DE19830213C2 - Zündkerze für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, mit einem in die Zündkerze integrierten optischen Sensor, welcher mehrere in den Brennraum mündende Lichtleiter auf­ weist, wobei die Lichtleiter um die Zündkerzenachse im Zündkerzenmantel angeordnet sind.

Über Lichtleiter, die in die Zündkerze einer Otto-Brennkraftmaschine integriert sind, kann auf einfache Weise überprüft werden, in welche Richtung sich die nach der Zündung entstehende Flamme ausbreitet. Die Analyse der dabei aufgenommenen Meßsignale gibt Hinweise darauf, ob im untersuchten Motorbetriebspunkt die Flammenkernbildung regulär abläuft, oder ob diese frühe Verbrennungsphase durch irreguläre Strömungsvorgänge beeinträchtigt wird. Je nach dem Analysenergebnis kann dann in einer gemeinsamen Interpretation mit konventio­ nellen Motorprüfdaten über Änderungsmaßnahmen entschieden werden.

Derartige Vorgangsweisen sind Stand der Technik. Ebenso ist es bekannt, in welcher Weise die solcher Art registrierten Lichtsignale ausgewertet werden müssen und wie die Meßdaten zu interpretieren sind. Der optische Zugang über Lichtleiter in der Zündkerze hat den großen Vorteil, daß an der Brennkraftmaschine selbst keine Änderungen nötig sind. Allerdings muß durch die Bauart der Zündkerze ein unveränderter Motorbetrieb gewährleistet und die Zünd­ kerze selbst trotz eventuell zusätzlicher Einbauten an Steckverbindungen einfach montierbar sein.

Aus der US 4 446 723 A, der US 4 506 186 A oder der DE 30 01 711 A1 sind Zündkerzen für Brennkraftmaschinen mit einem einzigen mittig angeordneten Lichtleiter bekannt. Dies er­ möglicht allerdings nur einfache Messungen, wie beispielsweise die Feststellung, ob Klopfen auftritt oder nicht. Für komplexere Messungen, wie beispielsweise die Beobachtung der Flammenkernbildung und Bewegung, sind Zündkerzen mit einem einzigen Lichtleiter nicht ausreichend.

Es ist eine Zündkerze der eingangs genannten Art bekannt, welche mehrere in den Brennraum mündende Lichtleiter aufweist, über welche neben der Klopfdetektion auch komplexere Mes­ sungen, wie die Beobachtung der Flammenausbreitung, durchgeführt werden können, siehe beispielsweise Artikel "In-cylinder Diagnostics for Production Spark-Ignition Engines", Un­ steady Combustion, F. E. CULICK, M. V. HEITOR and J. H. WHITELAW (Eds.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1995. Die bekannte Zündkerze hat allerdings den Nachteil, daß jeder Lichtleiter in ein eigenes Lichtleiterkabel übergeht und somit ein ganzes Kabelbün­ del notwendig ist, um die erforderlichen Messungen durchführen zu können. Dadurch wird allerdings die Handhabung der Zündkerze und der Meßeinrichtungen erheblich erschwert und behindert, sodaß der Meßaufbau und -abbau relativ viel Zeit in Anspruch nimmt. Abgesehen davon besteht bei der Vielzahl an erforderlichen Lichtleiterkabeln erhöhte Beschädigungs- und Ausfallgefahr.

