DE10248045B4

DE10248045B4 - Glühkerze

Info

Publication number: DE10248045B4
Application number: DE10248045A
Authority: DE
Inventors: Ikuya Kariya Ando
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP3870859B2; DE10248045A1; JP2003194335A

Abstract

Glühkerze, mit:
einem zylinderförmigen Gehäuse (10), das an einem Zylinderkopf (900) eines Motors angebracht werden kann, das eine Mittelachse entlang einer Längsrichtung der Glühkerze hat und das ein eines Ende (11), ein anderes Ende (12) und ein Innenloch hat;
einer zylinderförmigen Hülse (20), die von dem Gehäuse (10) abgestützt wird, die eine Mittelachse entlang der Mittelachse der Glühkerze hat und die ein aus dem einen Ende (11) des Gehäuses (10) vorragendes eines Ende (21), ein in das Innenloch des Gehäuses (10) eingefügtes anderes Ende (22) und ein Innenloch hat;
einem Heizelement (30), das von der Hülse (20) abgestützt wird, das ein aus dem einen Ende (21) der Hülse (20) vorragendes eines Ende (31) und ein in das Innenloch der Hülse (20) eingefügtes anderes Ende (32) hat, das aus Keramik hergestellt ist und in Form eines Stabs vorliegt und das erhitzt wird, wenn ihm elektrische Energie zugeführt wird;...

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie dient zum Vorheizen einer Verbrennungskammer eines Dieselmotors, um die Zündung und Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches darin zu erleichtern.
9 zeigt eine herkömmliche Glühkerze, wie sie in der JP 7-217881 A offenbart ist. Die herkömmliche Glühkerze von 9 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 10, eine Hülse 20 und ein stabförmiges Heizelement 30. Das Gehäuse 10 kann am Zylinderkopf 900 eines Motors befestigt werden. Das eine Ende der Hülse 20 ragt aus dem unteren Ende des Gehäuses 10 vor, während das andere Ende in das Gehäuse 10 eingefügt ist. Die Hülse 20 wird von dem Gehäuse 10 abgestützt. Das eine Ende des Heizelements 30 ragt aus dem unteren Ende der Hülse 20 vor, während das andere Ende in die Hülse 20 eingefügt ist. Das Heizelement 30 wird von der Hülse 20 abgestützt. Das Heizelement 30 besteht aus Keramik.
Der Zylinderkopf 900 des Motors hat ein Loch 901, das als Glühloch oder -bohrung bezeichnet wird. Die herkömmliche Glühkerze wird so in das Loch 901 eingefügt, dass das vorragende Heizelement 30 einer Verbrennungskammer 902 des Motors zugewandt ist. Die herkömmliche Glühkerze wird an dem Zylinderkopf 900 des Motors beispielsweise über eine Gewindeverbindung festgemacht. Das Heizelement 30 wird erhitzt, indem ihm elektrische Energie zugeführt wird, und dient dazu, die Verbrennungskammer 902 vorzuheizen, um so die Zündung und Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches darin zu erleichtern.
In letzter Zeit wurden im Allgemeinen ein kleinerer Durchmesser des Glühlochs 901 und damit auch ein kleinerer Durchmesser der Glühkerze angestrebt.
Bei der herkömmlichen Glühkerze von 9 hat die Hülse 20 eine Stufe. Die Hülse 20 hat also einen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen Abschnitt größeren Durchmessers, wobei die Stufe die Grenze zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers und dem Abschnitt größeren Durchmessers ergibt. Der Abschnitt kleineren Durchmessers der Hülse 20 liegt näher an der Verbrennungskammer 902, während der Abschnitt größeren Durchmessers in die Hülse 20 eingefügt ist. Ein Teil des Abschnitts größeren Durchmessers der Hülse 20 ragt aus dem Gehäuse 10 heraus. Da ein Teil des Glühlochs 901 den Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse aufnimmt, ergibt sich daher bei der herkömmlichen Glühkerze von 9 das Problem, dass dieser Teil des Glühlochs 901 nur schwerlich einen ausreichend kleinen Durchmesser haben kann.
Die JP 5-018536 A offenbart eine herkömmliche Glühkerze mit Gehäuse und Hülse, bei der sowohl das Gehäuse als auch die Hülse eine Stufe aufweisen. Die Hülse hat einen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen Abschnitt größeren Durchmessers, wobei die Stufe die Grenze zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers und dem Abschnitt größeren Durchmessers ergibt. Der Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse befindet sich vollständig in dem Gehäuse, während lediglich ihr Abschnitt kleineren Durchmessers aus dem Gehäuse vorragt. Diese Gestaltung ist insofern vorteilhaft, als sich der Durchmesser des Glühlochs verringert.
