Es sind weiterhin Glühstiftkerzen bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, in dem in einer konzentrischen Bohrung ein stabförmiges Heizelement angeordnet ist. Das Heizelement besteht dabei aus mindestens einer Isolationsschicht sowie einer ersten und einer zweiten Zuleitungsschicht, wobei die erste und die zweite Zuleitungsschicht über einen Steg an der brennraumseitigen Spitze des Heizelements verbunden sind. Dabei bestehen die Isolationsschicht aus elektrisch isolierendem keramischen Material und die erste, die zweite Zuleitungsschicht sowie der Steg aus elektrisch leitendem keramischen Material.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße keramische Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass die Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor einen sehr einfachen Aufbau aufweist und die Herstellung kostengünstig ist. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Schichten aneinander angepasst sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor möglich. Eine besonders in baulicher Hinsicht vorteilhafte Ausbildung einer Glühstiftkerze kann dann erreicht werden, wenn die Zuleitungsschichten als Elektrode zur Ionenstromerfassung dienen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die elektrischen Anschlüsse der Zuleitungsschichten am brennraumfernen Ende des Heizelements vorgesehen sind, da so das Betreiben der Glühstiftkerze als Ionenstromsensor möglich wird. Weiterhin ist vorteilhaft, zusätzlich eine Elektrode zur Ionenstromerfassung vorzusehen, die innerhalb der Isolationsschicht verläuft oder auf der Isolationsschicht aufgebracht ist, da so gleichzeitig der Glühbetrieb und die Ionenstrommessung erfolgen kann. Hierbei erweist sich als vorteilhaft, die Elektrode zur Ionenstromerfassung seitlich am brennraumseitigen Ende des Heizelements an die Oberfläche zu führen, um so einen ausreichenden Abstand zwischen Zuleitungsschicht und Elektrode zur Ionenstromerfassung zu gewährleisten. Es ist auch vorteilhaft, die Elektrode zur Ionenstromerfassung bis an das brennraumseitige Ende des Heizelements zu führen, da so der Ionenstrom in einem Bereich des Brennraums erfasst werden kann, der bedeutsam für die im Brennraum stattfindenden Verbrennungsprozesse

ist. Vorteilhaft ist weiterhin, die unten beschriebenen keramischen Verbundgefüge für die verschiedenen Schichten des Heizelements zu verwenden, deren Leitfähigkeit und Ausdehnungskoeffizient sich sehr gut anpassen lassen. Dies gilt gleichermaßen für die unten beschriebenen Precursor- Verbundwerkstoffe.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor nach unterschiedlichen Verfahren zu betreiben. Dabei ist es vorteilhaft, die Ionenstromerfassung in ein anderes Zeitfenster als die Glühphase zu legen, da so eine genaue Erfassung des Ionenstromes möglich ist. Es ist ebenfalls vorteilhaft, die Ionenstromerfassung während des Glühens des Heizelements vorzusehen, da es interessant ist, den Verbrennungsprozeß auch in der Startphase der Brennkraftmaschine zu erfassen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor schematisch im Längsschnitt, Figur 2 das brennraumseitige Ende einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor schematisch im Längsschnitt, Figur 3 ein Heizelement einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor schematisch im Querschnitt,

Figur 4 ein brennraumfernes Ende eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor schematisch im Längsschnitt und die Figuren 5 und 6 jeweils einen schematischen Längsschnitt durch ein brennraumseitiges Ende eines Heizelements einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze schematisch im Längsschnitt dargestellt. Ein rohrförmiges, vorzugsweise metallisches Gehäuse 3 enthält in seiner konzentrischen Bohrung am brennraumseitigen Ende ein Heizelement 5. Das Heizelement 5 besteht aus keramischem Material. Das Heizelement 5 weist eine erste Zuleitungsschicht 7 und eine zweite Zuleitungsschicht 9 auf, wobei die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 aus elektrisch leitendem keramischen Material bestehen. Am brennraumfernen Ende 6 des Heizelements sind die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 über einen Steg 8 verbunden, der ebenfalls aus elektrisch leitendem keramischen Material besteht. Die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 sind durch eine Isolationsschicht 11 getrennt. Die Isolationsschicht 11 besteht aus elektrisch isolierendem keramischen Material. Das Innere des Gehäuses 3 wird in Richtung Brennraum durch eine, das Heizelement 5 ringförmig umgebende Brennraumdichtung 13 abgedichtet. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 ist die erste Zuleitungsschicht 7 mit einem ersten Anschluss 15 verbunden.

