AT524795A4

AT524795A4 - Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze

Info

Publication number: AT524795A4
Application number: ATA50604/2021A
Authority: AT
Inventors: Tilz Dipl -Ing Dr Anton; Engelmayer Dr Michael; Warter Dipl -Ing Sven
Original assignee: Lec Gmbh
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-09-15
Also published as: AT524795B1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze (1), wobei die Zündkerze (1) einen zur funkenstreckenzugewandten Elektrodenoberfläche (5) verlaufenden Messkanal (3) umfasst, in dem ein mit einem Klebstoff (4) befestigter Temperatursensor (2) vorgesehen ist, beschrieben. Um eine exakte Temperaturmessung der Elektrode der Zündkerze (1) zu erlauben, wobei das Betriebsverhalten mit und ohne Temperatursensor (2) weitgehend übereinstimmt, wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor (2) einen Lichtwellenleiter (6) umfasst, der in den Messkanal (3) funkenstreckenabgewandt mit einem im Verarbeitungszustand niederviskosen Klebstoff (4a) und funkenstreckenzugewandt mit einem temperaturfesten, im Verarbeitungszustand hochviskosen Klebstoff (4b) eingeklebt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze, wobei die Zündkerze einen in die funkenstreckenzugewandte Elektrodenoberfläche einmündenden Messkanal umfasst, in dem ein mit einem Klebstoff befestigter Temperatursensor vorgesehen ist.

Aus der DE102019202202A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze bekannt. Die Zündkerze weist hierzu einen in Axialrichtung der Zündkerze und durch ihre Mittelelektrode verlaufenden Messkanal auf, in dem ein Thermoelement als Temperatursensor eingeklebt ist. Zur Herstellung der Vorrichtung wird das Thermoelement zunächst durch den Messkanal geführt und anschließend die die Mittelelektrode überragende Spitze des Thermoelements zur Angleichung an die Mittelelektrodengeometrie abgekappt. Die durch das Abkappen der Spitze getrennten elektrischen Leiter des Thermoelements müssen nach dem Befestigen des Thermoelements in der Zündkerze über Beschichtungen wieder elektrisch miteinanderverbunden werden, was einen aufwendigen Fertigungsprozess bedeutet. Neben der Problematik, dass die von der Zündkerze erzeugte Spannungen im kV-Bereich eine Störquelle für die vom Thermoelement verwendeten Messsignale im mV-Bereich darstellen, ergibt sich das Problem, dass durch die beschichtungsbedingte Veränderung der funkenstreckenzugewandten Elektrodenoberfläche die Funkenstrecke und damit das Zündverhalten der Zündkerze geändert wird, was die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebsverhaltens von Zündkerzen ohne eingebautem Sensor ungeeignet macht und den Einsatz des Sensors in

serienmäßig gefertigten Zündkerzen erschwert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, die eine exakte Temperaturmessung der Elektrode einer Zündkerze erlaubt, wobei das Betriebsverhalten mit und ohne

Temperatursensor weitgehend übereinstimmt.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Temperatursensor einen Lichtwellenleiter umfasst, der in den Messkanal funkenstreckenabgewandt mit einem im Verarbeitungszustand niederviskosen Klebstoff und funkenstreckenzugewandt mit einem temperaturfesten, im Verarbeitungszustand hochviskosen Klebstoff eingeklebt ist. Zufolge der erfindungsgemäßen Merkmale dienen als Messsignal Lichtwellen, die vom fiberoptischen Lichtwellenleiter des Temperatursensors aufgenommenen werden und von einer Auswerteeinheit in eine Temperatur umgerechnet werden können. Vorteilhafterweise bleiben die Lichtwellen von den Störspannungen der Zündkerze unbeeinflusst, sodass der Lichtwellenleiter in einen Messkanal in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche angeordnet sein kann und somit mit hoher Genauigkeit die Temperatur dieser Elektrode aufnehmen kann. Um einerseits eine Adaption von seriell gefertigten Zündkerzen zu

Lichtwellenleiter kann beispielweise aus Quarzglas oder Kunststoff gefertigt sein.

