WO2017092992A1 - Sensorhalter für eine druckmessglühkerze einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- WO2017092992A1 WO2017092992A1 PCT/EP2016/077191 EP2016077191W WO2017092992A1 WO 2017092992 A1 WO2017092992 A1 WO 2017092992A1 EP 2016077191 W EP2016077191 W EP 2016077191W WO 2017092992 A1 WO2017092992 A1 WO 2017092992A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
-
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- F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means
Definitions
- the invention relates to a sensor holder or a sensor holder for arrangement in a Druckmessglühkerze or Druckmessglühwkerze, and more precisely a sensor holder for receiving a fiber optic
- Pressure sensor module and a radiator in a sealing cone housing a Druckmessglühkerze for arrangement in a chamber of a self-igniting internal combustion engine, such as a pre-vortex or combustion chamber of an air-compressing, self-igniting diesel engine or a
- the invention relates to a Druckmessglühkerze with such a sensor holder, a fiber optic pressure sensor module and a radiator. Due to increasingly stringent requirements and laws regarding the
- a so-called pressure measuring glow plug can be found in DE 10 2012 209 237 A1, in which a combustion chamber pressure acting on a glow plug of the pressure measuring glow plug arranged in a glow module housing is transmitted via the glow plug to a support tube, and from this via a connecting sleeve to a pressure transfer piece, which ultimately transfers the combustion chamber pressure to a circular pressure sensor in the form of a piezoelectric transducer element.
- the glow plug is characterized by a flexurally elastic
- Ceramics can cause a strong temperature influence on the pressure signal. Furthermore, the sensor properties change over the lifetime when using a piezo ceramic, which is disadvantageous. When using a piezo-quartz, there are the disadvantages of low sensor sensitivity and associated susceptibility to interference
- EMC electromagnetic compatibility
- a better pressure measurement can be achieved for example by a fiber optic solution, since a fiber optic sensor not only has a small size, but a such sensor also shows a high temperature resistance, may consist of a non-metallic construction and has an immunity to electromagnetic radiation.
- Fiber-optic combustion chamber pressure sensor 8 for a pressure-measuring glow plug 9 consists of an optically conductive glass fiber cable 81 and a pressure membrane 82 which is protected on the combustion chamber pressure side by a filter 83.
- Pressure measuring glow plug 9 consists essentially of a ceramic
- Radiator 91 in which a resistance heater 92 embedded and with
- Power lines 93 is electrically connected.
- the heater 91 is held in a metal sleeve 94 which is mounted in a glow plug housing 95, wherein the combustion chamber pressure sensor 8 is arranged together with the filter 83 in an inner channel of the sleeve 94.
- a portion of the filter 83 is thereby exposed to the combustion chamber, by this part of the filter 83 is connected by one or more openings 941 in the sleeve 94 with the environment of the sleeve 94 in connection.
- a combustion chamber pressure through the openings 941 and the filter 83 are transferred to the pressure membrane 82, while the heater 91, the
- Glow pin and connecting bolt as it is known, inter alia, from DE 10 2012 209 237 A1, not be implemented.
- a sensor holder for use within a housing of a Druckmessglühkerze for an internal combustion engine having the features of claim 1 is proposed, which has a first through hole for receiving a radiator and a second through hole for receiving a fiber optic pressure sensor module.
- the term through hole is to be understood as a through hole or a through opening, which passes through a component in which this is provided.
- the first through-hole is further provided in the sensor holder such that the longitudinal axis of the first through-hole intersects with a longitudinal axis of the entire sensor holder.
- the first through hole in the sensor holder is provided at a certain angle ⁇ 0 ° or ⁇ 180 °, that is, the longitudinal axis of the first through hole occupies a certain angle ⁇ 0 ° or ⁇ 180 ° to the longitudinal axis of the sensor holder.
- the first through-hole extends obliquely or angled in the sensor holder, so that one in it
- radiator protrudes at an angle of ⁇ 0 ° or ⁇ 180 ° from the sensor holder. Only thereby it is possible that the radiator is accommodated next to the fiber optic module in the sensor holder and a hot spot at a tip of the radiator still on the longitudinal axis of the sensor holder and thus a longitudinal axis of the entire
- Pressure measuring glow is coaxial with each other.
- the longitudinal axis of the sensor holder forms the central axis of the cylindrical shape of the sensor holder. Accordingly, the longitudinal axis of the first through hole and the longitudinal axis of the second extend Through hole substantially in a longitudinal direction of the sensor holder therethrough, so that the two end faces of the cylindrical shape of the sensor holder are connected to each other through the first through hole or through the second through hole.
- Sensor holder intersects the longitudinal axis of the first through hole with the longitudinal axis of the sensor holder at an angle of> 0 ° and -d.0 ° "preferably> 0.5 ° and ⁇ 5 °, more preferably -2 °, with a possible variance of ⁇ 0.5 °.
- the angle of the longitudinal axis of the first through hole to the longitudinal axis of the sensor holder is dependent on how the
- the sensor holder according to the invention further comprises a stop collar on the outside thereof
- the preferably cylindrical sensor holder has at its radial outer circumference a projection which serves to connect the sensor holder to the housing of the
- Outer periphery of the sensor holder is provided so as to protrude in an annular manner around the outer periphery of the sensor holder.
- the stop collar serves as a partner for the butt welding of the two housing components to the sensor holder, which can be done for example by a laser welding process. Accordingly, the sensor holder with the stop collar forms a contour, the welding of, for example, a custom sealing cone housing and a customer-specific
- the sensor holder according to the invention is preferably by cutting
- the sensor holder can also be made of a combination of machining and an injection molding process.
- metal powder injection molding also referred to as MIM technology (from the English term "Metal Injection Molding")
- metal components for small to large series can be produced, this method over conventional methods such as milling, turning and eroding has the advantage that economically can produce complex components that may have different structures such as, among other thin-walled areas, such as the so-called stop collar, the
- the main geometry of the sensor holder protrudes. It also gets it allows to make the angle between the longitudinal axis of the first through hole and the longitudinal axis of the sensor holder exactly without having to drill through the usually small sensor holder, as in such a drilling operation in a small component always with a
- the preferred material may be a metal material that is similar to the neighboring components of the Druckmessglühkerze, such as stainless steel 1.4301.
- the Druckmessglühkerze further has at least one housing, a heater disposed in the housing and a fiber optic pressure sensor module for detecting a
- radiator With the longitudinal axis of the sensor holder cuts. This ensures that the radiator is accommodated in the sensor holder next to the fiber optic pressure sensor module, the radiator in the oblique first through hole and the fiber optic pressure sensor module in the second through hole, and a hot spot at the top of the radiator still on the longitudinal axis of the sensor holder and so that a longitudinal axis of the entire pressure measuring glow plug is coaxial with each other.
- the heater and the fiber optic pressure sensor module are according to the arrangement of the two
- Druckmessglühkerze consists of the housing of Druckmessglühkerze of at least one sealing cone housing and a threaded housing, so two separate housing components, which are interconnected by the sensor holder, preferably by a weld.
- the housing of the Druckmessglühkerze be integrally formed, and the
- Sensor holder may be fixedly disposed in the housing, preferably by welding. Further, more preferably, the heater in the first through hole with a certain Vorsteh Anlagen a Glüh Vietnamese be kept fixed at the top of the heater, preferably also by welding.
- the pressure measuring glow plug according to the invention there are basically two possible variants of the pressure measuring glow plug according to the invention: 1. Variant: The sealing cone housing and the threaded housing are separate
- the sealing cone housing can accordingly be a make or engine-specific component in which there is a variance in the angle and in the length, optionally also a variance of the diameter.
- the threaded housing can also be an announcing or engine-specific component, in which there is a variance in the length and in the position of the thread, optionally also a variance of
- any desired dimensions of the radiator can consequently be implemented by varying the length of the threaded housing and the length of the sealing cone housing.
- the radiator is installed at a certain angle in the sensor holder.
- the angle of the longitudinal axis of the radiator to the Longitudinal axis of the sensor holder selected so that the hot spot is located at the top of the radiator on the center axis of the Druckmessglühkerze, wherein correspondingly by the aforementioned variation of the length of the threaded housing and the length of the Dichtkonusgephinuses the hot spot can be moved to 5 the central axis of the Druckmessglühkerze without the annealing point leaving the central axis.
- the sealing cone housing and the threaded housing are provided in a single integrated housing component and are thus implemented as housing components in one piece in the housing.
