DE102018105182B4 - Kammerkerze mit Piezodrucksensor - Google Patents
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Abstract
Kammerkerze (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend- eine Klemmhülse (2) mit einer Mittelachse M, wobei die Klemmhülse (2) einen Boden (21) und eine Seitenwand (22) aufweist, wobei der Boden (21) und die Seitenwand (22) einen Innenraum (24) der Klemmhülse (2) begrenzen,- einen zumindest teilweise leitenden Grundkörper (4) zur Festsetzung der Kammerkerze (1) an einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, wobei an dem Grundkörper (4) eine Masseelektrode (6) vorgesehen ist, die in die Brennkammer ragt, wobei der Grundkörper (4) an der Klemmhülse (2) festgesetzt ist,- einen Isolator (3) mit einer Mittelelektrode (7), der im Innenraum (24) platziert ist und über eine in radialer Richtung zur Mittelachse M vorstehende erste Anlagefläche (31) des Isolators (3) am Grundkörper (4) zumindest mittelbar anliegt und über eine in radialer Richtung der Mittelachse M vorstehende zweite Anlagefläche (32) des Isolators (3) am Boden (21) zumindest mittelbar anliegt, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung der Mittelachse M zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) gelagert ist, wobei die Mittelelektrode (7) durch den Isolator (3) zu der Masseelektrode (6) geführt ist und beide zusammen eine Luftfunkstrecke bilden, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und dass zwischen dem Isolator (3) und der Klemmhülse (2) und/oder zwischen dem Isolator (3) und dem Grundkörper (4) ein in axialer Richtung der Mittelachse M wirkendes Piezoelement (5) vorgesehen ist, wobei ein Explosionsdruck in der Brennkammer über den Isolator (3) auf das Piezoelement (5) übertragbar und messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzung zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) lösbar ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Kammerkerze für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Klemmhülse mit einer Mittelachse M, wobei die Klemmhülse einen Boden und eine Seitenwand aufweist, wobei der Boden und die Seitenwand einen Innenraum der Klemmhülse begrenzen, einen zumindest teilweise leitenden Grundkörper zur Festsetzung der Kammerkerze an einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, wobei an dem Grundkörper eine Masseelektrode vorgesehen ist, die in die Brennkammer ragt, wobei der Grundkörper an der Klemmhülse festgesetzt ist, einen Isolator mit einer Mittelelektrode, der im Innenraum platziert ist und über eine in radialer Richtung zur Mittelachse M vorstehende erste Anlagefläche des Isolators am Grundkörper zumindest mittelbar anliegt und über eine in radialer Richtung der Mittelachse M vorstehende zweite Anlagefläche des Isolators am Boden zumindest mittelbar anliegt, wobei der Isolator in axialer Richtung der Mittelachse M zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse gelagert ist, wobei die Mittelelektrode durch den Isolator zu der Masseelektrode geführt ist und beide zusammen eine Luftfunkstrecke bilden, wobei der Isolator in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und dass zwischen dem Isolator und der Klemmhülse und/oder zwischen dem Isolator und dem Grundkörper ein in axialer Richtung der Mittelachse M wirkendes Piezoelement vorgesehen ist, wobei ein Explosionsdruck in der Brennkammer über den Isolator auf das Piezoelement übertragbar und messbar ist. Eine solche Kammerkerze ist beispielsweise aus
DE 102 27 371 A1 bekannt. - Zur Auswertung des Verbrennungsdrucks einer Brennkraftmaschine wird häufig der Zylinderkopf angebohrt. Diese Bohrung ist konstruktiv sehr kompliziert, da häufig gleichsam Kühlwasserraum und Ölraum durchquert werden müssen. Ferner sind dabei separate Bauteile nötig. Eine weitere Möglichkeit zur Auswertung des Verbrennungsdrucks stellt die Präparation der Kammerkerze selbst dar.
