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DE102005050502B3 - Glow plug for combustion chamber of diesel engine, has pressure sensor provided with pressure membrane and arranged in central borehole of screw-in housing, and connection-unit for electrical connection of glow body and arranged in chamber - Google Patents

Glow plug for combustion chamber of diesel engine, has pressure sensor provided with pressure membrane and arranged in central borehole of screw-in housing, and connection-unit for electrical connection of glow body and arranged in chamber Download PDF

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Abstract

The plug has a screw-in housing (16), and a glow body (14) extending in extension of the housing. A pressure sensor (24) is provided with a pressure membrane and arranged in a central borehole (22) of the housing. The housing and the body are fixedly connected with each other in such a manner that the pressure membrane and the body form a chamber that communicates with a combustion chamber (12) of a diesel engine by openings or radial boreholes (38). A connection-unit for electrical connection of the body is arranged in the chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für einen Brennraum eines Dieselmotors.The The invention relates to a glow plug for one Combustion chamber of a diesel engine.

Glühkerzen für Dieselmotoren bestehen wesentlichen aus einem Glühstift aus Metall oder Keramik, der in den Brennraum des Motors hineinragt und durch eine elektrische Heizwendel im Innern des Stiftes beim Starten des Motors zum Glühen gebracht wird. Der Glühstift ist axial mit einem Einschraubkörper verbunden. Die elektrischen Anschlüsse der Heizwendel erfolgen dabei über einen axialen Kontaktstift und über das metallische Gehäuse der Glühkerze.glow plugs for diesel engines consist essentially of a glow plug made of metal or ceramic, which projects into the combustion chamber of the engine and by an electric Heating coil inside the pin is made to glow when starting the engine. The glow plug is axial with a screw-in body connected. The electrical connections of the heating coil take place over it an axial contact pin and over the metallic housing the glow plug.

Die Anforderungen an die Reduzierung des Schadstoffausstoßes von Dieselmotoren werden immer höher und es werden Sensoren im Brennraum benötigt, um die Verbrennung gezielt beeinflussen zu können. Der Zugang mit Sensoren zum Brennraum eines Dieselmotors kann am leichtesten über die Glühkerze erfolgen.The Requirements for the reduction of pollutant emissions of Diesel engines are getting higher and sensors are needed in the combustion chamber to target the combustion to be able to influence. The access with sensors to the combustion chamber of a diesel engine can at lightest over the glow plug respectively.

Aus der DE 103 47 216 A1 ist eine Glühkerze für einen Dieselmotor, der mit einem Drucksensor versehen ist, bekannt. Aus der DE 203 01 021 U1 ist eine Glühkerze mit einem mit einer Membran versehenem Drucksensor bekannt. Diese Glühkerzen sind in Hinblick auf ihre Messgenauigkeit nicht befriedigend.From the DE 103 47 216 A1 is a glow plug for a diesel engine, which is provided with a pressure sensor known. From the DE 203 01 021 U1 For example, a glow plug with a diaphragm pressure sensor is known. These glow plugs are not satisfactory in terms of measurement accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glühkerze mit einem Drucksensor zu schaffen, die eine genaue Messung des jeweiligen Drucks im Brennraum erlaubt.Of the Invention is based on the object, a glow plug with a pressure sensor to provide an accurate measurement of the respective pressure in the combustion chamber allowed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.According to the invention this Problem solved by the features of claim 1. The subclaims give advantageous embodiments of the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:The Invention will be explained below with reference to a drawing. there shows:

1 eine Schnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in einer Schnittdarstellung, 1 a sectional view of a preferred embodiment in a sectional view,

2 den gesonderten Glühstift, und 2 the separate glow plug, and

3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform in einer Schnittdarstellung. 3 a further preferred embodiment in a sectional view.

1 zeigt den vorderen Teil einer Glühkerze, die in einen Zylinderkopf 10 eines Motors eingebaut ist. Der Glühkörper 14 befindet sich im Brennraum 12 des Motors. 1 shows the front part of a glow plug in a cylinder head 10 an engine is installed. The mantle 14 is located in the combustion chamber 12 of the motor.

Der Einschraubkörper der Glühkerze ist mehrteilig aufgebaut. Er besteht aus dem äußeren metallischen Einschraubgehäuse 16, der mit einer zentralen Bohrung 22 versehen ist, in die ein Metallrohr (Rohr 20) eingebracht ist. Rohr 20 und Einschraubgehäuse 16 sind über eine hoch- temperatur- und druckfeste elektrische Isolierschicht 18, die gute Wärmeleiteigenschaften hat, fest miteinander verbunden.The screw-in body of the glow plug is constructed in several parts. It consists of the outer metallic screw-in housing 16 with a central hole 22 is provided, in which a metal pipe (pipe 20 ) is introduced. pipe 20 and screw-in housing 16 are equipped with a high-temperature and pressure-resistant electrical insulating layer 18 , which has good thermal conductivity, firmly connected.

