DE2729412A1

DE2729412A1 - Ummantelte gluehkerze fuer kreiskolbenmotoren

Info

Publication number: DE2729412A1
Application number: DE19772729412
Authority: DE
Inventors: Tomio Kumoi; Nobutaka Morimitsu; Katsuhiko Tsuruta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1978-09-07
Also published as: US4143262A; JPS53109041A

Description

TlEDTKE - BOHLING - KlNNE - Patentanwälte:

Dipl.-lng. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-ing. Kinne Dipl.-lng. Grupe

Bavariarlng 4, Postfach 20 24 03 8000 München 2

Tel.: (0 89)53 96 53-56 Telex: 5 24 845 tipat

cable. Germaniapatent München

29. Juni 1977

B 8288 /case AT-F-162

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Toyota-shi, Japan

Ummantelte Glühkerze für Kreiskolbenmotoren

80983fi/Q5OF

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze für Kraftfahrzeugmotoren und insbesondere eine ummantelte Glühkerze, die speziell für die Verwendung in Verbindung mit Kreiskolbenmotoren, insbesondere Wankel-Motoren, ausgelegt ist.

Herkömmliche Glühkerzen werden überwiegend bei Dieselmotoren benutzt, und zwar insbesondere bei solchen Dieselmotoren, die eine Vorkammer aufweisen, durch die das Anlassen des Motors erleichtert werden soll. Bei einem solchen Dieselmotor ist die Glühkerze so eingesetzt, daß sie in die Vorkammer ragt und die Luft in der Vorkammer vorwärmen kann. Als Heizelement der Glühkerze dient in der Regel ein widerstandsfähiges ummanteltes Heizelement, das ein Schutzrohr und eine im Schutzrohr angeordnete Heizwicklung umfaßt. Die herkömmlichen ummantelten Heizelemente für Dieselmotoren sind meist gerade, d.h. das Schutzrohr ist ein gerades Rohr.

Die jüngere Entwicklung auf dem Gebiet der Wankel-Motoren hat dazu geführt, daß die Verwendung von Glühkerzen statt herkömmlicher Zündkerzen für Kreiskolbenmotoren in Erwägung gezogen wird, um die Zündung des Kraftstoffs zu verbessern und dadurch die Abgasreinigung zu erleichtern und das Lastverhalten des Motors zu verbessern. Da das Heizelement der Glühkerze durch dauernde Speisung mit elektrischem Strom dauernd rotglühend ist, bildet es eine ununterbrochen wirksame Zündquelle für alle Arbeitskammern des Kreiskolbenmotors während der Zeitdauer, während der sie als Expansionskammer arbeiten, so daß selbst im Leerlauf oder bei Betrieb mit niedriger Drehzahl und geringer Last Fehlzündungen praktisch

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nicht auftreten.

Bei einem Kreiskolbenmotor kann eine Glühkerze ebenso wie eine übliche Zündkerze jedoch nicht so eingebaut werden, daß sie in den Brennraum, d.h. die Arbeitskammern, ragt. Die Glühkerze muß in einem verhältnismäßig engen Zündkanal angeordnet werden, der in der Regel in der trochoidischen Wand des Mantels des Gehäuses ausgebildet ist. Daher ist praktisch nur die Spitze des Heizelementes der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs ausgesetzt, das während des Betriebs des Motors im Brennraum erzeugt wird, so daß nur diese Spitze an der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs beteiligt ist. Wenn eine herkömmliche Glühkerze mit einem gleichmäßig Wärme erzeugenden Heizelement bei einem Kreiskolbenmotor angewendet wird, wird daher der Spitzenbereich des Heizelementes von der vorbeiströmenden Gasströmung wesentlich stärker gekühlt als der innere Abschnitt des Heizelementes. Dadurch wird folgendes Problem hervorgerufen. Wenn der elektrische Speisestrom so stark ist, daß der Spitzenbereich auf einer so hohen Temperatur gehalten wird, daß die Zündung einwandfrei erfolgt, wird der innere Abschnitt des Heizelementes überhitzt, so daß die Gefahr besteht, daß dort beispielsweise die Heizwicklung schmilzt. Die Benutzung herkömmlicher Glühkerzen mit geradem Heizelement, wie sie bei Dieselmotoren üblich sind, führt bei Kreiskolbenmotoren zu dem weiteren Nachteil, daß am Spitzenbereich des Heizelementes lediglich eine sehr kleine wirksame Heizfläche bzw. wärmeabgebende Fläche zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus der Benutzung von Glühkerzen bei Krsiskolbsnnotoren sr-

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gebenden Schwierigkeiten zu beheben und eine verbesserte Glühkerze zu schaffen, die für Kreiskolbenmotoren brauchbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt eine ummantelte Glühkerze für Kreiskolbenmotoren erfindungsgemäß ein Kerzengehäuse, ein an seinem inneren Abschnitt vom Kerzengehäuse getragenes Schutzrohr mit einem gekrümmten Spitzenbereich und eine im Schutzrohr angeordnete Heizwicklung, deren Steigung im gekrümmten Spitzenbereich kleiner als im inneren Abschnitt ist.

