DE19830213C2 - Spark plug for internal combustion engines - Google Patents

Spark plug for internal combustion engines

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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.The invention relates to a spark plug for internal combustion engines, with one in the spark plug Integrated optical sensor, which has several light guides opening into the combustion chamber has, the light guides are arranged around the spark plug axis in the spark plug jacket.

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.Via light guides, which are integrated in the spark plug of an Otto engine, can open be checked in a simple manner in which direction the resulting after ignition Flame spreads. The analysis of the measurement signals recorded gives indications whether the flame core formation takes place regularly at the examined engine operating point or whether this early combustion phase is affected by irregular flow processes. Each based on the analysis result, a joint interpretation with konventio according to engine test data on change measures.

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.Such procedures are state of the art. It is also known how the light signals registered in this way must be evaluated and how the measurement data are to be interpreted. The optical access via light guides in the spark plug has the big one Advantage that no changes are necessary to the internal combustion engine itself. However, must the design of the spark plug ensures unchanged engine operation and the ignition candle is easy to install even in spite of additional fittings his.

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.US 4,446,723 A, US 4,506,186 A or DE 30 01 711 A1 are spark plugs for Internal combustion engines with a single centrally arranged light guide are known. This he however, only allows simple measurements, such as determining whether knocking occurs or not. For more complex measurements, such as observing the Flame nucleation and movement are not spark plugs with a single light guide sufficient.

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.A spark plug of the type mentioned at the outset is known, which has several in the combustion chamber has emitting light guides, via which, in addition to knock detection, also more complex measurements for solutions on how flame propagation can be observed, see For example, article "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. However, the known spark plug has the disadvantage that that each light guide merges into its own light guide cable and thus an entire cable harness del is necessary in order to be able to carry out the required measurements. This will however, the handling of the spark plug and the measuring devices is made considerably more difficult and hindered, so that the measurement setup and dismantling takes a relatively long time. Except of which there is increased damage due to the large number of optical fiber cables required and risk of failure.

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.Furthermore, from documents DE 31 10 996 A1, DE 30 39 879 A1 and DE 30 01 711 A1 known various coupling devices with which optical fiber cables can be connected to spark plugs in which light guides are integrated. The in the  Spark plugs integrated in the light guide consist of a light guide cable, a transpa pension glass or ceramic body, an undifferentiated glass fiber bundle or the like and do not allow angle-selective complex measurements.

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. The object of the invention is to avoid these disadvantages and a spark plug at the outset mentioned type to further develop that easier handling when measuring construction and dismantling is made possible with the highest possible reliability of the measuring system.  

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.According to the invention this is achieved in that at least one group of light guides in a coupling device of the spark plug for the connection of a detachable fiber optic cable are merged. Instead of a variety of cables, namely one cable per Optical fiber, is therefore only a single optical fiber cable per group of optical fibers for ignition candle required, preferably provided a coupling device per group is. The connection between the optical fiber cable and the optical fibers of the spark plug is made thereby advantageously via a plug-in coupling, optionally with a screw lock.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Kupplungseinrichtung einstückig mit dem Zünd­ kerzengehäuse ausgeführt ist.It is advantageously provided that the coupling device integrally with the ignition candle housing is executed.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Lichtleiter zu einer einzigen Gruppe zusammengeführt sind.In a particularly preferred embodiment it is provided that the light guide to a single group are brought together.

Weiters kann vorgesehen sein, daß der Hochspannungsanschluß und der Lichtleiteranschluß über eine einzige Kupplungseinrichtung erfolgt.Furthermore, it can be provided that the high-voltage connection and the light guide connection via a single coupling device.

Um Informationen über den Anfangszustand der Flammenausbreitung zu gewinnen, sind sechs bis zehn, vorzugsweise etwa acht einzelne Lichtleiter konzentrisch zur Hochspannungs­ elektrode angeordnet.To get information about the initial state of flame propagation, are six to ten, preferably about eight individual light guides concentric to the high voltage electrode arranged.

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.The light guides are advantageously guided essentially in the direction of Holes running in the spark plug casing, with a group of Bores opens into an inclined collecting hole that leads to a collecting space of the Guide the coupling device. Advantageously, at least two each lead to preferably four holes in a collecting hole. The holes and collecting bores stanchions are designed as blind holes, the holes from the in the combustion chamber mouth of the spark plug and the collecting holes from the collecting space hen. Each light guide preferably consists of a single fiber light guide, whereby the The diameter of the holes and the collecting hole can be kept as small as possible.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine Schrägansicht auf die erfindungsgemäße Zündkerze von oben, Fig. 1 is an oblique view of the spark plug according to the invention from above,

Fig. 2 eine Schrägansicht auf diese Zündkerze von unten, Fig. 2 is an oblique view of this spark plug from below,

Fig. 3 eine Seitenansicht auf diese Zündkerze mit teilweise geschnittenem Zündker­ zenmantel. Fig. 3 is a side view of this spark plug with a partially cut spark plug 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.The spark plug 1 according to the invention has a center electrode 2 with a high-voltage connection 3 , which is arranged in an insulating body 4 . The center electrode 2 together with the insulating body 4 is inserted in a spark plug casing 5 , which is screwed into an engine block not shown in more detail and establishes the connection with the vehicle mass.

