 1 keine Normalsituation nachgestellt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt einer erfindungsgemässen Zündkerze 1. Sie umfasst ebenfalls ein Gehäuse 2 mit Gewinde 21 und einer Dichtfläche zum Motor 18, eine frontseitige Masseelektrode 3 sowie darin nebeneinander angeordnet einen Drucksensor 4 mit Sensorstecker 5 und einen Keramikkörper 6 mit Mittelelektrode 7. Der Keramikkörper 6 weist wiederum eine vordere Einspannschulter 8 sowie einen hinteren Anschlag 9 auf, mittels denen der Keramikkörper 6 in dem Gehäuse 2 mit Hilfe einer Schraubverbindung 10 eingespannt werden kann. Auch hier kann alternativ kein Sensorstecker 5 am Gehäuse 2 angebracht sein, womit lediglich eine Ka- belführung aus dem Gehäuse 2 führt.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor im vorderen Bereich der Zündkerze eingebaut, vorzugsweise frontal brenn- raumseitig. Dies ist besonders dann eine bauliche Herausforderung, wenn das Gewinde ein M 14 Gewinde ist oder kleiner. Im Gegensatz zum Stand der Technik nimmt in dieser erfin- dungsgemässen Ausführungsform der Aussendurchmesser Dκ des Keramikkörpers 6 verteilt über einen grossen Bereich 11 ab.
In der Fig. 3 sind verschiedene Aussenkonturen eines erfin- dungsgemässen Keramikkörpers im Bereich B angegeben. In Fig. 3a ist die Aussenkontur im gesamten Bereich B parabolisch, womit der abfallende Bereich 11 den gesamten Bereich B ausmacht. Diese Aussenkontur führt zur besten Biegefestigkeit des Keramikkörpers 6. Fig. 2 zeigt ebenfalls eine solche pa- rabolische Aussenkontur.
Eine konische Aussenkontur ist in Fig. 3b und 3c gezeigt, wobei der abfallende Bereich 11 in Fig. 3b den gesamten Bereich B ausmacht, in Fig. 3c jedoch nur etwa die Hälfte des Bereichs B. In Fig. 3d, 3ed und 3f umfasst der abfallende Be- reich 11 ebenfalls nur etwa die Hälfte des Bereichs B, wobei der Abfall hier in zwei Stufen (Fig. 3d, e) oder mehreren Stufen (Fig. 3f) verläuft, zwischen welchen die Aussenkontur zylindrisch verlaufen kann. Die Stufen können kantig oder abgerundet beginnen und/oder enden und sie können konisch ver- laufen wie in Fig. 3d oder senkrecht zur Achse 14, wie in Fig. 3e. Kombinationen der genannten Merkmale sind auch möglich. Entscheidend für eine erfindungsgemässe Aussenkontur ist jedoch, dass der gesamte abfallende Bereich 11, der definiert ist als Bereich zwischen dem ersten und dem letzten Ab- fall innerhalb des Bereichs B, ungeachtet mittlerer zylindrischer Bereiche darin und ausgenommen von der Einspannschulter 8 und dem hinteren Anschlag 9 selbst, mindestens 50% des Bereichs B ausmacht. Vorzugsweise soll der Bereich 11 mindestens 70-90% des Bereichs B ausmachen.
Obwohl die beste Festigkeit durch eine konische oder parabolische Aussenkontur erreicht wird, sind die suboptimalen Lö- sungen je nach Auslegung nur wenig schlechter und übernehmen doch auch den Erfindungsgedanken, wonach eine graduelle Reduktion des Durchmessers von hinten im Bereich des Gewindes in Richtung vorderer Einspannschulter 8 die Bruchfestigkeit bei optimiertem Platzbedarf für einen Sensor und möglichst geringer Abweichung des Keramikkörpers aus dem Zentrum heraus maximiert . Im Idealfall verläuft der Aussendurchmesser gleichsam weiter graduell bis zum hinteren Anschlag 9.
Durch die erfindungsgemässe Ausführungsform wird verhindert, dass, wie im Stand der Technik, wo nur ein einziger Absatz des Aussendurchmessers Dκ vorhanden ist, die gesamte Durchmesserreduktion in einem sehr kleinen Bereich stattfindet, was erstens die Festigkeit des Keramikkörpers reduziert und zweitens das Durchschlagrisiko bei hohen Spannungen erhöht.