Aufgrund des gekrümmten Spitzenbereichs des Schutzrohres weist die erfindungsgemäße ummantelte Glühkerze eine grössere wirksame Heizfläche als herkömmliche Glühkerzen mit geradem Heizelement auf und wird am gekrümmten Spitzenbereich des Schutzrohres eine höhere Wärmeleistung als am inneren Abschnitt erreicht, da die Heizwicklung aufgrund der kleineren Steigung im Spitzenbereich dort dichter ist. Durch geeignet gewählte unterschiedliche Steigungen der Heizwicklung über die Länge des Schutzrohres sind die unterschiedlichen Wärmeleistungen an den verschiedenen Stellen des Schutzrohres so ausgelegt, daß sie den unterschiedlichen Kühlleistungen aufgrund der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs an den verschiedenen Stellen entsprechen, so daß der Spitzenbereich des Schutzrohres auf der gewünschten hohen Temperatur gehalten wird, während der innere Abschnitt des Schutzrohres auf einer beliebigen gewünschten, verhältnismässig niedrigen Temperatur gehalten wird.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die

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Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele ausführlicher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollen jedoch die Erfindung nicht einschränken.

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Ausfüh-

rungsform einer ummantelten Glühkerze, die in das Gehäuse eines Kreiskolbenmotors eingesetzt ist;

Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des

Spitzenbereichs des Heizelementes der in Figur 1 gezeigten ummantelten Glühkerze;

Figuren 3

und 4 Seitenansichten des Heizelementendes wei

terer Ausführungsformen der ummantelten Glühkerze.

Im Folgenden wird zunächst auf Figur 1 eingegangen. Darin ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Glühkerze dargestellt, die ein Kerzengehäuse 5 aus Metall mit einem mit Gewinde versehenen Anschlußabschnitt 4 umfaßt, der in ein entsprechendes Gewindeloch 3 geschraubt ist, das in einem Mantel 2 des Gehäuses eines Kreiskolbenmotors ausgebildet ist. Entlang der Längsmittellinie des Kerzengehäuses verlaufend ist in dieses ein Heizelement 6 eingesetzt. Das Heizelement besteht aus einem Schutzrohr 7 aus hitzebeständigem Metall, einer Heizwicklung 8 und Isoliermaterial 9, beispielsweise

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Magnesiumoxid. Die Heizwicklung 8 und das Isoliermaterial 9 befinden sich innerhalb des Schutzrohres 7, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Der innere Abschnitt des Schutzrohres ist in eine mittige Bohrung 10 im Kerzengehäuse 5 eingesetzt und dort beispielsweise durch Hartlöten oder auf andere Weise befestigt. Der äußere Abschnitt des Schutzrohres ragt über die Spitze des Kerzengehäuses 5 hinaus. Im Kerzengehäuse 5 ist an dessen Spitze eine Ansenkung 11 ausgebildet. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist der äußere Abschnitt des Schutzrohres als Haken ausgebildet. Hie Figur 1 zeigt, ist der hakenförmige äußere Abschnitt des Schutzrohres in einem Zündkanal 12 im Mantel 2 des Gehäuses angeordnet, wenn das Kerzengehäuse 5 in normaler Stellung in den Mantel eingesetzt ist, wobei dann der mit Gewinde versehene Anschlußabschnitt 4 vollständig in das Gewindeloch 3 geschraubt ist.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist die Heizwicklung β lediglich im hakenförmigen Abschnitt des Schutzrohres 7 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ferner die Dichte der Heizwicklung im Spitzenbereich des Schutzrohres größer als im hinteren Bereich des hakenförmigen Abschnitts des Schutzrohres, was mit anderen Worten bedeutet, daß die Steigung der Heizwicklung im Spitzen- ' ^l bereich kleiner als im hinteren Bereich ist. An ihrem vorderen Ende ist die Heizwicklung 8 elektrisch mit dem Schutzrohr 7 verbunden, das über das Kerzengehäuse 5 und den Mantel 2 des Gehäuses des Kreiskolbenmotore geerdet ist. Das hintere Ende der Heizwicklung ist elektrisch mit einem Kerndraht 13 verbunden, der gegenüber dem Schutzrohr 7 elektrisch isoliert ist. Der Kerndraht 13 ist elektrisch mit einem Anschlußbolzen 14 der Glüh-

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kerze verbunden. Dieser Anschlußbolzen 14 wird vom Kerzengehäuse 5 über eine Isolierbuchse 15 aus hitzebestandigem Gummi oder dergleichen getragen und ragt nach hinten aus dem Kerzengehäuse heraus, wo er den Kerzenanschluß bildet. Das herausragende Ende des Anschlußbolzens 14 ist als Gewindeabschnitt 16 ausgebildet und trägt einen Anschlußisolator 17, eine fest angezogene Mutter 18, eine Zwischenscheibe 19, die mit einem Anschlußkabel einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden werden kann, eine Federscheibe 20 sowie eine Anschlußmutter 21.