Bei der herkömmlichen Glühkerze gemäß der JP 5-018536 A sorgt eine an der Stufe der Hülse gelegene Dichtung für eine Abdichtung (Luftdichtheit) zwischen dem Gehäuse und der Hülse. Wenn ein Ende des Gehäuses gepresst und verformt wird, wird die Hülse in ihrer Längsrichtung vorgeschoben, sodass die Dichtung in einen komprimierten Zustand gezwungen wird. Dadurch entsteht das Problem, dass es schwierig ist, für einen ausreichenden Anpressdruck (Auflagedruck) an der Abdichtung zu sorgen. Ein Brenngas mit hohem Druck kann daher leicht durch die Dichtung hindurchlecken.
Schließlich wird noch auf die EP 0 989 370 A2 verwiesen, die einen Glühsensor offenbart, der die Funktionen einer Glühkerze und eines Ionensensors kombiniert. Der Glühsensor entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und weist eine keramisch isolierende Hülse mit einem kurzen Abschnitt kleineren Durchmessers und einem langen Abschnitt größeren Durchmessers auf, der sich als Ganzes im Innenloch eines zylinderförmigen Gehäuses befindet und sich mit der Innenumfangsfläche des Gehäuses in Kontakt befindet. Ähnlich wie bei der JP 5-018536 A sorgt eine zusätzliche Dichtung an der Stufe zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers und dem Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse für eine bessere Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Hülse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchmesser eines Glühlochs zu verringern, während gleichzeitig für eine ausreichende Abdichtung (Luftdichtheit) und Verbindungsfestigkeit (Herausziehfestigkeit) zwischen Gehäuse und Hülse gesorgt ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen genannt.
Bei der erfindungsgemäßen Glühkerze befindet sich der Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse als Ganzes in dem Gehäuse. Mit anderen Worten ragt der Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse nicht aus dem Gehäuse heraus. Dadurch ist es möglich, den Durchmesser des zur Unterbringung der Glühkerze dienenden Glühlochs zu verringern.
Anhand von Untersuchungsergebnissen wurde festgestellt, dass der Abdichtungsgrad zwischen dem Gehäuse und der Hülse für den praktischen Einsatz ausreicht, wenn die Länge des Dichtungsabschnitts größer oder gleich 2 mm ist. Außerdem wurde festgestellt, dass die Verbindungsfestigkeit (Herausziehfestigkeit) zwischen dem Gehäuse und der Hülse gegenüber einer diese in Längsrichtung trennenden Zugkraft für den praktischen Einsatz ausreicht, wenn der Zusammenhang ”t ≧ D/4” erfüllt ist, wobei ”t” die Wanddicke des Abschnitts größeren Durchmessers der Hülse bezeichnet und ”D” den Außendurchmesser des Heizelements bezeichnet.
Durch die erfindungsgemäße Glühkerze ist es daher möglich, den Durchmesser der Glühkerze zu verringern, während für eine ausreichende Abdichtung (Luftdichtheit) und Verbindungsfestigkeit (Herausziehfestigkeit) zwischen dem Gehäuse und der Hülse gesorgt ist.
Das Gehäuse und der Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse können miteinander hartgelötet sein, um den Dichtungsabschnitt zu bilden. Alternativ kann der Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse in das Gehäuse pressgepasst sein, um den Dichtungsabschnitt zu bilden.
Außerdem wurde anhand von Untersuchungsergebnissen festgestellt, dass die Erschütterungsbeständigkeit des Heizelements gut ist und das Heizelement demnach vor einem Schwingungsriss bewahrt wird, wenn der Zusammenhang ”L ≦ 15D – 20” erfüllt ist, wobei ”L” die Länge eines aus der Hülse herausragenden Abschnitts des Heizelements bezeichnet und ”D” den Außendurchmesser des Heizelements bezeichnet.
Der Dichtungsabschnitt hat in Längsrichtung eine Länge von vorzugsweise 2,5 mm oder mehr und besser noch 3 mm oder mehr.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt nun eine genauere Beschreibung der Erfindung. Es zeigen:
1 in Längsschnitt eine Glühkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen Schnitt durch die Glühkerze in 1 und einen Zylinderkopf eines Motors;
3 einen vergrößerten Schnitt durch ein Heizelement und benachbarte Elemente in der Glühkerze von 1;
4 einen Schnitt durch eine Stufe an einer Hülse und benachbarte Elemente in der Glühkerze von 1;
5 eine Tabelle mit Untersuchungsergebnissen für die Herausziehfestigkeit und das Abdichtverhalten von Glühkerzenprobekörpern, bei denen für die Länge des Dichtungsabschnitts ”S” verschiedene Werte gewählt wurden;
6 eine grafische Darstellung mit Untersuchungsergebnissen für die Herausziehfestigkeit von Glühkerzenprobekörpern, bei denen für die Wanddicke ”t” des Abschnitts größeren Durchmessers der Hülse und den Außendurchmesser ”D” des Heizelements verschiedene Werte gewählt wurden;
7 eine grafische Darstellung mit Untersuchungsergebnissen für die Erschütterungsbeständigkeit von Glühkerzenprobekörpern, bei denen für die vorstehende Länge ”L” des Heizelements und den Außendurchmesser ”D” des Heizelements verschiedene Werte gewählt wurden;
8 im Längsschnitt einen Abschnitt einer Glühkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9 einen Schnitt durch eine herkömmliche Glühkerze und einen Zylinderkopf eines Motors.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird eine Glühkerze G1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, mit denen jeder Zylinder (beispielsweise 4 Zylinder) eines direkt einspritzenden Dieselmotors bestückt wird. Die Glühkerze G1 ist an einem Zylinderkopf 900 des Motors angebracht und befindet sich in einem in dem Zylinderkopf 900 ausgebildeten Befestigungsloch (Glühloch oder -bohrung) 901. Die Glühkerze G1 wird beim Vorheizen des jeweiligen Zylinders bzw. der jeweiligen Verbrennungskammer 902 des Motors verwendet, um die Zündung und Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches darin während und nach dem Motorstart zu erleichtern.
