Zündkerzenadapter zur Druckmessung an Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zündkerzen- adapter zur Druckmessung an Brennkraftmaschinen, mit einem Druckgeber in einem mit der Zündkerze fest verbundenen Gehäuse, dessen Innenraum mit dem Verbrennungsraum, der Brennkraftmaschine über einen das Zündkerzengehäuse durchsetzenden Indizierkanal verbunden ist.
Es ist bereits eine Ausführung dieser Art bc- kannt, bei welcher das Zündkerzengehäuse eine über seine gesamte Länge verlaufende seitliche Nut aufweist, deren radialer Verlauf etwa den Aussenkon tu ren des Zündkerzengehäuses folgt. Am Grunde der Nut ist ein Indizierröhrchen eingelötet, dessen unteres Ende in den Raum zwischen dem Gewindeeinstich und dem Dichtungsring der Zündkerze mündet. Das obere Ende des Röhrchens mündet in Idas Gehäuse für den Druckgeber. Der Druckgeber steht somit über das Indizierröhrchen, den Raum innerhalb des Dichtungsringes und die durch das Zündkerzen gewinde hindurchgeführte Nut mit dem Verbrennungsraum in Verbindung.
Infolge der mehrfachen Querschnittsänderungen eines solchen Indizier kanals treten in diesem Schwingungserscheinungen und bei höheren Drehzahlen Phasenverschiebungen auf, die das Messergebnis verfälschen. Da zudem die im Gewindebereich gelegenen Räume des Indi zierkanais nicht eindeutig definiert sind und sowohl die Gewindetoleranzen als auch die Abmessungen der Dichtungsringe die Grösse dieser Räume beeinflussen, ergeben sich lerfahrungsgemäss unter völlig gleichen Versuchsbedingungen schon durch Ausw tausch des Adapters stark unterschiedliche Messkurven.
Durch Eindringen der Flammenfront in die Indizierbohrung setzt sich die Verbrennung in dieser fort, was ausser den erwähnten Nachteilen noch eine Beschädigung des Adapters selbst zur Folge haben kann.
Bei einer weiteren bekannten Ausführung, bei der ebenfalls eine seitliche Nut über die gesamte Länge des Zündkerzengehäuses vorgesehen ist, ist ein Indizierröhrchen in diese Nut eingelötet, dessen unteres Ende unmittelbar in den Verbrennungsraum mündet. Vor dieser Mündung ist eine Einlage aus F, latindrahtgeflecht angeordnet, die als Zündsperre dient. Das obere Ende des Indizierröhrchens mündet in eine mit dem Zündkerzengehäuse hart verlötete Hülse, in welcher der Druckgeber angeordnet ist.
Durch die Flammensperre wird hierbei zwar die Entstehung von schädlichen Schwingungen im Indizierkanal vermieden, doch gelangen infolge ungenügender W ärmeableitung heisse Verbrennungsgase unmittelbar zum Druckgeber, dessen Lebensdauer da- durch herabgesetzt wird.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Zündkerzenadapters, bei dem die Verbrennungsgase im Indizierkanal eine verstärkte Kühlung erfahren und somit die genannten Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden, sind. Der Adapter soll dabei eine weitgehende Anpassung an die jeweiligen Prüfbzw. Betriebsbedingungen ermöglichen und für sämtliche handelsüblichen Zündkerzen verwendbar sein.
Erfindungsgemäss wirid dieses Ziel dadurch erreicht, dass im Indizierkanal zumindestens ein zylin drischer Verdrängungskörper angeordnet ist, der mit dem Indizierkanal einen Ringraum bildet. Dadurch ergibt sich bei gegebener freier Querschnittsfläche des Indizierkanals eine erhebliche Vergrösserung der Wandfläche gegenüber einer einfachen Bohrung.
Diese für den Wärmeübergang der Verbrennungsgase an das Gehäuse massgebende Wandfläche bewirkt somit eine intensive Kühlung der Verbr, ennungsgase, so dass die Betriebsbedingungen ldels Druckgebers verbessert werden und seine Lebensdauer erhöht wird.
Untersuchungen an Zündkerzenadaptern haben gezeigt, dass Schwingungserscheinungen innerhalb des Indizierkanais dadurch wirksam begegnet werden kann, dass der Indizierkanal über seine gesamte Länge gleichbleibende oder, insbesondere im Bereich hoher Drehzahlen, in Richtung zum Druckgeber sich verjüngend Qerrschnitte aufweist. Dies ist durch ent sprechend Gestaltung der Verdrängungskörper bzw. des InÅaizierkanals in einfacher Weise zu verwirklichen.
