Druckmessglühkerze

Die Erfindung betrifft eine Druckmessglühkerze zum Einsetzen in einen

Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine derartige Druckmessglühkerze ist aus DE 102006008351 AI bekannt, bei der in einem Gehäuse ein Glühstift zum Zünden eines Verbrennungsgemisches einer Brennkraftmaschine und eine Druckmesseinheit mit einem Drucksensor zur Erfassung eines Brennraumdrucks der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Der Glühstift ist dem Brennraumdruck ausgesetzt ist und überträgt als

Druckaufnehmer den Brennraumdruck auf den Drucksensor, wobei der

Drucksensor zwischen dem als Druckaufnehmer wirkenden Glühstift und einem Stützelement mit einer Federkraft einer biegeelastischen Membran mittels einer Spannhülse vorgespannt ist. Die Spannhülse ist dabei mit dem Gehäuse verbunden. Der Glühstift weist einen Glühstromkontakt für ein im Glühstift untergebrachtes elektrisches Heizelement auf, wobei der Glühstromkontakt mit einer Glühstromleitung kontaktiert ist. Die Glühstromleitung ist dabei durch den Drucksensor hindurch zu einen Anschlusskontakt am Gehäuse geführt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Glühstromleitung außerhalb des Drucksensors geführt wird. Dadurch bleibt der Drucksensor unbeeinflusst von der Kontaktierung des

Glühstifts. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.

Dadurch, dass das hülsenförmige Druckübertragungselement eine radiale Aussparung aufweist, wird genügend Freiraum zum seitlichen Herausführen der Glühstromleitung aus dem Aufnahmeraum und zur Weiterführung der

Glühstromleitung innerhalb der Druckmesseinheit geschaffen, wobei die

Glühstromleitung mit einem außerhalb der Druckmesseinheit freiliegenden Hochstromkontakt kontaktiert wird. Dazu wird die Glühstromleitung in axialer Richtung innerhalb der Druckmesseinheit am Drucksensor vorbeigeführt und durch eine in einem Stützelement für den Drucksensor eingebrachte

Durchführung hindurchgeführt, um schließlich außerhalb der

Druckmesseinrichtung mit dem freiliegenden Hochstromkontakt kontaktiert zu werden. Der freiliegende Hochstromkontakt ist zweckmäßigerweise an einer glühmodulseitigen Stirnseite einer Kontaktiereinheit ausgebildet.

Eine zweckmäßiger Ausführung der Druckmessglühkerze liegt vor, wenn der Drucksensor mit der Federkraft einer biegeelastischen Membran vorgespannt ist, wobei die biegeelastische Membran mittels einer Spannhülse mit einem

Stützelement, an dem sich der Drucksensor zumindest mittelbar abstützt, verbunden ist. Die Spannhülse weist dabei einen Außendurchmesser D2 auf, der geringer ist als der Außendurchmesser Dl eines äußeren Stützabschnitts, so dass sich zwischen einem Innendurchmessers dl des Gehäuses und dem Außendurchmesser D2 der Spannhülse ein umlaufender Spalt ergibt. Dadurch wird Reibung zwischen der Spannhülse und dem Gehäuse vermieden, welche die Genauigkeit der Druckmessung beeinflussen würde. Dadurch wird außerdem ein Glüh- und Druckmessmodul geschaffen, bei dem die mechanische

Vorspannung für den Drucksensor außerhalb des Gehäuses einstellbar ist, wodurch die mechanische Vorspannung des Drucksensors in den späteren Montageschritten beim Zusammenbau der Druckmessglühkerze nicht beeinflusst wird.

Ausführungsbeispiel Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Druckmessglühkerze,

Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch ein Glüh- und

Druckmessmodul der erfindungsgemäßen Druckmessglühkerze in

Figur 1,

Figur 3 einen Ausschnitt X in Figur 2 und

Figur 4 eine Teilschnittdarstellung eines stützelementseitigen Endabschnitts einer Druckmesseinheit gemäß Figur 2.

Die in Figur 1 dargestellte Druckmessglühkerze vereint eine konventionelle Glühkerze zum Einsatz in selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einer zusätzlichen Druckmessfunktion einer Druckmesseinrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks der Brennkraftmaschine. Die Druckmessglühkerze umfasst im Wesentlichen ein Glüh- und Druckmessmodul 11 und ein

Elektronikmodul 12, die zumindest zum Teil in einem beispielsweise mehrteiligen Gehäuse 13 aufgenommen sind. Das Gehäuse 13 umfasst mehrere

Gehäuseteile, wie ein Glühmodulgehäuse 14, ein Elektronikmodulgehäuse 15 und ein Steckergehäuse 16 für eine elektrische Steckerverbindung 42 zur Kontaktierung eines nicht dargestellten Anschlusssteckers.