Die Glühkerze G1 weist ein zylinderförmiges Gehäuse 10 auf, das an dem Zylinderkopf 900 des Motors angebracht werden kann und das aus einem elektrisch leitenden Material besteht, etwa einem Material auf Eisenbasis. Das Gehäuse 10 hat ein eines Ende 11 und ein anderes Ende 12. Die Außenumfangsfläche des Gehäuses 10 ist zwischen seinen Enden 11 und 12 mit einem Befestigungsgewinde 13 und einer Mutter 14 versehen. Bei dem Befestigungsgewinde 13 ist ein Außengewinde mit inbegriffen.
Das Gehäuse 10 der Glühkerze G1 ist in das Befestigungsloch 901 in dem Zylinderkopf 900 eingefügt. Die Fläche des Zylinderkopfs 900, die das Befestigungsloch 901 definiert, ist mit einem Innengewinde versehen, und das Außengewinde 13 des Gehäuses 10 steht mit den Innengewinde in dem Befestigungsloch 901 so in Eingriff, dass die Glühkerze G1 an dem Zylinderkopf 900 fixiert ist. Die Glühkerze G1 weist ein Heizelement 30 mit einem vorderen oder fernen Ende auf, das in der jeweiligen Verbrennungskammer 902 frei liegt.
Ein Außenumfangsabschnitt des einen Endes 11 des Gehäuses 10 ist mit einem konischen Sitz 15 ausgebildet, und die Fläche des Zylinderkopfs 900, die das Befestigungsloch 901 definiert, ist mit einem dem konischen Sitz 15 entsprechenden konischen Sitz 903 ausgebildet. Wenn die Glühkerze G1 (das Gehäuse 10) auf normale Weise an dem Zylinderkopf 900 angebracht wird, befinden sich die Sitze 15 und 903 in luftdichtem Kontakt, sodass die jeweilige Verbrennungskammer 902 luftdicht abgeschlossen ist.
Die Glühkerze G1 weist eine zylinderförmige Hülse 20 auf, die sich teilweise im Inneren des Gehäuses 10 befindet. Die Hülse 20 besteht beispielsweise aus einer wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Legierung. Ein Beispiel für diese wärmebeständige und korrosionsbeständige Legierung ist rostfreier Stahl. Die Hülse 20 hat ein eines Ende 21 und ein anderes Ende 22, wobei das eine Ende 21 der Hülse 20 aus dem Ende 11 des Gehäuses 10 herausragt, während das andere Ende 22 der Hülse 20 in das Gehäuse 10 eingefügt ist.
Die Hülse 20 wird von dem Gehäuse 10 abgestützt. Genauer gesagt ist die Hülse 20 in das Gehäuse 10 pressgepasst. Wahlweise kann auch ein Abschnitt der Hülse 20 in dem Gehäuse 10 durch beispielsweise Hartlöten mit dem Gehäuse 10 verbunden und an diesem festgemacht werden. Der Bereich ”S”, in dem die Hülse 20 in das Gehäuse 10 eingefügt ist, definiert einen Dichtungsabschnitt ”S”, an dem sich die Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 und die Außenumfangsfläche der Hülse 20 in Kontakt befinden, sodass sie für eine Abdichtung (Luftdichtheit) zwischen dem Gehäuse 10 und der Hülse 20 sorgen. Der Dichtungsabschnitt ”S” ist aufgrund der angesprochenen Presspassung oder Hartlötung zwischen der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 und der Außenumfangsfläche der Hülse 20 frei von irgendwelchen Spalten.
Die Hülse 20 hat ein Innenloch, in dem sich ein Teil des Heizelements 30 befindet. Das Heizelement 30 besteht grundsätzlich aus Keramik. Das Heizelement 30 hat die Form eines Stabs mit rundem Querschnitt. Das Heizelement 30 wird erhitzt, wenn ihm elektrische Energie zugeführt wird, und hat ein eines Ende 31 und ein anderes Ende 32. Das Ende 31 des Heizelements 30 ragt aus dem Ende 21 der Hülse 20 heraus, während das Ende 32 des Heizelements 30 in die Hülse 20 eingefügt ist. Das Heizelement 30 ist an der Hülse 20 festgemacht und wird von ihr abgestützt. Genauer gesagt ist ein Abschnitt des Heizelements 30 in der Hülse 20 durch beispielsweise Hartlöten an der Hülse 20 festgemacht.
