CN105308392B - 用于能够调节的预热塞的预热管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于布置在机动车的内燃机的燃烧室中的预热塞（10），所述预热塞具有接纳在预热管（12）中的电阻元件（16），所述电阻元件构造为具有限定的电阻‑温度系数的单组分螺旋线（44），其中所述电阻元件（16）借助于动态变化的操控电压来加热并且/或者保持在一预先给定的温度上。此外建议，所述电阻元件（16）的材料包括至少一种难熔金属并且所述预热管（12）由镍‑铬合金制成。
Description
背景技术
预热塞（Glühstiftkerze）还称为电热塞或基于英语名称“glow plug”缩写为GLP，所述预热塞被插入到燃烧发动机中以用于点燃燃料-空气-混合物，所述预热塞在其温度足够高之前，在冷状态下对其预热，从而所述预热塞足够用于点燃所述燃料-空气-混合物。此外为了降低排放在起动后可能需要，所述预热塞至少还继续运行若干时间，以便实现在燃烧室内部中升高温度。
预热塞通常包括也称为加热电阻的电阻元件，所述电阻元件构造为燃烧室侧的加热螺旋线和与加热螺旋线焊接的调节螺旋线。在预热塞中电阻元件被作为外部封套的、例如金属的预热管或保护管同轴地包围。预热管的插入到内燃机的燃烧室中的区段通常被填充有电绝缘的填充粉末、例如氧化镁，电阻元件被埋入到所述填充粉末中。所述电连接通常通过连接螺栓来实现，所述连接螺栓与调节螺旋线和加热螺旋线导电连接。所述加热螺旋线的一个端部与预热管电接触，通过所述预热管实现了接地。连接插头例如可以固定到所述连接螺栓上。
因此在预热塞中实现了加热螺旋线和调节螺旋线的组合，所述组合具有一共同的电阻值。加热电阻由合适的材料制成，所述材料包括一合金，所述合金包含铬、铝或类似物作为主要组分——铁和镍的附加。所述管通常由合金制成，所述合金包含作为主要组分的铁和镍，其中加热电阻接纳在所述管内。
通常，所述加热螺旋线形成预热管的前部分、加热区。后部分、即调节螺旋线具有下述特性：所述电阻随着温度的逐渐升高而增高，这就是说所述调节螺旋线具有高的正温度系数（PTC“正温度系数”特性）。在温度升高并且因此电阻值逐渐增加时出现了电流的下调（Abregeln），其中设定了限定的端部温度。加热螺旋线和调节螺旋线电串联，其中两种螺旋线具有正的但是不同大小的电阻-温度系数。
加热螺旋线在室温时具有高的电阻，所述电阻几乎恒定地保持在运行温度范围内。
而所述调节螺旋线在室温时具有非常低的电阻，所述电阻较陡地随着温度升高而增高。所述调节螺旋线的通常合适的材料是高纯镍或钴-铁-合金或钴-铁-镍-合金。
在DE 10 2011 077 239 A1中已知一种预热塞，所述预热塞具有由金属材料制成的加热线圈，所述金属材料包含钨或钼作为主要成分，并且所述加热线圈接纳在管中，所述管由包含重量百分比为0.5至5.0%的铝和重量百分比为20至40％的铬的合金组成，以便因此能够实现加热电阻尽可能高的温度，而该加热电阻不达到其熔化温度并且还保证了所述管的热稳定性。
发明内容
根据本发明提出了一种用于布置在机动车的内燃机的燃烧室中的预热塞，其中包括电阻元件，所述电阻元件构造为具有限定的电阻-温度系数的单组分螺旋线并且接纳在预热管中。所述电阻元件借助于动态变化的操控电压来加热并且/或者保持在一预先给定的温度上，其中，所述预热塞的温度调节通过获知的电阻值来实现。此外，所述电阻元件包括至少一种难熔金属并且与所述预热管气密地且抗腐蚀地焊接。
