DE102008009441B4 - Druckmessglühkerze - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Glühkerze ist aus der
DE 10 2004 024 341 B3 bekannt und hat eine Druckmesseinrichtung zum Messen des Brennkammerdrucks, weshalb derartige Glühkerzen auch als Druckmessglühkerzen bezeichnet werden. - Bei eines aus
DE 10 2004 044 727 A1 bekannten Glühkerze ist zwischen dem Glühkerzenkörper und dem Heizstab eine metallische Dichtungsmembran in Form eines Faltenbalgs angeordnet, die verhindert, dass Verbrennungsgasen durch das Kerzengehäuse hindurch aus der Brennkammer austreten. Die metallische Dichtungsmembran kann den Temperaturen von Verbrennungsgasen der Brennkammer gut standhalten und ermöglicht eine gute axiale Beweglichkeit des Heizstabs, so dass der Brennkammerdruck über den Heizstab auf eine Druckmesseinrichtung übertragen werden kann. - Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich der Brennkammerdruck mit einer Glühkerze präziser messen lässt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Genauigkeit, mit der mittels der Druckmesseinrichtung der Brennkammerdruck gemessen werden kann, durch Eigenschwingungen der Glühkerze begrenzt wird. Indem zwischen dem Glühkerzenkörper und dem Heizstab ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer angeordnet ist, lassen sich radial wirkende Eigenschwingungen der Glühkerze dämpfen und damit die Messgenauigkeit steigern. Vorteilhaft lässt sich mittels eines Schwingungsdämpfers nicht nur eine Dämpfung, sondern auch eine Verschiebung der Eigenschwingungen hin zu höheren Frequenzen erreichen, die weniger leicht angeregt werden und deshalb kleinere Schwingungsamplituden haben.
- Ein Schwingungsdämpfer aus einem Perfluorelastomere hat eine gute Temperaturbeständigkeit und einen vorteilhaft niedrigen Reibungskoeffizienten, so dass die axiale Beweglichkeit des Heizstabs in dem Glühkerzengehäuse durch den Schwingungsdämpfer kaum beeinträchtigt wird. Besonders gut geeignet ist Perfluorkautschuk. Ein gut geeigneter Perfluorkautschuk ist unter der Bezeichnung Kalrez im Handel erhältlich.
- Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze lassen sich in dem besonders bedeutsamen Frequenzbereich von 1 kHz bis 20 kHz, insbesondere 3 kHz bis 5 kHz, Eigenschwingungen mit einer radialen Amplitude dämpfen und zu höheren Frequenzen verschieben.
- Der Schwingungsdämpfer ist bevorzugt als O-Ring ausgebildet. Überraschenderweise lässt sich mit einer derart einfachen Maßnahme eine deutliche Dämpfung der Eigenschwingungen des Heizstabs erreichen. Vorzugsweise ist der Schwingungsdämpfer von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran angeordnet, so dass er vor einer direkten Einwirkung heißer Verbrennungsgase durch die Dichtungsmembran geschützt ist. Die Dichtungsmembran ist bevorzugt aus Metall und kann beispielsweise als faltenbalg- oder wellrohrartiges Dichtelement ausgebildet sein.
- Eine Eigenschwingung lässt sich besonders effizient dämpfen, indem der Schwingungsdämpfer an dem Schwingungsbauch der Eigenschwingung angeordnet ist. Bevorzugt ist der Schwingungsdämpfer an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet. Überraschenderweise ist dies in der Regel die dritte oder vierte Eigenschwingung, so dass sich radiale Schwingungsbewegungen des Heizstabs besonders effizient dämpfen lassen, indem der Schwingungsdämpfer auf einen Schwingungsbauch der dritten oder vierten Eigenschwingung einwirkt.