Weiters sind aus den Druckschriften DE 31 10 996 A1, DE 30 39 879 A1 und DE 30 01 711 A1 verschiedene Kupplungseinrichtungen bekannt, mit denen Lichtleiterkabel an Zündkerzen angeschlossen werden können, in die Lichtleiter integriert sind. Die in die Zündkerzen integrierten Lichtleiter bestehen dabei aus einem Lichtleiterkabel, einem transpa­ renten Glas- oder Keramikkörper, einem undifferenzierten Glasfaserbündel oder ähnlichem und lassen keine winkelselektiven komplexeren Messungen zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Zündkerze der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine einfachere Handhabung beim Meß­ aufbau und -abbau bei möglichst hoher Zuverlässigkeit des Meßsystems ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zumindest eine Gruppe von Lichtleitern in einer Kupplungseinrichtung der Zündkerze für den Anschluß eines lösbaren Lichtleiterkabels zusammengeführt sind. Anstelle von einer Vielzahl von Kabeln, nämlich einem Kabel pro Lichtleiter, ist somit nur ein einziges Lichtleiterkabel pro Gruppe von Lichtleitern zur Zünd­ kerze erforderlich, wobei vorzugsweise pro Gruppe eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen dem Lichtleiterkabel und den Lichtleitern der Zündkerze erfolgt dabei vorteilhafterweise über eine Steckkupplung, gegebenenfalls mit Schraubsicherung.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Kupplungseinrichtung einstückig mit dem Zünd­ kerzengehäuse ausgeführt ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Lichtleiter zu einer einzigen Gruppe zusammengeführt sind.

Weiters kann vorgesehen sein, daß der Hochspannungsanschluß und der Lichtleiteranschluß über eine einzige Kupplungseinrichtung erfolgt.

Um Informationen über den Anfangszustand der Flammenausbreitung zu gewinnen, sind sechs bis zehn, vorzugsweise etwa acht einzelne Lichtleiter konzentrisch zur Hochspannungs­ elektrode angeordnet.

Die Führung der Lichtleiter erfolgt vorteilhafterweise über im wesentlichen in Richtung der Kerzenachse verlaufende Bohrungen im Zündkerzenmantel, wobei jeweils eine Gruppe von Bohrungen in eine dazu geneigte Sammelbohrung einmündet, die zu einem Sammelraum der Kupplungseinrichtung führen. Dabei münden vorteilhafterweise jeweils zumindest zwei, vorzugsweise vier Bohrungen in eine Sammelbohrung ein. Die Bohrungen und Sammelboh­ rungen sind als Sacklöcher ausgebildet, wobei die Bohrungen von der in den Brennraum mündenden Stirnfläche der Zündkerze und die Sammelbohrungen vom Sammelraum ausge­ hen. Vorzugsweise besteht jeder Lichtleiter aus einem Einzelfaserlichtleiter, wodurch der Durchmesser der Bohrungen und der Sammelbohrung möglichst klein gehalten werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht auf die erfindungsgemäße Zündkerze von oben,

Fig. 2 eine Schrägansicht auf diese Zündkerze von unten,

Fig. 3 eine Seitenansicht auf diese Zündkerze mit teilweise geschnittenem Zündker­ zenmantel.

Die erfindungsgemäße Zündkerze 1 weist eine Mittelelektrode 2 mit einem Hochspannungs­ anschluß 3 auf, welche in einem Isolierkörper 4 angeordnet ist. Die Mittelelektrode 2 samt Isolierkörper 4 ist in einem Zündkerzenmantel 5 eingesetzt, der in einen nicht weiter darge­ stellten Motorblock eingeschraubt ist und die Verbindung mit der Fahrzeugmasse herstellt.

Der Zündkerzenmantel 5 weist mehrere, vorzugsweise acht, etwa konzentrisch zur Mittel­ elektrode 2 angeordnete Bohrungen 6 auf. Die Bohrungen 6 verlaufen im wesentlichen in Richtung der Elektrodenachse 2a bzw. zur Achse 5a des Zündkerzenmantels 5. Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, kann die Elektrodenachse 2a zur Zündkerzenmantelachse 5a ge­ neigt sein.

Eine Gruppe von Bohrungen 6, beispielsweise von vier Bohrungen 6, mündet jeweils in eine Sammelbohrung 7, welche geneigt zu den Bohrungen 6 ausgeführt ist und von einem Sam­ melraum 8 ausgeht, welcher Teil einer Kupplungseinrichtung 9 zum Anschluß eines nicht weiter dargestellten Lichtleiterkabels ist. Die Bohrungen 6 und die Sammelbohrungen 7 sind als Sacklöcher ausgeführt, wobei die Bohrungen 6 von der an den Brennraum grenzenden Stirnfläche 5b des Zündkerzenmantels 5 ausgehen. Die Sammelbohrungen 7 gehen von dem Sammelraum 8 aus.