Das Heizelement 30 weist einen U-förmigen Heizabschnitt 33 und ein Paar Leitungsdrähte (Leitungsverbindungen) 34A und 34B auf. Der Heizabschnitt 33 besteht aus elektrisch leitender Keramik, beispielsweise aus einer Siliziumnitrid und Wolframkarbid enthaltenden Keramik. Die Leitungsdrähte 34A und 34B sind elektrisch mit dem Heizabschnitt 33 verbunden und werden zum Weiterleiten elektrischer Energie zu dem Heizabschnitt 33 genutzt. Die Leitungsdrähte 34A und 34B bestehen beispielsweise aus Wolfram. Das Heizelement 30 weist außerdem ein Isolationselement 35 auf, das das Heizelement 33 und die Leitungsdrähte 34A und 34B umgibt. Das Isolationselement 35 besteht aus isolierender Keramik, beispielsweise aus einer Siliziumnitrid und Molybdänsilicid enthaltenden Keramik. Das Heizelement 30 wird von einem gesintertem Element gebildet.
In einem inneren Bereich des Gehäuses 10, der näher an seinem Ende 12 liegt, befindet sich ein Zwischenaxialelement 40, das die Form eines Stabs hat und aus Kohlenstoffstahl besteht. Das Zwischenaxialelement 40 wird beispielsweise durch Schneiden und Kaltschmieden gebildet. Das Zwischenaxialelement 40 hat ein Ende 41, auf das eine zylinderförmige Kappe 50 gepasst und befestigt ist, die eine Stufe hat und aus einem elektrisch leitenden Material wie rostfreiem Stahl besteht. Das Zwischenaxialelement 40 und die Kappe 50 sind mechanisch und elektrisch verbunden.
Der Leitungsdraht 34A des Heizelements 30 hat einen nicht von dem Isolationselement 35 bedeckten Abschnitt. Der unbedeckte Abschnitt des Leitungsdrahts 34A ist durch beispielsweise Hartlöten mit der Kappe 50 verbunden, sodass der Leitungsdraht 34A elektrisch mit dem Zwischenaxialelement 40 verbunden ist. Der Leitungsdraht 34B des Heizelements 30 hat ebenfalls einen nicht von dem Isolationselement 35 bedeckten Abschnitt. Der unbedeckte Abschnitt des Leitungsdrahts 34B ist durch beispielsweise Hartlöten mit der Hülse 20 verbunden und ist auf diese Weise über die Hülse 20 elektrisch angeschlossen bzw. geerdet.
Das Zwischenaxialelement 40 hat ein anderes Ende 42, das aus dem Ende 12 des Gehäuses 10 nach außen ragt. Das herausragende Ende 42 des Zwischenaxialelements 40 ist mit einem Endgewinde 43 versehen, an das mit Hilfe einer Gewindeverbindung ein (nicht gezeigtes) externes Verdrahtungselement angebracht wird. Das externe Verdrahtungselement ist elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung verbunden. An dem Endgewinde 43 sind eine ringförmige Isolationsbuchse 44 und eine Mutter 45 befestigt. Zwischen der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 und der Außenumfangsfläche eines näher an dem Ende 42 liegenden Abschnitts des Zwischenaxialelements 40 ist ein Isolationsring 60 aus Abscheidungsglas vorgesehen. Der Isolationsring 60 dient dazu, das Zwischenaxialelement 40 abzustützen, zu fixieren und bezüglich des Gehäuses 10 zu zentrieren.
Die Hülse 20 hat an einer in Längsrichtung dazwischen liegenden Stelle eine Stufe 23 und weist einen Abschnitt kleineren Durchmessers 24 und einen Abschnitt größeren Durchmessers 25 auf. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24 hat einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt größeren Durchmessers 25. Die Stufe 23 ergibt die Grenze zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers 24 und dem Abschnitt größeren Durchmessers 25. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24 der Hülse 20 enthält das Ende 21 und der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 das Ende 22. Der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 befindet sich als Ganzes in dem Gehäuse 10 und ist dort untergebracht. Die Stufe 23 hat eine R-Form (Kugelsegmentform) oder eine konische bzw. sich verjüngende Form, bei der der Durchmesser der Stufe 23 allmählich in Richtung des Abschnitts größeren Durchmessers 25 zum Abschnitt kleineren Durchmessers 24 abnimmt. Der Durchmesser der Stufe 23 liegt in einem Bereich zwischen dem Durchmesser des Abschnitt kleineren Durchmessers 24 und dem Durchmesser des Abschnitt größeren Durchmessers 25.
