EP1725849A1 - Vorrichtung zur erfassung des brennraumdrucks bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur erfassung des brennraumdrucks bei einer brennkraftmaschine

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EP1725849A1
EP1725849A1 EP05707764A EP05707764A EP1725849A1 EP 1725849 A1 EP1725849 A1 EP 1725849A1 EP 05707764 A EP05707764 A EP 05707764A EP 05707764 A EP05707764 A EP 05707764A EP 1725849 A1 EP1725849 A1 EP 1725849A1
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EP
European Patent Office
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sensor
glow plug
combustion chamber
housing
fixing member
Prior art date
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Withdrawn
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EP05707764A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ludwig
Christoph Kern
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
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    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means

Definitions

  • the invention is based on a device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine.
  • a device for detecting a combustion chamber pressure in a diesel engine is already known from DE 196 80 912 C2, with a pressure sensor and a heating section of a glow plug. This heating section faces an interior of a cylinder of the diesel engine and can be acted upon by the combustion chamber pressure.
  • the heating section is fixed within a housing of the glow plug by a fixing member.
  • the pressure sensor is arranged between this fixing member and the heating section.
  • the heating section designed as a glow plug and the pressure sensor are supported by the same fixing member with respect to the housing of the glow plug, so that the pressure sensor is acted on at least approximately by the entire force acting on the glow plug.
  • the arrangement of the pressure sensor described above with its spatial proximity to the interior of the cylinder and with its direct coupling to the Glow plug in operation of the diesel engine disadvantageously connected to a significant thermal load on the pressure sensor, so that its operational safety is at risk.
  • This can lead, particularly if the signal output of the pressure sensor is discontinuous due to fluctuations between high and low operating temperatures, to malfunctions of the device for detecting the combustion chamber pressure in the internal combustion engine and thus also to an uncertain measurement of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the aforementioned shortcomings are avoided to a satisfactory extent.
  • the senor is arranged between the fixing element of the glow plug of the glow plug and a second end of the glow plug. This offers the possibility to decouple the sensor from the full force acting on the glow plug and to operate it in its linear and low-hysteresis range.
  • the load range of the sensor can be deliberately limited so that the signal-optimal range of the sensor can be used with regard to a safe and reproducible detection of the combustion chamber pressure in the internal combustion engine.
  • the sensor is thermally relieved, so that the sensor is relieved with regard to its
  • the at least indirect non-positive connection of the sensor with the fixing member takes place with pretension. This counteracts a hysteresis effect during the acquisition of measured values.
  • the senor is separated from the fixing member or the fixing element by at least one spacer.
  • the maximum force acting on the sensor can be set.
  • the at least one spacer body is designed as an intermediate sleeve, the sensor as a piezo ring and the fixing element as a sleeve.
  • glow and signal lines for the glow plug or the sensor can be passed through in a simplified manner.
  • a device for detecting the combustion chamber pressure in an internal combustion engine contains a glow plug 11 which is mounted by means of an external thread 12 of a tubular housing 13 made of metal in a cylinder head 14 of the internal combustion engine, only a part of which is shown, in particular a diesel engine.
  • the glow plug 11 has a glow plug 17 which partially protrudes from the housing 13 and projects with a free end 18 into an interior 19 of the internal combustion engine which forms a combustion chamber.
  • the glow plug 17 is fastened in the glow plug 11 by a fixing member 22.
  • This fixing member 22 is designed as a support tube which, in one end region 23 of the other end of the glow plug 17, surrounds it fixedly on the circumference, the fixing member 22 projecting slightly beyond the other end of the glow plug 17.
  • the fixing member 22 is in turn pressed into the housing 13.
  • the fixing member 22 could also be realized by a graphite sleeve or in the form of a material connection, for example as a welded connection.
  • a sensor 26 is arranged between the fixing member 22 and the second end 24 of the glow plug 11.
  • the sensor 26 is spaced from the facing end of the fixing member 22 in the exemplary embodiment by a spacer 27.
  • the sensor 26 could also bear directly against the facing end of the fixing member 22.
  • the sensor 26 is supported by a fixing element 29 for the sensor 24, with a spacer 28 being interposed, which is fixed in the housing 13 and thus fixes the position of the sensor 24 in the housing 13.
  • the fixing element 29 is designed, for example, as a sleeve caulked in the housing 13 and, alternatively, could also be in direct contact with the sensor 26.
  • the spacer 27 and the spacer 28 are each in the form of an intermediate sleeve 31, which is preferably made of ceramic or steel.
  • contacting elements which are not detailed, emerge in the form of electrical lines, which serve, for example, on the one hand to supply power to the glow plug 17 and on the other hand to forward the signals emitted by the sensor 26.
  • part of the compressive force on the glow plug 17 leads to an elastic longitudinal deformation of the housing 13 between the end of the fixing member 22 which faces the sensor 26 and the fixing point of the fixing element 29 on the housing 13 on this force transmission path.
  • This deformation is caused by the Sensor 26, which is implemented, for example, in the exemplary embodiment by a force or displacement sensor designed as a piezo ring.
  • the signal emitted by the sensor 26 can be correlated with the pressure in the combustion chamber 19 via characteristic curves. In the ideal case, the signal emitted by the sensor 26 is a variable that is proportional to the pressure in the combustion chamber 19.
  • the sensor 26 can also be operated in a preloaded manner in order to detect the pressure in the combustion chamber 19, for example in order to reduce hysteresis effects.
  • the sensor 26 after the glow plug 17 has been fixed by the fixing member 22 on the housing 13, is subjected to a predetermined force which, even when the internal combustion engine is not in operation, alternatively also only presses it indirectly against the fixing member 22 via the intermediate spacer 27.
  • This preload is maintained by the fixing element 29, which is fixedly mounted in the housing 13, or a spacer element 28 fixed to the housing 13.
  • the maximum force on the sensor 26 can be determined by the
  • Stiffness of the housing 13, the fixing member 22 or the fixing element 29 can be set.
  • the area of the sensor 26 that is optimal in terms of signal technology can be used are, so that a safe and reproducible detection of the combustion chamber pressure is possible in the internal combustion engine.