Das Glüh- und Druckmessmodul 11 beinhaltet die eigentlichen Bauteile einer Glühkerze 20 zum Zünden der Brennkraftmaschine und einer Druckmesseinheit 30 zur Brennraumdruckmessung. Das Glüh- Druckmessmodul 11 umfasst einen aus dem Glühmodulgehäuse 14 brennraumseitig hervorstehenden Glühstift 21, welcher mit dem hervorstehenden Teil in den Brennraum der

Brennkraftmaschine ragt und dadurch einen Druckaufnehmer für den im

Brennraum herrschenden Druck bildet. Der Glühstift 21 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein metallisches Glührohr, in dem ein elektrisches

Heizelement 22, beispielsweise in Form einer Heizwendel angeordnet ist, wobei das Heizelement 22 zur Ausbildung eines Pols mit dem Glührohr und zur Ausbildung des anderen Pols mit einem Glühstromkontakt 23 verbunden ist. Der Glühstromkontakt 23 ist an einer brennraumabgewandten Stirnseite des

Glühstifts 21 freiliegend in Form eines Anschlussbolzens aus dem Glühstift 21 herausgeführt. Zwischen Glührohr und Glühstromkontakt 23 ist ferner ein elektrisch isolierendes Dichtelement 24 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, den Glühstift 21 als keramisches Heizelement auszuführen.

Das Elektronikmodul 12 weist eine Kontaktiereinheit 40 auf, welche einen Träger 41 zur Aufnahme einer Signalverarbeitungseinheit 70, beispielsweise eines ASIC, und das Steckergehäuse 16 umfasst. Der Träger 41 und das

Steckergehäuse 16 sind aus einem elektrisch isolierenden Material,

beispielweise aus einem Kunststoff ausgeführt, wobei der Träger 41 in einer axialen Längserstreckung an das Steckergehäuse 16 angeformt ist. Dadurch erstreckt sich die Kontaktiereinheit 40 in axialer Längserstreckung der

Druckmessglühkerze.

Die Kontaktiereinheit 40 weist an einer glühmodulseitigen Stirnseite 43 des Trägers 41 eine Schnittstelle zur Kontaktierung des Glüh- und Druckmessmoduls 11 auf. Die Schnittstelle wird von an der glühmodulseitigen Stirnseite 43 ausgebildeten, freiliegenden glühmodulseitigen Sensorkontakte 45 zur

Kontaktierung des Drucksensors 31 und vom einem freiliegenden,

glühmodulseitigen Hochstromkontakt 46 zur Kontaktierung des

Glühstromkontakts 23 gebildet, wobei die Kontaktierung des Drucksensors 31 über Sensorleitungen 17 und die Kontaktierung des Glühstromkontakts 23 über eine Glühstromleitung 18 erfolgt.

In den Träger 41 und in das Steckergehäuse 16 sind weiterhin sensorseitige Anschlussleitungen 47 und steckerseitige Anschlussleitungen 48 integriert. Mit einem radialen Abstand von den sensorseitigen und steckerseitigen

Anschlussleitungen 47, 48 versehen verläuft axial durch die Kontaktiereinheit 40 weiterhin eine Hochstromleitung 49, die sensorseitig zu dem freiliegenden Hochstromkontakt 46 führt. Steckerseitig führt die Hochstromleitung 49 weiter durch das Steckergehäuse 16 hindurch zu einem Hochstromanschluss für den Glühstrom der Glühkerze 20 an der Steckerverbindung 42. Die sensorseitige und steckerseitige Anschlussleitungen 47, 48 und/oder die Hochstromleitung 49 sind zweckmäßigerweise in den Träger 41 und in das Steckergehäuse 16

eingegossen. Zweckmäßigerweise werden die an der glühmodulseitigen

Stirnseite 43 vorhandene Sensorkontakte 45 von den in den Träger 41 integrierten sensorseitigen Anschlussleitungen 47 gebildet. Dementsprechend ist der an der sensorseitigen Stirnseite 43 ebenfalls vorhandene Hochstromkontakt 46 von der in den Träger 41 integrierten Hochstromleitung 49 gebildet.

