Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühstiftkerze für eine Brenn¬ stoffkraftmaschine, bestehend im wesentlichen aus einem Kerzenge¬ häuse, einem Glühstift mit Anschlussbolzen, wobei Kerzengehäuse und Glühstift mechanisch gegeneinander vorgespannt sind, und einem integrierten Drucksensor. Die Erfindung betrifft außerdem ein Ver- fahren zur Kalibrierung der mechanischen Vorspannung zwischen Glühstift und Kerzengehäuse.

Stand der Technik Dieselmotoren benötigen für ein gutes Start- und Warmlaufverhalten bei tiefen Temperaturen eine Wärmequelle, die entweder das Gasge¬ misch, die Ansaugluft oder den Brennraum vorwärmen. Für PKW- Motoren wird in der Regel die Verwendung von Glühstiftkerzen vor¬ geschlagen. Diese bestehen aus einem Kerzengehäuse und einem aus dem Kerzengehäuse ragenden Glühstift, der in seinem montierten Zu¬ stand in den Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine hineinragt. In der Regel ragen die Glühstifte der Glühstiftkerzen um 4 mm in den Brennraum der Brennstoffkraftmaschine und erwärmen das Diesel- Luft-Gemisch. Die elektrische Konnektierung erfolgt einerseits über eine Masse- ankopplung zwischen der Außenseite des Glühstifts und dem Kerzen¬ gehäuse, andererseits über ein Kontaktelement zwischen dem Inneren des Glühstifts und dem anschlussseitig aus der Glühstiftkerze her- ausführenden Anschlussbolzen.

Die erreichte Glühtemperatur und Nachglühzeit der Glühstiftkerze haben einen erheblichen Einfluss auf das Abgasverhalten und den Kraftstoffverbrauch der Brennstoffkraftmaschine.

Um die vorgegebenen Ziele, weiter Kraftstoff einzusparen und Emis¬ sionen zu senken, besteht ein zunehmendes Interesse darin, kosten¬ günstige Sensoren zu entwickeln, die Informationen über den Verbrennungsverlauf direkt aus dem Brennraum des Motors liefern können. Aus diesen Informationen könnte z.B. die Einspritzmengen¬ regelung vorgenommen werden. Die Verfolgung des Druckes innerhalb des Brennraums hätte wesentliche Vorteile beispielsweise gegenüber der Ionenstrommessung, die lediglich eine lokale Information lie¬ fert, da die Druckmesswerte bzw. deren Änderungen grösser und da- her einfacher erfassbar sind.

Sensorintegrative Konzepte, bei denen ein Drucksensor an oder in der Glühstiftkerze angeordnet sind, haben den Vorteil, dass kein zusätzliches Bohrloch in der Brennstoffkraftmaschine vorgesehen sein muss. Dieser Vorteil vergrössert sich um so mehr, da bei mo¬ dernen Brennstoffkraftmaschinen der Bauraum zum Anbringen von zu¬ sätzlichen Sensoren sehr eingeschränkt ist.

Aus dem Stand der Technik werden Lösungen vorgeschlagen, die ein piezoelektrisches Element zwischen dem Kerzengehäuse und der Ver- schraubung am Zylinder einer Glühstiftkerze vorsehen, so bei¬ spielsweise aus der EP 1 096 141 A bekannt. Des weiteren wird in der Druckschrift WO 97/09 567 A ein zusätzlicher Drucksensor in der Glühstiftkerze vorgeschlagen, der zwischen einem Fixierungs- glied und einem Zylinderdruckaufnahmeglied in einem Körper einer Glühstiftkerze zwischengeschaltet ist.

Aus dem Stand der Technik ist eine mechanische Vorspannung des Drucksensors bekannt, so z.B. in DE 102 18 544 A, in der ein ring- förmiger Piezodruckaufnehmer durch eine Verschraubung vorgespannt wird. Der Vorspanndruck wird bei einer Erhöhung des Drucks im Brennraum vermindert und die Verminderung bildet ein Maß für den Druck.