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Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumducks bei einer Brennkraftmaschine so auszugestalten, dass der Brennraumdruck sicher und reproduzierbar erfaßt werden kann. Dazu ist in einer Glühkerze (11) ein dem Brennraumdruck ausgesetzter Glühstift (17) in einem Gehäuse (13) der Glühkerze (11) mit einem Fixierglied (22) festgelegt. Mit einem, von diesem Fixierglied (22) beabstandetem Fixierelement (29) istt ein Sensor (26) in dem Gehäuse (13) der Glühkerze (11) befestigt. Dieser Sensor (26) erfasst die durch den Brennraumdruck hervorgerufene elastische longitudinale Dehnung des Gehäuses (13) zwischen dem Ende des Fixiergliedes (22), das dem Sensor (26) zugewandt ist und der Fixierstelle des Fixierelements (29) an dem Gehäuse (13). Diese Vorrichtung wird vorzugsweise im Automobilbau eingesetzt.

Description

Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine. Es ist schon eine Vorrichtung zum Detektieren eines Brennraumdrucks in einem Dieselmotor aus der DE 196 80 912 C2 bekannt, mit einem Drucksensor und einem Heizabschnitt einer Glühkerze. Dieser Heizabschnitt ist einem Innenraum eines Zylinders des Dieselmotors zugewandt und durch den Brennraumdruck beaufschlagbar. Der Heizabschnitt ist innerhalb eines Gehäuses der Glühkerze durch ein Fixierglied befestigt. Zwischen diesem Fixierglied und dem Heizabschnitt ist der Drucksensor angeordnet.
Bei dieser Anordnung ist der als ein Glühstift ausgebildete Heizabschnitt und der Drucksensor durch das gleiche Fixierglied gegenüber dem Gehäuse der Glühkerze abgestützt, so dass der Drucksensor zumindest annähernd durch die gesamte auf den Glühstift wirkende Kraft beaufschlagt wird. In nachteiliger Weise führt dies bei einigen Sensormaterialien dazu, dass der Drucksensor auch in seinem nichtlinearen Bereich betrieben wird, was zu einem nicht reproduzierbaren Meßsignal und zu einer unsicheren Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine führt.
Des weiteren ist durch die vorbeschriebene Anordnung des Drucksensors mit seiner räumlichen Nähe zum Innenraum des Zylinders und mit seiner direkten Ankopplung an den Glühstift beim Betrieb des Dieselmotors in nachteiliger Weise eine erhebliche thermische Belastung für den Drucksensor verbunden, so dass dieser in seiner Betriebssicherheit gefährdet ist. Dies kann, insbesondere wenn die Signalabgabe des Drucksensors durch Schwankungen zwischen hohen und niedrigen Betriebstemperaturen unstetig wird, zu Funktionsstörungen der Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine und damit auch zu einer unsicheren Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine führen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten in zufriedenstellendem Maß vermieden wird.
Dazu ist der Sensor zwischen dem Fixierglied des Glühstiftes der Glühkerze und einem zweiten Ende der Glühkerze angeordnet. Dies bietet die Möglichkeit, den Sensor von der vollen, auf den Glühstift wirkenden Kraft zu entkoppeln und ihn in seinem linearen und hysteresearmen Bereich zu betreiben. Durch die Trennung zwischen der Fixierung des Glühstiftes und der Fixierung des Sensors in der Glühkerze läßt sich der Belastungsbereich des Sensors gezielt eingrenzen, so dass der signaltechnisch optimale Bereich des Sensors genutzt werden kann im Hinblick auf eine sichere und reproduzierbare Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine.
Des weiteren ist durch die Beabstandung des Sensors von dem Glühstift und die thermische Anbindung des Glühstiftes über seine Fixierung ans Gehäuse eine thermische Entlastung des Sensors erreicht, so dass dieser hinsichtlich seiner
Betriebssicherheit weniger gefährdet ist und damit die Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine verläßlicher wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt der zumindest mittelbare Kraftschluß des Sensors mit dem Fixierglied mit Vorspannung. Damit wird einem Hystereseeffekt bei der Meßwerterfassung entgegengewirkt .
Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Sensor von dem Fixierglied bzw. dem Fixierelement durch wenigstens einen Distanzkörper getrennt ist. Über dessen Ausgestaltung und
Steifigkeit kann die auf den Sensor einwirkende Maximalkraft eingestellt werden.
Auch vorteilhaft ist, wenn der wenigstens eine Distanzkörper als eine Zwischenhülse, der Sensor als ein Piezoring und das Fixierelement als eine Hülse ausgebildet ist. Dadurch lassen sich Glüh- und Signalleitungen für die Glühstiftkerze bzw. den Sensor vereinfacht hindurchführen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert. In der Figur ist die Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks bei einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in einer Brennkraftmaschine nach Figur enthält eine Glühkerze 11, die mittels eines Außengewindes 12 eines rohrförmigen Gehäuses 13 aus Metall in einem nur ansatzweise gezeigten Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, montiert ist.
Die Glühkerze 11 weist an einem ersten Ende 16 einen Glühstift 17 auf, der partiell aus dem Gehäuse 13 herausragt und mit einem freien Ende 18 in einen, einen Brennraum bildenden Innenraum 19 der Brennkraftmaschine hineinragt. Der Glühstift 17 ist in der Glühkerze 11 durch ein Fixierglied 22 befestigt. Dieses Fixierglied 22 ist als ein Stützrohr ausgebildet, das in einem Endbereich 23 des anderen Endes des Glühstiftes 17 diesen umfangsseitig festsitzend umfaßt, wobei das Fixierglied 22 das andere Ende des Glühstiftes 17 geringfügig überragt. Das Fixierglied 22 ist seinerseits in das Gehäuse 13 eingepreßt.
Alternativ könnte das Fixierglied 22 auch durch eine Graphithülse realisiert sein oder in Form einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise als eine Schweißverbindung ausgeführt sein.
Zwischen dem Fixierglied 22 und dem zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 ist ein Sensor 26 angeordnet. Der Sensor 26 ist von dem zugewandten Ende des Fixiergliedes 22 in dem Ausführungsbeispiel durch ein Distanzglied 27 beabstandet. Der Sensor 26 könnte alternativ auch direkt an dem zugewandten Ende des Fixiergliedes 22 anliegen. Andererseits stützt sich in dem Ausführungsbeispiel der Sensor 26 unter Zwischenlage eines Distanzelements 28 an einem Fixierelement 29 für den Sensor 24 ab, das festsitzend in dem Gehäuse 13 angeordnet ist und somit die Lage des Sensors 24 in dem Gehäuse 13 festlegt. Das Fixierelement 29 ist beispielsweise als eine in dem Gehäuse 13 verstemmte Hülse ausgebildet und könnte alternativ auch direkt an dem Sensor 26 anliegen.
Das Distanzglied 27 und das Distanzelement 28 sind jeweils in Form einer Zwischenhülse 31 ausgebildet, die vorzugsweise aus Keramik oder Stahl gefertigt ist.
Am zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 treten nicht näher detaillierte Kontaktierungselemente in Form von elektrischen Leitungen aus, die beispielsweise einerseits zur Stromversorgung des Glühstiftes 17 sowie andererseits zur Weiterleitung der von dem Sensor 26 abgegebenen Signale dienen.
Der vorbeschriebenen geometrischen Anordnung der wesentlichen Einzelelemente der Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks in einer Brennkraftmaschine liegen folgende Funktionen und Wirkungen zugrunde.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine treten in dem Brennraum 19 Verbrennungsgase auf, die aufgrund ihrer Ausdehnungsbeschränkung in dem Brennraum 19 auf den Glühstift 17 eine Druckkraft ausüben. Die axial, in
Längsrichtung der Glühkerze 11 gerichteten Komponenten der Druckkraft haben das Bestreben, den Glühstift 17 zum zweiten Ende 24 der Glühkerze 11 hin zu verlagern. Daran wird der Glühstift 17 jedoch durch das Fixierglied 22 gehindert, das diese Druckkräfte an das Gehäuse 13 weiterleitet. Der Großteil dieser Kräfte wird in den Zylinderkopf 14 überführt, mit dem das Gehäuse 13 über das Außengewinde 12 verbunden ist .