- the integrated housing component can be correspondingly an announcement-specific or engine-specific component in which there is a variance in the angle, in the length and in the position of the thread, optionally also a variance of the diameter.
- any Vorstehstede the radiator can be implemented by the variation of the length of the integrated housing component.
- the radiator is installed at a certain angle in the sensor holder.
- the angle of the longitudinal axis of the radiator to the longitudinal axis of the sensor holder is chosen so that the hot spot at the top of the radiator is located on the central axis of the Druckmessglühkerze, wherein correspondingly can be moved by the above-mentioned variation of the length of the integrated housing component of the hot spot on the central axis of the Druckmessglühkerze without the annealing point leaves the central axis.
- the radiator in the first through hole can already be fixed before assembly of the Druckmessglühkerze, for example by welding or the like, resulting in an already fixed in advance 5 Vorstehsted the radiator.
- the radiator but also in a fixing in the housing of the
- Radiator are moved from the middle, depending on how far the displacement of the radiator in the first through hole. Depending on the requirement, the hot spot can be pushed out of the middle
- the outgrowth of the glow point may be compensated for by varying the angle at which the heater is held in the sensor holder.
- this requires a modified sensor holder.
- Sensor holder can be maintained, even if the relative position of the welding partners, that is radiator and sensor holder, slightly changed to the welding device.
- the option of a displaceable heater in the sensor holder with subsequent welding can be used both in the first variant and o also in the second variant, for example, by a variance of
- a combined combustion chamber pressure sensor with glow function is advantageous because in the increasingly compact internal combustion engine in addition to the usually used pure glow plug usually little space for an additional (threaded) bore for an additional component.
- Many companies are working to combine the glow function of a glow plug with the pressure measurement function of a combustion chamber pressure sensor and are looking for the pressure measurement principle that optimally enables the integration in terms of technology and costs.
- a fiber optic solution allows better pressure measurement, since a fiber optic sensor not only has a small size but also such a sensor shows a high temperature resistance, consist of a non-metallic construction can and has immunity to electromagnetic radiation. Accordingly, it becomes possible by a sensor holder according to the present invention to integrate the advantages of the fiber optic measuring principle in a Druckmessglühuxkerze. In addition, in today's time announce or
- Combustion chamber pressure sensor according to the intrinsic fiber-optic pressure measurement principle proposed with integrated annealing function, which the künden- and engine-specific installation dimensions, in particular the Vorstehimpuls of
- Fig. 1 shows a partially cut Druckmessglühkerze with a
- Fig. 2 shows the sensor holder according to the first preferred embodiment of the present invention in a sectional view
- FIG. 3 shows a partially cutaway detailed view of that in FIG. 1
- Fig. 4 shows the sensor holder according to a second preferred
- Embodiment of the present invention in a sectional view
- Fig. 5 shows a partially sectioned detail view of a sensor holder according to the second preferred embodiment
- Fig. 6 shows a pressure measuring glow plug according to the prior art.
- Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a sensor holder 1 according to the invention in the installed state in a Druckmessglühkerze 2 in a perspective partially sectioned view.
- the sensor holder 1 is held in a housing 3 of the Druckmessglühkerze 2, namely, the sensor holder 1 between a sealing cone housing 31 and a threaded housing 32, which represent both components of the housing 3, used and welded to them.
- the sensor holder 1 holds and fixes a radiator 4 and a
- Pressure sensor module 5 which consists of a fiber optic assembly consisting essentially of a pressure measuring diaphragm, an optical fiber in the form of a glass fiber and a LED / photodiode unit and by a line with a
- Evaluation module (not shown) may be connected, wherein both the
- Pressure sensor module 5 and the evaluation module are held held on a holder 6.
- the radiator 4 and the pressure sensor module 5 are welded to the sensor holder 1 in the assembled state before installation in an internal combustion engine (not shown).
- the radiator 4 also has an incandescent tube 41 which protrudes into the combustion chamber of the internal combustion engine, and is electrically contacted at one end by a connecting bolt 42 with a separately installed Glühstromschiene 43, which continues below the holder 6.
- the tip of the glow tube 41 forms an annealing point 411 whose position in the combustion chamber can be decisive for the combustion. Accordingly, the length of the radiator 4, the structural design of the sensor holder 1 as well as the length of the threaded housing 32, the location of the
- FIG. 2 shows the sensor holder 1 according to the first preferred
- the sensor holder 1 has a first through hole 11 for holding and fixing the heating element 4 and a second through hole 12 for holding and fixing the pressure sensor module 5. Both through holes 11, 12 are provided off-center in the sensor holder 1.
- the second through hole 12 is arranged substantially parallel to a longitudinal axis 10 of the sensor holder 1, whereas the first through hole 11 is provided obliquely in the sensor holder 1, so that a longitudinal axis 110 of the first through hole 11 is angled in the sensor holder 1, that is, between the longitudinal axis 10 of the sensor holder 1 and the longitudinal axis 110 of the first through hole 11 an angle ⁇ with -2 °.
- the first through hole 11 has a continuously constant diameter in order to accommodate the radiator 4 evenly.
- the second through hole 12 is a stepped bore having a first portion 121 with a first
- the pressure sensor module 5 can thereby be installed from the rear into the sensor holder 1, that is to say from the connection side of the pressure measuring glow plug 2, which is opposite to the glow tube side.
- the first through hole 1 1 passes into a projection which protrudes annularly from a front end face 13 of the sensor holder 1.
- the second through-hole 12 also merges into a projection which projects annularly from a rear end surface 14 of the sensor holder 1 to ensure the accessibility of the desired weld ,
- Pressure sensor module 5 and the radiator 4 are respectively disposed on the opposite axial end faces 13, 14 of the cylindrical sensor holder 1, to ensure that the projections for pressure sensor module 5 and 4 radiators are not in the way of each other in the way.
- the sensor component 1 furthermore has a stop collar 15 on its outer side for welded connection to the housing 3.
- the sensor holder 1 has the stop collar 15 in the form of a projection on its radial outer circumference, which serves to ensure that the sensor holder 1 can be fixedly connected to the housing 3, for example by a welding process or the like.
- the stop collar 15 is continuous at the radial outer periphery of the sensor holder 1 provided that it protrudes in an annular manner around the outer periphery of the sensor holder 1 around. The resulting tight and robust weld between sensor holder 1 and housing 3 and between
- Sensor holder 1 and radiator 4 and pressure sensor module 5 are used so that the interior of the Druckmessglühkerze 2, in which the sensor is located, opposite the combustion chamber or the engine compartment is sealed.
- FIG. 3 shows, in a sectional detail view, the heating element 4 inserted into the sensor holder 1 of the first preferred embodiment.
- a longitudinal axis 40 of the heating element 4 follows the longitudinal axis 110 of the first through-bore 11, ie is coaxial with it Longitudinal axis 40 of the radiator 4, the angle a, which is predetermined by the sensor holder 1, to the longitudinal axis 10 of the sensor holder 1 and thus assumes a longitudinal axis 30 of the housing 3.
- the cylindrical sensor holder 1 in an inner diameter of the housing 3 are the
- the longitudinal axis 40 of the heating body 4 likewise assumes the angle ⁇ relative to the longitudinal axis 20 of the pressure-measuring glow plug 2.
- the annealing point 41 1 which is located at the combustion chamber-side tip of the glow tube 41, lies on the longitudinal axis 20 of the pressure-measuring glow plug 2, which is also referred to as the center axis of the pressure-measuring glow plug 2.
- FIG. 4 shows the sensor holder 1 'according to a second preferred embodiment
- the sensor holder 1 in a cross section. Identical to the sensor holder 1 of the first preferred embodiment, the sensor holder 1 'has a first one
- Both through holes 11 ', 12' are eccentrically provided in the sensor holder 1 '.
- the second through hole 12 ' is arranged substantially parallel to a longitudinal axis 10' of the sensor holder 1 ', whereas the first through hole 10' is provided obliquely in the sensor holder 1 ', so that a longitudinal axis 110' of the first through hole 11 'angled in the Sensor holder 1 'is present, that is, between the longitudinal axis 10' of the sensor holder 1 'and the longitudinal axis 110' of the first through hole 11 'an angle ⁇ with -2 °.
- the first through hole 11 ' has a continuously constant diameter in order to accommodate the radiator 4 evenly.
- the second through hole 12 ' is a stepped bore having a first portion 121' with a first
- Section 122 'passes As can be seen, inter alia, FIG. 5, the pressure sensor module 5 can thereby be installed from the rear into the sensor holder 1 ', ie from the connection side of the pressure measuring glow plug 2', which is opposite to the glow tube side.