Dieser erste Anschluss 15 ist wiederum in Richtung brennraumfernes Ende der Glühstiftkerze mit dem Anschlussbolzen 19 verbunden. Die zweite Zuleitungsschicht 9 ist an ihrem brennraumfernen Ende mit einem zweiten Anschluss 17 verbunden, der bis zum brennraumfernen Ende der

Glühstiftkerze durch den Anschlussbolzen 19 hindurchgeführt wird, wobei der zweite Anschluss 17 elektrisch isoliert von diesem ist. Der Anschlussbolzen 19 wird durch eine, in der konzentrischen Bohrung des Gehäuses 3 angeordnete keramische Distanzhülse 27 vom brennraumfernen Ende des Heizelements 5 beabstandet. In Richtung brennraumfernes Ende wird der Anschlussbolzen 19 durch eine Spannhülse 29 und eine Metallhülse 31 hindurchgeführt. Am brennraumfernen Ende der Glühstiftkerze ist auf den Anschlussbolzen 19 ein Rundstecker 25 aufgesteckt, der den elektrischen Anschluss bewerkstelligt. Das brennraumferne Ende der konzentrischen Bohrung des Gehäuses 3 wird durch einen Schlauchring 21 und eine Isolierscheibe 23 abgedichtet bzw. elektrisch isoliert.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Glühstiftkerze derart betrieben, dass beim Start der Brennkraftmaschine die Glühstiftkerze zunächst im Heizmodus betrieben wird. Dies bedeutet, dass während der Glühphase, an dem ersten Anschluss 15 eine positive Spannung und an dem zweiten Anschluss 17 eine negative Spannung oder umgekehrt angelegt wird, so dass ein Strom über die erste Zuleitungsschicht 7, den Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9 fließt. Durch den elektrischen Widerstand auf diesem Weg erhöht sich die Temperatur des Heizelements und der Brennraum, in den das brennraumseitige Ende des Glühstifts hineinragt, wird beheizt. Dabei ist das Heizelement 5 an seinem brennraumfernen Ende über den brennraumseitigen Rand des Gehäuses 3 hinaus verglast, so dass kein elektrischer Kontakt zwischen erster oder zweiter Zuleitungsschicht und dem Gehäuse 3 besteht.

Nach Beendigung der Glühphase wird sowohl an den ersten Anschluss 15 und den zweiten Anschluss 17 das gleiche hohe Spannungspotential angelegt, so dass in den Zuleitungsschichten kein Strom mehr fließt, aber die erste

Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 als Elektrode zur Ionenstrommessung dient. Ist der Brennraum durch das Vorhandensein von Ionen ionisiert, so kann von der Elektrode zur Ionenstromerfassung, d. h. von der ersten Zuleitungsschicht 7 und der zweiten Zuleitungsschicht 9, ein Ionenstrom zur Brennraumwandung fließen, die auf Masse liegt. Somit fungieren in diesem Ausführungsbeispiel die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 als Elektrode zur Ionenstromerfassung.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor im Längsschnitt schematisch dargestellt. Dabei wurde hier lediglich das brennraumseitige Ende einer derartigen Glühstiftkerze dargestellt. Das brennraumferne Ende dieser Glühstiftkerze entspricht der Gestaltung des Ausführungsbeispiels nach Figur l. In einer konzentrischen Bohrung des vorzugsweise metallischen Gehäuses 3 ist wiederum das Heizelement 5 angeordnet. Das Heizelement 5 besteht wiederum aus einer ersten Zuleitungsschicht 7, einer zweiten Zuleitungsschicht 9 und einer Isolationsschicht 11, wobei in dieser Darstellung das Heizelement 5 in einer Ebene geschnitten wurde, in der lediglich die Isolationsschicht 11 zu sehen ist. (Diese Ebene ist senkrecht zur Schnittebene von Figur 1 angeordnet.) Die Isolationsschicht 11 sowie die erste Zuleitungsschicht 7, der Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9 bestehen aus den Materialien, die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt wurden. Die erste Zuleitungsschicht 7 ist mit dem Anschlussbolzen 19 über einen ersten Anschluss 15 verbunden. Der Anschlussbolzen 19 ist wiederum mittels einer keramischen Distanzhülse 27 vom brennraumfernen Ende des Heizelements beabstandet. Die brennraumseitige Abdichtung des Inneren des metallischen Gehäuses 3 wird wiederum durch die Brennraumdichtung 13 gewährleistet, die in diesem

Ausführungsbeispiel aus elektrisch leitendem Material besteht, da der Anschluss der zweiten Zuleitungsschicht an Masse über die Brennraumdichtung 13 zum Gehäuse 3 erfolgt.