Die in Fig. 2 dargestellte Zündkerze 1 umfasst, abgesehen vom genannten Grundaufbau, auch eine Isolationshülse 12. Diese umhüllt den Keramikkörper 6 im hinteren Bereich bis zu einem Anschluss 17. Der Grundaufbau kann mit einer solchen Isolationshülse 12 mit wählbarem Aussendurchmesser D1 ausgestattet werden. Dadurch kann derselbe Grundaufbau für verschiedene Anschlüsse 17 einfach angepasst werden, da verschiedene Hersteller von Zündkerzen verschiedene Aussendurchmesser D1 der Isolationshülse 12 bei den Anschlüssen 17 verlangen. Die auf die Zündkerzen 1 aufgesetzten Zündkerzenkappen müssen mit ih- ren Gummilappen die Isolationshülsen 12 gut umschliessen, damit wiederum ein' Durchschlagen verhindert wird. Somit können die erfindungsgemässen Zündkerzen 1 mit Zündspannungen von mehr als 3OkV gespiesen werden, ohne dass mit einem Durchschlag gerechnet werden muss.
Im Keramikkörper 6 kann zudem ein Entstörwiderstand 13 eingebaut werden, der in einer herkömmlichen Anordnung nach dem Stand der Technik nur ungünstig untergebracht werden kann. Der Platz im Innern des Keramikkörpers β wird durch die langsame Abnahme des Aussendurchmessers Dκ des Keramikkörpers 6 im genannten Bereich 11 geschaffen, wobei keine Einbusse der Isolation in Kauf genommen werden muss. Der Platz im Innern des Keramikkörpers 6 kann vorzugsweise an deren dicksten Stelle geschaffen werden, damit die minimale Wandstärke, welche massgebend ist für die Durchschlagsfestigkeit, maximal ist.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Keramikkörpers 6 kann der Keramikkörper 6 in der Regel wieder so weit ins Zentrum der Zündkerze 1 gerückt werden, dass die Achse 14 der Mittelelektrode 7 um nicht mehr als 1 mm von der Achse 15 der Zündkerze 1 beabstandet ist. Dadurch kann eine Zündung mit der erfindungsgemässen Zündkerze 1 mit Drucksensor 4 sehr nahe an der Stelle stattfinden, an der eine Zündung mit einer Zündkerze ohne Drucksensor normalerweise stattfinden würde.
Der Sensorstecker 5 ist eine besondere Herausforderung zur Unterbringung im Gehäuse 2. Zündkerzen mit Drucksensoren aber ohne Sensorstecker sind auch bekannt. Bei diesen Modellen verläuft ein Sensorkabel vom Drucksensor her direkt weiter aus dem Gehäuse heraus und wird ausserhalb an ein Auswertegerät angeschlossen. Diese Modelle haben weniger Probleme, weil sie keinen Stecker unterbringen müssen. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass dabei das Sensorkabel nicht ausgetauscht werden kann. Die Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Zündkerze 1 kann insbesondere mit oder ohne Sensorstecker 5 sein.
Eine weitere Herausforderung ist der Typ des Drucksensors.
Prinzipiell können insbesondere optische und piezoelektrische Drucksensoren verwendet werden. Optische Drucksensoren sind kleiner und daher einfacher in einer Zündkerze unterzubrin- gen. Andererseits verschmutzen sie leicht durch Russablagerung und sind bezüglich ihrer Funktionstüchtigkeit weniger gut untersucht. Piezoelektrische Drucksensoren sind grösser, Und daher schwieriger unterzubringen, aber bezüglich ihres Verhaltens sehr gut bekannt.
Von Vorteil ist, wenn der Isolationskörper auswechselbar im Gehäuse angebracht ist, weil der Sensor in der Regel eine höhere Lebensdauer hat als die Zündkerze. So kann der Sensor wieder verwendet werden.