Die Anschlüsse der Signalverarbeitungseinheit 70 sind mittels elektrischer Verbindungen 19 jeweils mit den sensorseitigen Anschlussleitungen 47 und steckerseitigen Anschlussleitungen 48 kontaktiert.

Die Kontaktiereinheit 40 ist weiterhin zumindest teilweise von dem rohrförmigen Elektronikmodulgehäuse 15 umgeben, wobei der Träger 41 vollständig und das Steckergehäuse 16 teilweise vom Elektronikmodulgehäuse 15 umgeben ist. Am Elektronikmodulgehäuse 15 ist ein Außengewinde 44 zum Einschrauben in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vorhanden. Das Elektronikmodulgehäuse 15 kann dabei einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.

Die Druckmesseinheit 30 ist innerhalb des Glühmodulgehäuses 14

untergebracht, wobei das Glühmodulgehäuse 14 zur Aufnahme der

Druckmesseinheit 20 einen Innendruchmesser dl aufweist. Die

Druckmesseinheit 30 umfasst gemäß Figur 2 eine Sensoreinheit 30', eine biegeelastische Membran 60, eine Spannhülse 66 und ein hülsenförmiges Übertragungselement 50.

Die Sensoreinheit 30' weist einen piezoelektrischen Drucksensor 31, ein glühstiftseitiges Druckstück 32, ein stützelementseitiges Druckstück 33 und ein Stützelement 34 auf, wobei der Drucksensor 31 zwischen dem glühstiftseitigen Druckstück 32 und dem stützelementseitigen Druckstück 33 positioniert ist und sich mittels des stützelementseitigen Druckstücks 33 am Stützelement 34 abstützt. Das Stützelement 34 weist erste Aussparungen 35 zur Durchführung der Sensorleitungen 17 und eine zweite Aussparung 36 zur Durchführung der Glühstromleitung 18 auf. Das hülsenförmige Übertragungselement 50 ist um eine vom Brennraum abgewandte Öffnung des Glühstiftes 21 angeordnet und mit dem Glühstift 21 fest verbunden. Das hülsenförmige Übertragungselement 50 weist glühstiftseitig einen hohlzylinderförmigen Aufnahmeraum 51 und sensorseitig eine

Druckstückaufnahme 52 auf. Zwischen dem hohlzylinderförmigen

Aufnahmeraum 51 und der sensorseitigen Druckstückaufnahme 51 ist eine stabile Trennwand 53 mit einer sensorseitigen Stützfläche 54 ausgebildet. In den Aufnahmeraum 51 ragt der Hochstrom kontakt 23 mit seinem vom Brennraum abgewandten Ende hinein. Innerhalb des Aufnahmeraums 51 ist der

Glühstromkontakt 23 mit der Glühstromleitung 18 elektrisch verbunden. In der

Druckstückaufnahme 52 ist das glühstiftseitige Druckstück 32 aufgenommen, derart, dass es mit einer glühstiftseitigen Druckaufnahmefläche 57 auf der Stützfläche 54 spaltfrei anliegt.

In der Zylinderwand des hülsenförmigen Übertragungselements 50 ist mindestens ein radialer Durchbruch 55 vorhanden, durch den die

Glühstromleitung 18 seitlich nach außen geführt ist. Nach der seitlichen Führung weist die Glühstromleitung 18 im Wesentlichen eine 90 Grad-Biegung auf, so dass die Glühstromleitung 18 in Richtung des Hochstromkontakts 46 in

Längserstreckung der Druckmesseinheit 30 im Wesentlichen axial weitergeführt wird. In axialer Richtung wird die Glühstromleitung 18 zwischen der

Sensoreinheit 30' und der Spannhülse 66 am Drucksensor 31 vorbeigeführt und durch die im Stützelement 34 eingebrachte Durchführung 36 hindurchgeführt und danach schließlich mit dem Hochstromkontakt 46 der Kontaktiereinheit 40 kontaktiert. Dadurch verläuft die Glühstromleitung 18 nach der 90 Grad-Biegung zwischen der Sensoreinheit 30' und der Spannhülse 66 in axialer Richtung außen vorbei am sensorseitigen Abschnitt des hülsenförmigen Übertragungselements 50, am glühstiftseitigen Druckstück 32, am Drucksensor 31 und am

stützelementseitigen Druckstück 33 und durch die Aussparung 36 des

Stützelements 34 hindurch bis zum Hochstromkontakt 46.