- Aus der
DE 10 2013 109 278 A1 ist bereits eine Kammerkerze für eine mit Gas betriebene Brennkraftmaschine bekannt. Die Kammerkerze weist einen keramischen Isolator auf, durch den eine Mittelelektrode geführt ist, die in einer von einer Kappe und einem Grundkörper gebildeten Vorkammer mündet und dort mit einer Masseelektrode, die an dem Grundkörper vorgesehen ist, eine Luftfunkstrecke bildet. Zur Messung des Verbrennungsdrucks der Brennkraftmaschine ist ein Drucksensor in der Vorkammer vorgesehen, der über eine Anschlussleitung, die in Längsrichtung zwischen einer Hülse und dem Isolator bis in die Vorkammer geführt ist, angeschlossen ist. - Die
DE 31 30 238 A1 und dieEP 0 718 612 A2 offenbaren jeweils eine Zündkerze mit einem einteiligen Gehäuse, wobei der Isolator und ein piezoelektrischer Drucksensor in dem Gehäuse vorgesehen sind. - Die
DE 102 27 371 A1 offenbart eine Zündkerze die mit einem piezoelektrischen Drucksensor der zusammen mit einem Isolator in einem zweiteiligen Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Gehäusehälften durch verkerben oder verschweißen nicht lösbar miteinander verbunden sind. - Solche Kammerkerzen finden im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, mithin außerhalb des Motorprüfstands keine Anwendung. Die Kammerkerzen auf dem Motorprüfstand entsprechen somit nicht den Kammerkerzen, die im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kammerkerze derart auszubilden und anzuordnen, dass eine konstruktiv einfache und kostengünstige Ausgestaltung gewährleistet ist.
- Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Festsetzung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse lösbar ist. Der Isolator ist dabei bewegbar in dem Sinne, dass die durch den Verbrennungsdruck generierte Axialkraft des Isolators zumindest teilweise von dem Piezoelement aufgenommen werden kann. Im festgesetzten Zustand von Grundkörper und Klemmhülse ist insbesondere eine relative axiale Bewegung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse nicht möglich. Das Piezoelement ist zwischen der Klemmhülse und dem Isolator platziert und leicht vorgespannt. Mit zunehmendem Verbrennungsdruck nimmt die durch das Piezoelement aufzunehmende Axialkraft zu, sodass der Verbrennungsdruck ermittelt wird. Auf eine Lagerung des Piezoelements unter Vorspannung könnte in Bezug auf diese Druckmessung verzichtet werden. Insbesondere wenn das Piezoelement aber zwischen dem Isolator und dem Grundkörper angeordnet ist, muss das Piezoelement unter axial wirkender Vorspannung stehen, sodass der Zylinderdruck, mithin der Verbrennungsdruck über die Abnahme des Drucks resultierend aus der Vorspannung erfassbar ist.
- Der Piezodrucksensor kann dabei auch im Sinne eines Vibrationssensors eingesetzt werden. Somit ist es möglich, das Piezoelement auch zur Klopferkennung zu nutzen. Die Auswertung der Drucksensordaten unterscheidet sich dahingehend von der Verbrennungsdruckmessung, dass eine Fast Hartley Transformation mit angepasstem Frequenzfilter durchzuführen ist.
- Die Festsetzung zwischen dem Grundkörper und der Klemmhülse ist lösbar. Eine lösbare Verbindung im Sinne der Erfindung ist keine stoffschlüssige Verbindung wie etwa Verschweißen oder Verkleben. Vielmehr sind lösbare Verbindungen im Sinne der Erfindung formschlüssige Verbindungen, wie sie insbesondere durch Verschraubungen oder kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere durch Klemmen, erzielt werden.
