AT5949U1

AT5949U1 - Druckmesssonde zur messung des druckes im brennraum einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT5949U1
Application number: AT0004502U
Authority: AT
Inventors: Alexander Dr Friedl; Wolfgang Dipl Ing Michelitsch; Josef Dr Glaser
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-01-27
Also published as: DE20301021U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckmesssonde (1) zur Messung des Druckes im Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung (3), mit dem Brennraum (2) der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran (4) beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement (5) im brennraumseitigen Bereich (6) des Sondengehäuses (7) angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist das Sondengehäuse (7) im Bereich (6) des Druckmesselementes (5) und der Sensormembran (4) einen Durchmesser Phi < 5 mm auf, welcher sich anschließend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz (8) der Glühkerzenbohrung (3) anliegenden Dichtkonus (9) erweitert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmesssonde zur Messung des Druckes im Brenn- raum einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung, mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement im brennraum- seitigen Bereich des Sondengehäuses angeordnet ist.

Eine wesentliche Grösse für die Beurteilung des Verbrennungsablaufes im Brenn- raum einer Brennkraftmaschine ist der im Brennraum herrschende Druck. Insbe- sondere in der Forschung und Entwicklung werden daher Anstrengungen gemacht, den Brennraum der Druckmessung zugängig zu machen. Meist ist es wünschenswert möglichst keine Änderungen an der Brennraumgeometrie vorzu- nehmen, so dass für die Druckmessung bereits vorhandene Bohrungen für die Zündkerze oder die Glühkerze verwendet werden.

Eine Vorrichtung bei welcher die Zündkerze zusätzlich für die Druckmessfunktion dient, ist beispielsweise aus der AT 402 116 B bekannt geworden. Bei dieser Messvorrichtung ist ein ringförmiges Druckmesselement vorgesehen, an welchem sich der Isolierkörper der Zündkerze gegen das Kerzengehäuse abstützt. Es wird somit der an der Zündkerze anliegende Druck auf das ringförmige Messelement übertragen, wobei ein wesentlicher Nachteil dieser Art der Druckmessung darin zu sehen ist, dass eine relativ grosse Masse, nämlich die des Isolierkörpers der Zündkerze, negative Auswirkungen auf die Druckmessung hat. Ähnliche Nachteile ergeben sich auch im Zusammenhang mit Druckmesssonden, welche für Glühkerzenbohrungen adaptiert sind, bei welchen ringförmige Drucksensoren zwischen Messsonde und Dichtsitz angeordnet sind.

Es ist daher von Vorteil die im Zusammenhang mit der Druckmessung bewegten Massen klein zu halten und das Druckmesselement möglichst nahe an den Brennraum heranzubringen. Dies kann beispielsweise mit einer Druckmesssonde bewerkstelligt werden, welche gemäss EP 1 074 228 A2 in eine Zündkerze inte- griert ist. Zu diesem Zweck ist die Zündkerze mit einer durchgehenden, ausser- mittig im Gehäuse der Zündkerze ausgebildeten Längsbohrung versehen, welche zur Zündkerzenachse leicht geneigt ist und eine Druckmesssonde aufnimmt, deren Druckmesselement nahe am Brennraum angeordnet ist.

Derartige Messsonden sind mit Hilfe eines geeigneten Adapters auch in Glühker- zenbohrungen von Brennkraftmaschinen einsetzbar, wie eine Ausführung gemäss Stand der Technik (Fig. 1) zeigt. Die Druckmesssonde 1 wird zur Messung des Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Glühkerzen- adapters 20 in eine Glühkerzenbohrung 3 eingesetzt. Das ungekühlte Druck-

messelement 5 befindet sich im vorderen Teil des Sondengehäuses 7 und wird über eine Sensormembran 4 mit dem im Brennraum herrschenden Druck beauf- schlagt. Der Adapter 20 weist eine in den Brennraum 2 ragende Spitze 21 auf, welche der äusseren Kontur eines Glühstiftes bzw. einer Glühkerze entspricht.

In der Spitze 21 sind Gaswechselkanäle 22 angeordnet, über welche die Membran 4 mit dem im Brennraum 2 der Brennkraftmaschine herrschenden Druck in Verbin- dung steht. Der Glühkerzenadapter 20, in welchen die Messsonde 1 frontdichtend eingebaut wird, weist einen Dichtkonus auf, welcher am Dichtsitz der Glühker- zenbohrung 3 dichtend anliegt.

