Glühstiftkerze

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Glühstiftkerze für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen .

Aus der DE 100 30 924 Al ist eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Glühstiftkerze weist einen stabförmigen Heizkörper auf, der teilweise von einem Gehäuse der Glühstiftkerze umgeben ist. Der Heizkörper ist dabei als keramischer Heizkörper ausgebildet und weist eine erste stromführende Schicht, eine zweite stromführende Schicht und eine Isolationsschicht auf. Die Isolationsschicht dient dabei zum Isolieren der ersten stromführenden Schicht von der zweiten stromführenden Schicht, wobei am brennraumseitigen Ende des Heizkörpers ein Heizelement vorgesehen ist, das die beiden stromführenden Schichten verbindet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die beiden stromführenden Schichten wird ein Stromfluss durch das Heizelement erzeugt, der zur Aufheizung des Heizkörpers führt.

Die aus der DE 100 30 924 Al bekannte Glühstiftkerze ist in einer Bohrung der Brennkraftmaschine befestigt, wobei sich der stabförmige Heizkörper im Betrieb der Brennkraftmaschine teilweise innerhalb eines brennraumseitigen Abschnitts der Bohrung befindet. In diesem Zwischenraum setzen sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine Verbrennungsrückstände, insbesondere Ruß, fest. An der Schnittstelle zwischen dem stabförmigen Heizkörper und dem Gehäuse kann es dadurch zum Eindringen von Verbrennungsrückständen kommen. Außerdem besteht bei der Demontage der bekannten Glühstiftkerze das Problem, dass auf Grund der in dem Zwischenraum festgesetzten Verbrennungsrückstände beim Lösen der Glühstiftkerze gegebenenfalls erhebliche Kräfte auf den stabförmigen Heizkörper einwirken.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der stabförmige Heizkörper vor mechanischer Belastung geschützt ist. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze eine zuverlässige Abdichtung eines Innenraums der Glühstiftkerze in Bezug auf die Kammer der Brennkraftmaschine, insbesondere den Brennraum, gegeben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Glühstiftkerze möglich.

Vorteilhaft ist es, dass der Schutzkörper an einem kammerseitigen Ende eine öffnung aufweist, durch die der Heizkörper in die Kammer ragt, dass ein Querschnitt der öffnung etwas größer ist als ein Querschnitt des Heizkörpers

und dass der Schutzkörper den Heizkörper im Bereich der öffnung berührungsfrei umschließt. Dadurch liegt der Schutzkörper an dem kammerseitigen Ende berührungsfrei an dem stabförmigen Heizkörper an. Mechanische Spannungen des vorzugsweise metallischen Schutzkörpers werden dadurch nicht auf den Heizkörper übertragen, wodurch eine mechanische Belastung des Heizkörpers verhindert wird. Dies ist insbesondere bei einem keramischen Heizkörper von Vorteil. Außerdem wird durch das berührungsfreie Anliegen das Eindringen von größeren Schmutzpartikeln in den Zwischenraum zwischen dem Schutzkörper und dem Heizkörper verhindert.

In vorteilhafter Weise ist das Füllmaterial in einem kammerseitigen Teil des Schutzkörpers um den Heizkörper angeordnet. Das Füllmaterial kann dabei aus einer hochtemperaturfesten Keramikfaser, aus einem Formkörper, einem hochtemperaturfesten Keramikpapier oder einem ähnlichen Füllmaterial bestehen. Im kammerseitigen Teil des Schutzkörpers kann auch eine Mischung aus den genannten Füllmaterialien vorgesehen sein. Das Füllmaterial im kammerseitigen Teil verhindert das Eindringen von relativ großen Schmutzpartikeln, die durch die öffnung am kammerseitigen Ende des Schutzkörpers gelangt sind. Außerdem gewährleistet das Füllmaterial im kammerseitigen Teil eine gewisse Temperaturisolation, um einen gewissen

Temperaturgradienten im kammerseitigen Teil des Schutzkörpers zu erzielen.

In vorteilhafter Weise ist ein weiteres Füllmaterial vorgesehen, das aus einem temperaturbeständigen Pulver besteht und das im kammerfernen Teil des Schutzkörpers um den Heizkörper angeordnet ist. Das temperaturbeständige Pulver gewährleistet die Abdichtung gegenüber relativ kleinen

Schmutzpartikeln, die das Füllmaterial im kammerseitigen Teil passiert haben. Außerdem gewährleistet das weitere Füllmaterial eine weitere thermische Isolierung des kammerfernen Teils des Schutzkörpers.