Eine außen auf der Oberfläche der ersten Zuleitungsschicht aufgebrachte Verglasung im Bereich des Gehäuses 3 und der Brennraumdichtung 13 verhindert den Kontakt der ersten Zuleitungsschicht 7 zur Brennraumdichtung 13 und zum Gehäuse 3.

In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Isolationsschicht 11 eine Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 vorgesehen, die vom brennraumfernen Ende des Heizelements 5 zur brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 verläuft. Die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 ist an der brennraumseitigen Spitze 6 seitlich an die Oberfläche des Heizelements 5 geführt. Die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 besteht aus elektrisch leitendem keramischen Material oder aus metallischem Material. Am brennraumfernen Ende der Elektrode zur Ionenstromerfassung ist diese an einen zweiten Anschluss 17 angeschlossen, der durch den Anschlussbolzen 19 bis zum brennraumfernen Ende der Glühstiftkerze hindurch geführt wird.

In Figur 3 ist in einem Querschnitt durch das Heizelement 5 die Anordnung der Anschlüsse in den einzelnen Schichten des Heizelements noch einmal genauer dargestellt. Der Querschnitt zeigt einen bereich am brennraumfernen Ende des Heizelements 5. Der erste Anschluss 15 ist mit der ersten Zuleitungsschicht 7 verbunden, während der zweite Anschluss 17 mit der Elektrode zur Ionenstromerfassung, die durch die Isolationsschicht 11 verläuft, verbunden ist. Desweiteren ist noch die zweite Zuleitungsschicht 9 gezeigt, die in einem Bereich, der weiter in Richtung Brennraum liegt, einen elektrischen Kontakt über die elektrisch leitende

Brennraumdichtung 13 zum Gehäuse 3 aufweist, das auf Masse liegt.

Dieses Ausführungsbeispiel besitzt einen besonders großen Vorteil dahingehend, dass die Glühstiftkerze gleichzeitig im Glühbetrieb und als Ionenstromerfassungseinrichtung betrieben werden kann. Dazu wird die für den Glühbetrieb notwendige Spannung über den Anschlussbolzen 19 und den ersten Anschluss 15 an die erste Zuleitungsschicht 7 und die für die Ionenstromerfassung notwendige Spannung über den zweiten Anschluss 17 an die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 angelegt.

Anhand von Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühstiftkerze mit einem Ionenstromsensor dargestellt.

Analog zu Figur 3 ist das brennraumseitige Ende einer derartigen Glühstiftkerze im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Heizelement 5 ist ebenfalls analog zu Figur 2 in einer Ebene geschnitten, in der lediglich die Isolationsschicht 11 sichtbar ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in dieser und den nachfolgenden Figuren die gleichen Bauteile wie in den vorangegangenen Figuren, weshalb auf diese nicht noch einmal eingegangen wird.

Durch die Isolationsschicht ist wiederum eine Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 hindurch geführt, wobei jedoch diese Elektrode sich nun bis zur äußersten brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 erstreckt. Es ist im Gegensatz zu dem anhand von Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht seitlich an die Oberfläche des Heizelements hinaus geführt. Da die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 nun mittig durch die Isolationsschicht 11 hindurch geführt wird, erfolgt auch die Verbindung mit dem ersten Anschluss 17 mittig. Der erste Anschluss 17 wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch ein in einer konzentrischen

Bohrung der Distanzhülse 27 angeordnetes Federelement 35 vorzugsweise von dem Federelement 35 isoliert hindurch geführt und im weiteren in Richtung brennraumfernes Ende der Glühstiftkerze durch den Anschlussbolzen 19 hindurch geführt. Das Federelement 35 ermöglicht die Ausübung eines Drucks auf das Heizelement 5 bzw. den Anschlussbolzen 19 und stellt den elektrischen Kontakt zur ersten Zuleitungsschicht 7 dar, so dass ein optimaler elektrischer Kontakt und eine optimale Abdichtung des Inneren des Gehäuses 3 mittels der Brennraumdichtung 13 zur Umgebung erfolgen kann. Dabei erfolgt die Abdichtung des Inneren des Gehäuses 3 über die Distanzhülse 27. Der elektrische Kontakt der zweiten Zuleitungsschicht 9 ist analog zu dem anhand von Figur 2 erläuterten Ausführungsbeispiel gestaltet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Gestaltung der brennraumfernen Anschlüsse an die erste Zuleitungsschicht 7 und an die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 auch ohne Federelement 35 analog zu Figur 2 erfolgen.

Anhand der Figuren 5 und 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 für das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel gezeigt. Es ist jeweils ein Längsschnitt durch die brennraumseitige Spitze des Heizelements 5 dargestellt.