- Aufgrund der lösbaren Verbindung kann das Piezoelement einfach montiert durch einen kostengünstigeren Dummyring ausgetauscht werden, der im Normalbetrieb der Kammerkerze Verwendung findet. Auf diese Weise werden Kosten gespart. Die Verkabelung, die zum Anschließen des Piezoelements benötigt wird, kann insbesondere entlang des Isolators aus der Klemmhülse herausgeführt werden.
- Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Grundkörper an einem dem Boden gegenüberliegenden Endbereich der Seitenwand der Klemmhülse mit der Klemmhülse verbunden ist. Mit einer solch einfachen Ausbildung wird die Kammerkerze entsprechend kompakt und einfach montierbar, insbesondere mit Blick auf die Montage des Piezoelements.
- Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Grundkörper eine Kappe aufweist, die zusammen mit dem Grundkörper zur Ausbildung einer Vorkammer dient, wobei die Kappe zumindest eine Öffnung aufweist, über die das zu zündende Gemisch zwischen der Vorkammer und dem Brennkammerbereich außerhalb der Vorkammer austauschbar ist, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode in die Vorkammer ragen. Die Kammer optimiert den Zündungsvorgang dahingehend, dass sie einen Abtrieb des zu zündenden Gemischs aufgrund der Gasbewegung im Zylinder verhindert und für jede Zündung damit vergleichbare Bedingungen vorliegen.
- Es zeigt:
-
1 eine Schnittdarstellung der Kammerkerze mit Piezoelement; -
2 eine Schnittdarstellung der Kammerkerze mit Piezoelement an alternativer Position. - Nach
1 weist eine Kammerkerze1 eine Klemmhülse2 mit einer MittelachseM , einen Isolator3 und einen metallischen Grundkörper4 auf. Die Klemmhülse2 ist gebildet aus einem Boden21 mit einer Bodenöffnung23 und einer Seitenwand22 . Der Boden21 und die Seitenwand22 bilden einen Innenraum24 . - In dem Innenraum
24 ist der Isolator3 platziert. Der Isolator3 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen oberen Bereich33 , einen mittleren Bereich34 und einen unteren Bereich35 auf. Der obere Bereich33 ist durch die Bodenöffnung23 geführt, wobei der mittlere Bereich34 von der Seitenwand22 umgeben ist und der untere Bereich35 in den Grundkörper4 geführt ist. Der Durchmesser des mittleren Bereichs34 ist größer als der Durchmesser des oberen Bereichs33 und des unteren Bereichs35 , womit eine untere Schulter31 bzw. eine obere Schulter32 ausgebildet sind. Somit kommt es zur Ausbildung einer in axialer Richtung zu der MittelachseM verlaufenden ersten Anlagefläche31 und einer entsprechend verlaufenden zweiten Anlagefläche32 . Zudem ist ein Piezoelement5 vorgesehen, das zwischen der Schulter32 und dem Boden21 platziert ist. Die Klemmhülse2 ist am Grundkörper4 festgesetzt. Die erste Anlagefläche31 bzw. Schulter31 des Isolators3 liegt dabei an dem Grundkörper4 an. Die zweite Anlagefläche32 bzw. Schulter32 liegt unmittelbar an einem Piezoelement5 und mittelbar über das Piezoelement5 an dem Boden21 der Klemmhülse2 an. Damit ist der Isolator3 in axialer Richtung zur MittelachseM axial gespannt. Innerhalb der Klemmhülse2 ist der Isolator3 bewegbar gelagert, sodass eine auf den Isolator3 wirkende Axialkraft auf das Piezoelement5 ableitbar ist. - An dem Grundkörper
4 ist eine Kappe8 vorgesehen, die zusammen mit dem Grundkörper4 eine Vorkammer82 begrenzt. Diese Kappe8 weist Öffnungen81 auf, durch die ein zu zündendes Gemisch in die Vorkammer82 gelangt. Ferner weist der Grundkörper4 eine Masseelektrode6 auf, die in der Vorkammer82 platziert ist. Diese Masseelektrode6 bildet mit einer Mittelelektrode7 , die ebenfalls in die Vorkammer82 mündet, eine Luftfunkstrecke. - Das Ausführungsbeispiel nach