In vorteilhafter Weise ist in einem kammerfernen Teil des Schutzkörpers ein Sensor zum Messen einer physikalischen Größe angeordnet. Durch das Füllmaterial im kammernahen Teil und durch einen gewissen Anteil des weiteren Füllmaterials im kammerfernen Teil ist eine Temperaturisolation des Sensors beziehungsweise ein Temperaturgefälle für den Sensor in Bezug auf eine in der Kammer herrschende Temperatur gewährleistet, bei der ein störungsfreier Betrieb des Sensors gewährleistet und eine Zerstörung des Sensors verhindert ist. Der Sensor kann als Sensor zur Temperaturmessung zum Messen der Temperatur des Heizkörpers und/oder der Temperatur in der Kammer, insbesondere in einer Brennkammer, ausgestaltet sein. Der Einfluss des Füllmaterials und gegebenenfalls eines weiteren Füllmaterials kann dabei durch eine rechnerische Korrekturgröße berücksichtigt werden. Der Sensor kann aber auch zur Druckmessung oder zur Messung eines Ionenstroms der Verbrennungsgase dienen. Ferner können auch mehrere Sensoren, die gegebenenfalls in einem Gehäuse untergebracht sind, zur kombinierten Messung der genannten Größen dienen. Ferner können in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung auch andere physikalische Größen, speziell im Rahmen einer PrüfStandsmessung, durch den Sensor gemessen werden.

Zeichnung

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze in einer schematischen Schnittdarstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Glühstiftkerze 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Glühstiftkerze 1 kann insbesondere als Glühstiftkerze 1 für eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine ausgestaltet sein. Ein Heizkörper 2 der Glühstiftkerze 1 ragt im Betrieb mit seinem kammerseitigen Ende 3 zumindest teilweise in eine Kammer der Brennkraftmaschine. Der Heizkörper 2 kann bei Vor- und Wirbelkammermotoren in die Vor- beziehungsweise Wirbelkammer und bei Motoren mit Direkteinspritzung in die Brennkammer des Motors ragen. Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle .

Die Glühstiftkerze 1 weist ein vereinfacht dargestelltes Gehäuse 4 auf, das den Heizkörper 2 aufnimmt und an einem Ende mit einem Element 5 verschlossen ist. Das Gehäuse 4 der Glühstiftkerze 1 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Der stabförmige Heizkörper 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als keramischer Heizkörper 2 ausgebildet. Der Heizkörper 2 kann jedoch auch ein metallisches Glührohr aufweisen oder in anderer Weise ausgestaltet sein.

Der stabförmige Heizkörper 2 weist eine erste stromführende Schicht 6, eine zweite stromführende Schicht 7 und eine zwischen den stromführenden Schichten 6, 7 angeordnete elektrisch isolierende Isolationsschicht 8 auf. Am

kammerseitigen Ende 3 sind die stromführenden Schichten 6, 1 an einer Spitze 9 des Heizkörpers 2 miteinander verbunden. Die stromführenden Schichten 6, 1 und die Isolationsschicht 8 bilden außerdem einen umlaufenden, zylinderförmigen Vorsprung 10 aus, der zur Befestigung des Heizkörpers 2 in dem Gehäuse 4 dient. Diese Befestigung ist in der Fig. 1 vereinfacht dargestellt .

An einem kammerfernen Ende 11 des Heizkörpers 2, das entgegengesetzt zu dem kammerseitigen Ende 3 angeordnet ist, ist ein elektrisch leitendes Kontaktelement 12 mit der zweiten stromführenden Schicht 7 verbunden. Das Kontaktelement 12 ist über eine elektrische Leitung 13 mit dem Pluskontakt eines elektrischen Anschlusses 14 verbunden. Ferner ist ein Kontaktelement 15 mit der ersten stromführenden Schicht 6 verbunden, das über eine elektrische Leitung 16 mit dem Minuskontakt des elektrischen Anschlusses 14 verbunden ist. Beim Anlegen einer Betriebsspannung an den elektrischen Anschluss 14 fließt ein Strom durch die stromführenden Schichten 6, 7 und die Spitze 9 des Heizkörpers 2, wodurch sich der Heizkörper 2 auf Grund der Erwärmung der Spitze 9 aufheizt, um am kammerseitigen Ende 3 des Heizkörpers 2 vorbeiströmende Luft aufzuwärmen.