- the first through hole 1 1' goes into a projection which consists of a front
- End face 13 'of the sensor holder 1' projects annularly.
- the second through hole 12' also passes into a projection which protrudes annularly from a rear end face 14 'of the sensor holder 1' in order to increase the accessibility of the to ensure desired weld.
- Pressure sensor module 5 and the radiator 4 are respectively arranged on the mutually opposite axial end faces 13 ', 14' of the cylindrical sensor holder 1 'to ensure that the projections for pressure sensor module 5 and 4 radiator during welding not each other be in the way.
- the sensor holder 1 'of the second preferred embodiment has no
- Stop collar since the sensor holder 1 'is provided for use in a one-piece housing, as described below.
- FIG. 5 shows in a sectional detail view the heating element 4 inserted into the sensor holder 1 'of the second preferred embodiment, both of which are inserted in a pressure measuring glow plug 2' according to a second embodiment.
- a longitudinal axis 40 of the heating element 4 follows the longitudinal axis 110 'of the first
- the housing 3 ' is in the present embodiment of a one-piece component, in which the
- Sealing cone housing and the threaded housing are not provided as separate components, but only present as sections of the same component.
- Inner diameter of the one-piece housing 3 ' are the longitudinal axis 10' of the sensor holder 1 'and the longitudinal axis 30' of the housing 3 'to each other coaxially.
- the longitudinal axis 40 of the heating element 4 correspondingly also assumes the angle ⁇ to the longitudinal axis 20 'of FIG
- the length of the heater 4 and its mounting position in the sensor holder 1 'and the structural configuration of the sensor holder 1, that is, in particular, the angle of the first through hole 11, can determine the position of the hot point 411 in the combustion chamber but also an axial arrangement of the sensor holder 1 'in the housing 3'.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt einen Sensorhalter (1; 1') zum Einsatz innerhalb eines Gehäuses (3) einer Druckmessglühkerze (2; 2') bereit, der eine erste Durchgangsbohrung (11; 11') zur Aufnahme eines Heizkörpers (4) und eine zweite Durchgangsbohrung (12; 12') zur Aufnahme eines faseroptischen Drucksensormoduls (5) aufweist, wobei sich eine Längsachse (110; 110') der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') mit einer Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; 1') schneidet. Ferner wird eine Druckmessglühkerze (2; 2') durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt, die einen derartigen Sensorhalter (1; 1') aufweist.
Description
Sensorhalter für eine Druckmessglühkerze einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensorhalterung beziehungsweise einen Sensorhalter zur Anordnung in einer Druckmessglühkerze oder Druckmessglühstiftkerze, und genauer gesagt einen Sensorhalter zur Aufnahme eines faseroptischen
Drucksensormoduls und eines Heizkörpers in einem Dichtkonusgehäuse einer Druckmessglühkerze zur Anordnung in einer Kammer einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors oder eines
selbstzündenden HCCI-Ottomotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Druckmessglühkerze mit einer derartigen Sensorhalterung, einem faseroptischen Drucksensormodul sowie einem Heizkörper. Durch immer strenger werdende Auflagen und Gesetze bezüglich des
Kraftstoffverbrauchs und der dabei entstehenden Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, speziell im Kraftfahrzeugbereich, ist es in letzter Zeit notwendig, die Verbrennungssteuerung sowie deren zugehörigen
Steuerungsbauteile entsprechend aufzurüsten und weiterzuentwickeln. Als einer der entscheidenden Faktoren der Verbrennung, der dabei optimiert werden muss, wurde in der jüngsten Vergangenheit der Brennraumdruck im Inneren des Brennraums von selbstzündenden Brennkraftmaschinen identifiziert. Zur Messung des Brennraumdrucks müssen jedoch spezielle Drucksensoren im Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Zu diesem Zweck wurden bereits verschiedenste alleinstehende Brennraumdrucksensoren, auch als Stand-Alone- Brennraumdrucksensoren bezeichnet, entwickelt. Dazu gehören unter anderem faseroptische Drucksensoren ohne Glühfunktion, die neben einer Glühkerze oder einer Zündkerze separat in den Brennraum eingebaut werden müssen. Entsprechend erfordern derartige Stand-Alone- Brennraumdrucksensoren jedoch bauliche Umbaumaßnahmen im Brennraum
sowie zusätzlichen Bauraum, um neben den u.a. von Dieselmotoren bekannten Glühkerzen, auch GLP (von dem englischen Fachbegriff„glow plug") genannt, zum Einsatz zu kommen. Derartige Glühkerzen können einen Glüh- oder Heizkörper aus Metall oder aus Keramik aufweisen, auch Glühstift genannt.
5
Um nun den oben genannten Problemen zu begegnen, wurden in der Vergangenheit Lösungen vorgeschlagen, bei denen der Brennraumdrucksensor zusammen mit der Glühkerze kombiniert wurde. Zu diesem Zweck wurden bereits sogenannte Brennraumdrucksensoren mit integrierter Glühfunktion GCS0 (von dem englischen Fachbegriff„Glow Combustion Sensor") entwickelt, die neben der Glühfunktion eine Druckmessung basierend auf dem
piezoelektrischen Effekt erreichen. Ein Beispiel für eine derartige sogenannte Druckmessglühkerze ist der DE 10 2012 209 237 A1 zu entnehmen, bei der ein Brennraumdruck, der auf einen in einem Glühmodulgehäuse angeordneten5 Glühstift der Druckmessglühkerze einwirkt, über den Glühstift auf ein Stützrohr übertragen wird, und von diesem über eine Verbindungshülse auf ein Druckübertragungsstück, das letztendlich den Brennraumdruck auf einen kreisförmigen Drucksensor in Gestalt eines piezoelektrischen Wandlerelements überträgt. Um eine unverfälschte Druckübertragung vom Glühstift auf den o Drucksensor umzusetzen ist der Glühstift dabei durch eine biegeelastische
Membran im Glühmodulgehäuse axial verschiebbar gelagert. Es hat sich jedoch im Lauf der oben genannten Entwicklungen herausgestellt, dass das Druckmessprinzip, das auf dem piezoelektrischen Effekt beruht, aufgrund verschiedenster Schwierigkeiten hinsichtlich Technik und entsprechend hoher 5 Kosten nicht das optimale Druckmessprinzip ist. Bei Verwendung einer Piezo-
Keramik kann es dabei unter anderem zu einem starken Temperatureinfluss auf das Drucksignal kommen. Ferner verändern sich die Sensoreigenschaften über die Lebensdauer bei der Verwendung einer Piezo-Keramik, was nachteilig ist. Bei Verwendung eines Piezo-Quarzes treten die Nachteile einer geringen o Sensorempfindlichkeit und einer damit verbundenen Störempfindlichkeit
bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (kurz: EMV) und
elektrostatischer Entladung (kurz: ESD) sowie der hohen Anforderungen an die elektrische Isolation der beteiligten Bauteile auf. Eine bessere Druckmessung kann beispielsweise durch eine faseroptische Lösung erreicht werden, da ein5 faseroptischer Sensor nicht nur eine geringe Baugröße aufweist, sondern ein
derartiger Sensor zudem einen hohen Temperaturwiderstand zeigt, aus einer nicht-metallenen Konstruktion bestehen kann sowie eine Immunität gegenüber elektromagnetischer Strahlung besitzt. Ein wie oben beschriebener faseroptischer Drucksensor, der auf dem
intrinsischen faseroptischen Prinzip beruht, ist beispielsweise aus der US 2007/0023412 A1 bekannt und in Figur 6 gezeigt. Der darin gezeigte
faseroptische Brennraumdrucksensor 8 für eine Druckmessglühkerze 9 besteht aus einem optisch leitenden Glasfaserkabel 81 und einer Druckmembran 82, die auf der Brennraumdruckseite hin durch einen Filter 83 geschützt ist. Die