Derartige Kombinationen von Druckmesssonden und Adaptern eignen sich für Glühkerzenbohrungen mit einem brennraumseitigen (zwischen Brennraum und Glühkerzendichtsitz) Durchmesser grösser/gleich 5 mm. Bei diesen minimalen Bohrungsdurchmessern von 5 mm haben die verwendeten Adapter nicht mehr weiter reduzierbare Wandstärken von 0,3 mm. Doch auch bei einer weiteren Miniaturisierung des Sensors stösst man bei der Herstellung der entsprechenden Druckmesselemente sowie Sensormembranen an fertigungstechnische Grenzen.

Messsonden mit brennraumferner (im Bereich des Glühkerzendichtsitzes) Anord- nung der Sensormembran sowie des Druckmesselementes weisen lange Gas- wechselkanäle auf, welche zu messtechnisch unerwünschten Pfeifenschwingun- gen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Druck- messsonden Lösungen für den Einbau in Glühkerzenbohrungen mit Durchmes- sern < 5 mm vorzuschlagen, wobei die bisher aufgezeigten Vorteile, wie eine Brennraumnahe Anbringung der Sensormembran, kurze Indizierkanäle und geringe zu bewegende Massen, beibehalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Sondengehäuse im Bereich des Druckmesselementes und der Sensormembran einen Durchmes- serÚ < 5 mm aufweist, welcher sich anschliessend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegenden Dichtkonus erweitert. Durch den Wegfall des Adapters kann eine im brennraumseitigen Bereich extrem schlanke Druckmesssonde verwirklicht werden, deren zu einem Dichtkonus erweitertes Sondengehäuse direkt am Dichtsitz der Glühkerzenbohrung anliegt.

Es sind somit auch für Bohrungsdurchmesser < 5 mm Messsonden möglich, wel- che folgende Vorteile aufweisen : - brennraumnahe Messmembran - geringste Massen vor dem Messelement - Direkteinbau der Messsonde ohne Adapter

- Hohe Signalqualität und grosser Informationsgehalt des Drucksignals
Vermeidung von Pfeifenschwingungen aufgrund der kurzen Gaswege Die erfindungsgemässe Druckmesssonde ist bevorzugt zweiteilig ausgeführt, und besteht aus einem Sensorteil sowie einem in seiner Länge an die Tiefe der Glüh- kerzenbohrung anpassbaren Verlängerungsteil, wobei die beiden Teile vorzugs- weise miteinander verschraubbar ausgeführt sind. Die lösbare Verbindung erlaubt die Demontage des Verlängerungsteils vom eigentlichen Sensor, wobei die Trennung beider Teile zur Wartung der Kabelverbindung bzw. zum Kabel- tausch dient.

Es sind jedoch auch nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindungen zwischen beiden Teilen geeignet.

Erfindungsgemäss ist das Sondengehäuse so ausgeführt, dass die Aussenkontur des Sondengehäuses ausgehend von einer Rohkontur durch eine spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise durch Überdrehen, an die Abmessungen unterschied- licher Glühkerzenbohrungen anpassbar ist. Die Messsonde kann somit kunden- spezifisch an die jeweiligen Durchmesser der Glühkerzenbohrung sowie an die Lage und Abmessung des Dichtsitzes angepasst werden, wobei weiters die Länge der Sonde durch Verwendung unterschiedlicher Verlängerungsteile variiert wer- den kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgese- hen, dass am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde eine Glühstiftspitze mit Gaswechselkanälen befestigt ist. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Schweissen (z.B. Elektronenstrahl- oder Laserschweissen). Die direkt am brenn- raumseitigen Ende der Druckmesssonde angeschweisste Glühstiftspitze sorgt dafür, dass die Strömungsverhältnisse im Brennraum am Ort der Druckmessung möglichst ungestört sind und den Verhältnissen bei eingebautem Glühstift ent- sprechen.

Weiters ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Glühstiftspitze an einer ring- förmigen, einen Raum vor der Sensormembran bildenden Anformung der Sen- sormembran befestigt ist und die Gaswechselkanäle in diesen Raum münden.

Für die brennraumnahe Druckmessung wird erfindungsgemäss ein hochtempera- turstabiles Messelement, beispielsweise aus GaP04, verwendet.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Druckmesssonde gemäss Stand der Technik in einer Schnittdarstellung, Fig.