Die Glühstiftkerze 1 kann in einer Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Vom kammerseitigen Ende 3 dringen beim Betrieb der Brennkraftmaschine Gase und Partikel zur Glühstiftkerze 1. Dabei besteht die Gefahr, dass die Gase oder Partikel in einen Innenraum 17 des Gehäuses 4 der Glühstiftkerze 1 eindringen. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich Schmutzpartikel an dem Heizkörper 2 festsetzen, wobei bei einer erheblichen Ablagerung von Schmutz ein Verkleben des Heizkörpers 2 im Bereich der öffnung der

Brennkraftmaschine, in die die Glühstiftkerze 1 eingeschraubt ist, erfolgen kann. Bei einer Demontage der Glühstiftkerze 1 können dann erhebliche Kräfte auf den Heizkörper 2 einwirken, wodurch der Heizkörper 2 beschädigt werden kann und gegebenenfalls bricht, wobei gegebenenfalls Teile der Glühstiftkerze 1 in der Kammer der Brennkraftmaschine verbleiben, was unerwünscht ist.

Zur Behebung dieser Probleme weist die Glühstiftkerze 1 einen metallischen Schutzkörper 20 auf, der den Heizkörper 2 abschnittsweise umschließt. Zwischen dem Schutzkörper 20 und dem Heizkörper 2 ist ein Zwischenraum 21 ausgebildet. Dadurch kann zwischen einer Innenwand 22 des Schutzkörpers 20 und einer Außenseite 23 des Heizkörpers 2 ein Abstand von beispielsweise 1 mm bis 5 mm bestehen. Am kammerfernen Ende ist der Schutzkörper 20 im Wesentlichen an den Heizkörper 2 geführt und an einem kammerseitigen Ende 24 ist der Schutzkörper 20 ebenfalls im Wesentlichen an den Heizkörper 2 geführt, so dass sich ein im Wesentlichen geschlossener Zwischenraum 21 ergibt. Dabei weist die stirnseitige Wandung 25 des Schutzkörpers 20 an dem kammerseitigen Ende 24 eine öffnung 26 auf, so dass der Schutzkörper 20, insbesondere die Wandung 25, etwas beabstandet zu der Außenseite 23 des Heizkörpers 2 ist oder berührungsfrei an der Außenseite 23 des Heizkörpers 2 anliegt, um die bei den erheblichen Temperaturschwankungen auftretenden mechanischen Spannungen des metallischen Schutzkörpers 20 nicht auf den Heizkörper 2 zu übertragen. Der Abschluss am kammerseitigen Ende 24 zwischen der Wandung 25 und dem Heizkörper 2 kann mit einem durch die öffnung 26 gegebenen Luftspalt, wie in der Fig. 1 gezeigt, aber auch ohne einen Luftspalt erfolgen.

Innerhalb eines kammerseitigen Teils 30 des Schutzkörpers 20 ist ein Füllmaterial 31 in dem Zwischenraum 21 angeordnet. Das Füllmaterial 31 füllt den kammerseitigen Teil 30 zwischen der Innenwand 22 des Schutzkörpers 20 und der Außenseite 23 des Heizkörpers 2 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollständig aus. Die dadurch gebildete Ring- und Stopfpackung kann aus einem Füllmaterial 31 gebildet sein, das aus hochtemperaturfesten Keramikfasern gebildet ist. Als Keramikfaser kann eine Faser aus Aluminiumoxid, insbesondere der alpha-Modifikation von A12O3, verwendet werden. Das Füllmaterial 31 kann auch aus einem Formkörper bestehen. Ferner kann das Füllmaterial 31 auch ein hochtemperaturfestes Keramikpapier aufweisen. Es sind auch andere hochtemperaturfeste Materialien für das Füllmaterial 31 denkbar. Außerdem kann der kammerseitige Teil 30 des Schutzkörpers 20 auch durch eine Kombination von mehreren der genannten Füllmaterialien 31 aufgefüllt sein.

An dem kammerseitigen Teil 30 des Schutzkörpers 20 schließt sich ein kammerferner Teil 32 des Schutzkörpers 20 an. Der kammerferne Teil 32 ist dabei in einen vorderen Teil 33, der sich direkt an den kammerseitigen Teil 30 anschließt, einen hinteren Teil 34, der an das kammerseitige Ende 24 des Schutzkörpers 20 angrenzt, und einen mittleren Teil 35, der zwischen dem vorderen Teil 33 und dem hinteren Teil 34 liegt, aufgeteilt. Der Zwischenraum 21 des kammerfernen Teils 32 des Schutzkörpers 20 ist mit einem weiteren Füllmaterial 36 aufgefüllt. Das weitere Füllmaterial 36 besteht aus einem temperaturbeständigen Pulver. Das weitere Füllmaterial 36 kann aus einer Packung aus Keramikpulver, insbesondere aus MgO, Glaspulver oder aus Fasern, insbesondere Keramikfasern aus A12O3, gebildet sein. Das weitere Füllmaterial 36

gewährleistet eine Abdichtung gegenüber kleineren Partikeln, die durch das Füllmaterial 31 gelangen können.