Druckmessglühkerze 9 besteht im Wesentlichen aus einem keramischen
Heizkörper 91 , in dem ein Widerstandsheizer 92 eingebettet und mit
Stromleitungen 93 elektrisch angebunden ist. Der Heizkörper 91 ist in einer metallenen Hülse 94 gehalten, die in einem Glühkerzengehäuse 95 befestigt ist, wobei der Brennraumdrucksensor 8 zusammen mit dem Filter 83 in einem inneren Kanal der Hülse 94 angeordnet ist. Ein Teil des Filters 83 liegt dabei zum Brennraum hin frei, indem dieser Teil des Filters 83 durch eine oder mehrere Öffnungen 941 in der Hülse 94 mit der Umgebung der Hülse 94 in Verbindung steht. Dadurch kann ein Brennraumdruck durch die Öffnungen 941 und den Filter 83 auf die Druckmembran 82 übertragen werden, während der Heizkörper 91 die
Funktion des Glühens der Druckmessglühkerze 9 ausübt. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der Brennraumdrucksensor 8 zentral innerhalb der Hülse 94 angeordnet ist, die sowohl den Heizkörper 91 mit dem
Widerstandsheizer 92 als auch dessen Stromleitungen 93 fixiert. Entsprechend kann diese Lösung bei einem herkömmlichen Glühkerzenaufbau mit zentralem
Glühstift und Anschlussbolzen, wie er unter anderem aus der DE 10 2012 209 237 A1 bekannt ist, nicht umgesetzt werden. Zudem kommt es bei der bekannten Lösung zu einer Verkokungsproblematik, da der Kanal, der zur Messmembran führt, mit der Zeit verstopfen kann. Ferner gilt es, künden- beziehungsweise motorenspezifische Einbaumaßnahmen zu erfüllen, wie zum Beispiel ein
Anpassen der Druckmessglühkerze an die Geometrie des Dichtkonusgehäuses, insbesondere in Bezug auf dessen Wnkel, Länge und gegebenenfalls dessen Durchmesser, ein Anpassen an die Geometrie des Gewindegehäuses, insbesondere in Bezug auf dessen Länge, Gewindeposition und gegebenenfalls dessen Durchmesser, sowie ein Anpassen an ein spezifisches Vorstehmaß des
Heizkörpers. Unter dem Vorstehmaß des Heizkörpers ist das Ausmaß oder die Dimension zu verstehen, mit dem/der der Heizkörper aus dem
Druckmessglühkerzengehäuse in den Brennraum hervorsteht. Je nach vorhandenem Bauraum oder je nach Kundenwusch ist das Vorstehmaß des Heizkörpers ein kritisches Maß, das unter Umständen exakt eingehalten werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorhalter zum Einsatz innerhalb eines Gehäuses einer Druckmessglühkerze für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, der eine erste Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Heizkörpers und eine zweiten Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines faseroptischen Drucksensormoduls aufweist. Unter dem Begriff Durchgangsbohrung ist dabei ein durchgehendes Loch oder einen durchgehende Öffnung zu verstehen, die durch ein Bauteil, in dem dieses vorgesehen ist, hindurchgeht. Die erste Durchgangsbohrung ist ferner derart in dem Sensorhalter vorgesehen, dass sich die Längsachse der ersten Durchgangsbohrung mit einer Längsachse des gesamten Sensorhalters schneidet. Das bedeutet, dass die erste Durchgangsbohrung in dem Sensorhalter in einem bestimmten Winkel Φ 0° oder Φ 180° vorgesehen ist, die Längsachse der ersten Durchgangsbohrung also einen bestimmten Winkel Φ 0° oder Φ 180° zu der Längsachse des Sensorhalters einnimmt. In anderen Worten verläuft die erste Durchgangsbohrung schräg beziehungsweise angewinkelt in dem Sensorhalter, so dass ein darin
aufzunehmender Heizkörper unter einem Winkel von Φ 0° oder Φ 180° aus dem Sensorhalter hervorsteht. Erst dadurch wird es möglich, dass der Heizkörper neben dem faseroptischen Modul in dem Sensorhalter aufgenommen ist und ein Glühpunkt an einer Spitze des Heizkörpers sich dennoch auf der Längsachse des Sensorhalters und damit einer Längsachse der gesamten
Druckmessglühkerze befindet, die koaxial zueinander verlaufen.
Da der Sensorhalter vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, bildet die Längsachse des Sensorhalters die Mittelachse der zylindrischen Form des Sensorhalters. Entsprechend verlaufen die Längsachse der ersten Durchgangsbohrung sowie die Längsachse der zweiten
Durchgangsbohrung im Wesentlichen in einer Längsrichtung des Sensorhalters durch diesen hindurch, so dass die beiden Stirnflächen der zylindrischen Gestalt des Sensorhalters durch die erste Durchgangsbohrung oder auch durch die zweite Durchgangsbohrung miteinander verbunden sind. Die erste
Durchgangsbohrung und die zweite Durchgangsbohrung sind dabei
nebeneinander und exzentrisch zu der Längsachse des Sensorhalters in diesem angeordnet, wobei die zweite Durchgangsbohrung vorzugsweise parallel zu der Längsrichtung des Sensorhalters in diesem vorgesehen ist, eine Längsachse der zweiten Durchgangsbohrung also vorzugsweise parallel zu der Längsachse des Sensorhalters verläuft. Entsprechend sind beide Durchgangsbohrungen außerhalb des Zentrums des Sensorhalters, also außerhalb dessen Längsachse in den Sensorhalter eingebracht, wodurch das faseroptische Drucksensormodul sowie der Heizkörper in dem Sensorhalter so gehalten werden, so dass keines dieser Bauteile in dem Sensorhalter zentral aufgenommen ist, sondern beide nebeneinander außermittig in dem Sensorhalter gehalten werden. Mit dem erfindungsgemäßen Sensorhalter können entsprechend künden- und
motorenspezifische Einbaumaße und insbesondere ein gewünschtes Vorstehmaß des Heizkörpers in einer Druckmessglühkerze technisch einfach, kostengünstig und variabel realisiert werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine faseroptische Brennraumdruck-Messsensorik in einer
Glühstiftkerze so vorzusehen, dass künden- beziehungsweise
motorenspezifische Einbaumaßnahmen erfüllt werden können, wird
entsprechend mit dem erfindungsgemäßen Sensorhalter erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen
Ansprüche möglich.
Gemäß einer vorzuziehenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Sensorhalters schneidet sich die Längsachse der ersten Durchgangsbohrung mit der Längsachse des Sensorhalters in einem Winkel von >0° und -d.0°„ vorzugsweise >0,5° und <5° sein, weiter vorzugsweise -2°, mit einer möglichen Varianz von ±0,5°. Der Winkel der Längsachse der ersten Durchgangsbohrung zu der Längsachse des Sensorhalters ist dabei davon abhängig, wie die
Größenverhältnisse der Länge des Heizkörpers zu dem Vorstehmaß des Glühpunkts an der Spitze des Heizkörpers aus dem Gehäuse der
Druckmessglühkerze heraus vom Kunden gewünscht oder von dem Motor, in den die Druckmessglühkerze eingebaut werden soll, festgelegt sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der erfindungsgemäße Sensorhalter ferner einen Anschlagkragen an dessen Außenseite zur
Schweißverbindung mit dem Gehäuse auf. Das bedeutet, dass der vorzugsweise zylindrische Sensorhalter an dessen radialen Außenumfang einen Vorsprung aufweist, der dazu dient, dass der Sensorhalter mit dem Gehäuse der
Druckmessglühkerze, in das der Sensorhalter eingesetzt werden soll, fest verbunden werden kann, beispielweise durch einen Schweißvorgang oder dergleichen. Der Vorsprung ist dabei durchgehend an dem radialen
Außenumfang des Sensorhalters so vorgesehen, dass er in einer ringförmigen Art und Weise um den Außenumfang des Sensorhalters herum hervorsteht. Der Anschlagkragen dient dabei als Partner für die Stumpfschweißung der beiden Gehäusebauteile an dem Sensorhalter, die beispielsweise durch einen Laserschweißvorgang erfolgen kann. Entsprechend bildet der Sensorhalter mit dem Anschlagkragen ein Kontur, die ein Anschweißen von beispielsweise einem kundenspezifischen Dichtkonusgehäuse und einem kundenspezifischen
Gewindegehäuse ermöglichen, wobei gleichzeitig diese Gehäusebauteile durch die Außengeometrie des Sensorhalters bezüglich deren Mittelachsen zueinander ausgerichtet werden können.