In die Bohrung 22 ist ein Drucksensor 24, dessen frontseitige Druckmembrane (Membran 48) im wesentlichen in einer Linie mit der Brennraumwand 46 oder nur ein wenig hinter dieser zurückliegt (wenn die Druckmembran 48 in den Brennraum hineinragt, wird der Drucksensor zu heiß, wenn die Druckmembran 48 dagegen weiter zurückliegt, so entsteht ein Sackloch, in dem sich eine Druckschwingung aufbauen kann, die die eigentliche Druckmessung erheblich verfälscht; ein solches Sackloch sollte nicht tiefer als der Durchmesser der Bohrung 22 sein, um solche Resonanzschwingungen sicher zu vermeiden).Into the hole 22 is a pressure sensor 24 , whose front-side pressure membrane (membrane 48 ) substantially in line with the combustion chamber wall 46 or just a little behind this (if the pressure membrane 48 protruding into the combustion chamber, the pressure sensor becomes too hot when the pressure membrane 48 whereas, on the other hand, there is a blind hole in which a pressure oscillation can build up which considerably distorts the actual pressure measurement; such a blind hole should not be deeper than the diameter of the hole 22 be sure to avoid such resonant vibrations sure).

Das Metallrohr 20 dient dabei als Aufnahmeöffnung für den Drucksensor 24 und als elektrische Anschlussleitung an das obere Ende der Glühwendel (Heizwendel 44) mit dem Pluspol der Glüh- stromversorgung.The metal pipe 20 serves as a receiving opening for the pressure sensor 24 and as electrical connection line to the upper end of the filament (heating coil 44 ) with the plus pole of the glow current supply.

Der Glühstrom fließt damit von einem oben liegenden Anschluss, der nicht dargestellt ist, über das Rohr 20, das Anschlusselement 30, den Stiftkontakt 36, die elektrische Heizwendel 44, das metallische Glühelementgehäuse, das Verbindungsstück 32 auf den Einschraubgehäuse 16, der mit der elektrischen System-Masse d.h. dem Minuspol verbunden ist.The glow current thus flows from an overhead connection, which is not shown, over the pipe 20 , the connection element 30 , the pin contact 36 , the electric heating coil 44 , the metallic glow element housing, the connector 32 on the screw-in housing 16 which is connected to the electrical system ground ie the negative pole.

Der Stiftkontakt 36 ist über das käfigförmige Anschlusselement 30 mit dem Rohr 20 verbunden. Die feste elektrische und mechanische Verbindung ist durch eine Schweißverbindung an den Stellen 28 und 29 gewährleistet.The pin contact 36 is via the cage-shaped connection element 30 with the pipe 20 connected. The fixed electrical and mechanical connection is by a welded joint in the places 28 and 29 guaranteed.

Ein Anschlussring 32 verbindet den Glühkörper 14 mit dem Einschraubgehäuse 16. Dazu sind die Teile an den Stellen 26 und 27 fest miteinander verschweißt.A connection ring 32 connects the incandescent body 14 with the screw-in housing 16 , These are the parts in the places 26 and 27 firmly welded together.

Der Anschlussring 32 besitzt an seinem Umfang mehrere radiale Bohrungen 38, durch die der Druck aus dem Brennraum 12 und durch das Anschlusselement 30 zur Membran 48 des Drucksensors 24 gelangt.The connection ring 32 has at its periphery a plurality of radial bores 38 through which the pressure from the combustion chamber 12 and through the connection element 30 to the membrane 48 of the pressure sensor 24 arrives.

Das eigentliche Funktionselement der Glühkerze ist der Glühkörper 14, der mittels der elektrischen Heizwendel 44 zum Glühen gebracht werden kann. Anders als bei den bekannten Glühstiftelementen, ist der Glühkörper 14 hier ein in sich geschlossenes Funktionselement mit den beiden elektrischen Anschlüssen für die Heizstromzuführung.The actual functional element of the glow plug is the incandescent body 14 by means of the electric heating coil 44 can be made to glow. Unlike the known Glühstiftelementen, is the filament 14 here a self-contained functional element with the two electrical connections for the Heizstromzuführung.