Denkbar ist ebenfalls der Einsatz von Drucksensoren auf der Basis von optischen Messprinzipien, von Silicon-on-Insulator (SOI) oder von Metall-Dünnschicht (MDS) Technik.

Aufgabe der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Glühstiftkerze vor¬ zustellen, bei der sich eine gleichmäßig auf den Glühstift wirken¬ de mechanische Vorspannung definiert einstellen lässt, sowie ein Verfahren zur Kalibrierung dieser Vorspannung.

Lösung der Aufgabe Die Aufgabe wird gelöst durch eine zumindest teilweise Abdeckung der anschlussseitigen Öffnung des Kerzengehäuses mit einem Gehäu¬ sedeckel, welcher mit einem durch den Gehäusedeckel führenden An- schlussbolzen fest verbunden ist, wobei durch eine Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Kerzengehäuse eine mechanische Vorspannung zwischen Glühstift und Kerzengehäuse herstellbar ist.

Die Aufgabe wird ferner außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung der Vorspannung zwischen dem Kerzengehäuse und dem Glühstift einer Glühstiftkerze, welcher über einen durch den Ge¬ häusedeckel führenden Anschlussbolzen mit diesem fest verbunden ist und einen integrierten Drucksensor aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: i) Beaufschlagung des Glühstifts mit einer definierten Kraft, ii) Befestigung des Gehäusedeckels an dem Kerzengehäuse, iii) Festlegung des Messwerts des Drucksensors als ersten Refe- renzwert, iv) Entfernen der äußeren Kraft, v) Festlegung des Messwerts des Drucksensors als zweiten Referenz¬ wert, vi) Erfassung der Differenz zwischen erstem und zweitem Referenz¬ wert, welche der definierten Kraft entspricht.

Vorteile der Erfindung Ein Gehäusedeckel überdeckt das anschlussseitige Ende des Kerzen¬ gehäuses und verteilt dabei eine mechanische Spannkraft zwischen dem Gehäusedeckel und dem Kerzengehäuse gleichmäßig auf das Ker- zengehäuse. Es gibt keine Vorzugsrichtung der Kraft, welche zu ei¬ ner Messwertverzerrung bei der Druckmessung führen könnte.

Gleichzeitig ist der Gehäusedeckel fest mit dem Glühstift bzw. dem Anschlussbolzen verbunden. Da über diesen die Stromzufuhr der Glühstiftkerze erfolgt, ist es notwenig, dass gegenüber dem Ker- zengehäuse eine zuverlässige Isolation besteht. Die Verbindung zwischen Gehäusedeckel und Anschlussbolzen umfasst daher die Ein¬ bindung eines Isolators.

Die Befestigung an dem Kerzengehäuse, das Material und die geomet¬ rische Auslegung des Gehäusedeckels legen die durch den Gehäusede¬ ckel erzeugte mechanische Vorspannung fest. Durch die Wahl ent¬ sprechender Parameter lässt sich ein großes Spektrum verschiedener Vorspannungen erzeugen, was Möglichkeiten zur Auswahl der Druck- Sensoren eröffnet und zu einer Flexibilität in Bezug auf die Aus¬ wahl der Sensorelemente führt.

Liegt im Brennraum ein erhöhter Druck vor, wird auf das in den Brennraum hineinragende Ende des Glühstifts eine Kraft (Druck- kraft) ausgeübt. Diese wirkt der auf den Glühstift oder den An¬ schlussbolzen wirkenden mechanischen Vorspannung entgegen. Abhän¬ gig davon, ob der Glühstift gegenüber dem Kerzengehäuse beweglich oder fest eingespannt ist, entstehen unterschiedliche Nutzwege, entweder durch eine Relativbewegung des Glühstifts gegenüber dem Kerzengehäuse oder durch eine Zugspannung infolge einer Dehnung des Materials. Diese Nutzwege können optimal ausgenutzt werden, wenn die mechanische Vorspannung entsprechend wählbar ist.