- Bevorzugt ist der Heizstab von mindestens zwei Schwingungsdämpfern umgeben. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sich die Dämpfungswirkung verstärken lässt. Insbesondere können unterschiedliche Eigenschwingungen durch den Einsatz von mehreren Schwingungsdämpfern effizient gedämpft werden. Bevorzugt sind die Schwingungsdämpfer an den beiden stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Heizstab nicht nur dessen beheizter Abschnitt an seinem brennkammerseitigen Ende verstanden, sondern der gesamte Stab, der sich in dem Gehäuserohr bis zu der Druckmesseinrichtung erstreckt, also auch einen nicht von einem Gehäuserohr umgebenen Abschnitt eines Innenpols, über den ein Heizelement in dem beheizten Abschnitt des Heizstabes mit Strom versorgt werden kann.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen gekennzeichnet. Es zeigen:
-
1 : ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einer teilweise geschnittenen Ansicht; -
2 : eine Detailansicht zu1 ; -
3 : eine weitere Detailansicht zu1 ; -
4 : eine Detailansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels; und -
5 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze. - Die in den
1 bis3 dargestellte Glühkerze hat einen Glühkerzenkörper1 , der ein Außengewinde2 zum Einschrauben in eine Gewindebohrung eines Dieselmotors aufweist, und einen Heizstab3 , der in dem Glühkerzenkörper1 in axialer Richtung beweglich ist und mit einem beheizbaren Abschnitt3a , der einen reduzierten Durchmesser hat, aus dem Glühkerzenkörper1 herausragt und sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bis zu einem Gehäuse4 für elektronische Schaltung an dem bestimmungsgemäß von der Brennkammer abgewandten Ende des Glühkerzenkörpers1 erstreckt. - Der in axialer Richtung relativ zum Glühkerzenkörper
1 gleitend verschiebbare Heizstab3 überträgt einen in der Brennkammer eines Dieselmotors herrschenden Druck auf eine nicht dargestellte Druckmesseinrichtung. Je größer der Brennkammerdruck ist, desto weiter wird der Heizstab3 gegen eine Rückstellkraft in das Glühkerzengehäuse hineingedrückt. Die druckbedingte Verlagerung des Heizstabs3 relativ zu dem Glühkerzenkörper1 beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 μm/bar und 0,25 μm/bar. - Die Druckmesseinrichtung zum Messen eines auf den Heizstab einwirkenden Brennkammerdrucks ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse
4 angeordnet und kann beispielsweise einen Piezosensor oder einen Dehnungsmessstreifen zur Druckmessung enthalten. Die Druckmesseinrichtung kann auch in einen zylindrischen Abschnitt des Glühkerzenkörpers1 , der von der Brennkammer aus gesehen vor dem Gehäuse4 liegt, angeordnet sein. - Zwischen dem Glühkerzenkörper
1 und dem Heizstab3 ist eine metallische Dichtungsmembran5 angeordnet, die als faltenbalgartiges Dichtelement ausgebildet und insbesondere in der Detailansicht von2 zu sehen ist. Die Dichtungsmembran5 schützt die Druckmesseinrichtung vor einer direkten Einwirkung von Verbrennungsgasen der Brennkammer und lässt dennoch eine axiale Beweglichkeit des Heizrohrs/-stabs3 relativ zu dem Glühkerzenkörper1 zu. - Zur Dämpfung radialer Schwingungen des Heizstabs
3 ist zwischen dem Glühkerzenkörper1 und dem Heizstab3 ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer6 angeordnet, der sowohl gegen Heizstab3 als auch gegen den Glühkerzenkörper1 drückt. Bei einer radial wirkenden Schwingung des Heizstabes wird der Schwingungsdämpfer komprimiert und bewirkt so eine Schwingungsdämpfung. Um eine möglichst große Dämpfungswirkung zu erzielen, ist der Schwingungsdämpfer6 an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet. Dies ist üblicherweise die dritte oder vierte Eigenschwingung des Heizstabs3 . - Der Schwingungsdämpfer
6 ist aus einem Perfluorelastomer, insbesondere aus Perfluorkautschuk, und hat eine Temperaturbeständigkeit bis über 300°C, vorzugsweise bis über 320°C. Ein geeignetes Material ist unter der Bezeichnung Kalrez im Handel erhältlich. Der Schwingungsdämpfer6 kann im einfachsten Fall als ein O-Ring ausgebildet sein. - Ein Ausführungsbeispiel des Schwingungsdämpfers
6 ist insbesondere in der Detailansicht der3 zu sehen. Bevorzugt hat der Heizstab3 eine Engstelle, in welcher der Schwingungsdämpfer6 angeordnet ist. Die Engestelle erleichtert bei der Fertigung das Positionieren des Schwingungsdämpfers6 . - Zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung kann der Heizstab
3 zusätzlich von einem zweiten oder weiteren Schwingungsdämpfern6 umgeben sein. Die Schwingungsdämpfer sind in einem solchen Fall bevorzugt an den stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet. - Ein Schwingungsdämpfer
