CN101828076A - 具无炭化物积层的预热塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预热塞，特别是工作于内燃机中的预热塞，其包括至少一加热棒(1)和至少一本体(2)，还包括环形缝(3)，环形缝配置在所述加热棒(1)与本体(2)之间，且所述加热棒(1)与本体(2)之间设有至少一空腔(4)。

Description

具无炭化物积层的预热塞

技术领域

本发明涉及一种预热塞(glow plug)。

背景技术

有这样一种公知技术的预热塞，例如德国专利DE 10346295所披露的。该预热塞的不足之处在于：在内燃机的预热塞正常工作过程中，加热棒(heating rod)与汽缸盖(cylinder head)之间会发生碳化，并沉积在环形缝内。这在卸下预热塞或压力探杆(sensor)预热塞(该预热塞安装在汽缸盖中并将热量传递到预热塞上或预热塞内部)时会产生一些问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种预热塞，该预热塞使内燃机在工作过程中无炭化物沉积发生，并且/或者防止汽缸盖中预热塞或者预热塞的环形缝中炭化物沉积。

本发明的目的通过权利要求1所描述的预热塞实现。其中，一个好处是本发明给出的技术方案可保证可靠的燃气交换，这也进一步保证在汽缸盖与预热塞或本体与加热棒之间接触处进行完全的氧化反应，并防止炭沉积。

环形缝与自由空间(空腔)的结构防止位于加热棒和汽缸盖之间的汽缸盖孔中的预热塞上炭化物沉积。因此，预热塞的热性能在整个使用寿命期间保持不变。即使移开加热棒，预热塞的灵活性在使用寿命期间保持不变。

可以可靠地避免因炭化物沉积及很大卸除扭矩产生的复杂卸除操作或由此引起的损坏。本发明的其他优选实施例及进一步附加技术特征描述在从属权利要求中。

附图说明

下面结合附图，对本发明的技术方案作详细描述。其中：

图1为现有技术中预热塞的安装状态示意图，具有空腔的预热塞安装在汽缸盖中；

图2为预热塞的安装状态示意图，其具有另一种空腔(变型)，并安装在汽缸盖中；

图3为具有变型空腔及由两部分组成的本体的预热塞的结构示意图；

图4为汽缸盖上有附加空腔时的预热塞的结构示意图；

图5为空腔和环形缝的结构示意图；

图6为具有空腔时的压力探杆预热塞的安装状态结构示意图；

图7为由两部分组成的本体的一变型实施例的结构示意图；

图8为压力探杆的结构示意图。

附图标记列表：1、加热棒；2、本体；2a、本体下部构造；3、环形缝；4、空腔；5、汽缸盖；6、压紧配合；7、伸缩管；8、附加空腔；9、焊接缝；a、环形缝的宽度；b、空腔的宽度；c、空腔的长度。

具体实施方式

图2显示了一位于汽缸盖中的预热塞，加热棒1与本体2之间有环形缝3，紧接环形缝3设有空腔4，空腔通过环形缝3与内燃机的燃烧室连通，含有燃气(gas)的氧气能到达空腔4中。由于存在环形缝3和空腔4，一定量的气流从内燃机的燃烧室进入到空腔4中是可以实现的。这可保证可靠的燃气交换，这就使得汽缸盖与预热塞之间的接触表面区域能获得充足的氧气量。因此，由于氧化作用而使得环形缝3与空腔4中达到很高的温度。如此高温使得该表面区域中的碳元素燃烧掉，因此碳不会沉积在该表面区域，这对内燃机的正常工作是很相关。

由于本发明中的环形缝3，一定量的气流及燃气交换能在无碳沉积的情况下进行。

重要的是需要足够量的氧气到达环形缝3中，并且使得氧化燃烧过程充分完成。

进行燃气交换的也使得汽缸盖5与加热棒1之间的环形缝中的温度升高。

在应用中，加热棒1采用可移动式的，如图6所示。空腔4与环形缝3结合使用可保持加热棒1的移动性。

采用根据实际需要而设计的环形缝3及相应的空腔4后，其间的气体量能达到一适宜程度，为了获得充分的燃气，该空腔的特别有利的设计值为大约140mm³。

以上定义的环形缝3及相应的空腔4允许设定量(如以上描述的)的燃气在燃烧过程中进行燃气交换，这基于所谓的亥姆霍兹共振器(Helmholtzresonator)原理。

其具有一较窄开口的燃气腔室(gas volume)及向外延伸的环形缝3，进入其中的空气的弹性与进入的空气质量形成一具有显著的自谐振机械式质量-弹簧系统(mass-spring-system)。

边界修正结构(correction element)的数值为下述公式计算出的数值的一半：

$f=\frac{c}{2\·\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{\π}\·r^2}{V\·(l+\mathrm{\πr}/2)}}$

其中：c：声速(Acoustic velocity)

V：空腔的体积

R：管道的半径

l：管道的长度

管道边界修正结构：+πr/4

由于各燃气区域之间的边界(其扮演着质量或弹簧)处理得光滑流畅(边界不分明)，因此计算出亥姆霍兹共振器的确切频率是很困难的。

计算共振频率的近似公式为：

$\mathrm{fb}=\sqrt{\frac{3000A}{\mathrm{Vl}+\mathrm{0,846}V\sqrt{A}}}$

其中：l：管道的长度

A：管道的表面积

V：空腔的内部容积

参照图5，亥姆霍兹共振器的容积包括环形缝的容积(由尺寸b、c形成)。图5还显示出了亥姆霍兹管的半径是由环形缝3的数值限定，环形缝3的内部长度与管道1的长度相应，正如亥姆霍兹公式中所给的那样。