In Figur 5 ist die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 bis zur brennraumseitigen Spitze des Heizelements 5 innerhalb der sich bis zur brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 erstreckenden Isolationsschicht 11 geführt. Die Verbindung der ersten Zuleitungsschicht 7 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 durch den Steg 8 erfolgt dabei lediglich in zwei Bereichen, die in radialer Richtung (bezogen auf die

Längsachse durch das Heizelement 5 bzw. durch die Glühstiftkerze) von dem Bereich entfernt liegen, an dem sich die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 bis an die brennraumseitige Spitze 6 des Heizelements 8 erstreckt. Der Figur 5 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Isolierhülse 36 angeordnet ist, die fast bis zum brennraumseitigen Ende der Glühstiftkerze geführt ist.

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 seitlich bis zur brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 geführt wird und das brennraumseitige Ende 6 des Heizelements 5 nur einen Bereich aufweist, in dem die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 über einen Steg 8 verbunden sind. Der Bereich, in dem bei diesem Ausführungsbeispiel der Steg 8 angeordnet ist, ist an der Seite der brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5 angeordnet, die nicht die Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 aufweist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Glühstiftkerze vorzugsweise so im Brennraum angeordnet, dass die Seite der brennraumseitigen Spitze 6 des Heizelements 5, an der der Steg 8 angeordnet ist, am weitesten in den Brennraum hineinragt. Dies ist insbesondere bei einer Anordnung zu beachten, wenn die Glühstiftkerze schräg in den Brennraum hineinragt.

Das anhand der Figuren 4,5 und 6 erläuterte Ausführungsbeispiel enthält vorzugsweise eine Elektrode zur Ionenstromerfassung aus elektrisch leitendem keramischen Material.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel zu den anhand der Figuren 2 bis 6 erläuterten Ausführungsformen kann die

Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 auch außen auf der Isolationsschicht 11 aufgebracht sein.

Wie bereits oben erwähnt, sollen die Materialien der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8, der zweiten Zuleitungsschicht 9, der Isolationsschicht 11 und der Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 aus keramischem Material bestehen. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien kaum unterscheiden, so dass eine Dauerhaltbarkeit des Heizelements 5 gewährleistet ist. Dabei ist das Material der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 so gewählt, dass der Widerstand dieser Schichten kleiner ist als der Widerstand der Isolationsschicht 11. Ebenso ist der Widerstand der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 kleiner als der Widerstand der Isolationsschicht 11.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die erste Zuleitungsschicht 7, der Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9, die Isolationsschicht 11 und die erste Elektrode 33 aus keramischen Verbundgefügen, die mindestens zwei der Verbindungen AL203, MoSi2, Si3N4 und Y203 enthält.

Diese Verbundgefüge sind durch einen ein-oder mehrstufigen Sinterprozeß erhältlich. Der spezifische Widerstand der Schichten kann dabei vorzugsweise durch den MoSi2-Gehalt und/oder die Kerngröße von MoSi2 bestimmt werden, vorzugsweise ist der MoSi2-Gehalt der ersten Zuleitungssschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 sowie der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 höher als der MoSi2-Gehalt der Isolationsschicht 11.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel bestehen die erste Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 die zweite

Zuleitungsschicht 9, die Isolationsschicht 11, die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 aus einer Composit- Precursor-Keramik mit unterschiedlichen Anteilen an Füllstoffen. Die Matrix dieses Materials besteht dabei aus Polysiloxanen, Polysequioxanen, Polysilanen oder Polysilazanen, die mit Bor, Stickstoff oder Aluminium dotiert sein können und die durch Pyrolyse hergestellt werden. Den Füllstoff bilden für die einzelnen Schichten mindestens eine der Verbindungen A1203, MoSi2, SiO2 und SiC.

Analog zu dem obengenannten Verbundgefüge kann vorzugsweise der MoSi2-Gehalt und/oder die Korngröße von MoSi2 den Widerstand der Schichten bestimmen. Vorzugsweise wird der MoSi2-Gehalt der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8 und der zweiten Zuleitungsschicht 9 sowie der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 höher als der MoSi2-Gehalt der Isolationsschicht 11 eingestellt. Die Zusammensetzungen der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8, der zweiten Zuleitungsschicht 9, der Isolationsschicht 11, der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 werden in den oben angegebenen Ausführungsbeispielen so gewählt, dass ihre thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die während des Sinter-bzw. Pyrolyseprozesses auftretenden Schrumpfungen gleich sind, so dass keine Risse im Heizelement 5 entstehen.