Der Gehäusedeckel kann des weiteren zur anschlussseitigen Abdich- tung des Kerzengehäuses und zum Schutz eines Sensors dienen.

Die Verbindung zwischen Kerzengehäuse und Gehäusedeckel kann durch eine Klemmung erfolgen, wobei ein an einem federnden Gehäusedeckel angebrachtes Verschlusselement in eine Aussparung des Kerzengehäu- ses einschnappt. Durch eine plastische Verformung des Gehäuse¬ deckels kann die Vorspannkraft verändert werden.

In einer alternativen Ausführung sind Gehäusedeckel und Kerzenge- häuse miteinander verschraubbar, wobei das Gewinde an der Außen¬ oder Innenseite des Kerzengehäuses vorgesehen sein kann. Mit dem Grad der Verschraubung, bzw. der Anzahl der Schraubdrehungen lässt sich die Vorspannkraft einstellen.

Die Verbindung zwischen Kerzengehäuse und Gehäusedeckel kann außerdem über stoffschlüssige Verbindungen, wie Verschweißen oder Löten oder durch eine formschlüssige Verbindung, z.B. durch Crim- pen, Bördeln, Falzen oder Sicken erfolgen.

Die Vorspannung muss in diesen Fällen bei der Montage eingestellt werden und kann im Nachhinein nur geringfügig durch eine plasti¬ sche Verformung des Gehäusedeckels korrigiert werden.

Vorzugsweise wird daher der Gehäusedeckel mittels eines Spannrings mit Nachspannmöglichkeit befestigt. Dieser greift beispielsweise über eine Kleiranung in den Gehäusedeckel und das Kerzengehäuse ein und kann dann auf das gewünschte Maß zusammengezogen werden. Die¬ ses Maß wird dann fixiert, beispielsweise mittels Verschrauben, Bördeln oder Verschweißen. ■ Der Gehäusedeckel kann auch selbst als Spannring ausgebildet sein und eine Öffnung aufweisen, an der die Vorspannung einstellbar und fixierbar ist. In einer vorteilhaften Ausführung der Glühstiftkerze wird der Druck über eine mit dem Glühstift oder dem Anschlussbolzen fest¬ verbundene Druckhülse auf einen oder mehrere bevorzugt innerhalb des Kerzengehäuses angeordnete Drucksensoren gegeben. Die Druck- hülse kann auf den Glühstift oder den Anschlussbolzen aufge¬ schrumpft sein. Die Druckhülse dient zu einer gleichmäßigen Kraft¬ verteilung auf das oder die Sensorelemente und kann durch geeigne¬ te Materialauswahl signalbeeinflussende Wärmedehnungen ausglei¬ chen.

Der Drucksensor kann brennraumseitig von der Druckhülse vorgesehen sein und auf einer Auflagenfläche des Kerzengehäuses aufliegen. In diesem Fall wirkt die Vorspannung des Gehäusedeckels über den An¬ schlussbolzen und die Druckhülse auf den Sensor. Bei einer Druck- erhöhung im Brennraum wird die Vorspannung vermindert und es er¬ folgt eine Entlastung des Drucksensors.

In einer anderen AusführungsVariante ist der Drucksensor zwischen Gehäusedeckel und der von der dem Brennraum wegweisenden Seite der Druckhülse angebracht. Die Vorspannung des Gehäusedeckels wirkt direkt auf den Drucksensor. Bei einer Druckerhöhung im Brennraum wird der Druck auf den Drucksensor durch die Druckhülse erhöht.

Sensor-Signalleitungen können durch den Gehäusedeckel zur An- Schlussseite der Glühstiftkerze geführt werden. Zur Kalibrierung der gesamten Messvorrichtung wird zunächst eine festgelegte äußere Kraft auf den Glühstift beaufschlagt, danach der Gehäusedeckel befestigt und das Signal des Drucksensors als erster Referenzwert erfasst. Sodann wird die äußere Kraft entfernt und erneut das Signal des Drucksensors aufgenommen und als zweiter Referenzwert erfasst. Die Differenz der Referenzwerte entspricht der angelegten äußeren Kraft.