Der in 4 gezeigte Buchstabe ”P” bezeichnet den Schnittpunkt zwischen der Außenumfangsfläche der Hülse 20 und einer Verlängerungslinie 15E, die von dem Sitz 15 an dem Gehäuse 10 ausgeht. Die Stufe 23 auf der Hülse 20 befindet sich als Ganzes auf der Seite der Verlängerungslinie 15E, die das Gehäuse 10 enthält. Außerdem liegt die Stufe 23 auf der Hülse 20 als Ganzes näher als der Schnittpunkt ”P” an ihrem Ende 22. Mit anderen Worten liegt die Stufe 23 auf der Hülse 20 als Ganzes näher an dem Ende 12 des Gehäuses 10 als der Schnittpunkt ”P”.
Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich die Glühkerze G1 in dem Befestigungsloch 901 des Zylinderkopfs 900 des Motors und ist an dem Zylinderkopf 900 befestigt. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist das externe Verdrahtungselement elektrisch mit der Stromversorgung verbunden und wird durch Festziehen einer (nicht gezeigten) Verbindungsmutter an dem Endgewinde 43 angebracht. Das Gehäuse 10 und der Zylinderkopf 900 des Motors bilden eine Erde, mit der die Stromversorgung elektrisch verbunden ist. Dem Heizelement 30 kann von der Stromversorgung aus über eine das Gehäuse 10 und den Zylinderkopf 900 einschließende Masseverbindung sowie eine weitere das externe Verdrahtungselement und das Zwischenaxialelement 40 enthaltende Verbindung elektrische Energie zugeführt werden.
Wenn dem Heizelement 30 der Glühkerze G1 elektrische Energie zugeführt wird, wird der Heizabschnitt 33 des Heizelements 30 erhitzt. Die Glühkerze G1 heizt dadurch die jeweilige Verbrennungskammer 902 vor und erleichtert während oder nach dem Motorstart die Zündung und Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches darin.
Der in der 3 dargestellte Buchstabe ”t” bezeichnet die Wanddicke des Abschnitts größeren Durchmessers 25 der Hülse 20. Das Heizelement 30 hat einen mit dem Buchstaben ”D” bezeichneten Außendurchmesser. Die Axiallänge des aus dem Ende 21 der Hülse 20 herausragenden Abschnitts des Heizelements 30 ist mit dem Buchstaben ”L” bezeichnet.
Die Glühkerze G1 wurde in verschiedenerlei Hinsicht getestet, wobei der Gegenstand und die Ergebnisse des Versuchs wie folgt waren.
Es wurden Glühkerzenprobekörper erster Art hergestellt, von denen jeder einen durch Hartlöten ausgebildeten Dichtungsabschnitt ”S” hatte. Die Glühkerzenprobekörper erster Art fielen in Gruppen mit jeweils vier Elementen, deren Dichtungsabschnitt ”S” jeweils die gleiche Axiallänge hatte. Die Gruppen unterschieden sich voneinander im Hinblick auf die Axiallänge des Dichtungsabschnitts ”S”, die zwischen 1 mm und 4 mm betrug. Daneben wurden Glühkerzenprobekörper zweiter Art hergestellt, von denen jeder einen durch Presspassung ausgebildeten Dichtungsabschnitt ”S” hatte. Die Glühkerzenprobekörper zweiter Art fielen in Gruppen mit jeweils vier Elementen, deren Dichtungsabschnitt ”S” jeweils die gleiche Axiallänge hatte. Die Gruppen unterschieden sich voneinander im Hinblick auf die Axiallänge des Dichtungsabschnitts ”S”, die zwischen 1 mm und 4 mm betrug. Jeder der Glühkerzenprobekörper erster Art und zweiter Art wurde bezüglich der Verbindungsfestigkeit (Herausziehfestigkeit) zwischen dem Gehäuse 10 und der Hülse 20 gegenüber einer diese längs trennenden Zugkraft und bezüglich des Abdichtverhaltens zwischen dem Gehäuse 10 und der Hülse 20 untersucht.
Die Untersuchungsergebnisse sind in 5 gezeigt. In den Feldern in 5, die sich auf die Herausziehfestigkeit beziehen, steht das Zeichen ”X” dafür, dass sämtliche der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe nicht die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten, und das Zeichen ”Δ” dafür, dass ein, zwei oder drei der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe nicht die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten. Darüber hinaus steht der Buchstabe ”O” dafür, dass sämtliche der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten. Bei dem in jedem Feld in Klammern stehenden Bruch bezeichnet der Nenner die Gesamtzahl der Probekörpern in der gemeinsamen Gruppe und der Zähler die Gesamtzahl der Probekörper der gemeinsamen Gruppe, die die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten.