Der Glühkörper 14 ist durch die Lage der Heizwendel 44 so konstruiert, dass die Spitze am heißesten wird und zur Anschlussseite hin am wenigsten aufgeheizt wird und damit dort so kalt wie möglich bleibt.The mantle 14 is due to the location of the heating coil 44 Designed so that the tip is hottest and the least heated to the connection side and thus remains as cold as possible.

2 zeigt den Glühkörper 14 so, wie er als Bauelement für die Herstellung der Glühkerze benötigt wird. Der Kontaktstift 36 und der metallische Glühkörper 14 dienen als elektrische Anschlusselemente 30, 32 für die Heizstromzuführung auf die Heizwendel 44, die an den Punkten 50 und 52 mit diesen elektrisch leitend verbunden ist. Ein Isolatorring 40 sorgt für eine elektrische Trennung des Stiftkontakts und des Gehäuses des Glühkörpers 14 und eine Abdichtung des Glühstifts. Vorzugsweise besteht der Isolatorring 40 aus einer hochtemperaturfesten Isolierkeramik. Der Stiftkontakt 36 soll dabei über den Isolierring 40 und den oberen Rand des Gehäuses des Glühkörpers 14 hinausragen. 2 shows the mantle 14 as it is needed as a component for the production of the glow plug. The contact pin 36 and the metallic incandescent body 14 serve as electrical connection elements 30 . 32 for the Heizstromzuführung on the heating coil 44 that at the points 50 and 52 connected to these electrically conductive. An insulator ring 40 ensures electrical separation of the pin contact and the housing of the mantle 14 and a seal of the glow plug. Preferably, the insulator ring exists 40 from a high-temperature-resistant insulating ceramic. The pin contact 36 should thereby over the insulating ring 40 and the upper edge of the casing of the mantle 14 protrude.

Der Drucksensor 24, bei dem es sich um einen faseroptischen Drucksensor handeln kann, passt dabei spaltfrei in das Rohr 20 und hat damit einen möglichst guten Wärmekontakt zum Gehäuse der Glühkerze 15.The pressure sensor 24 , which may be a fiber optic pressure sensor, fits into the tube without gaps 20 and thus has the best possible thermal contact with the housing of the glow plug 15 ,

Drucksensor 24 und Rohr 20 können einstückig ausgefüht sein. Damit kann die Stromzuführung zum Glühelement über das Sensorgehäuse selbst erfolgen.pressure sensor 24 and pipe 20 can be made in one piece. Thus, the power supply to the glow element via the sensor housing itself can be done.

Die Anschlusselemente 30 und 32 sollen gute elektrische Leiter sein und so ausgeformt sein, dass sie möglichst wenig Wärme an das Einschraubgehäuse 16 übertragen.The connection elements 30 and 32 should be good electrical conductors and be formed so that they heat as little as possible to the screw-in 16 transfer.

Bei einer herkömmlichen Glühkerze wird ein Ringspalt 54 dazu verwendet, das herkömmliche Glühelement thermisch vom Zylinderkopf besser zu entkoppeln, damit die Heizenergie der Glühspitze zu einem möglichst geringen Teil in den Zylinderkopf 10 eingebracht wird und hauptsächlich in der Spitze verbleibt. Eine metallische Wärmebrücke ist erst an der Dichtsitzfläche 42 vorhanden.In a conventional glow plug, an annular gap 54 used to thermally decouple the conventional heating element from the cylinder head, so that the heating energy of the glow tip to the least possible extent in the cylinder head 10 is introduced and remains mainly in the top. A metallic thermal bridge is only at the sealing seat surface 42 available.

Bei der hier vorgeschlagenen Glühkerze erfolgt die thermische Isolation der Glühspitze weiter vorne in Höhe der Brennraumoberfläche 46 durch die Anschlusselemente 30 und 32.In the glow plug proposed here, the thermal insulation of the glow tip is further forward in the amount of the combustion chamber surface 46 through the connection elements 30 and 32 ,