2 entspricht im Wesentlichen dem nach1 . Allerdings ist hier das Piezoelement5 zwischen der ersten Anlagefläche31 bzw. der unteren Schulter31 und dem Grundkörper4 vorgesehen. Der Isolator3 sowie das Piezoelement5 sind dabei unter Vorspannung zwischen die Klemmhülse2 und den Grundkörper4 geklemmt. Die Vorspannung des Piezoelements5 nimmt proportional zur Axialkraft aufgrund ansteigenden Verbrennungsdrucks ab. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kammerkerze
- 2
- Klemmhülse
- 21
- Boden
- 22
- Seitenwand
- 23
- Bodenöffnung
- 24
- Innenraum
- 25
- Endbereich
- 3
- Isolator
- 31
- erste Anlagefläche, untere Schulter
- 32
- zweite Anlagefläche, obere Schulter
- 33
- oberer Bereich
- 34
- mittlerer Bereich
- 35
- unterer Bereich
- 4
- Grundkörper
- 5
- Piezoelement
- 6
- Masseelektrode
- 7
- Mittelelektrode
- 8
- Kappe
- 81
- Öffnungen
- 82
- Vorkammer
- M
- Mittelachse
Claims (3)
- Kammerkerze (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend - eine Klemmhülse (2) mit einer Mittelachse M, wobei die Klemmhülse (2) einen Boden (21) und eine Seitenwand (22) aufweist, wobei der Boden (21) und die Seitenwand (22) einen Innenraum (24) der Klemmhülse (2) begrenzen, - einen zumindest teilweise leitenden Grundkörper (4) zur Festsetzung der Kammerkerze (1) an einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, wobei an dem Grundkörper (4) eine Masseelektrode (6) vorgesehen ist, die in die Brennkammer ragt, wobei der Grundkörper (4) an der Klemmhülse (2) festgesetzt ist, - einen Isolator (3) mit einer Mittelelektrode (7), der im Innenraum (24) platziert ist und über eine in radialer Richtung zur Mittelachse M vorstehende erste Anlagefläche (31) des Isolators (3) am Grundkörper (4) zumindest mittelbar anliegt und über eine in radialer Richtung der Mittelachse M vorstehende zweite Anlagefläche (32) des Isolators (3) am Boden (21) zumindest mittelbar anliegt, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung der Mittelachse M zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) gelagert ist, wobei die Mittelelektrode (7) durch den Isolator (3) zu der Masseelektrode (6) geführt ist und beide zusammen eine Luftfunkstrecke bilden, wobei der Isolator (3) in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und dass zwischen dem Isolator (3) und der Klemmhülse (2) und/oder zwischen dem Isolator (3) und dem Grundkörper (4) ein in axialer Richtung der Mittelachse M wirkendes Piezoelement (5) vorgesehen ist, wobei ein Explosionsdruck in der Brennkammer über den Isolator (3) auf das Piezoelement (5) übertragbar und messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzung zwischen dem Grundkörper (4) und der Klemmhülse (2) lösbar ist.
- Kammerkerze (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) an einem dem Boden (21) gegenüberliegenden Endbereich (25) der Seitenwand (22) der Klemmhülse (2) mit der Klemmhülse (2) verbunden ist. - Kammerkerze (1) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) eine Kappe (8) aufweist, die zusammen mit dem Grundkörper (4) zur Ausbildung einer Vorkammer (82) dient, wobei die Kappe (8) zumindest eine Öffnung (81) aufweist, über die das zu zündende Gemisch zwischen der Vorkammer (82) und dem Brennkammerbereich außerhalb der Vorkammer (82) austauschbar ist, wobei die Masseelektrode (6) und die Mittelelektrode (7) in die Vorkammer (82) ragen.
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2018
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