Grundsätzlich können die Klebstoffe unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und somit unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Beispielsweise kann der funkenstreckenzugewandte, im Verarbeitungszustand hochviskose Klebstoff vorwiegend als Temperaturschutz für den funkenstreckenabgewandten, im Verarbeitungszustand niederviskosen Klebstoff dienen, während der funkenstreckenabgewandte Klebstoff vorwiegend für den sicheren Halt des Temperatursensors im Messkanal und für eine Abdichtung des Brennraums sorgt. Sowohl ein Temperaturschutz als auch ein Abdichten des Brennraums kann insbesondere dann erreicht werden, wenn als funkenstreckenzugewandter, im Verarbeitungszustand hochviskoser Klebstoff ein Klebstoff auf Basis von Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid eingesetzt wird. Als funkenstreckenzugewandter, im Verarbeitungszustand hochviskoser Klebstoff kann auch ein Klebstoff auf Basis von Graphit eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Wahl von zwei unterschiedlichen Klebstoffen kann der temperaturfeste, funkenstreckenzugewandte Klebstoff auch schlechtere Festigkeitsund Abdichtungseigenschaften aufweisen als der funkenstreckenabgewandte Klebstoff, weil letzterer die Aufgabe einer zuverlässigen Befestigung und Abdichtung erfüllen kann.

Obwohl die Temperatur der Elektrode, beispielsweise der Mittelelektrode, bereits mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann, wenn der Messkanal ein im Bereich der Elektrodenoberfläche endendes Sackloch bildet, kann die Genauigkeit noch

Zündkerzen finden Einsatz in Kraftfahrzeugen, welche üblicherweise mit diversen elektronischen Komponenten ausgestattet sind. Die zündkerzenbedingten Störspannungen stören nicht nur die Messsignale gängiger Thermoelemente, sondern auch die Fahrzeugelektronik, weswegen in Serienzündkürzen ein Entstörwiderstand verbaut ist, um die Fahrzeugelektronik von diesen Störspannungen zu schützen. Damit dieser Entstörwiderstand nicht überbrückt wird, wird vorgeschlagen, dass der Messkanal und der Lichtwellenleiter einen Entstörwiderstand der Zündkerze kurzschlussfrei durchsetzen. Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass der Lichtwellenleiter einen nicht elektrisch leitenden Mantel ausbildet. Andererseits können die Klebstoffe als elektrische Isolatoren

wirken.

Um das Betriebsverhalten möglichst wenig zu beeinflussen bzw. ein einfaches Nachrüsten von seriell gefertigten Zündkerzen zu ermöglichen, empfiehlt es sich in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass der Lichtwellenleiterdurchmesser kleiner gleich 1,5 mm, insbesondere kleiner gleich 1 mm ist.

Vibrationen können die Messqualität des Temperatursensors in negativer Weise

beeinflussen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die besten

Als geeigneter funkenstreckenabgewandter, im Verarbeitungszustand niederviskoser Kleber hat sich ein Klebstoff auf Basis von Epoxidharz, herausgestellt.

Als Temperatursensor kommen grundsätzliche unterschiedliche faseroptische Temperatursensoren in Frage. Um die Temperatur an der Elektrodenoberfläche allerdings möglichst exakt zu bestimmen, ohne dass die Umgebungstemperatur hierauf einen wesentlichen Einfluss hat, wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor ein extrinsischer, faseroptischer Temperatursensor ist, der einen Lichtwellenleiter und ein an den Lichtwellenleiter im Bereich der Elektrodenoberfläche anschließendes Temperaturelement umfasst. Zu Folge dieser Maßnahme kann die Temperatur des Temperaturelementes bestimmt werden, wobei der Lichtwellenleiter lediglich zur Übertragung des Messsignals dient.

Vorteilhafte Bedingungen hinsichtlich einer exakten Temperaturmessung ergeben sich, wenn der Lichtwellenleiter Inteferenzfilter, vorzugsweise Faser-Bragg-Gitter

umfasst.

Zur Überprüfung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze ist es gewünscht, dass sich das Zündverhalten der zu vermessenden Zündkerze analog zu konventionellen in einem Motor verbauten Zündkerzen verhält. Durch das Vorsehen von beispielsweise Thermoelementen in der Zündkerze wird jedoch aufgrund der sich ändernden Kapazität das Zündverhalten wesentlich beeinflusst, sodass von den in

einem Betriebsstand ermittelten Parametern einer Zündkerze nicht ausreichend

Temperatursensor aufweist.

Insbesondere kann der Messkanal mit mehreren Klebstoffen verfüllt werden, wobei zuerst im Bereich der Elektrodenoberfläche ein temperaturfester, hochviskoser Klebstoff auf Basis von Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid verfüllt wird, danach der Lichtwellenleiter in den Messkanal geführt wird und schließlich der Ringspalt zwischen Lichtwellenleiter und Messkanal mit einem niederviskosen Klebstoff

verfüllt wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.