Der erfindungsgemäße Sensorhalter ist vorzugsweise durch spanende
Bearbeitung, wie zum Beispiel Drehen, Fräsen oder dergleichen, oder durch ein Spritzgussverfahren wie zum Beispiel ein Metallpulverspritzgussverfahren hergestellt. Alternativ kann der Sensorhalter aber auch aus einer Kombination aus spanender Bearbeitung und einem Spritzgussverfahren hergestellt sein. Durch Metallpulverspritzguss, auch als MIM-Technologie (von dem englischen Fachbegriff„Metal Injection Molding") bezeichnet, können Metallbauteile für Klein- bis Großserien hergestellt werden, wobei dieses Verfahren gegenüber klassischen Verfahren wie Fräsen, Drehen und Erodieren den Vorteil hat, dass sich wirtschaftlich komplexe Bauteile herstellen lassen, die unterschiedliche Strukturen wie unter anderem dünnwandige Bereiche aufweisen können, wie zum Beispiel der hervorgehend genannte Anschlagkragen, der aus der
Hauptgeometrie des Sensorhalters hervorsteht. Zudem wird es dadurch
ermöglicht, den Winkel zwischen der Längsachse der ersten Durchgangsbohrung und der Längsachse des Sensorhalters exakt zu fertigen, ohne durch den üblicherweise kleinen Sensorhalter hindurchbohren zu müssen, da bei einem derartigen Bohrvorgang in einem kleinen Bauteil immer mit einem
unerwünschten Verzug oder auch der Zerstörung des zu bohrenden Kleinbauteils zu rechnen ist. Mit dem in MIM-Technologie hergestellten Sensorhalter kann dessen komplexe Geometrie entsprechend genau und doch kostengünstig hergestellt werden. Als bevorzugten Werkstoff kann dabei ein Metallwerkstoff verwendet werden, der den Nachbarbauteilen der Druckmessglühkerze ähnlich ist, wie zum Beispiel der rostfreie Stahl 1.4301.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine
Druckmessglühkerze für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die den erfindungsgemäßen Sensorhalter aufweist. Zudem hat die Druckmessglühkerze ferner zumindest ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Heizkörper und ein faseroptisches Drucksensormodul zum Erfassen eines
Brennraumdrucks, wobei sich eine Längsachse des in der ersten
Durchgangsbohrung aufgenommenen Heizkörpers mit der Längsachse des Sensorhalters schneidet. Dadurch wird erreicht, dass der Heizkörper neben dem faseroptischen Drucksensormodul in dem Sensorhalter aufgenommen ist, der Heizkörper in der schräg verlaufenden ersten Durchgangsbohrung und das faseroptische Drucksensormodul in der zweiten Durchgangsbohrung, und ein Glühpunkt an der Spitze des Heizkörpers sich dennoch auf der Längsachse des Sensorhalters und damit einer Längsachse der gesamten Druckmessglühkerze befindet, die koaxial zueinander verlaufen. Der Heizkörper und das faseroptische Drucksensormodul sind entsprechend der Anordnung der beiden
Durchgangsbohrungen des Sensorhalters in dem Gehäuse exzentrisch nebeneinander angeordnet und der Sensorhalter ist in dem Gehäuse fluiddicht aufgenommen.
Gemäß einer vorzuziehenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Druckmessglühkerze schneidet sich die Längsachse des Heizkörpers mit der Längsachse des Sensorhalters in einem Winkel von >0° und -.10°,, vorzugsweise >0,5° und <5° sein, weiter vorzugsweise -2°, mit einer möglichen Varianz von ±0,5°. Der Winkel der Längsachse des Heizkörpers zu der Längsachse des
Sensorhalters ist dabei davon abhängig, wie die Größenverhältnisse der Länge des Heizkörpers zu dem Vorstehmaß des Glühpunkts an der Spitze des
Heizkörpers aus dem Gehäuse der Druckmessglühkerze heraus vom Kunden gewünscht oder von dem Motor, in den die Druckmessglühkerze eingebaut werden soll, festgelegt sind.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Druckmessglühkerze besteht das Gehäuse der Druckmessglühkerze aus zumindest einem Dichtkonusgehäuse und einem Gewindegehäuse, also zwei separaten Gehäusebauteilen, die durch den Sensorhalter miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch eine Verschweißung. Alternativ dazu kann das Gehäuse der Druckmessglühkerze einstückig ausgebildet sein, und der
Sensorhalter kann in dem Gehäuse fest angeordnet sein, vorzugsweise durch eine Verschweißung. Ferner kann weiter vorzugsweise der Heizkörper in der ersten Durchgangsbohrung mit einem bestimmten Vorstehmaß eines Glühpunkts an der Spitze des Heizkörpers fixiert gehalten sein, vorzugsweise ebenfalls durch eine Verschweißung. Dadurch ergeben sich grundsätzlich zwei mögliche Varianten der erfindungsgemäßen Druckmessglühkerze: 1. Variante: Das Dichtkonusgehäuse und das Gewindegehäuse sind als separate
Bauteile vorgesehen, die miteinander verbunden werden müssen. Das
Dichtkonusgehäuse kann dabei entsprechend ein künden- beziehungsweise motorenspezifisches Bauteil sein, bei dem eine Varianz im Winkel und in der Länge besteht, gegebenenfalls auch eine Varianz des Durchmessers. Das Gewindegehäuse kann hier ebenfalls ein künden- bzw. beziehungsweise motorenspezifisches Bauteil sein, bei dem eine Varianz in der Länge und in der Position des Gewindes besteht, gegebenenfalls auch eine Varianz des
Durchmessers. Bei einem strukturell konstanten Sensorhalter, der zumindest für einen bestimmten Durchmesser konstant ist, können folglich durch die Variation der Länge des Gewindegehäuses und der Länge des Dichtkonusgehäuses beliebige Vorstehmaße des Heizkörpers umgesetzt werden. Der Heizkörper ist dabei unter einem bestimmten Winkel in dem Sensorhalter verbaut. Wenn also die relative Position des Heizkörpers zu dem Sensorhalter konstant fixiert ist, also der Heizkörper fest in der ersten Durchgangsbohrung des Sensorhalters eingeschweißt ist, dann ist der Winkel der Längsachse des Heizkörpers zu der
Längsachse des Sensorhalters so gewählt, dass sich der Glühpunkt an der Spitze des Heizkörpers auf der Mittelachse der Druckmessglühkerze befindet, wobei entsprechend durch die vorhergehend genannte Variation der Länge des Gewindegehäuses und der Länge des Dichtkonusgehäuses der Glühpunkt auf 5 der Mittelachse der Druckmessglühkerze verschoben werden kann, ohne dass der Glühpunkt die Mittelachse verlässt. Folglich kann bei der 1. Variante allein durch eine Längenvariation der künden- beziehungsweise motorenspezifischen Bauteile Dichtkonusgehäuse und Gewindegehäuse unterschiedliche Vorstehmaße des Heizkörpers hergestellt werden, ohne dass dazu andere Bauteile der l o Druckmessglühkerze verändert werden müssen.
2. Variante: Das Dichtkonusgehäuse und das Gewindegehäuse sind in einem einzelnen integrierten Gehäusebauteil vorgesehen und sind also als Gehäusekomponenten einstückig in dem Gehäuse umgesetzt. Das integrierte Gehäusebauteil kann dabei entsprechend ein künden- beziehungsweise motorenspezifisches Bauteil sein, bei dem eine Varianz im Winkel, in der Länge und in der Position des Gewindes besteht, gegebenenfalls auch eine Varianz des Durchmessers. Bei einem strukturell konstanten Sensorhalter, der zumindest für einen bestimmten Durchmesser des integrierten Gehäusebauteils konstant ist, können folglich durch die Variation der Länge des integrierten Gehäusebauteils beliebige Vorstehmaße des Heizkörpers umgesetzt werden. Der Heizkörper ist dabei unter einem bestimmten Winkel in dem Sensorhalter verbaut. Wenn also die relative Position des Heizkörpers zu dem Sensorhalter konstant fixiert ist, also der Heizkörper fest in der ersten Durchgangsbohrung des Sensorhalters eingeschweißt ist, dann ist der Winkel der Längsachse des Heizkörpers zu der Längsachse des Sensorhalters so gewählt, dass sich der Glühpunkt an der Spitze des Heizkörpers auf der Mittelachse der Druckmessglühkerze befindet, wobei entsprechend durch die vorhergehend genannte Variation der Länge des integrierten Gehäusebauteils der Glühpunkt auf der Mittelachse der Druckmessglühkerze verschoben werden kann, ohne dass der Glühpunkt die Mittelachse verlässt. Folglich kann bei der 2. Variante allein durch eine Längenvariation des künden- beziehungsweise motorenspezifischen integrierten Gehäusebauteils unterschiedliche Vorstehmaße des Heizkörpers hergestellt werden, ohne dass dazu andere Bauteile der Druckmessglühkerze verändert werden müssen.