Alternativ kann entweder nach oder während der Befestigung des Ge- häusedeckels die Vorspannung des Gehäusedeckels so gewählt werden, dass das Messsignal des Drucksensors einen vorbestimmten Wert an¬ zeigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen und Zeichnungen hervor.

Zeichnungen Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungs¬ beispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teil¬ weise im Schnitt;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teilweise im Schnitt; Figur 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh- rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teilweise im Schnitt;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teilweise im Schnitt;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausfüh- rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teilweise im Schnitt;

Figur 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, zumindest teilweise im Schnitt,

Figur 7 eine schematische Darstellung eines siebten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, teilweise im Schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 101, teil- weise im Schnitt. Die 'Glühstiftkerze 101 umfasst ein Kerzengehäuse 102 und einen Gehäusedeckel 103, welcher fest verbunden mit einem Anschlussbolzen 104 ist. Unmittelbar am Anschlussbolzen 104 ist eine Druckhülse 105 ange¬ bracht. Drucksensoren 106 sind zwischen der Druckhülse 105 und ei¬ ner Auflagefläche 107 des Kerzengehäuses 102 vorgesehen.

Der Gehäusedeckel 103 ist mittels einer Klemmvorrichtung 108 an dem Kerzengehäuse 102 befestigt. Dabei greifen am Gehäusedeckel 103 vorgesehene Befestigungselemente 109 in eine Aussparung 110 des Kerzengehäuses 102.

Eine fluiddichtende Isolierung 111 sorgt für die elektrische Tren¬ nung zwischen Druckhülse 105 und Anschlussbolzen 104 einerseits und dem Gehäusedeckel 103 andererseits.

Der Gehäusedeckel 103 hat federnde Eigenschaften. Durch eine plas- tische Verformung kann die Vorspannkraft, die auf die Druckhülse 105 und damit auf den Drucksensor 106 wirkt, verändert werden.

Eine Druckerhöhung in dem in der Figur nicht dargestellten Brenn¬ raum bewirkt eine Kraft auf den Anschlussbolzen 104 und die Druck- hülse 105 in Anschlussrichtung 112, was zu einer Druckentlastung des Drucksensors 106 führt und somit zu einer Messsignalverände¬ rung.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 201, teil¬ weise im Schnitt. Die Glühstiftkerze 201 umfasst ebenfalls ein Kerzengehäuse 202 und einen Gehäusedeckel 203, welcher fest mit einem Anschlussbolzen 204 verbunden ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist unmittelbar am Anschluss¬ bolzen 204 eine Druckhülse 205 angebracht und die Drucksensoren 206 sind zwischen der Druckhülse 205 und einer Auflagefläche 207 des Kerzengehäuses 202 vorgesehen.

Die Verbindung zwischen Gehäusedeckel 203 und Kerzengehäuse 202 erfolgt über eine SchraubVerbindung 213, wobei das Kerzengehäuse 202 ein Außengewinde 214 aufweist.

Elektrische Sensor-Signalleitungen 215 werden durch den Gehäusede¬ ckel 203 aus der Glühstiftkerze 201 herausgeführt.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 301, teil- weise im Schnitt. Die Glühstiftkerze 301 umfasst ebenfalls ein Kerzengehäuse 302 und einen Gehäusedeckel 303, welcher fest ver¬ bunden mit einem Anschlussbolzen 304 ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 306 zwischen der Druckhülse 305 und dem Gehäusedeckel 303 vorgesehen. Erhöht sich der Druck in einem nicht in der Figur dargestellten Brennraum, so wirkt auf den Anschlussbolzen 304 und die Druckhülse 305 eine Kraft in Anschlussrichtung 312, was zu einer Erhöhung der Kraft auf den Drucksensor 306 führt und somit zu einer Messsignalände- rung.