Im Betrieb fließt ein elektrischer Strom durch den Anschlußbolzen 14, den Kerndraht 13, die Heizwicklung 8, das Schutzrohr 7, das Kerzengehäuse 5 und den Mantel 2 des Gehäuses, wodurch der hakenförmige Abschnitt des Schutzrohres 7 auf Rotglut gebracht wird. Bei dieser Erwärmung wird dem Spitzenbereich des Schutzrohres, in dem die Steigung der Heizwicklung 8 verhältnismäßig klein ist, eine große Wärmemenge zugeführt, während dieser Spitzenbereich des Schutzrohres gleichzeitig von der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs stärker gekühlt wird, das hauptsächlich am Spitzenbereich vorbeiströmt. Dadurch wird der Spitzenbereich auf der gewünschten Temperatur gehalten, bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch wirksam und zuverlässig gezündet wird. Dem hinteren Abschnitt des Schutzrohres 7, der weniger der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs ausgesetzt ist, wird aufgrund der geringeren Dichte der Heizwicklung in diesem Bereich weniger Wärme zugeführt, so daß auch dort ein Gleichgewicht zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabfuhr besteht und dadurch in diesem Bereich bzw. Abschnitt ausreichend niedrige Temperatur herrscht. Die Gefahr, daβ Schwierig-

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keiten durch Durchschmelzen der Heizwicklung aufgrund
einer überhitzung in diesem Bereich auftreten, ist dadurch zuverlässig ausgeschaltet.

Der gekrümmte Spitzenbereich des Schutzrohres, der sich
im Zündkanal 12 befindet, hat eine verhältnismäßig große Oberfläche, die für zuverlässige Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum sorgt.

Der gekrümmte Spitzenbereich des Heizelementes 6 bzw. des Schutzrohres 7 kann auch eine andere Form als die in den Figuren 1 und 2 dargestellte haben. Beispielsweise kann
er U-förmig sein, wie dies in Figur 3 dargestellt ist,
oder die Form eines L haben, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Im Falle des U-förmigen Spitzenbereichs können dessen zwei Schenkel vom Kerzengehäuse 5 getragen werden.Im Falle des L-förmigen Spitzenbereichs kann zusätzlich ein Stützelement 22 vorgesehen sein, über das das freie Ende des Schutzrohres am Kerzengehäuse zuverlässig abgestützt ist.

Bei der erfindungsgemäßen ummantelten Glühkerze für einen Kreiskolbenmotor besteht das Heizelement aus einem Schutzrohr, in dem eine Heizwicklung angeordnet ist, wobei der Spitzenbereich des Schutzrohres gekrümmt ausgebildet ist und die Steigung der Heizwicklung so variiert, daß die
Dichte der Heizwicklung im Spitzenbereich des Schutzrohres größer ist, wo die Kühlung durch die Strömung des
Luft-Kraftstoff-Gemischs intensiver ist als am inneren
Abschnitt des Heizelementes, der von der Strömung des
Luft-Kraftstoff-Gemischs weniger überstrichen wird.

Aus der vorstehenden Erläuterung dürfte klar geworden

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sein, daß bei der erfindungsgemäßen ummantelten Glühkerze die wirksame Heizfläche, die im Kontakt mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum steht, größer ist, daß diese wirksame Heizfläche auf der erforderlichen hohen Temperatur gehalten wird, die zur zuverlässigen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs benötigt wird, und daß der hintere Abschnitt des Heizelementes trotz der dort schwächeren Kühltfirkung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in diesem Bereich auf einer angemessene niedrigen Temperatur gehalten wird, so daß Schwierigkeiten wie beispielsweise das Durchschmelzen der Heizwicklung aufgrund von Überhitzung in diesem Bereich vermieden werden, während gleichzeitig elektrische Energie gespart wird, die bei herkömmlichen Glühkerzen nutzlos verbraucht wird.

Vorstehend wurde die Erfindung lediglich anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Für den Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß zahlreiche Abwandlungen und/oder auch Weglassungen bei den verschiedenen Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

1. Ummantelte Glühkerze für Kreiskolbenmotoren, g e V, kennzeichnet durch ein Kerzengehäuse (5) , ein an seinem inneren Abschnitt vom Kerzengehäuse getragenes Schutzrohr (7) mit einem gekrümmten Spitzenbereich und eine im Schutzrohr angeordnete Heizwicklung (8), deren Steigung im gekrümmten Spitzenbereich kleiner als im inneren Abschnitt ist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der gekrümmte Spitzenbereich des Schutzrohres (7) die Form eines Hakens hat.

3. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Heizwicklung (8) nur im hakenförmigen Spitzenbereich des Schutzrohres (7) vorhanden ist.

4. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der gekrümmte Spitzenbereich des Schutzrohres (7) U-förmig ausgebildet ist.

5. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Spitzenbereich des Schutzrohres (7) L-förmig ausgebildet ist.

6. Glühkerze nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Stützelement (22), das das freie Ende des L-förmigen Spitzenbereichs des Schutzrohres (7) am Kerzengehäuse (5) abstützt.

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ORIGINAL INSPECTED