In gleicher Weise lassen sich Querschnittserweiterungen, die durch ihre Speicherwirkung eine Verzögerung der Druckwelle und damit eine Verfälschung des Messergebnisses verursachen, vermei dvn. Infolge seiner besonderen Gestaltung umfasst der Zündkerzenadapter, der sich zum Einbau in handelsübliche Zündkerzen verschiedener Bauart und Wärmewerte eignet, einen ausgedehnten Anwendungsbereich bei optimaler Anpassungsmöglichkeit an die jesveiligen Versuchsbedingungen.
Vorzugsweise ist zwischen dem das Adaptergehäuse durchsetzenden Teil des Indizierkanals und dem darin angeordneten Verdrängungskörper ein Ringraum gebildet, der mit einer zum Druckgeber hin offenen zentralen Sackbohrung des Verdrängungs- körpers über in die Sackbohrung einmündende, zueinander versetzte Durchtrittsöffnungen in Verbindung steht. Die Querschnitte der Sackbohrung sowie der Durchtrittsöffnungen werden dabei vorzugsweise gleich oder kleiner als der Querschnitt des Ringraumes gewählt, so dass eine Verzögerung der Druckwelle der Verbrennungsgase nicht eintreten kann. Gleichzeitig werden dann durch die versetzte Anordnung der Durchtrittsöffnungen Interferenzerscheinungen zur Dämpfung im Indizierkanal etwa noch auftretender schädlicher Schwingungen wirksam.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Adapters kann der Verdrängungskörper mit einem in einer erweiterten koaxialen Bohrung des Adaptergehäuses angeordneten, auswechselbaren Adaptereins atz in einem Stück ausgebildet sein. Durch diese einfache Massnahme lassen sich die freien Querschnitte im Indizierkanal durch Austausch des Adaptereinsatzes leicht und rasch den jeweiligen Versuchsbedingungen weitgehend anpassen.
Vorzugsweise kann in zudem das Zündkerzengehäuse durchsetzenden Teil des Indizierkanals ein weiterer mit dem Adaptergehäuse gut wärmeleitend verbundener Verdrängungskörper angeordnet sein.
Die aus dem Brennraum in den Indizierkanal eintretenden Verbrennungsgase erfahren dadurch bereits im Bereich des Zündkerzengehäuses eine verstärkte Kühlung, da sie am Mantel des in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Adaptergehäuse ste hemden Verdrängungskörpers entlang strömen. Zugleich wird die Gefahr eines Durchschlagens der Verbrennung in den Indizierkanal verringert.
Schliesslich kann der Verdrängungskörper aus einem mit zueinander axial und in Umfangsrichtung versetzten Öffnungen versehenen Rohr bestehen, das stirnseitig zum Verbrennungsraum hin abgeschlossen ist. Durch diese Ausbildung des Verdrängungskörpers wird ein noch wirksaineier Schutz gegen ein Vordringen der Verbrennung in den Indizierkanal erzielt, da die Verbrennungsgase in mehreren Teilströmen entsprechend der Anzahl der Öffnungen Ides Verdrnngungskörpers in dessen Innenraum eindringen.
Ausser dem bereits genannten Vorteil der zueinander versetzten Öffnungen im rohiförmigen Verdrängungskörper ist noch von besonderer Bedeutung, dass etwaige unliebsame Schwingungserscheinungen der Verbrennungsgase bei deren Eintritt in den Indizierkanal weitgehend gedämpft oder unterbunden werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, die in Fig. 1 und Fig. 2 je einen Längsschnitt ! durch, ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel in vergrössertem Massstab zeigen.
Bei beiden Ausführungen ist an seiner seitlichen Abflachung eines Zündkerzengehäuses 1 ein Adaptergehäuse 2 beispielsweise durch Hartverlöten angeschlossen, welches in seiner Längsrichtung eine nach oben hin offene abgestufte Bohrung aufweist. Der untere Teil der Bohrung, welcher den kleineren Durchmesser besitzt, Bildet den adapterseitigen Teil 3 des Indizierkanals 4. Im oberen, erweiterten Teil 5 der Bohrung ist ein Adaptereinsatz 6 angeordnet, dessen z. B. zylindrischer Vendrängungskörper 7 den Teil 3 des Indizierkanals 4 über dessen gesamte Länge mit Spiel durchsetzt und mit diesem einen hohlzylindrischen Ringraum 8 bildet.
Der Ringraum 8 steht über zueinander versetzte radiale Durchtrittsöffnungen 9, die in eine adapterseitige zentrale Sackbohrung 10 des Verdrängungskörpers 7 einmündet, mit einem flachen zylindrischen Druckraum 11 in Inneren des Adaptereinsatzes 6 in Verbindung. Der Druckraum 11 ist nach oben hin durch den einen Druckgeber enthaltenden Adapter 12, Ider sich unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 13 auf den Adaptereinsatz 6 abstützt und zum Teil in dessen Innenraum hineinragt, abgeschlossen.