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.The spark plug jacket 5 has a plurality of, preferably eight, holes 6 arranged approximately concentrically with the center electrode 2 . The bores 6 run essentially in the direction of the electrode axis 2 a or to the axis 5 a of the spark plug jacket 5 . As can be seen from FIGS. 1 to 3, the electrode axis 2 a may be inclined to the spark plug sheath axis 5 a.

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.A group of holes 6 , for example four holes 6 , each opens into a collecting hole 7 , which is inclined to the holes 6 and from a Sam melraum 8 , which is part of a coupling device 9 for connecting a fiber optic cable, not shown. The bores 6 and the collecting bores 7 are designed as blind holes, the bores 6 starting from the end face 5 b of the spark plug jacket 5 bordering the combustion chamber. The collecting bores 7 start from the collecting space 8 .

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.An optical fiber cable is connected to the spark plug 1 via the coupling device 9 . The coupling device 9 can be designed as a simple plug-in connection, optionally with a screw fuse. This creates an optical connection between the Lichtlei terkabel and in the combustion chamber via the collecting hole 7 and the holes 6 mün end optical fibers. The light guides are advantageously designed as single fiber light guides. As a result, the bores 6 and the collecting bores 7 can be made with the smallest possible diameter.

Die Kupplungseinrichtung 9 kann gegebenenfalls mit dem Hochspannungsanschluß 3 der Mittelelektrode 2 kombiniert sein.The coupling device 9 can optionally be combined with the high-voltage connection 3 of the center electrode 2 .

Die Einzelfaserlichtleiter können weiters gruppenweise zusammengefaßt sein, wobei jede Gruppe von Lichtleitern zu einer eigenen Kupplungseinrichtung 9 führt.The individual fiber light guides can also be combined in groups, each group of light guides leading to its own coupling device 9 .

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.Characterized in that the at least one group of light guides is combined in a coupling device 9 for the connection of a detachable light guide cable, a simple mounting ability of the measuring device and a high measuring reliability in knock detection or in more complex measurements, such as the observation of flame propagation, can be achieved .

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.1. Spark plug ( 1 ) for internal combustion engines, with an optical sensor integrated in the spark plug ( 1 ), which has a plurality of light guides opening into the combustion chamber, the light guides surrounding the axis ( 2 a) of a central electrode ( 2 ) in a spark plug jacket ( 5 ) are arranged, characterized in that at least one group of light guides are brought together in a coupling device ( 9 ) of the spark plug ( 1 ) for the connection of a detachable light guide cable. 2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtleiter aus einem Einzelfaserlichtleiter besteht.2. Spark plug according to claim 1, characterized in that each light guide from one Single fiber light guide exists. 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.3. Spark plug according to claim 1 or 2, characterized in that the connection between the light guide cable and the light guides of the spark plug ( 1 ) via a plug coupling, preferably with screw lock, takes place. 4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (9) einstückig mit dem Zündkerzenmantel (5) ausgeführt ist.4. Spark plug according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling device ( 9 ) is made in one piece with the spark plug jacket ( 5 ). 5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter zu einer einzigen Gruppe zusammengeführt sind.5. Spark plug according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Light guides are brought together into a single group. 6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro Gruppe von Lichtleitern eine Kupplungseinrichtung (9) vorgesehen ist.6. Spark plug according to one of claims 1 to 4, characterized in that a coupling device ( 9 ) is provided per group of light guides. 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.7. Spark plug according to one of claims 1 to 5, characterized in that the high voltage connection ( 3 ) and the light guide connection to the spark plug ( 1 ) via a single coupling device ( 9 ). 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.8. Spark plug according to one of claims 1 to 7, characterized in that about six to ten, preferably eight light guides, are arranged concentrically to the center electrode ( 2 ) of the spark plug ( 1 ). 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.9. Spark plug according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Introductio takes place of the optical fibers via substantially in the direction of the axis (5 a) of the plug casing (5) extending bores (6) in the spark plug shell (5), wherein A group of holes ( 6 ) opens into a collecting hole ( 7 ) inclined to it, and each collecting hole ( 7 ) leads to a collecting space ( 8 ) of the coupling device ( 9 ). 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.10. Spark plug according to claim 9, characterized in that the bores ( 6 ) and collecting bores ( 7 ) are designed as blind holes, the bores ( 6 ) of an opening in the combustion chamber end face ( 5 b) of the spark plug casing ( 5 ) and Collect bores ( 7 ) from the collecting room ( 8 ).
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