Bei beiden Varianten kann der Heizkörper in der ersten Durchgangsbohrung bereits vor dem Zusammenbau der Druckmessglühkerze fixiert sein, beispielweise durch Schweißen oder dergleichen, wodurch sich ein bereits im 5 Vorfeld festgelegtes Vorstehmaß des Heizkörpers ergibt. Alternativ dazu kann der Heizkörper aber auch bei einem Fixieren in dem Gehäuse der
Druckmessglühkerze noch verschiebbar in dem Sensorhalter vorgesehen sein, so dass ein Vorstehmaß des Heizkörpers, also der relativen Position des Heizkörpers zu dem Sensorhalter noch verändert werden kann, bevor der o Heizkörper in dem Sensorhalter fixiert wird, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen. Bei einem in dem Gehäuse fest fixiertem Sensorhalter kann entsprechend das Vorstehmaß des Heizkörpers durch ein axiales Verschieben des Heizkörpers in der ersten Durchgangsbohrung variiert werden. Durch den Einbau des Heizkörpers in der ersten Durchgangsbohrung unter deren Winkel5 wie vorhergehend beschrieben kann aber der Glühpunkt an der Spitze des
Heizkörpers aus der Mitte verschoben werden, je nachdem wie weit die Verschiebung des Heizkörpers in der ersten Durchgangsbohrung erfolgt. Je nach Anforderung kann das Herausrücken des Glühpunkts aus der Mitte
hingenommen werden, da der sich dadurch ergebende Wert des Herausrückens 0 aus der Mitte als nicht kritisch angesehen wird, was beispielsweise für kleine Verschiebestrecken denkbar ist. Alternativ dazu kann das Herausrücken des Glühpunkts aus der Mitte durch eine Variation des Winkels kompensiert werden, mit dem der Heizkörper in dem Sensorhalter gehalten ist. Dazu wird jedoch ein veränderter Sensorhalter benötigt. Hierbei können für kleine Wnkel die 5 Einstellungen der Schweißanlagen für das Verschweißen von Heizkörper und
Sensorhalter beibehalten werden, auch wenn sich die relative Lage der Schweißpartner, das heißt Heizkörper und Sensorhalter, zu der Schweißvorrichtung leicht verändert. Die Option eines verschiebbaren Heizkörpers in dem Sensorhalter mit späterem Verschweißen kann sowohl bei der 1. Variante als o auch bei der 2. Variante verwendet werden, beispielsweise um eine Varianz der
Größenverhältnisse anderer Bauteile in der Druckmessglühkerze zu vermeiden beziehungsweise zu reduzieren. Entsprechend wird es durch die
Druckmessglühkerze mit dem erfindungsgemäßen Sensorhalter ermöglicht, eine faseroptische Brennraumdruck-Messsensorik in der Druckmessglühkerze so5 vorzusehen, dass künden- beziehungsweise motorenspezifische
Einbaumaßnahmen der Druckmessglühkerze erfüllt werden können, und insbesondere dass ein gewünschtes Vorstehmaß des Heizkörpers in der Druckmessglühkerze technisch einfach, kostengünstig und variabel realisiert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Für den Markt ist ein kombinierter Brennraumdrucksensor mit Glühfunktion von Vorteil, da in den immer kompakter werdenden Brennkraftmaschinen neben der üblicherweise verwendeten reinen Glühkerze in der Regel wenig Platz für eine zusätzliche (Gewinde)-Bohrung für eine zusätzliche Komponente ist. Viele Unternehmen arbeiten entsprechend daran, die Glühfunktion einer Glühstiftkerze mit der Druckmessfunktion eines Brennraumdrucksensors zu kombinieren und suchen dabei nach dem Druckmessprinzip, das die Integration hinsichtlich Technik und Kosten optimal ermöglicht. Neben dem bereits im Stand der Technik verwendeten piezoelektrischen Druckmessprinzip hat sich herausgestellt, dass eine faseroptische Lösung eine bessere Druckmessung ermöglicht, da ein faseroptischer Sensor nicht nur eine geringe Baugröße aufweist sondern ein derartiger Sensor zudem einen hohen Temperaturwiderstand zeigt, aus einer nicht-metallenen Konstruktion bestehen kann sowie eine Immunität gegenüber elektromagnetischer Strahlung besitzt. Entsprechend wird es durch einen Sensorhalter gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Vorteile des faseroptischen Messprinzips in einer Druckmessglühstiftkerze zu integrieren. Zudem müssen in der heutigen Zeit künden- beziehungsweise
motorenspezifische Einbaumaßnahmen erfüllt werden, wie zum Beispiel ein Anpassen an ein spezifisches gewünschtes Vorstehmaß des Heizkörpers, so dass der Glühpunkt an seiner optimalen Position in dem Brennraum steht. Unter dem Vorstehmaß des Heizkörpers, das ein kritisches Maß für die gewünschte optimale Verbrennung der Brennkraftmaschine sein kann, ist neben der vorhergehend gemachten Definition der Abstand zu verstehen, mit dem der Heizkörper aus dem Druckmessglühkerzengehäuse in den Brennraum hervorragt. Mit der vorliegenden Erfindung wird demnach ein intelligentes Baukastenkonzept für einen Druckmessglühkerze, also einen
Brennraumdrucksensor nach dem intrinsisch faseroptischen Druckmessprinzip
mit integrierter Glühfunktion vorgeschlagen, welches die künden- und motorenspezifischen Einbaumaße, insbesondere das Vorstehmaß des
Heizkörpers, technisch einfach, kostengünstig und variabel umsetzen kann.
Dadurch, dass alle der vorhergehend angesprochenen Aufgaben durch ein einziges Bauteil -den Sensorhalter- erfüllt werden, entfallen Schnittstellen zu anderen Bauteilen, welche weiteren Platz benötigen würden. Somit können die oben beschriebenen Aufgaben auf kleinstem Bauraum erfüllt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Druckmessglühkerze mit einem
Sensorhalter gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 zeigt den Sensorhalter gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht;
Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Detailansicht des in Figur 1
dargestellten Sensorhalters mit Drucksensormodul und Heizkörper, der in einem Gehäuse der Druckmessglühkerze gehalten ist;
Fig. 4 zeigt den Sensorhalter gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht;
Fig. 5 zeigt eine teilweise geschnittene Detailansicht eines Sensorhalters gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit
Drucksensormodul und Heizkörper, der in einem Gehäuse der
Druckmessglühkerze gehalten ist; und
Fig. 6 zeigt eine Druckmessglühkerze gemäß dem Stand der Technik.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorhalters 1 im eingebauten Zustand in eine Druckmessglühkerze 2 in einer perspektivischen teilgeschnittenen Ansicht. Der Sensorhalter 1 ist dabei in einem Gehäuse 3 der Druckmessglühkerze 2 gehalten, und zwar ist der Sensorhalter 1 zwischen einem Dichtkonusgehäuse 31 und einem Gewindegehäuse 32, die beides Bauteile des Gehäuses 3 darstellen, eingesetzt und mit diesen verschweißt. Der Sensorhalter 1 hält und fixiert dabei einen Heizkörper 4 und ein
Drucksensormodul 5, das als faseroptische Baugruppe im Wesentlichen aus einer Druckmessmembran, eine Lichtwellenleiter in Form einer Glasfaser und einer LED/Fotodioden-Einheit besteht und durch eine Leitung mit einem
Auswertemodul (nicht gezeigt) verbunden sein kann, wobei sowohl das
Drucksensormodul 5 als auch das Auswertemodul auf einem Halter 6 gehalten angeordnet sind. Der Heizkörper 4 sowie das Drucksensormodul 5 sind mit dem Sensorhalter 1 im fertig zusammengebauten Zustand vor dem Einbau in eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verschweißt. Der Heizkörper 4 weist zudem ein Glührohr 41 auf, das in den Brennraum der Brennkraftmaschine hervorsteht, und ist an einem Ende durch einen Anschlussbolzen 42 mit einer separat eingebauten Glühstromschiene 43 elektrisch kontaktiert, die sich unterhalb des Halters 6 fortsetzt. Die Spitze des Glührohrs 41 bildet dabei einen Glühpunkt 411 aus, dessen Position in dem Brennraum entscheidend für die Verbrennung sein kann. Entsprechend legen die Länge des Heizkörpers 4, der strukturelle Aufbau des Sensorhalters 1 als auch die Länge des Gewindegehäuses 32 die Lage des
Glühpunkts 411 in dem Brennraum fest.