Mittels der biegeelastischen Membran 60 wird der als Druckaufnehmer dienenden Glühstift 21 federnd innerhalb des Glühmodulgehäuses 14 gehalten. Die biegeelastische Membran 60 weist einen glühstiftseitigen, inneren

Stützabschnitt 61 und einen gehäuseseitigen, äußeren Stützabschnitt 62 auf. Die biegeelastische Membran 60 ist dabei mit dem inneren Stützabschnitt 61 mittels einer umlaufenden ersten Schweißnaht 63 an einer Außenseite 25 des Glühstifts 21 und mit dem äußeren Stützabschnitt 62 mittels einer einzigen umlaufenden, zweiten Schweißnaht 64 an einer Innenseite 26 des Glühmodulgehäuses 14 befestigt. Die zweite Schweißnaht 64 bildet dabei eine einzige Befestigungsstelle am äußeren Stützabschnitt 62 zur Befestigung des Glüh- und Druckmessmoduls 1 1 innerhalb des Glühmodulgehäuses 14 aus.

Der Spannhülse 66 verbindet die biegeelastische Membran 60 und das

Stützelement 34 innerhalb des Glühmodulgehäuses 14 starr, wobei die

Spannhülse 66 einenends an der biegelastischen Membran 60 beispielsweise mittels einer ersten Schweißnaht 67 und anderenends an dem Stützelement 34 beispielsweise mittels einer zweiten Schweißnaht 68 befestigt ist. Dadurch wird der Aufnahmeraum 28 innerhalb der Spannhülse 66 mittels der Membran 60 gegenüber dem Brennraum des Verbrennungsmotors abgedichtet. Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, dass zwischen der Außenwand der

Spannhülse 66 und der Innenwand des Glühmodulgehäuses 14 ein Ringspalt 69 ausgebildet ist. Die Spannhülse 66 weist dabei einen Außendurchmesser D2 auf, der geringer ist als der Außendurchmesser Dl des äußeren Stützabschnitts 62, so dass sich der umlaufende Ringspalt 69 zwischen dem Innendurchmessers dl des

Glühmodulgehäuses 14 und dem Außendurchmesser D2 der Spannhülse 66 ergibt.

Mittels der Spannhülse 66 wird der Drucksensor 31 in der Sensoreinheit 30' zwischen dem Übertragungselement 50 und dem Stützelement 34 mittels einer Vorspannung gehalten, wobei die Vorspannung von der Federkraft der biegeelastischen Membran 60 aufgebracht wird. Dadurch entsteht das Glüh- und Druckmessmodul 1 1 als vormontierbare Montageeinheit, die die Bauteile der

Druckmesseinheit 30 und der Glühkerze 20 enthält und die mit dem

Sensorkontakt 45 und dem Hochstromkontakt 46 des Elektronikmoduls 12 kontaktiert wird. Anschließend wird das Glühmodulgehäuse 14 über die besagte Montageeinheit geschoben und mit dem Elektronikmodulgehäuse 15

verschweißt. Mittels der einzigen Schweißnaht 64 wird dann das Glüh- und Druckmessmodul 16 durch Verschweißen des äußeren Stützteils 62 der biegeelastischen Membran 60 an der Innenwand 26 des Glühmodulgehäuses 14 mittel einer weiteren Schweißnaht 64 am Glühmodulgehäuse 14 fixiert. Durch diese Fertigungsabfolge wird sichergestellt, dass die Vorspannung für den Drucksensor 31 vor der Endmontage einstellbar ist und durch die weiteren Montageschritt nicht beeinflusst wird.

Der im Brennraum herrschende Druck, der eine Druckkraft auf den als

Druckaufnehmer wirkenden Glühstift 21 ausübt, bewirkt, dass aufgrund der biegeelastischen Membran 60 der Glühstift 21 eine axiale Bewegung gegenüber dem Gehäuse 14 entlang der Längsachse ausführt. Die biegeelastische

Membran 60 ist mit einer Biegesteifigkeit derart federnd ausgebildet, dass der Glühstift 21 innerhalb des Gehäuses 14 die erforderliche axiale Bewegung ausführen kann, um die auf den Glühstift 21 ausgeübte Druckkraft auf den Drucksensor 31 zu übertragen.