6 kann auch auf die faltenbalgartige Dichtungsmembran5 aufgesetzt werden, wie dies beispielhaft in4 gezeigt ist. - In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die als Faltenbalg ausgebildete Dichtungsmembran
5 von der Brennkammer aus gesehen vor dem Außengewinde2 der Glühkerze angeordnet. Auf diese Weise lassen sich Einschraubeffekte sowie Temperatureinflüsse des Materials des Glühkerzenkörpers1 weitgehend eliminieren. -
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühkerze, bei dem die faltenbalgartige Dichtungsmembran5 an dem brennkammerseitigen Ende des Glühkerzenkörpers1 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb der Schwingungsdämpfer6 von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran5 angeordnet. Ein weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der1 bis4 besteht darin, dass sich die äußere Hülse des Heizstabs3 nicht ganz bis zu der Druckmesseinrichtung7 erstreckt. In5 ist deshalb der Innenpol3b des Heizstabs3 zu sehen. Ein erster Schwingungsdämpfer6 ist in Form eines O-Rings zwischen dem Innenpol3b des Heizstabs3 und dem Glühkerzenkörper1 angeordnet, ein zweiter Schwingungsdämpfer umschließ die faltenbalgartige Dichtungsmembran5 . - Der Innenpol
3b ist ein elektrischer Leiter, welcher eine Heizwendel in dem beheizbaren Abschnitt3a des Heizstabs3 mit Strom versorgt. Zur elektrischen Isolation kann der Innenpol3b von einem Keramikisolator, beispielsweise Magnesium oder Aluminiumoxid, umgeben sein. Eine Masseverbindung der Heizwendel kann über den Glühkerzenkörper1 und die Außenseite des aus ihm herausragenden Abschnitts des Heizstabs3 erfolgen. - Die Signale der Druckmesseinrichtung
7 werden über Anschlussleitungen einer elektronischen Schaltung im Gehäuse4 geführt. In der elektronischen Schaltung im Gehäuse4 kann bereits eine Auswertung der erhaltenen Signale erfolgen. Die Signale müssen aber nicht in der Glühkerze ausgewertet werden, sondern können stattdessen direkt an ein Motorsteuergerät übermittelt werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Glühkerzenkörper
- 2
- Außengewinde
- 3
- Heizstab
- 3a
- Beheizbarer Abschnitt des Heizstabs
- 3b
- Innenpol des Heizstabs
- 4
- Gehäuse
- 5
- Dichtungsmembran
- 6
- Schwingungsdämpfer
- 7
- Druckmesseinrichtung
Claims (13)
- Glühkerze für einen Dieselmotor, mit einem Glühkerzenkörper (
1 ), der ein Außengewinde (2 ) zum Einschrauben in eine Gewindebohrung des Dieselmotors aufweist, einem Heizstab (3 ), der in dem Glühkerzenkörper (1 ) in axialer Richtung beweglich ist und aus diesem herausragt, einer Druckmesseinrichtung (7 ) zum Messen eines auf den Heizstab (3 ) einwirkenden Brennkammerdrucks in einer Brennkammer des Dieselmotor, und einer Dichtungsmembran (5 ), die zwischen dem Glühkerzenkörper (1 ) und dem Heizstab (3 ) angeordnet ist, wobei zur Dämpfung radialer Schwingungen des Heizstabs (3 ) zwischen dem Glühkerzenkörper (1 ) und dem Heizstab (3 ) ein ring- oder hülsenförmiger Schwingungsdämpfer (6 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6 ) aus einem Perfluorelastomer ist und eine Engstelle des Heizstabs (3 ) umgibt, wobei der Schwingungsdämpfer (6 ) von der Brennkammer aus gesehen hinter der Dichtungsmembran (5 ) angeordnet ist. - Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (
6 ) ein O-Ring ist. - Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Perfluorelastomer ein Perfluorkautschuk, ist.
- Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (
6 ) an einem Schwingungsbauch der stärksten radial wirkenden Oberschwingung angeordnet ist. - Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stärkste radial wirkende Oberschwingung die dritte oder vierte Eigenschwingung ist.
- Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab (
3 ) von mindestens zwei Schwingungsdämpfern umgeben ist. - Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwingungsdämpfer die faltenbalgartige Dichtungsmembran (
5 ) umschließt. - Glühkerze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwingungsdämpfer an den beiden stärksten Schwingungsbäuchen von radial wirkenden Oberschwingungen angeordnet sind.
- Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungsdämpfer (
6 ) in radialer Richtung einen höheren Elastizitätsmodul als in axialer Richtung hat. - Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (
5 ) aus Metall ist. - Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (
5 ) einen Faltenbalg oder ein Wellrohr bildet. - Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab (
3 ) einen Innenpol (3b ) und ein den Innenpol umgebendes Gehäuserohr aufweist, das von dem Schwingungsdämpfer (6 ) umschlossen ist. - Glühkerze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gehäuserohr bis zu der Druckmesseinrichtung (
7 ) erstreckt.
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