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.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor möglich. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer Glühstiftkerze kann dann erreicht werden, wenn gleichzeitig der Glühbetrieb und die Ionenstrommessung erfolgen kann. 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, zwei Elektroden zur Ionenstromerfassung so auszubilden, dass der Ionenstrom von der einen Elektrode zur anderen Elektrode fließt und so lediglich einen für die Ionenstrommessung besonders interessanten Bereich durchquert. 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.

Beim Verfahren zum Betreiben einer Glühstiftkerze mit Ionenstrommessung ist es besonders 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 einen schematischen Längsschnitt durch das brennraumseitige Ende einer, erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor, Figuren 3a und b jeweils ein schematischer Längsschnitt durch das Heizelement einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze mit Ionenstromsensor und Figur 4 ein schematischer Querschnitt durch ein Heizelement 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 3 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 voneinander 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 dritten Anschluss 37 verbunden. Dieser dritte Anschluss 37 ist wiederum in Richtung brennraumfernes Ende der Glühstiftkerze mit dem Anschlussbolzen 19 verbunden. Die zweite Zuleitungsschicht 9 weist an ihrem brennraumfernen Ende eine Kontaktfläche 12 auf, über die die zweite Zuleitungsschicht 9 über die elektrisch leitende Brennraumdichtung 13 mit dem Gehäuse 3 elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 3 ist mit Masse verbunden. Die Kontaktfläche 12 kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet sein, dass in diesem Bereich der das brennraumferne Ende des Heizelements 5 umgebende elektrisch isolierende Glasüberzug unterbrochen ist und somit ein elektrischer Kontakt mit der Brennraumdichtung 13 hergestellt ist. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 12 mit einem metallische Überzug versehen.

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.

Anhand von Figur 2 die Erfindung noch einmal genauer erläutert werden. Es ist lediglich das brennraumseitige Ende einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Heizelement 5 ist im Vergleich zu Figur 1 in einer Ebene senkrecht zu der Schnittebene von Figur 1 geschnitten. Hier ist lediglich die Isolationsschicht 11 sichtbar. Innerhalb der Isolations- schicht 11 verlaufen zwei Elektroden zur Ionenstromerfassung 33 und 33, die am brennraumseitigen Ende 6 des Heizelements 5 verbreitert sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Elektroden 33 und 33 auch außen auf der Isolationsschicht aufgebracht sein. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 ist die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 mit einem ersten Anschluss 15 verbunden. Ebenfalls ist die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 mit einem zweiten Anschluss 17 verbunden. Der erste Anschluss 15 und der zweite Anschluss 17 werden durch den Anschlussbolzen 19 hindurch zum brennraumfernen Ende der Glühstiftkerze hindurch geführt. Wie bereits erwähnt, ist die erste Zuleitungsschicht 7 mittels eines dritten Anschlusses 37 mit dem Anschlussbolzen 19 verbunden.

Die Anordnung der verschiedenen Schichten des Heizelements 5 mit den dazugehörigen Anschlüssen sind anhand von Figur 3 noch einmal dargestellt. Figur 3a) zeigt ein Heizelement 5 im Längsschnitt. Die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 sind in der Isolationsschicht 11 angeordnet. Am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 sind die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 mit dem ersten Anschluss 15 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 mit dem zweiten Anschluss 17 verbunden. Am brennraumseitigen Ende des Heizelements 5 ist außerdem der Steg 8 zu erkennen, der die

erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9 miteinander verbindet.

Figur 3b) zeigt das Heizelement 5, das in einer Ebene geschnitten ist, die senkrecht auf der Ebene steht, in der das Heizelement 5, das in Figur 3a) dargestellt wurde, geschnitten ist. Zu erkennen sind hier die erste Zuleitungsschicht 7 und die zweite Zuleitungsschicht 9, die am brennraumfernen Ende 6 des Heizelements 5 über den Steg 8 miteinander verbunden sind. Der dritte Anschluss 37 ist am brennraumfernen Ende des Heizelements 5 mit der ersten Zuleitungsschicht 7 verbunden.

Figur 4 zeigt zur besseren Verdeutlichung der Erfindung einen Querschnitt durch das Heizelement 5 am brennraumfernen Ende. Es ist zu erkennen, dass die erste Zuleitungsschicht 7 von der zweiten Zuleitungsschicht 9 durch die Isolationsschicht 11 getrennt ist. Innerhalb der Isolationsschicht 11 ist der erste Anschluss 15 angeordnet, der mit der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 verbunden ist. Ebenfalls innerhalb der Isolationsschicht 11 ist der zweite Anschluss 17 angeordnet, der mit der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 verbunden ist.

Innerhalb der ersten Zuleitungsschicht 7 ist weiterhin der dritte Anschluss 37 angeordnet. Es ist zu erkennen, dass die Isolationsschicht zur besseren Aufnahme und Isolation der ersten und zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33,33 in dem Bereich, in dem diese Elektroden angeordnet sind, verbreitert ist.

In einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Glühstiftkerze derart betrieben werden, dass beim Start der Brennkraftmaschine die Glühstiftkerze zunächst im Heizmodus betrieben wird. Dies bedeutet, dass während der Glühphase, an dem dritten Anschluss 37 eine positive Spannung gegenüber

Masse 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. Nach Beendigung der Glühphase wird an den ersten Anschluss 15 und den zweiten Anschluss 17 ein Spannungspotential angelegt, so dass die erste Elektrode 33 und die zweite Elektrode 33 als Elektroden zur Ionenstrommessung dienen. Ist der Brennraum durch das Vorhandensein von Ionen ionisiert, so kann von den Elektroden zur Ionenstromerfassung 33,33 ein Ionenstrom zur Brennraumwandung fließen, wobei die Brennraumwandung auf Masse liegt. Die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung fungieren in diesem Ausführungsbeispiel als Elektroden auf gleichem Potential nebeneinander.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, an die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 ein unterschiedliches Spannungspotential anzulegen, so dass ein Ionenstrom zwischen der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung33 fließt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Glühbetrieb und die Ionenstromerfassung mit der Glühstiftkerze gleichzeitig erfolgen. Dazu wird an den dritten Anschluss 37 und an den ersten und zweiten Anschluss 15,17 jeweils die Spannung gleichzeitig angelegt, die für den Glühbetrieb bzw. die Ionenstromerfassung notwendig ist. Dabei können die Spannungspotentiale so gewählt werden, dass die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 auf gleichem oder

unterschiedlichem Potential liegen, d. h., wie oben erläutert, der Ionenstrom über den ionisierten Brennraum zur Brennraumwandung bzw. von der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 über den ionisierten Brennraum zur zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 fließt.

Die Materialien der ersten Zuleitungsschicht 7, des Stegs 8, der zweiten Zuleitungsschicht 9, der Isolationsschicht 11 und der Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 sowie der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 sollen in einem ersten Ausführungsbeispiel 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 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 kleiner als der Widerstand der Isolationsschicht 11.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 auch aus metallischem Material, beispielsweise Platin bestehen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die erste Zuleitungsschicht 7, der Steg 8 und die zweite Zuleitungsschicht 9, die Isolationsschicht 11 und gegebenenfalls die erste Elektrode 33 und die zweite 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 und der zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33,33 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 sowie gegebenenfalls die erste Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und die zweite 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 Al203, MoSi2, Si02 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 gegebenenfalls der ersten und zweiten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33,33 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 sowie gegebenenfalls der ersten Elektrode zur Ionenstromerfassung 33 und der zweiten 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.