Eine Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze 1 weist, wie insbesondere der Fig.1 zu entnehmen ist, einen Temperatursensor 2 auf, der in einem Messkanal 3 mit Klebstoff 4 befestigt ist. Der Messkanal 3 durchsetzt die Zündkerze 1 und mündet in eine funkenstreckenzugewandte Elektrodenoberfläche

5 ein. Erfindungsgemäß umfasst der Temperatursensor 2 einen Lichtwellenleiter 6,

Besonders günstige Fertigungsbedingungen ergeben sich, wenn der Messkanal 3 in die funkenstreckenzugewandte Oberfläche 5 der Mittelelektrode 7 einmündet. Der Messkanal 3 kann beispielsweise durch Durchbohren der Zündkerze 1 gefertigt

werden.

Um die Funktionalität von etwaigen elektronischen Geräten nicht zu stören, durchsetzen der Messkanal 3 und der Lichtwellenleiter 6 einen Entstörwiderstand 8 kurzschlussfrei. Auf diese Weise kommt es zu keiner elektrischen Überbrückung des Entstörwiderstandes 8, sodass dessen Funktion aufrechterhalten bleibt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Lichtwellenleiter 6 einen elektrisch isolierenden Lichtwellenleitermantel aufweist. Alternativ bzw. zusätzlich kann der

Klebstoff 4 als Isolator zwischen Lichtwellenleiter 6 und Zündkerze 1 wirken.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, wird eine besonders geringe Beeinflussung des Zündverhaltens der Zündkerze 1 erreicht, wenn der Lichtwellenleiterdurchmesser 9

kleiner gleich 1,5 mm, insbesondere kleiner gleich 1 mm ist. Zu diesem Zweck

Um die durch die Vibrationen hervorgerufenen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsamplituden des Temperatursensors 2 gering zu halten und dennoch ein einfaches und sicheres Nachrüsten von seriell gefertigten Zündkerzen 1 zu ermöglichen, kann das Verhältnis zwischen Messkanaldurchmesser 10 und Lichtwellenleiterdurchmesser 9 1,05:1 bis 1,15:1, insbesondere 1,1:1 betragen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können seriell gefertigte Zündkerzen 1 nachgerüstet werden. Neben den bereits erwähnten Komponenten weisen solche Zündkerzen 1 eine Massenelektrode 11, einen Isolator 12, ein Gehäuse 13, sowie einen Dichtring 14 auf. Zwischen der Mittelelektrode 7 und Massenelektrode 11 verläuft eine Funkenstrecke 15. Der erfindungsgemäße Temperatursensor 2 umfasst eine Auswerteeinheit 16 zum Ermitteln der Elektrodentemperatur ausgehend vom beispielsweise interferometrischen Messsignal.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, dass der Temperatursensor 2 ein extrinsischer, faseroptischer Temperatursensor 2 sein kann, der im Bereich der Elektrodenoberfläche 5 ein an den Lichtwellenleiter 6 anschließendes

Temperaturelement 17 umfasst.

Claims

(343921.7) IV Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze (1), wobei die Zündkerze (1) einen zur funkenstreckenzugewandten Elektrodenoberfläche (5) verlaufenden Messkanal (3) umfasst, in dem ein mit einem Klebstoff (4) befestigter Temperatursensor (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) einen Lichtwellenleiter (6) umfasst, der in den Messkanal (3) funkenstreckenabgewandt mit einem im Verarbeitungszustand niederviskosen Klebstoff (4a) und funkenstreckenzugewandt mit einem temperaturfesten, im Verarbeitungszustand hochviskosen Klebstoff (4b)

eingeklebt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Verarbeitungszustand hochviskose Klebstoff (4b) auf Basis von Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und/oder Graphit ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (3) in die funkenstreckenzugewandte Elektrodenoberfläche (5)

einmündet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (3) und der Lichtwellenleiter (6) einen Entstörwiderstand (8) der Zündkerze (1) kurzschlussfrei durchsetzen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiterdurchmesser (9) kleiner gleich 1,5 mm, insbesondere

kleiner gleich 1 mm ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der funkenstreckenabgewandte, im Verarbeitungszustand niederviskose Klebstoff (4a) ein Klebstoff auf Basis von Epoxidharz ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) ein extrinsischer, faseroptischer Temperatursensor (2) ist, der einen Lichtwellenleiter (6) und ein an den Lichtwellenleiter (6) im Bereich der Elektrodenoberfläche (5) anschließendes Temperaturelement (17) umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (6) Inteferenzfilter, vorzugsweise Faser-Bragg-Gitter

umfasst.

10. Verfahren zur Messung der Elektrodentemperatur einer Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zündkerze (1) ein in ihrer Längsrichtung verlaufender und zur Elektrode führender Messkanal (3) eingebohrt wird, in den ein Lichtwellenleiter (6) eingesetzt und der Ringspalt zwischen Lichtwellenleiter (6) und Messkanal (3) mit einem Klebstoff (4) verfüllt wird.