In den sich auf das Abdichtverhalten beziehenden Feldern in 5 steht das Zeichen ”X” dafür, dass sämtliche der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe nicht das vorgeschriebene erforderliche Abdichtniveau erfüllten, und das Zeichen ”Δ” dafür, dass ein, zwei oder drei der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe nicht das vorgeschriebene erforderliche Abdichtniveau erfüllten.
Darüber hinaus steht der Buchstabe ”O” dafür, dass sämtliche der vier Probekörper in der gemeinsamen Gruppe das vorgeschriebene erforderliche Abdichtniveau erfüllten. Bei dem in jedem Feld in Klammern stehenden Bruch bezeichnet der Nenner die Gesamtzahl an Probekörpern in der gemeinsamen Gruppe und der Zähler die Gesamtzahl der Probekörper in der gemeinsamen Gruppe, die das vorgeschriebene erforderliche Abdichtniveau erfüllten.
Aus den Untersuchungsergebnissen in 5 ergibt sich, dass die Herausziehfestigkeit und das Abdichtverhalten einer Glühkerze mit einem durch Hartlöten ausgebildeten Dichtungsabschnitt ”S” für den praktischen Einsatz ausreichen, wenn die Axiallänge des Dichtungsabschnitts ”S” größer oder gleich 3 mm ist. Außerdem wurde festgestellt, dass die Herausziehfestigkeit und das Abdichtverhalten einer Glühkerze mit einem durch Presspassung ausgebildeten Dichtungsabschnitt ”S” für den praktischen Einsatz ausreichen, wenn die Axiallänge des Dichtungsabschnitts ”S” größer oder gleich 2 mm ist.
Abgesehen davon wurden Glühkerzenprobekörper einer dritten Art hergestellt, von denen jeder einen Dichtungsabschnitt ”S” aufwies, dessen Axiallänge 3 mm betrug und der durch Hartlöten ausgebildet wurde. Die Glühkerzenprobekörper dritter Art unterschieden sich voneinander im Hinblick auf die Wanddicke ”t” des Abschnitts größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 und auch im Hinblick auf den Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30. Jede der Glühkerzenprobekörper dritter Art wurde bezüglich der Verbindungsfestigkeit (der Herausziehfestigkeit) zwischen dem Gehäuse 10 und der Hülse 20 gegenüber einer diese längs trennenden Zugkraft untersucht.
6 zeigt die Untersuchungsergebnisse. In 6 bezeichnet die Ordinate die Wanddicke ”t” des Abschnitts größeren Durchmessers 25 der Hülse 20, während die Abszisse den Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30 bezeichnet. In 6 gibt das Zeichen ”X” die Koordinaten an, die Glühkerzenprobekörpern entsprachen, die nicht die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten, und das Zeichen ”O” die Koordinaten, die Glühkerzenprobekörpern entsprachen, die die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllten.
In 6 ist die Näherungslinie oder virtuelle Linie ”a” Teil einer Geraden, die den Zusammenhang (die Funktion) ”t = D/4” erfüllt. Aus 6 geht hervor, dass eine Glühkerze, die den Koordinaten auf oder oberhalb der Näherungslinie ”a” entspricht, die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllt und dass eine Glühkerze, die den Koordinaten unterhalb der Näherungslinie ”a” entspricht, nicht die vorgeschriebene erforderliche Festigkeit erfüllt. Demnach hat eine Glühkerze, bei der die Wanddicke ”t” des Abschnitts größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 und der Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30 den Zusammenhang ”t ≧ D/4” erfüllen, eine für den praktischen Einsatz ausreichende Herausziehfestigkeit.
Bezüglich der Herausziehfestigkeit wurde ein Vergleich zwischen einem ersten und zweiten Glühkerzenprobekörper durchgeführt, wobei der erste Glühkerzenprobekörper einen Dichtungsabschnitt ”S” aufwies, dessen Axiallänge 3 mm betrug und der durch Presspassung ausgebildet wurde, und der zweite Glühkerzenprobekörper einen Dichtungsabschnitt ”S” aufwies, dessen Axiallänge 3 mm betrug und der durch Hartlöten ausgebildet wurde. Der erste Glühkerzenprobekörper hatte eine bessere Herausziehfestigkeit als der zweite Glühkerzenprobekörper. Demnach reicht auch die Herausziehfestigkeit einer Glühkerze mit einem durch Presspassung ausgebildeten Dichtungsabschnitt ”S” für den praktischen Einsatz aus, wenn die Wanddicke ”t” des Abschnitts 25 größeren Durchmessers der Hülse 20 und der Außendurchmesser ”D” des Heizelements den Zusammenhang ”t ≧ D/4” erfüllen.