Figur 2 zeigt den Sensorhalter 1 gemäß der ersten bevorzugten
Ausführungsform in einem Querschnitt. Der Sensorhalter 1 weist eine erste Durchgangsbohrung 11 zum Halten und Fixieren des Heizkörpers 4 sowie eine zweite Durchgangsbohrung 12 zum Halten und Fixieren des Drucksensormoduls 5 auf. Beide Durchgangsbohrungen 11, 12 sind außermittig in dem Sensorhalter 1 vorgesehen. Die zweite Durchgangsbohrung 12 ist dabei im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 10 des Sensorhalters 1 angeordnet, wohingegen die erste Durchgangsbohrung 11 schräg in dem Sensorhalter 1 vorgesehen ist,
so dass eine Längsachse 110 der ersten Durchgangsbohrung 11 angewinkelt in dem Sensorhalter 1 vorliegt, das heißt dass zwischen der Längsachse 10 des Sensorhalters 1 und der Längsachse 110 der ersten Durchgangsbohrung 11 ein Winkel α mit -2° entsteht. Die erste Durchgangsbohrung 11 hat einen durchgehend konstanten Durchmesser, um den Heizkörper 4 gleichmäßig aufnehmen zu können. Demgegenüber ist die zweite Durchgangsbohrung 12 eine Stufenbohrung mit einem ersten Abschnitt 121 mit einem ersten
Innendurchmesser und einen zweiten Abschnitt 122 mit einem zweiten
Innendurchmesser, wobei der erste Innendurchmesser kleiner als der zweite Innendurchmesser ist, und wobei der erste Abschnitt 121 in den zweiten Abschnitt 122 übergeht. Wie es unter anderem Figur 3 zu entnehmen ist, kann dadurch das Drucksensormodul 5 von hinten in den Sensorhalter 1 eingebaut werden, also von der Anschlussseite der Druckmessglühkerze 2, die zu der Glührohrseite entgegengesetzt ist. Um den Heizkörper 4 in dem Sensorhalter 1 fixieren zu können, vorzugsweise durch einen Schweißvorgang, geht die erste Durchgangsbohrung 1 1 in einen Vorsprung über, der aus einer vorderen Stirnfläche 13 des Sensorhalters 1 ringförmig hervorsteht. Um ähnlich dazu das Drucksensormodul 5 in dem Sensorhalter 1 fixieren zu können, vorzugsweise durch einen Schweißvorgang, geht die zweite Durchgangsbohrung 12 ebenfalls in einen Vorsprung über, der aus einer hinteren Stirnfläche 14 des Sensorhalters 1 ringförmig hervorsteht, um die Zugänglichkeit der gewünschten Schweißstelle zu gewährleisten. Die Vorsprünge für die Verschweißung des
Drucksensormoduls 5 beziehungsweise des Heizkörpers 4 sind jeweils auf den zueinander entgegengesetzten axialen Stirnflächen 13, 14 des zylindrischen Sensorhalters 1 angeordnet, um dafür zu sorgen, dass sich die Vorsprünge für Drucksensormodul 5 und Heizkörper 4 bei der Verschweißung gegenseitig nicht im Weg stehen.
Das Sensorbauteil 1 weist darüber hinaus einen Anschlagkragen 15 an dessen Außenseite zur Schweißverbindung mit dem Gehäuse 3 auf. Das bedeutet, dass der Sensorhalter 1 an dessen radialem Außenumfang den Anschlagkragen 15 in Form eines Vorsprungs aufweist, der dazu dient, dass der Sensorhalter 1 mit dem Gehäuse 3 fest verbunden werden kann, beispielweise durch einen Schweißvorgang oder dergleichen. Der Anschlagkragen 15 ist dabei durchgehend an dem radialen Außenumfang des Sensorhalters 1 so
vorgesehen, dass er in einer ringförmigen Art und Weise um den Außenumfang des Sensorhalters 1 herum hervorsteht. Die dadurch erreichte dichte und robuste Schweißung zwischen Sensorhalter 1 und Gehäuse 3 sowie zwischen
Sensorhalter 1 und Heizkörper 4 sowie Drucksensormodul 5 dienen dazu, dass das Innere der Druckmessglühkerze 2, in der sich die Sensorik befindet, gegenüber dem Brennraum beziehungsweise dem Motorraum abgedichtet ist.
Figur 3 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht den in den Sensorhalter 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Heizkörper 4. Wie hier zu erkennen ist, folgt eine Längsachse 40 des Heizkörpers 4 der Längsachse 110 der ersten Durchgangsbohrung 11, ist also zu dieser koaxial, so dass die Längsachse 40 des Heizkörpers 4 den Winkel a, der durch den Sensorhalter 1 vorgegeben wird, zu der Längsachse 10 des Sensorhalters 1 und damit zu einer Längsachse 30 des Gehäuses 3 einnimmt. Durch den Einsatz des zylindrischen Sensorhalters 1 in einen Innendurchmesser des Gehäuses 3 sind die
Längsachse 10 des Sensorhalters 1 und die Längsachse 30 des Gehäuses 3 zueinander koaxial. Da üblicherweise die Längsachse 30 des Gehäuses 3 mit einer Längsachse 20 der Druckmessglühkerze 2 koaxial verläuft, nimmt entsprechend die Längsachse 40 des Heizkörpers 4 den Winkel α ebenfalls zu der Längsachse 20 der Druckmessglühkerze 2 ein. Wie es Figur 3 weiter zu entnehmen ist, liegt bei dieser Ausführungsform der Glühpunkt 41 1 , der sich an der brennraumseitigen Spitze des Glührohrs 41 befindet, auf der Längsachse 20 der Druckmessglühkerze 2, die auch als Mittelachse der Druckmessglühkerze 2 bezeichnet wird. Für den Fall, dass der Sensorhalter 1 bereits durch
Verschweißen in dem Gehäuse 3 fixiert ist, und der Heizkörper 4 noch nicht in dem Sensorhalter 1 fixiert ist, kann entsprechend das Vorstehmaß des
Heizkörpers 4 und damit die Lage des Glühpunkts 411 durch ein axiales
Verschieben des Heizkörpers 4 in der ersten Durchgangsbohrung 11 variiert werden, wodurch jedoch der Glühpunkt 411 von der Längsachse 20 der
Druckmessglühkerze 2 entfernt werden würde. Entsprechend legt die Länge des Heizkörpers 4 und dessen Einbaulage in dem Sensorhalter 1 als auch der strukturelle Aufbau des Sensorhalters 1, das heißt insbesondere der Winkel der ersten Durchgangsbohrung 11, die Position des Glühpunkts 411 in dem
Brennraum fest.
Figur 4 zeigt den Sensorhalter 1' gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform in einem Querschnitt. Identisch zu dem Sensorhalter 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Sensorhalter l'eine erste
Durchgangsbohrung 11' zum Halten und Fixieren des Heizkörpers 4 sowie eine zweite Durchgangsbohrung 12' zum Halten und Fixieren des Drucksensormoduls
5 auf. Beide Durchgangsbohrungen 11', 12' sind außermittig in dem Sensorhalter 1' vorgesehen. Die zweite Durchgangsbohrung 12' ist dabei im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 10' des Sensorhalters 1' angeordnet, wohingegen die erste Durchgangsbohrung 10' schräg in dem Sensorhalter 1' vorgesehen ist, so dass eine Längsachse 110' der ersten Durchgangsbohrung 11' angewinkelt in dem Sensorhalter 1' vorliegt, das heißt dass zwischen der Längsachse 10' des Sensorhalters 1' und der Längsachse 110' der ersten Durchgangsbohrung 11' ein Winkel α mit -2° entsteht. Die erste Durchgangsbohrung 11' hat einen durchgehend konstanten Durchmesser, um den Heizkörper 4 gleichmäßig aufnehmen zu können. Demgegenüber ist die zweite Durchgangsbohrung 12' eine Stufenbohrung mit einem ersten Abschnitt 121' mit einem ersten
Innendurchmesser und einen zweiten Abschnitt 122' mit einem zweiten
Innendurchmesser, wobei der erste Innendurchmesser kleiner als der zweite Innendurchmesser ist, und wobei der erste Abschnitt 121' in den zweiten
Abschnitt 122' übergeht. Wie es unter anderem Figur 5 zu entnehmen ist, kann dadurch das Drucksensormodul 5 von hinten in den Sensorhalter 1 ' eingebaut werden, also von der Anschlussseite der Druckmessglühkerze 2', die zu der Glührohrseite entgegengesetzt ist. Um den Heizkörper 4 in dem Sensorhalter 1 ' fixieren zu können, vorzugsweise durch einen Schweißvorgang, geht die erste Durchgangsbohrung 1 1 ' in einen Vorsprung über, der aus einer vorderen
Stirnfläche 13' des Sensorhalters 1 ' ringförmig hervorsteht. Um ähnlich dazu das Drucksensormodul 5 in dem Sensorhalter 1 ' fixieren zu können, vorzugsweise durch einen Schweißvorgang, geht die zweite Durchgangsbohrung 12' ebenfalls in einen Vorsprung über, der aus einer hinteren Stirnfläche 14' des Sensorhalters 1 ' ringförmig hervorsteht, um die Zugänglichkeit der gewünschten Schweißstelle zu gewährleisten. Die Vorsprünge für die Verschweißung des
Drucksensormoduls 5 beziehungsweise des Heizkörpers 4 sind jeweils auf den zueinander entgegengesetzten axialen Stirnflächen 13', 14' des zylindrischen Sensorhalters 1 ' angeordnet, um dafür zu sorgen, dass sich die Vorsprünge für Drucksensormodul 5 und Heizkörper 4 bei der Verschweißung gegenseitig nicht
im Weg stehen. Anders als in der ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Sensorhalter 1 ' der zweiten bevorzugten Ausführungsform keinen
Anschlagkragen auf, da der Sensorhalter 1 ' zum Einsatz in einem einstückigen Gehäuse vorgesehen ist, wie nachfolgend beschrieben.