对于相应的电阻元件合适的材料包括铬、铌、钼、钽、钨、但也包括镍、钛、铼、铜以及它们的合金，其中所述合适的材料在特定的电阻方面是合适的并且此外展示了较高的稳定性。所述电加热元件包含至少一种难熔金属作为主要成分，例如钼或钨或它们的合金。
其他的实施方式包括镍-铬-铁合金连同重量百分比超过10％的镍，重量百分比超过10％的铬，重量百分比超过1％的铝和/或重量百分比超过0.5％的硅。此外，存在以下可行方案：使用镍-铬-铁-合金，其具有重量百分比为15至60％的镍和/或重量百分比为12至27％的铬和/或重量百分比为24至58％的铁和/或重量百分比为0.1至10％的铝。
在一种替代的实施方式中钼或者钨连同三氧化二镧（La2O3）和/或二氧化钍(ThO2)和/或二氧化铈（CeO2）和/或三氧化二钇（Y2O3）被证实为合适的材料成分。此外，钼-钛-锆合金也是合适的。
在能够与根据本发明构造为单组分螺旋线的电阻元件组合的预热管的材料方面，下述材料是合适的，所述材料在争取到的较高的温度情况下提高了所述管的稳定性并且在较长的时间间隔内保持该稳定性。合适的材料成分除了铁和镍作为主要成分之外还包含铝份额和铬份额。在一种优选的实施方式中，镍-铬-合金特别包括至少重量百分比1至10％的铝、重量百分比10至30％的铬和重量百分比0.05至5％的硅。
预热管的材料的其他实施方式包括重量百分比超过5％的铁和/或重量百分比超过0.05％的钛和/或重量百分比小于0.2％的铜和/或重量百分比小于0.5％的碳和/或重量百分比小于0.3％的钇和/或重量百分比小于0.2％的锆和/或重量百分比小于0.7％的锰。
将相应地允许预热螺旋线具有较高温度的难熔金属用作加热电阻的材料的这种做法结合金属的预热管，对加热元件连接到预热管上提出了特别的要求。被构造为单组分螺旋线的加热元件的前端部段根据本发明与预热管的前端部段相连接。构造为单组分螺旋线的加热元件被插入到预热管中，其中构造为预热管颈的前端部段本身是敞开的。现在关闭预热管的前端部段，其中加热元件的前端部段至少部分地被埋入。预热管的前端部段可以与加热元件的至少一部分相焊接，从而预热管的前端部段与加热元件以材料方式彼此连接并其因此也以电方式彼此连接。替代地，电阻元件的前端部段能够与预热管材料材料配合地结合，例如焊接，例如借助于激光焊接，并且接下来在另一材料配合的结合步骤中进行预热管的封闭。在另一变型设计中能够借助于钎焊材料封闭接头。
因为对于构造为单组分螺旋线的电加热元件来说合适的难熔金属具有用氧气进行氧化的特性，其中加热电阻本身减小，所以重要的是，接头特别是相对于氮气和氧气是尽可能气密的。
此外，特别是所述电加热元件的前端部段相对于所述预热管的前端部段的外表面的距离是重要的。所述距离与接头的构造有关联，所述接头又与所选择的连接工艺有关。为了实现所期望的距离，根据本发明建议，以预热管颈的方式来构造预热管的前端部段，其中预热管颈的长度能够根据规定来选择。此外，相应于被构造用于所述单组分螺旋线的预热丝的直径的至少两倍的所述距离是重要的，以便即使在预热塞的使用寿命过程中预热管有外部腐蚀的情况下也避免热的燃烧室气体与电阻元件相接触。
发明优点：
根据本发明所提出的解决方案提供了一种预热塞，所述预热塞允许在极高的温度情况下发热，而不出现电阻元件的熔化过程。根据本发明被建议为加热元件的组成成分的难熔金属的特征在于在较低的热膨胀系数和较高的热导率和电导率的情况下极高的熔化温度。此外，能够以简单的方式实现对预热塞的温度进行控制和/或调节，因为所使用的难熔金属允许在预热塞的运行温度的范围内能获知可测量的电阻和温度之间的关系。