Darüber hinaus wurden Glühkerzenprobekörper einer vierten Art hergestellt, die in Gruppen mit jeweils vier Elementen fielen, in denen die Länge ”L” eines aus der Hülse 20 herausragenden Abschnitts des Heizelements 30 sowie der Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30 gleich waren. Die Gruppen unterschieden sich voneinander im Hinblick auf die Länge ”L” des aus der Hülse 20 herausragenden Abschnitts des Heizelements 30 sowie im Hinblick auf den Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30. Die Länge ”L” des aus der Hülse 20 herausragenden Abschnitts des Heizelements 30 lag zwischen 10 mm und 35 mm, während der Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30 zwischen 2 mm und 3,5 mm lag. Jeder der Glühkerzenprobekörper der vierten Art wurde in Schwingungen versetzt. Danach wurde jeder Glühkerzenprobekörper bezüglich der Festigkeit des Heizelements 30 untersucht. Das heißt, es wurde eine Untersuchung zur Erschütterungsbeständigkeit des Heizelements 30 durchgeführt. Genauer gesagt wurde bei der Untersuchung entschieden, ob das Heizelement 30 fehlerhaft war oder nicht, beispielsweise ob das Heizelement 30 einen Riss hatte oder nicht.
7 zeigt die Untersuchungsergebnisse. In 7 bezeichnet die Ordinate die Länge ”L” des aus der Hülse 20 herausragende Abschnitts des Heizelements 30, während die Abszisse den Außendurchmesser ”D” des Heizelements 30 bezeichnet. In 7 gibt das Zeichen ”X” die Koordinaten an, die einer Probekörpergruppe entsprachen, in der mindestens ein Element ein fehlerhaftes Heizelement 30 hatte. Das Zeichen ”O” gibt dagegen die Koordinaten an, die einer Probekörpergruppe entsprachen, in der sämtliche Elemente normale Heizelemente 30 hatten.
In 7 ist die Näherungslinie oder virtuelle Linie ”b” Teil einer Geraden, die den Zusammenhang (die Funktion) ”L = 15D – 20” erfüllt. Aus 7 geht hervor, dass eine Glühkerze, die den Koordinaten auf oder unterhalb der Näherungslinie ”b” entspricht, die vorgeschriebene erforderliche Erschütterungsbeständigkeit erfüllt. Dementsprechend reicht die Erschütterungsbeständigkeit einer Glühkerze, bei der die vorstehende Länge ”L” des Heizelements 30 und ihr Außendurchmesser ”D” den Zusammenhang ”L ≦ 15D – 20” erfüllen, für den praktischen Einsatz aus.
Wie vorstehend erwähnt wurde, hat die Hülse 20 in Längsrichtung an einer dazwischen liegenden Stelle die Stufe 23 und weist den Abschnitt kleineren Durchmessers 24 und den Abschnitt größeren Durchmessers 25 auf. Die Stufe 23 ergibt die Grenze zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers 24 und dem Abschnitt größeren Durchmessers 25. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24 der Hülse 20 enthält ihr Ende 21, während der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 ihr Ende 22 enthält. Der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 befindet sich als Ganzes in dem Gehäuse 10 und ist dort untergebracht. Mit anderen Worten ragt der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20 nicht nach außen aus dem Gehäuse 10 vor. Dementsprechend ist es möglich, für einen kleinen Durchmesser des Glühlochs 901 zu sorgen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, befindet sich die Stufe 23 auf der Hülse 20 als Ganzes näher an dem Ende 12 des Gehäuses 10 als der Schnittpunkt ”P”. Dadurch lässt sich verhindern, dass die Stufe 23 auf der Hülse 20 und der Sitz 903 an dem Zylinderkopf 900 gegeneinander stoßen.
Zweites Ausführungsbeispiel
8 zeigt eine Glühkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Glühkerze von 8 ähnelt dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Ausnahme der folgenden Gestaltungsänderungen.
Die Glühkerze von 8 weist anstelle der Hülse 20 (siehe 1 bis 4) eine Hülse 20A auf, die ein eines Ende 21 und ein anderes Ende 22 hat. Das Ende 21 der Hülse 20A ragt aus dem Ende 11 des Gehäuses 10 heraus, während das Ende 22 der Hülse 20A in das Gehäuse 10 eingefügt ist. Die Hülse 20A hat in Längsrichtung an einer dazwischen liegenden Stelle Stufen 23 und 26, die voneinander in Längsrichtung beabstandet sind. Die Hülse 20A weist einen Abschnitt kleineren Durchmessers 24a, einen Abschnitt mittleren Durchmessers 24b und einen Abschnitt größeren Durchmessers 25 auf, die in Längsrichtung nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24a und der Abschnitt mittleren Durchmessers 24b bilden einen Hülsenabschnitt 24, der dem Abschnitt kleineren Durchmessers 24a in den 3 und 4 entspricht. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24a hat einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt mittleren Durchmessers 24b und der Abschnitt mittleren Durchmessers 24b einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt größeren Durchmessers 25. Die Stufe 23 ergibt die Grenze zwischen dem Abschnitt mittleren Durchmessers 24b und dem Abschnitt größeren Durchmessers 25 und die Stufe 26 die Grenze zwischen dem Abschnitt kleineren Durchmessers 24a und dem Abschnitt mittleren Durchmessers 24b. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 24a der Hülse 20A enthält ihr Ende 21, während der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20A ihr Ende 22 enthält. Der Abschnitt größeren Durchmessers 25 der Hülse 20A befindet sich als Ganzes in dem Gehäuse 10 und ist dort untergebracht, während der Abschnitt mittleren Durchmessers 24b und der Abschnitt kleineren Durchmessers 24a der Hülse 20A grundsätzlich aus dem Gehäuse 10 herauslaufen.