Figur 5 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht den in den Sensorhalter 1' der zweiten bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Heizkörper 4, die beide in einer Druckmessglühkerze 2' gemäß einer zweiten Ausführungsform eingesetzt sind. Wie hier identisch zu der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erkennen ist, folgt eine Längsachse 40 des Heizkörpers 4 der Längsachse 110' der ersten
Durchgangsbohrung 11', ist also zu dieser koaxial, so dass die Längsachse 40 des Heizkörpers 4 den Winkel a, der durch den Sensorhalter 1 ' vorgegeben wird, zu der Längsachse 10' des Sensorhalters 1 ' und damit zu einer Längsachse 30' eines Gehäuses 3' einnimmt. Das Gehäuse 3' besteht bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem einstückigen Bauteil, bei dem das
Dichtkonusgehäuse und das Gewindegehäuse nicht als separate Bauteile vorgesehen sind, sondern lediglich als Abschnitte ein und desselben Bauteils vorliegen. Durch den Einsatz des zylindrischen Sensorhalters 1 ' in einen
Innendurchmesser des einstückigen Gehäuses 3' sind die Längsachse 10' des Sensorhalters 1 ' und die Längsachse 30' des Gehäuses 3' zueinander koaxial.
Da üblicherweise die Längsachse 30' des Gehäuses 3' mit einer Längsachse 20' der Druckmessglühkerze 2' koaxial verläuft, nimmt entsprechend die Längsachse 40 des Heizkörpers 4 den Winkel α ebenfalls zu der Längsachse 20' der
Druckmessglühkerze 2' ein, ähnlich wie in der ersten bevorzugten
Ausführungsform. Wie es Figur 5 weiter zu entnehmen ist, liegt bei dieser
Ausführungsform der Glühpunkt 41 1 , der sich an der brennraumseitigen Spitze des Glührohrs 41 befindet, auf der Längsachse 20' der Druckmessglühkerze 2', die auch als Mittelachse der Druckmessglühkerze 2' bezeichnet wird. Für den Fall, dass der Sensorhalter 1 ' bereits durch Verschweißen in dem Gehäuse 3' fixiert ist, und der Heizkörper 4 noch nicht in dem Sensorhalter 1 ' fixiert ist, kann entsprechend das Vorstehmaß des Heizkörpers 4 und damit die Lage des Glühpunkts 411 durch ein axiales Verschieben des Heizkörpers 4 in der ersten Durchgangsbohrung 1 1 ' variiert werden, wodurch jedoch der Glühpunkt 411 von der Längsachse 20' der Druckmessglühkerze 2' entfernt werden würde. Für den Fall, dass der Sensorhalter 1 ' noch nicht in dem Gehäuse 3' fixiert ist, der
Heizkörper 4 jedoch bereits in dem Sensorhalter 1 ' fixiert ist, kann der
Sensorhalter 1 ' zusammen mit dem Heizkörper 4 in dem Gehäuse 3' verschoben werden. Dadurch kann das Vorstehmaß des Heizkörpers 4 und damit die Lage des Glühpunkts 411 durch ein axiales Verschieben des Sensorhalters 1 ' in dem Gehäuse 3' variiert werden, wodurch der Glühpunkt 411 zwar axial verschoben wird, jedoch auf der Längsachse 20' der Druckmessglühkerze 2' verbleibt. Der Glühpunkt 41 1 kann in diesem Fall also axial auf der Längsachse der
Druckmessglühkerze 2' je nach Bedarf verschoben werden, solange es durch die umliegenden Komponenten der Druckmessglühkerze 2' zugelassen wird. Der Sensorhalter 1 ' muss vor einem Einbau in eine Brennkraftmaschine in dem Gehäuse 3' fixiert werden, vorzugsweise durch einen Schweißvorgang.
Entsprechend kann bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform nicht nur die Länge des Heizkörpers 4 und dessen Einbaulage in dem Sensorhalter 1' als auch der strukturelle Aufbau des Sensorhalters 1, das heißt insbesondere der Winkel der ersten Durchgangsbohrung 11, die Lage des Glühpunkts 411 in dem Brennraum festlegen, sondern darüber hinaus auch eine axiale Anordnung des Sensorhalters 1' in dem Gehäuse 3'.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
Claims
1. Sensorhalter (1; 1') zum Einsatz in einem Gehäuse (3; 3') einer
Druckmessglühkerze (2; 2'), mit
einer ersten Durchgangsbohrung (11; 11') zur Aufnahme eines
Heizkörpers (4), und
einer zweiten Durchgangsbohrung (12; 12') zur Aufnahme eines faseroptischen Drucksensormoduls (5),
wobei sich eine Längsachse (110; 110') der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') mit einer Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; 1') schneidet.
2. Sensorhalter (1; 1') nach Anspruch 1, wobei sich die Längsachse (110;
110') der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') mit der Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; 1') in einem Winkel (a) von >0° und <10° schneidet, vorzugsweise in einem Winkel von >0,5° und <5°.
3. Sensorhalter (1; 1') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite
Durchgangsbohrung (12; 12') parallel zu der Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; 1') neben der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') angeordnet ist.
4. Sensorhalter (1; 1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Durchgangsbohrung (11; 11') und die zweite
Durchgangsbohrung (12; 12') in dem Sensorhalter (1; 1') exzentrisch zu dessen Längsachse (10; 10') und in Längsrichtung des Sensorhalters (1; 1') verlaufend angeordnet sind.
5. Sensorhalter (1; 1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensorhalter (1; 1') durch spanende Bearbeitung, durch ein
Spritzgussverfahren, oder durch eine Kombination aus diesen hergestellt ist.
Druckmessglühkerze (2; 2') für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (3; 3'),
einem in dem Gehäuse (3; 3') angeordneten Heizkörper (4), einem faseroptischen Drucksensormodul (5) zum Erfassen eines Brennraumdrucks, und
einem fluiddicht in dem Gehäuse (3) aufgenommenen Sensorhalter (1; 1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich eine Längsachse (40) des in der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') aufgenommenen Heizkörpers (4) mit der Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; 1') schneidet.
Druckmessglühkerze (2; 2') nach Anspruch 6, wobei sich die
Längsachse (40) des Heizkörpers (4) mit der Längsachse (10; 10') des Sensorhalters (1; l')in einem Winkel (a) von >0° und <10° schneidet, vorzugsweise in einem Winkel von >0,5° und <5°.
Druckmessglühkerze (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Gehäuse (3) aus zumindest einem Dichtkonusgehäuse (31) und einem
Gewindegehäuse (32) besteht, die durch den Sensorhalter (1) miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch eine Verschweißung.
Druckmessglühkerze (2') nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Gehäuse (3') einstückig ist und der Sensorhalter ( ) in dem Gehäuse (3') fest angeordnet ist, vorzugsweise durch eine Verschweißung.
Druckmessglühkerze (2; 2') nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Heizkörper (4) in der ersten Durchgangsbohrung (11; 11') mit einem bestimmten Vorstehmaß eines Glühpunkts (411) an der Spitze des Heizkörpers (4) fixiert gehalten ist, vorzugsweise durch eine
Verschweißung.
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-
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