但是，难熔金属易于被例如存在于预热管中的氧气氧化，其中发生加热电阻减小。为了阻碍电加热电阻的氧化，预热管的材料是重要的。因此，在预热管的材料组分中需要一定份额的铝和铬，以便尤其在预热管的内部中用作氧清除剂元素。因为预热管的内部相对于周围环境密封，因此能够有效地降低预热管内部中的氧气分压。此外，构造在预热管的外表面上的氧化膜防止了氧气的另外的进入，其中改善了预热塞的部件的抗氧化性。
预热管与电加热元件的材料的敏感协调在同时降低成本的情况下允许预热塞的较长的使用寿命，因为根据本发明的材料选择提供了节约潜力。
此外，以有利的方式得出：通过电阻元件与金属的预热管的机械接触和电接触建立了与马达的负极的接触。特别有利地，在电加热元件与预热管之间的触点上即使在较高的温度和较长的使用寿命情况下也不会出现脆化现象。预热管的合金或材料可以被极好地加工并且其特点是具有高的蠕变持久性。
附图说明
根据本发明的主题的其它优点和实施方式通过附图进行说明并且在随后的说明书中进行详细阐述。
其中：
图1示出了根据现有技术的预热塞的示意性的横截面图；
图2示出了根据一种变型设计的预热塞的示意性的横截面图的细节；
图3示出了根据一种变型设计的预热塞的前端部段的图示；
图4示出了预热塞的前端部段的图示，其中电阻元件与预热管机械连接和电连接。
具体实施方式
根据现有技术由图1的视图中获悉预热塞10的横截面图。
在图1中示出的预热塞10特别地包括基本上呈空心柱形的预热管12，所述预热管与壳体14连接。电阻元件16位于所述预热管12中，所述电阻元件包括调节螺旋线18和在后连接的、通常与所述调节螺旋线18焊接的加热螺旋线20。基本上螺旋形构成的电阻元件16与所述预热管12同轴地布置并且优选完全埋在填充粉末22中用于机械稳定以及用于电绝缘。所述填充粉末22例如可以是氧化镁（MgO）。所述调节螺旋线18和所述加热螺旋线20通过触点24彼此导电连接，其中所述调节螺旋线和所述加热螺旋线串联。加热螺旋线的下端部（未标出）借助触点26与预热管端部区段28电连接。调节螺旋线18的同样未标出的端部借助另一个触点30导电地与基本上柱形的连接螺栓32导电连接。所述连接螺栓32由能导电的金属材料制成。所述触点24、26、30可以构造为焊点。帽形的圆形插头34拧到所述连接螺栓32上，所述圆形插头同样由导电良好的材料制成。借助圆形插头34实现了预热塞10与机动车的未示出的电供给系统的电流分配部的电连接，所述电流分配部例如与电池和/或发电机的正极连接。接地（Die Rückführung zur Masse）通过触点26、预热管12、与所述预热管导电连接的壳体14和拧入-未示出的发动机缸体中-的壳体螺纹区段36来实现。此外，布置在圆形插头34之下的盘形的绝缘盘38以及截锥形的壳体密封部40用于相对于壳体14电绝缘。另一个盘形的预热管密封部42设置在预热管12的区域中。所述壳体密封部40和所述预热管密封部42由电绝缘的、耐温度变化的材料制成，其中除了电绝缘功能，还确保了连接螺栓32或调节螺旋线和加热螺旋线18、20同轴地固定在预热管12和壳体14内。
变型设计：
在图2中示出了根据本发明的预热塞10的实施例的详细视图。
在图2中示出了预热塞10的顶部，其伸入到内燃机的未进一步示出的燃烧室中。所述预热塞10同样包括预热管12，所述预热管基本上同轴地包括电阻元件或预热丝，所述预热丝根据本发明的实施方式构造为单组分螺旋线44。所述单组分螺旋线44结合了图1的加热螺旋线20和调节螺旋线18的特性并且还称为加热元件。此外，所述单组分螺旋线44在所述预热管12中埋在电绝缘的填充粉末22中。在图2中还用42标出了加热体密封部。所述单组分螺旋线44包括预热丝，所述预热丝由统一的材料制成并且满足了加热螺旋线20的功能。单组分螺旋线44的所应用的统一的材料具有带PTC性能的电阻。特别地，所述单组分螺旋线44包含至少一种难熔金属。