Claims

Glühkerze, mit: einem zylinderförmigen Gehäuse (10), das an einem Zylinderkopf (900) eines Motors angebracht werden kann, das eine Mittelachse entlang einer Längsrichtung der Glühkerze hat und das ein eines Ende (11), ein anderes Ende (12) und ein Innenloch hat; einer zylinderförmigen Hülse (20), die von dem Gehäuse (10) abgestützt wird, die eine Mittelachse entlang der Mittelachse der Glühkerze hat und die ein aus dem einen Ende (11) des Gehäuses (10) vorragendes eines Ende (21), ein in das Innenloch des Gehäuses (10) eingefügtes anderes Ende (22) und ein Innenloch hat; einem Heizelement (30), das von der Hülse (20) abgestützt wird, das ein aus dem einen Ende (21) der Hülse (20) vorragendes eines Ende (31) und ein in das Innenloch der Hülse (20) eingefügtes anderes Ende (32) hat, das aus Keramik hergestellt ist und in Form eines Stabs vorliegt und das erhitzt wird, wenn ihm elektrische Energie zugeführt wird; und einem Dichtungsabschnitt (S) dort, wo sich die Innenumfangsfläche des Gehäuses (10) und die Außenumfangsfläche der Hülse (20) in Kontakt befinden, wobei der Dichtungsabschnitt (S) für eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse (10) und der Hülse (20) sorgt, wobei die Hülse (20) zwischen ihrem einen Ende (21) und ihrem anderen Ende (22) eine Stufe (23) hat, die eine Grenze zwischen einem Abschnitt kleineren Durchmessers (24), der das eine Ende (21) der Hülse (20) enthält und einen ersten Außendurchmesser eines zur Mittelachse der Hülse (20) senkrechten Kreisquerschnitts hat, und einen Abschnitt größeren Durchmessers (25) ergibt, der das andere Ende (22) der Hülse (20) enthält und einen zweiten Außendurchmesser eines zur Mittelachse der Hülse (20) senkrechten Kreisquerschnitts hat, wobei der erste Außendurchmesser kleiner als der zweite Außendurchmesser ist und sich der Abschnitt größeren Durchmessers (25) als Ganzes in dem Innenloch des Gehäuses (10) befindet, und wobei das eine Ende (11) des Gehäuses (10) einen konischen Sitz (15) hat, der sich mit einem konischen Sitz (903) des Zylinderkopfs (900) in luftdichtem Kontakt befindet, wenn das Gehäuse (10) auf normale Weise an dem Zylinderkopf (900) angebracht wird, und sich eine Verlängerungslinie (15E) von dem konischen Sitz (15) des Gehäuses (10) mit der Außenumfangsfläche der Hülse (20) an einem Schnittpunkt (2) schneidet und die Stufe (23) als Ganzes näher an dem anderen Ende (12) des Gehäuses (10) liegt als der Schnittpunkt (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) aus einer Legierung oder einem Stahl besteht; ein Durchmesser des Innenloches des Gehäuses (10) zwischen dem einen Ende (11) des Gehäuses (10) und dem Dichtungsabschnitt (S) konstant ist; der Dichtungsabschnitt (S) in Längsrichtung der Glühkerze eine Länge von 2 mm oder mehr hat; und der Zusammenhang ”t ≧ D/4” erfüllt ist, wobei ”t” die Wanddicke des Abschnitts größeren Durchmessers (25) der Hülse (20) bezeichnet und ”D” den Außendurchmesser des Heizelements (30) bezeichnet.
Glühkerze nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (10) und der Abschnitt größeren Durchmessers (25) der Hülse (20) miteinander hartgelötet sind, um den Dichtungsabschnitt (S) zu bilden.
Glühkerze nach Anspruch 1, bei der der Abschnitt größeren Durchmessers (25) der Hülse (20) in das Innenloch des Gehäuses (10) pressgepasst ist, um den Dichtungsabschnitt (S) zu bilden.
Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Zusammenhang ”L ≦ 15D – 20” erfüllt ist, wobei ”L” die Länge eines aus der Hülse (20) herausragenden Abschnitts des Heizelements (30) bezeichnet und ”D” den Außendurchmesser des Heizelements (30) bezeichnet.
Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Dichtungsabschnitt (S) in Längsrichtung der Glühkerze eine Länge von 2,5 mm oder mehr hat.
Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Dichtungsabschnitt (S) in Längsrichtung der Glühkerze eine Länge von 3 mm oder mehr hat.