2 eine erfindungsgemässe Druckmesssonde in einer Schnittdarstellung sowie Fig.

3 ein Detail der Ausführungsvariante gemäss Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckmesssonde gemäss Stand der Technik wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemässe Druckmesssonde 1 zur Mes- sung des Druckes im Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine steht über eine Glühkerzenbohrung 3 mit dem Brennraum der nicht weiter dargestellten Brenn- kraftmaschine in Verbindung. Ein von einer Sensormembran 4 beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement 5 ist im brennraumseitigen Bereich 6 des Son- dengehäuses 7 angeordnet. Das Sondengehäuse 7 weist im Bereich 6, in wel- chem das Druckmesselement 5 und die Sensormembran 4 angeordnet sind, einen Durchmesser $ < 5 mm auf, wobei sich das Sondengehäuse 7 anschlie- &num;end an diesen Bereich zu einem Dichtkonus 9 erweitert, welcher an einem Dichtsitz 8 der Glühkerzenbohrung 3 anliegt.

Die in Fig. 2 dargestellte Druckmesssonde ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Sensorteil 16 und einem Verlängerungsteil 17. Die beiden Teile 16 und 17 können mit Hilfe eines Gewindes 18 verschraubt werden, wobei nach Abnahme des Verlängerungsteiles 17 der Kabelstecker 19 für das Ableitkabel 23 zugängig ist und gegebenenfalls ausgewechselt werden kann.

Die Aussenkontur 10 des Sondengehäuses 7 kann ausgehend von einer strichliert eingezeichneten Rohrkontur 11 mit einem Durchmesser von z. B. 10 mm, bei- spielsweise durch Überdrehen kundenspezifisch angepasst werden, wobei im brennraumseitigen Bereich 6 der Sonde Durchmesserwerte < 5 mm erreicht werden können. Mit 24 ist die Montageschraube zum Befestigen der Messsonde 1 in der Glühkerzenbohrung 3 bezeichnet.

Wie im Detail aus Fig. 3 ersichtlich, ist am brennraumseitigen Ende der Druck- messsonde 1 eine Glühstiftspitze 12 mit Gaswechselkanälen 13, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweissen, befestigt. Zur besseren Beaufschlagung der Sensormembran 4 mit dem im Brennraum 2 herrschenden Druck kann die Glüh- stiftspitze 12 an einer ringförmigen Anformung 15 der Sensormembran 4 befes- tigt sein, welche einen Raum 14 vor der Sensormembran bildet. Die Gaswechsel- kanäle 13 münden ausgehend von einer ringspaltförmigen Freistellung der Sen- sorspitze 12 direkt in den Raum 14.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Druckmesssonde (1) zur Messung des Druckes im Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, welche über eine Glühkerzenbohrung (3), mit dem Brennraum (2) der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von einer Sensormembran (4) beaufschlagtes, ungekühltes Druckmesselement (5) im brennraumseitigen Bereich (6) des Sondengehäuses (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondengehäuse (7) im Bereich (6) des Druckmesselementes (5) und der Sensormembran (4) einen Durchmes- ser Ú < 5 mm aufweist, welcher sich anschliessend an diesen Bereich zu einen an einem Dichtsitz (8) der Glühkerzenbohrung (3) anliegenden Dicht- konus (9) erweitert.
2. Druckmesssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkontur (10) des Sondengehäuses (7) ausgehend von einer Rohkontur (11) durch eine spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise durch Überdre- hen, an die Abmessungen unterschiedlicher Glühkerzenbohrungen (3) anpassbar ist.
3. Druckmesssonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am brennraumseitigen Ende der Druckmesssonde (1) eine Glühstiftspitze (12) mit Gaswechselkanälen (13), vorzugsweise durch Schweissen, befestigt ist.
4. Druckmesssonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühstiftspitze (12) an einer ringförmigen, einen Raum (14) vor der Sen- sormembran (4) bildenden Anformung (15) der Sensormembran (4) befes- tigt ist und die Gaswechselkanäle (13) in diesen Raum (14) münden.
5. Druckmesssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Druckmesssonde zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Sensorteil (16) sowie einem an die Tiefe der Glühkerzenbohrung anpassbaren Verlängerungsteil (17) besteht, wobei beide Teile (16,17) vor- zugsweise miteinander verschraubbar ausgeführt sind.
6. Druckmesssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Druckmesselement (4) ein hochtemperaturstabiles Messelement, beispielsweise aus GaP04, vorgesehen ist.