Der verbleibende Ringspalt ist für die Funktion des Drucksensors schädlich, da das Frontende des Drucksensors 24 durch das Glühen und den Motorbetrieb aufgeheizt wird und diese Wärme erst an Dichtung 42 auf das Motorgehäuse 10 abgibt. Ziel ist es aber, den Sensor thermisch so wenig wie möglich zu belasten. Der Ringspalt sollte daher entfallen oder, wie in 3 gezeigt, durch eine Wärmeleithülse 56 aufgefüllt werden, die fest mit dem Einschraubgehäuse verbunden ist. Die Hülse 56 besteht dabei aus einem Werkstoff mit einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten, vorzugsweise aus Kupfer, und einen solchen Außendurchmesser im heißen betriebswarmen Zustand haben, dass eine thermisch gut leitende Verbindung zwischen Einschraubgehäuse 16 und Zylinderkopf 10 entsteht.The remaining annular gap is detrimental to the function of the pressure sensor, as the front end of the pressure sensor 24 is heated by the glow and the engine operation and this heat only to seal 42 on the motor housing 10 emits. The goal, however, is to stress the sensor as little as possible thermally. The annular gap should therefore be omitted or, as in 3 shown by a Wärmeleithülse 56 be filled, which is firmly connected to the screw-in. The sleeve 56 consists of a material with a large coefficient of thermal expansion, preferably of copper, and have such an outer diameter in the hot operating condition that a thermally good conductive connection between Einschraubgehäuse 16 and cylinder head 10 arises.

Claims (7)

Glühkerze für einen Brennraum eines Dieselmotors, umfassend ein Einschraubgehäuse (16), einen sich in Verlängerung des Einschraubgehäuses (16) erstreckenden Glühkörper (14) und einen in einer zentralen Bohrung (22) des Einschraubgehäuses (16) angeordneten, mit einer Membran (48) versehenen Drucksensor (24), wobei das Einschraubgehäuse (16) und der Glühkörper (14) starr miteinander verbunden sind und die starre Verbindung so ist, dass die Membran (48) des Drucksensors (24) und der Glühkörper (14) eine Kammer ausbilden, die über Öffnungen oder Bohrungen (38) mit dem Brenn- raum (12) des Dieselmotors kommuniziert, und wobei in der Kammer ein Anschluss- element (30) zur elektrischen Verbindung des Glühkörpers (14) angeordnet ist.Glow plug for a combustion chamber of a diesel engine, comprising a screw-in housing ( 16 ), an extension of the screw-in ( 16 ) extending filament ( 14 ) and one in a central bore ( 22 ) of the screw-in housing ( 16 ), with a membrane ( 48 ) provided pressure sensor ( 24 ), whereby the screw-in housing ( 16 ) and the incandescent body ( 14 ) are rigidly connected to each other and the rigid connection is such that the membrane ( 48 ) of the pressure sensor ( 24 ) and the incandescent body ( 14 ) form a chamber through openings or holes ( 38 ) with the combustion chamber ( 12 ) of the diesel engine, and wherein in the chamber a connection element ( 30 ) for electrical connection of the mantle ( 14 ) is arranged. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (48) im eingeschraubten Zustand der Glühkerze mit der Wandung (46) des Brennraums (12) fluchtet.Glow plug according to claim 1, characterized in that the membrane ( 48 ) in the screwed-in state of the glow plug with the wall ( 46 ) of the combustion chamber ( 12 ) flees. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den Glühstift (14) mit dem Einschraubgehäuse (16) starr verbindenden, die Außenwandung der Kammer bildenden, mit einen Gasdurchtritt erlaubenden Öffnungen versehenen Anschlussring (32). A glow plug according to claim 1 or 2, characterized by a glow plug ( 14 ) with the screw-in housing ( 16 ) rigidly connecting, the outer wall of the chamber forming, provided with a gas passage opening openings ( 32 ). Glühkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in das Einschraubgehäuse (16) gegen diesen elektrisch isoliert eingesetztes, den Drucksensor (24) aufnehmendes, aus einem elektrisch leitenden Material gefertigtes, den Glühkörper (14) mit Strom versorgendes Rohr (20).Glow plug according to one of the preceding claims, characterized by a screw-in housing ( 16 ) against this electrically isolated used, the pressure sensor ( 24 ) receiving, made of an electrically conductive material, the incandescent body ( 14 ) power supply pipe ( 20 ). Glühkerze nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen das Rohr (20) mit einer Mittelelektrode (36) des Glühkörpers (14) verbindenden, einen Gasdurchtritt erlaubenden Käfig als Anschlusselement (30) aus einem elektrisch leitenden Material. A glow plug according to claim 4, characterized by a tube ( 20 ) with a center electrode ( 36 ) of the mantle ( 14 ), a gas passage permitting cage as a connection element ( 30 ) made of an electrically conductive material. Glühkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (24) ein faseroptischer Drucksensor ist.Glow plug according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 24 ) is a fiber optic pressure sensor. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Zylinderkopf (10) und dem Einschraubkörper (16) verbleibender Spalt (54) mit einer Wärmeleithülse (56) ausgefüllt ist.Glow plug according to claim 4, characterized in that a between the cylinder head ( 10 ) and the screw-in body ( 16 ) remaining gap ( 54 ) with a heat conducting sleeve ( 56 ) is filled out.
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