对空腔4及环形缝3的燃气交换及相应的氧气(含燃烧气体)供给保证了环形缝3及空腔4中的温度上升到碳元素被燃烧的程度，特别是在相接触的面积区域。

上述效果能通过在其表面涂敷用具有催化效果的材料制成的特定的覆层来进行加强。例如，采用铂(platinum)覆层是特别有好处的。

当产品使用于内燃机连续工作状态并连续产生炭黑过程中时，在环形缝3和空腔4中未发现有炭残余的痕迹或者炭黑沉积。参照图6，在连续工作后，伸缩管(bellows)中也没有任何炭残余的痕迹或炭黑沉积。

在一优选实施例中，至少一个零件(例如伸缩管)具有一覆层且/或该覆层为由含催化剂材料的化合材料形成的覆层，用来降低燃烧残余物的点燃温度。

催化剂材料可以采用如铂金(platinum)和/或钯(palladium)、奥厄火石合金(Auer metal)、兰尼镍(Raney nickel)、铑(rhodium)、霍加拉特剂(Hopcalite)、五氧化二钒(vanadium pentoxide)及钐的氧化物(samarium oxide)等材料。本发明所描述的预热塞的其他零件也可以涂敷催化剂覆层。采用本发明所述的配置，在测量温度时，测得的温度为未残留炭燃烧残余物的表面的温度。

图2显示了布置在汽缸盖5上且具有一环形缝3(位于加热棒1与本体2之间)及空腔4的预热塞，该预热塞与内燃机的燃烧室通过环形缝3以含有燃气的氧气进入空腔4的方式进行换气。环形缝3与空腔4使得适定量的气流能从内燃机的燃烧室进入到空腔4中，这保证了可靠的气体交换并在汽缸盖与预热塞之间的接触面处提供足够量的氧气。结果，在燃烧完成后，环形缝3与空腔4中能达到超过600摄氏度的温度，如果具有相应的催化材料层，温度会低一些。这样的高温会让该表面区域的炭燃烧掉，因此，炭不会沉积在该表面区域，这与内燃机能否顺畅工作有很大关系。

图3显示了一预热塞和一环形缝3以及空腔4，预热塞设在汽缸盖5中，环形缝处于加热棒1与一由两部分构成的本体2之间。空腔4与内燃机的燃烧室通过环形缝3连通，使得含有燃气的氧气进入空腔4中。适定量的气体从内燃机燃烧室进入空腔4是可以实现的，这保证了可靠的气体交换并在汽缸盖与预热塞之间的接触面处提供足够量的氧气。因此，环形缝4和空腔4中因氧化作用而达到很高的温度。这样的高温使得接触面区域的炭燃尽，结果就不会在接触面区域出现炭沉积。

图4显示了布置在汽缸盖5上且具有一环形缝3及空腔4的预热塞，另外还有附加空腔8。该附加空腔的长度也计算在亥姆霍兹公式中。空腔4与内燃机的燃烧室通过环形缝3连通，使得含有燃气的氧气进入空腔4中。适定量的气体从内燃机燃烧室进入空腔4是可以实现的(在附加空腔8的共同参与下)，这保证了可靠的气体交换并在汽缸盖与预热塞之间的接触面处提供足够量的氧气。结果，在燃烧完成后，环形缝3和空腔4中的温度可达到600度以上。这样的高温使得接触面区域的炭燃尽，结果就不会在接触面区域出现炭沉积。

图8中显示了一变型方案，其中空腔4由本体的上部构造2和下部构造2a构成，本体2、2a配置在加热棒1周围。本体的上、下部构造2、2a焊接连接。

图6显示了配有伸缩管7的加热棒1，其构成一预热塞，与本体2一起位于汽缸盖5中。在本体2与加热棒1之间存在环形缝3。伸缩管7置于空腔4中，并能够移动。空腔4与环形3与内燃机的燃烧室连通(未显示)。由于空腔4含氧燃气的恒定运动，所有的炭黑被可靠地氧化了。

图8显示了以压力探杆，其配置在内燃机(未显示)汽缸盖5中。压力探杆包括一由两部分组成的外壳2、2a，其也可以是整体式外壳(如图6所示)。在空腔4中，伸缩管7布置在外壳2与压杆(tappet)1a之间，使得压杆1a与伸缩管7能沿其纵向轴移动。

Claims (7)

1.一种预热塞，特别是工作于内燃机中的预热塞，其包括至少一加热棒(1)和至少一本体(2)，所述加热棒(1)与本体(2)之间至少设有一条环形缝(3)且所述加热棒(1)与本体(2)之间设有至少一空腔(4)。

2.一种探杆，特别是供测量压力和/或温度的探杆，其包括至少一个压杆(1a)，压杆(1a)与本体(2、2a)之间设有至少一环形缝(3)，且压杆(1a)与本体(2、2a)之间设有至少一空腔(4)。

3.一种汽缸盖，特别是用于内燃机中的汽缸盖，其包括至少一加热棒(1)，特别是根据权利要求1中的加热棒，汽缸盖与加热棒之间设有至少一个空腔(4)，在空腔处，加热棒(1)与本体(2)在预热塞相应的区域相互分开。

4.一种内燃机，特征在于其应用了权利要求3中的汽缸盖。

5.根据上述权利要求所述的装置，特征在于至少一零件由催化剂材料制成。

6.根据权利要求5所述的装置，特征在于所述催化材料包括奥厄火石合金、兰尼镍、铑、五氧化二钒、钐的氧化物和霍加拉特剂。

7.一种在内燃机工作过程中无炭黑积层的操作方法，其使用一个或多个在权利要求1-4中所述的装置。

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