在图3中示出了预热塞10的细节。利用附图标记12来表示预热管，在所述预热管中同轴地接纳有被构造为单组分螺旋线44的电阻元件。预热管12具有前端部段46，所述前端部段在图3的图示中构造为预热管颈48的形式并且敞开地示出，即具有一孔49。单组分螺旋线44构造为加热线圈的形式，所述加热线圈具有不同的平均螺距52、54。特别地，单组分螺旋线44的被称为前端部段50的那个部段具有更小的平均螺距54，其中所述前端部段被接纳在预热管颈48内。
在图4中示出了具有封闭的前端部段46的预热塞10。特别地，从图4的图示中得知，单组分螺旋线44的前端部段50与预热管12的前端部段46相连接，例如埋入预热管12的材料中。为了关闭预热管12或预热管颈48，可以首先将材料块布置到孔49内，所述材料块由与预热管12或预热管颈48相同的材料制成。借助于材料配合的结合工艺，例如借助于电弧焊使材料块熔化，其中关闭前端部段46并且单组分螺旋线44的前端部段50与前端部段46相连接。特别地可以看到，单组分螺旋线44与预热管12以材料方式连接，特别地埋入到预热管12的材料中。此外，从图4中得知接头56，所述接头一方面对应于预热管12的孔49的关闭，并且另一方面表示出单组分螺旋线44埋入预热管12的材料中的区域。
可看到，单组分螺旋线44的前端部段50与所述预热管12的外顶部58间隔开一距离60。为了防止单组分螺旋线44的感光材料与热的燃烧室气体相接触，需要足够大的距离60。这也考虑到，在预热管12在使用寿命期间存在外部腐蚀的情况下，预热管12的壁厚减小。此外重要的是，相对于氧气和氮气气密地设计所述接头56。
Claims (5)
1.一种用于布置在机动车的内燃机的燃烧室中的预热塞（10），所述预热塞具有接纳在预热管（12）中的电阻元件（16），所述电阻元件构造为具有限定的电阻-温度系数的单组分螺旋线（44），其中所述电阻元件（16）借助于动态变化的操控电压来加热并且/或者保持在一预先给定的温度上，其中，所述电阻元件（16）的材料包括至少一种难熔金属并且与所述预热管（12）气密地且抗腐蚀地焊接，其中，所述电阻元件（16）的材料从难熔金属钼或钨中选择，其特征在于，所述电阻元件（16）的材料包括具有三氧化二镧（La2O3）、二氧化铈（CeO2）和/或三氧化二钇（Y2O3）的钼或者钨。
2.根据权利要求1所述的预热塞（10），其特征在于，所述电阻元件（16）的前端部段（50）与所述预热管（12）的前端部段（46）相连接。
3.根据权利要求2所述的预热塞（10），其特征在于，所述预热管（12）的前端部段（46）构造为预热管颈（48），所述预热管颈通过至少一种焊接工艺以下述方式封闭，即所述电阻元件（16）的前端部段（50）以材料和电的方式与所述预热管（12）相连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的预热塞（10），其特征在于，所述电阻元件（16）的前端部段（50）与所述预热管（12）的外顶部（58）间隔开一距离（60）。
5.根据权利要求4所述的预热塞（10），其特征在于，所述距离（60）是被成型用于所述单组分螺旋线（44）的预热丝的直径的至少两倍。
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