Gehäusedeckel 303 und Kerzengehäuse 302 sind mit einer Schweißnaht 316 verbunden. Die gleiche Sensoranordnung liegt im vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 401 vor, das in Figur 4 ge¬ zeigt ist.

Der Drucksensor 406 ist zwischen der Druckhülse 405 und dem Gehäu¬ sedeckel 403 vorgesehen. Erhöht sich der Druck in einem nicht in der Figur dargestellten Brennraum, so wirkt auf den Anschlussbol¬ zen 404 und die Druckhülse 405 eine Kraft in Anschlussrichtung 412, was zu einer Erhöhung der Kraft auf den Drucksensor 406 führt und somit zu einer Messsignaländerung.

Allerdings besteht in diesem Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen Kerzengehäuse 402 und Gehäusedeckel 403 wiederum in einer Verschraubung 413, wobei hier das Kerzengehäuse 402 ein Innenge- winde 417 aufweist.

Figur 5 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit von dem Gehäu¬ sedeckel 503 an dem Kerzengehäuse 502. Eine Manschette 518 stellt eine formschlüssige Verbindung der Bauteile her, wobei diese z. B. durch Falzen, Sicken oder Crimpen fixiert werden kann.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist unmittelbar am Anschluss¬ bolzen 504 eine Druckhülse 505 angebracht und die Drucksensoren 506 sind zwischen der Druckhülse 505 und einer Auflagefläche 507 des Kerzengehäuses 502 vorgesehen.

In Figur 6 ist eine schematische Darstellung eines sechsten Aus¬ führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 601, teilweise im Schnitt, teilweise in Draufsicht gezeigt. In diesem Beispiel ist der Gehäusedeckel 603 als Spannring 619 ausgebildet, der in der Figur auch in Draufsicht dargestellt ist.

Der Spannring 619 besitzt vier Befestigungselemente 609, welche in Aussparungen 610 in dem Kerzengehäuse 602 eingreifen und eine Klemmverbindung herstellen. Mittels einer Öffnung 620 im Spannring 619, die durch Krafteinwirkung verkleinert werden kann, lässt sich der Vorspanndruck einstellen. Die Schließkraft kann zum Beispiel in Form einer Spannschraube 621 auf die Öffnung 620 im Spannring 619 gegeben werden.

Die Öffnung 620 im Spannring 619 kann aber auch durch Falzen oder Schweißen geschlossen werden.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist unmittelbar am Anschluss¬ bolzen 604 eine Druckhülse 605 angebracht und die Drucksensoren 606 sind zwischen der Druckhülse 605 und einer Auflagefläche 607 des Kerzengehäuses 602 vorgesehen.

In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühstift¬ kerze 701 mit einem Gehäusedeckel 703, der als Spannring 719 aus¬ gebildet ist, gezeigt.

In diesem Fall deckt der Gehäusedeckel 703 allerdings nicht das Kerzengehäuse 702 anschlussseitig vollständig ab. Die Abdeckung erfolgt im wesentlichen durch eine stopfenartige Ausführung der Druckhülse 705, die mit einem Rand 722 aus dem Kerzengehäuse 702 in radialer Richtung 723 herausragt. Der Gehäusedeckel 703 umfasst einerseits den Rand 722 der Druckhülse 705, andererseits greift er in eine Aussparung 710 am Kerzengehäuse 702 und verbindet somit die fest mit dem Anschlussbolzen 704 verbundene Druckhülse 705 mit dem Kerzengehäuse 702. Der Spannring 719 hat eine Öffnung 720, die sich mit einer Spannschraube 721 verkleinern lässt, wodurch sich der Vorspanndruck des Anschlussbolzens 704 und damit des in der Figur nicht vollständig dargestellten Glühstifts 701 gegenüber dem Kerzengehäuse 702 variieren lässt.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist unmittelbar am Anschluss¬ bolzen 704 eine Druckhülse 705 angebracht und die Drucksensoren 706 sind zwischen der Druckhülse 705 und einer Auflagefläche 707 des Kerzengehäuses 702 vorgesehen.