Außerdem ist durch das Füllmaterial 31 im kammerseitigen Teil 30 und das weitere Füllmaterial 36 im vorderen Teil 33 des kammerfernen Teils 32 eine gewisse Temperaturisolation des mittleren Teils 35 des kammerfernen Teils 32 des Schutzkörpers 20 gegeben. In dem mittleren Teil 35 kann deshalb ein Sensor 37 angeordnet werden, der auf Grund der Temperaturisolation zuverlässig betrieben werden kann und vor einer Zerstörung durch Hitzeeinwirkung geschützt ist. Der Sensor 37 kann als Sensor zur Druckmessung ausgebildet sein und ständig, das heißt sowohl während des Betriebs der Glühstiftkerze 1 als auch beim Nichtbetrieb der Glühstiftkerze 1, den Druck in der Kammer der

Brennkraftmaschine, insbesondere den Verbrennungsdruck in der Brennkammer der Brennkraftmaschine, messen. Der Sensor 37 kann auch als Sensor zur Temperaturmessung ausgebildet sein, um die Temperatur des Heizkörpers 2 und/oder die Temperatur in der Kammer, insbesondere die Brennraumtemperatur der Brennkammer, zu messen. Der Sensor 37 kann auch als Sensor zur Messung eines Ionenstroms ausgestaltet sein, um den durch die Brenngase erzeugten Ionenstrom zu messen. Dieser Ionenstrom, der im Bereich einiger rtiA liegen kann, kann als Stromfluss durch den Heizkörper 2 gemessen werden, wenn die Glühstiftkerze 1 außer Betrieb ist.

Der Zwischenraum 21 zwischen dem Sensor 37 und der Innenwand 22 des Schutzkörpers 20 ist im mittleren Teil 35 ebenfalls mit dem weiteren Füllmaterial 36 gefüllt, um auch von der Außenseite her eine gewisse Temperaturisolation für den Sensor 37 zu erreichen.

Das im hinteren Teil 34 des Zwischenraums 21 des Schutzkörpers 20 vorgesehene weitere Füllmaterial 36 dient zur weiteren Verbesserung der Abdichtung des Innenraums 17 gegenüber der Kammer der Brennkraftmaschine.

Die Verbindung des Schutzkörpers 20 mit dem Gehäuse 4 kann durch eine umlaufende Schweißnaht im Bereich 38 erfolgen.

Die Glühstiftkerze 1 gewährleistet einen guten mechanischen Schutz des keramischen Heizkörpers 2 durch den rohrförmig ausgebildeten Schutzkörper 20 und die Füllmaterialien 31, 36 beziehungsweise die Pulverpackung. Bei einem gegebenenfalls auftretenden Bruch des Heizkörpers 2 wird außerdem eine vollständige Entfernung bei der Demontage der Glühstiftkerze 1 aus der Kammer gewährleistet. Insbesondere wird verhindert, dass der Heizkörper 2 oder ein Teil des Heizkörpers 2 in die Kammer der Brennkraftmaschine fällt. Ferner gewährleistet der Schutzkörper 20 einen Schutz vor einem Thermoschock. Ein weiterer Vorteil ist der mechanisch und thermisch geschützte Platz im mittleren Teil 35 für den Sensor 37, der relativ nahe am kammerseitigen Ende 3 angeordnet sein kann. Die Messdaten des Sensors 37 können über eine durch den hinteren Teil 34 des kammerfernen Teils 32 des Zwischenraums 21 geführte elektrische Leitung 39 an einen Anschluss 40 ausgegeben werden. über die Leitung 39 oder eine entsprechende Leitung kann gegebenenfalls auch die Energie zum Betreiben eines aktiven Sensors 37 zugeführt werden.

Als Material für die Füllmaterialien 31, 36, insbesondere für das Füllmaterial 31, können beispielsweise Fasern aus A1203 oder aus Yttrium-stabilisiertem Zirkonium (YSZ) , Formkörper aus Magnesiumsilikat, Magnesiumaluminiumsilikat oder einem feuerbeständigen Isolierstoff, speziell aus der

Feuerwiderstandsklasse R90, und/oder ein hitzebeständiges hochtemperaturfestes Keramikpapier dienen. Als Material für die Füllmaterialien 31, 36, insbesondere für das Füllmaterial 36, können beispielsweise Glimmer (Glimmer bezeichnet eine Gruppe im monoklinen Kristallsystem kristallisierender Silikat-Minerale), insbesondere KA12 [ (OH, F) |AlSi3O10] , alpha- A1203, das in Form von Fasern in verschiedener Dicke, Länge und Verarbeitung verwendet werden kann und im allgemeinen temperaturbeständig bis über 1900°C ist, und/oder MgO, zum Beispiel in Form einer Pulverpackung, das temperaturbeständig bis über 2800°C ist, dienen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.