Ein Lichtleiterkabel wird über die Kupplungseinrichtung 9 an die Zündkerze 1 angeschlossen. Die Kupplungseinrichtung 9 kann als einfache Steckverbindung, gegebenenfalls mit Schraub­ sicherung, ausgeführt sein. Dadurch wird eine optische Verbindung zwischen dem Lichtlei­ terkabel und den in den Brennraum über die Sammelbohrung 7 und die Bohrungen 6 mün­ denden Lichtleitern hergestellt. Die Lichtleiter sind dabei vorteilhafterweise als Einzelfaser­ lichtleiter ausgeführt. Dadurch können die Bohrungen 6 und die Sammelbohrungen 7 mit einem möglichst kleinen Durchmesser ausgeführt sein.

Die Kupplungseinrichtung 9 kann gegebenenfalls mit dem Hochspannungsanschluß 3 der Mittelelektrode 2 kombiniert sein.

Die Einzelfaserlichtleiter können weiters gruppenweise zusammengefaßt sein, wobei jede Gruppe von Lichtleitern zu einer eigenen Kupplungseinrichtung 9 führt.

Dadurch, daß die zumindest eine Gruppe von Lichtleitern in einer Kupplungseinrichtung 9 für den Anschluß eines Lösbaren Lichtleiterkabels zusammengeführt ist, kann eine einfache Mon­ tierbarkeit der Meßvorrichtung und eine hohe Meßzuverlässigkeit bei der Klopfdetektion oder bei komplexeren Messungen, wie etwa der Beobachtung der Flammenausbreitung, erreicht werden.

Claims (10)

1. Zündkerze (1) für Brennkraftmaschinen, mit einem in die Zündkerze (1) integrierten optischen Sensor, welcher mehrere in den Brennraum mündende Lichtleiter aufweist, wobei die Lichtleiter um die Achse (2a) einer Mittelektrode (2) in einem Zündkerzen­ mantel (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Gruppe von Lichtleitern in einer Kupplungseinrichtung (9) der Zündkerze (1) für den Anschluß eines lösbaren Lichtleiterkabels zusammengeführt sind.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtleiter aus einem Einzelfaserlichtleiter besteht.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Lichtleiterkabel und den Lichtleitern der Zündkerze (1) über eine Steck­ kupplung, vorzugsweise mit Schraubsicherung, erfolgt.

4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (9) einstückig mit dem Zündkerzenmantel (5) ausgeführt ist.

5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter zu einer einzigen Gruppe zusammengeführt sind.

6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro Gruppe von Lichtleitern eine Kupplungseinrichtung (9) vorgesehen ist.

7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannunganschluß (3) und der Lichtleiteranschluß zur Zündkerze (1) über eine einzige Kupplungseinrichtung (9) erfolgt.

8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa sechs bis zehn, vorzugsweise acht Lichtleiter, konzentrisch zur Mittelelektrode (2) der Zündkerze (1) angeordnet sind.

9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rung der Lichtleiter über im wesentlichen in Richtung der Achse (5a) des Zündkerzen­ mantels (5) verlaufende Bohrungen (6) im Zündkerzenmantel (5) erfolgt, wobei jeweils eine Gruppe von Bohrungen (6) in eine dazu geneigte Sammelbohrung (7) einmündet, und jede Sammelbohrung (7) zu einem Sammelraum (8) der Kupplungseinrichtung (9) führt.

10. Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6) und Sammelbohrungen (7) als Sacklöcher ausgeführt sind, wobei die Bohrungen (6) von einer in den Brennraum mündenden Stirnfläche (5b) des Zündkerzenmantels (5) und die Sammelbohrungen (7) vom Sammelraum (8) ausgehen.