Zwischen dem Drucksensor 4 und dem Sensorstecker 5, falls ein solcher eingebaut ist, verläuft eine Kontaktierung 16, mittels welcher die ermittelten Daten übertragen werden können. Vorzugsweise umfasst die Kontaktierung 16 nur eine Messleitung, während die Masseleitung über das metallische Gehäuse 2 verläuft. Die Messleitung muss dazu allerdings hochisoliert sein. Eine herkömmliche Kontaktierung mit zwei Messleitungen ist auch möglich. Erfindungsgemäss ist die Kontaktierung 16 aussermittig mit dem Sensorstecker 5 verbunden. Dadurch kann erneut Platz eingespart werden, da der Sensorstecker 5 hinter einem Gehäuseabsatz 18 untergebracht werden kann, wo das Gehäuse einen grosseren Aussendurchmesser aufweist als vor diesem Gehäuseabsatz 18. Durch eine aussermittige Anbringung der Kontaktierung 16 an den Sensorstecker 5 kann der Sensorstecker 5 weiter aussen am Gehäuse 2 angebracht werden. Dadurch kann der Keramikkörper 6 an dieser Stelle wiederum einen grosseren Aussendurchmesser Dκ aufweisen. Zudem ist die aussermittige Anbringung an den Sensorstecker 5 von Vorteil, weil so eine im Wesentlichen gerade Kontaktierung realisiert werden kann, ohne dass eine Kröpfung in der Kontaktierung 16 vorhanden sein muss. Diese Verbindung kann steif ausgestaltet und vorzugsweise steckbar sein. Vorteile einer solchen Kon- taktierung liegen beispielsweise in ihrer hohen Resonanzfrequenz . Bezugszeichenliste
1 Zündkerze
2 Gehäuse
3 Masseelektrode
4 Prucksensor
5 SensorStecker
6 Keramikkörper
7 Mittelelektrode
8 Einspannschulter
9 Anschlag
10 Schraubelement
11 Bereich, in dem die Aussenkontur abnimmt
12 Isolationshülse
13 Entstörwiderstand
14 Achse der Mittelelektrode
15 Achse der Zündkerze
16 Kontaktierung
17 Anschluss
18 Gehäuseabsatz, Dichtfläche zum Motor
19 Brennraum
20 Absatz
21 Gewinde
A Abstand der Achsen B Bereich zwischen vorderer Einspannschulter und der
Dichtfläche zum Motor
Dκ Aussendurchmesser Keramikkörper im vorderen Bereich 11 D1 Aussendurchmesser Isolationskörper

Claims

Patentansprüche
1. Zündkerze im Grundaufbau für Verbrennungsmotoren umfassend ein metallisches Gehäuse (2) mit frontseitig angeordneter Masseelektrode (3) und einem Gewinde (21) mit einer hinteren Dichtfläche (18) zum Einbauen in den Verbrennungsmotor, einen seitlich im Gehäuse (2) angeordneten Drucksensor (4) zur Ermittlung eines Brennraumdrucks, einen neben dem Drucksensor (4) im Gehäuse (2) angeordneten, als elektrischen Isolator wirkenden Kera- mikkörper (6) mit einer Mittelelektrode (7), wobei der Keramikkörper (6) eine, vom Brennraum (19) her betrachtet, vordere Einspannschulter (8) sowie einen hinteren Anschlag (9) aufweist zum Einspannen des Keramikkörpers (6) im Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Aus- sendurchmesser Dκ des Keramikkörpers (6) in dem Bereich (B) des Gewindes (21) , der zwischen der hinteren Dichtfläche (18) und der vorderen Einspannschulter (8) liegt, graduell abnimmt.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahme eine konische oder parabolische Form aufweist .
3. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundaufbau mit einer Isolatorhülse (12) mit wählbarem Aussendurchmesser Di aus- gestattet werden kann.
4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper im Gehäuse auswechselbar angebracht ist.
5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (14) der Mittelelektrode (7) nicht mehr als 1 mm von der Achse (15) der Zündkerze beabstandet ist.
6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (4) auf dem piezoelektrischem oder optischem Prinzip beruht.
7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (4) frontal brennraumseitig am Gehäuse (2) angebracht ist.
8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Sensorstecker (5) umfasst.
9. Zündkerze nach Anspruch 8 umfassend eine Kontaktierung (16) zwischen Drucksensor (4) und Sensorstecker (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung (16) ausser- mittig mit dem Sensorstecker (5) verbunden ist.
IQ. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (6) hinten aus dem Gehäuse (2) herausragt.
11. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (6) eine innere Aussparung umfasst für einen Entstörwiderstand (13) .
12. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Gewinde (21) kleiner oder gleich einem M14 Gewinde ist.
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