Ein Teil der Druckkraft auf den Glühstift 17 führt jedoch auf diesem Kraftübertragungsweg zu einer elastischen longitudinalen Verformung des Gehäuses 13 zwischen dem Ende des Fixiergliedes 22, das dem Sensor 26 zugewandt ist und der Fixierstelle des Fixierelements 29 an dem Gehäuse 13. Diese Verformung wird durch den Sensor 26, der beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel durch einen als Piezoring ausgebildeten Kraft- bzw. Wegsensor realisiert ist, aufgenommen. Das von dem Sensor 26 abgegebene Signal kann über Kennlinien mit dem Druck im Brennraum 19 korreliert werden. Im Idealfall ist das vom Sensor 26 abgegebene Signal eine dem Druck im Brennraum 19 proportionale Größe.
Der Sensor 26 kann zur Erfassung des Drucks in dem Brennraum 19 auch vorgespannt betrieben werden, um beispielsweise Hystereseeffekte zu verringern. Dazu ist der Sensor 26, nach Fixierung des Glühstiftes 17 durch das Fixierglied 22 am Gehäuse 13, mit einer vorgegebenen Kraft beaufschlagt, die ihn auch bei nichtbetriebener Brennkraftmaschine, alternativ auch nur mittelbar über das zwischenliegende Distanzglied 27, gegen das Fixierglied 22 drückt. Diese Vorkraft wird aufrecht erhalten durch das ortsfest in dem Gehäuse 13 gelagerte Fixierelement 29 oder ein am Gehäuse 13 fixiertes Distanzelement 28.
Die maximale Kraft auf den Sensor 26 kann durch die
Steifigkeit des Gehäuses 13, des Fixiergliedes 22 oder des Fixierelementes 29 eingestellt werden.
Durch die Trennung zwischen dem Fixierglied 22 für den Glühstift 17 und dem Fixierelement 29 für den Sensor 26 kann der signaltechnisch optimale Bereich des Sensors 26 genutzt werden, so dass eine sichere und reproduzierbare Erfassung des Brennraumdrucks bei der Brennkraftmaschine möglich ist.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erfassung des Zylinderdrucks in einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Dieselmotor, mit einem Sensor (26) und einer Glühkerze (11) , die ein Gehäuse (13) aufweist, mit dem sie vorzugsweise in einem Zylinderkopf (14) der Brennkraftmaschine montiert ist, wobei die Glühkerze (11) an einem ersten Ende (16) einen Glühstift (17) aufweist, der bei montierter Glühkerze (11) zumindest partiell in einen Brennraum (19) der Brennkraftmaschine ragt und bei der der Glühstift (17) mit einem Fixierglied (22) in der Glühkerze (11) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) zwischen dem Fixierglied (22) und dem zweiten Ende (24) der Glühkerze (11) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Glühstift (17) getrennt ist und zumindest mittelbar durch ein Fixierelement (29) in der Glühkerze (11) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) , zumindest mittelbar, kraftschlüssig mit dem Fixierglied (22) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest mittelbare Kraftschluß zwischen dem Sensor (26) und dem Fixierglied (22) unter einer Vorspannung erfolgt .
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26), zumindest mittelbar, kraftschlüssig mit dem Fixierelement (29) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest mittelbare Kraftschluß zwischen dem Sensor (26) und dem Fixierelement (29) unter einer Vorspannung erfolgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Fixierglied (22) durch wenigstens ein Distanzglied (27) getrennt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) von dem Fixierelement (29) durch wenigstens ein Distanzelement (28) getrennt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzglied (27) oder das Distanzelement (28) eine Zwischenhülse ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhülse als Distanzglied (27) oder Distanzelement (28) aus Graphit ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (29) eine mit dem Gehäuse (13) verstemmte Hülse ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (26) ein als Piezoring ausgebildeter Kraftsensor ist.
EP05707764A 2004-03-06 2005-01-13 Vorrichtung zur erfassung des brennraumdrucks bei einer brennkraftmaschine Withdrawn EP1725849A1 (de)

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