Der Adaptereinsatz 6 ist durch einen Dichtungs- ring 14 gegen den Ringraum 8 abgedichtet und durch eine in das Innengewinde der erweiterten Bohrung 5 des Adaptergehäuses 2 eingesetzte Spannschraube 15, die sich auf einen oberen Absatz des Adapters 12 abstützt, mit dem Adaptergehäuse 2 fest verbunden. An der Mantelfläche des Adaptergehäuses 2 sind im Bereich des Ringraumes 8 Kühlrippen 16 vorgesehen.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 weist das Zündkerzengehäuse 1 in seinem unteren Bereich eine seitliche Nut 17 auf, die sich vom zylindrischen Teil der Zündkerze ausgehend nahezu über die gesamte Länge des Einschraubgewindes erstreckt. Das Zündkerzengehäuse 1 weist im Bereich der untersten, von der Nut 17 nicht durchschnittenen Gewindegänge die parallel zur Zündkerzenachse verlaufende Indizierbohrung 18 auf. Brennraumseitig ist in der Indizierbohrung 18 ein Einsatz 19, der beispielsweise aus einem Platindrahtgeflecht besteht, als Flammensperre vorgesehen. Adapterseitig schliesst ein Indizierröhrchen 20 an die Indizierbohrung 18 über eine Hülse 21 gasdicht an.
Das Röhrchen 20, das den Indizierkanal 4 einschliesst, ist am Grunde der Nut 17 eingelegtwund mündet adapterseitig in den Teil 3 rdes Indizierkanais an dessen tiefster Stelle.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 durchsetzt der Indizierkanal 4 das Zündkerzengehäuse 1 etwa im Bereich des Gewindeeinstichs in einer zum Inneren des Zündkerzengehäuses hin schräg nac'n unten verlaufenden Richtung und mündet verbrennungsraum- seitig in den ringförmigen Raum 22 zwischen dem Isolator 23 der Mittelelektrode 24 und der Innenwand des Zündkerzengehäuses 1. Im Inneren des Indizierkanals 4 ist ein zweiter Verdrängungskörper 7' angeordnet, der mit der Wand des Indizierkanals 4 den Ringraum 8'bildet. Der Vendrängungs- körper 7' ist als Rohr ausgebildet, das stirnseitig zum Verbrennungsraum hin abgeschlossen und dessen anderes Ende mit dem Adaptergehäuse 2 gut wärmeleitend verbunden ist.
Der Ringraum 8' steht über zueinander axial und in Umfangsrichtung versetzte Öffnungen 9' mit dem Innenraum des Vendrängungs- körpers 7' in Verbindung. Das adapterseitige Ende des hohlen Verdrängungskörpers 7', das einen Schrägabschnitt in einer zur Zündkerzenachse slenkrechten Ebene aufweist, mündet ebenfalls in den Teil 3 des Indizierkanals 4 an dessen tiefstgelegener Stelle.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Bei der Ausführung nach Fig. 1 treten die Verbrennungsgase aus dem Brennraum unmittelbar in die Indizierbohrung 18 ein und gelangen über den als Flammensperre dienenden Einsatz 19 und den Indizierkanal 4 des Indlzierröhrchens 20 in das Adaptergehäuse 2. Bei der Ausführung gemäss Fig. 2 gelangen die Verbrennungsgase aus dem Brennraum zunächst in den ringförmigen Raum 22 zwischen dem Isolator 23 der Mittelelektrode 24 und der Innenwand des Zündkerzengehäuses 1 und treten anschliessend in den Ringraum 8'des Indizierkanals 4 ein, von wo sie über die Durchtrittsöffnungen 9' des hohlen Verdrängungskörpers 7', der gleichzeitig als s Flammensperre dient, gekühlt in das Adapter- gehäuse 2 gelangen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen gleich kühlen sich die aus dem Indizierkanal 4 in den Ringraum 8 zwischen dem Teil 3 des Indizierkanals 4 und dem Verdrängungskörpers 7 ein tietrndcn Verbrennungsgase auf ihrem Weg zu den radialen Öffnungen 9 des Verdrängungskörpers 7 an den Wänden des Ringraumes 8 ab. Die Ver brennungsgase gelangen schliesslich über Idie zentrale Sackbohrung 10 in den Druckraum 11, wo sie auf den Druckgeber des Adapters 12, beispielsweise auf die Membrane eines piezoelektrischen Druckmessers, einwirken. Die Höhe indes Druckraumes 11, der zur Vermeidung einer Speicherwirkung ein möglichst geringes Volumen aufweisen soll, kann z. B. durch Auswechseln des Dichtungsringes 13 beliebig eingestellt werden.
Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die beiden Ausführungsbeispiele. So ist z. B. eine Ausführung möglich, bei der der Indizierkanal im Bereich des Verdrängungskörpers s 7 sowie dieser selbst konisch ausgeführt sind, so dass der Quer- schnitt des gebildeten Ringraumes durch enne maxiale Verschiebung des Verdrängungskörpers im Indizierkanal beliebig verändert werden kann.