DE3135378A1

DE3135378A1 - Gluehkerze zur beschleunigung der zuendung eines brennstoffs

Info

Publication number: DE3135378A1
Application number: DE3135378A
Authority: DE
Inventors: Robert A. Greytown Ohio Mahaney
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1981-09-07
Publication date: 1982-07-22
Also published as: US4351291A; BR8106130A; IT1139184B; BE890532A; FR2491592B1; CA1164291A; DE3135378C2; MX151198A; FR2491592A1; IT8124253A0; GB2084649A; GB2084649B

Description

Patentanwälte Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Str. 20 - D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

CHAMPION SPARK PLUG COMPANY
900 Upton Avenue
Toledo, Ohio, U.S.A.

Glühkerze zur Beschleunigung der Zündung eines Brennstoffs

Champion Spark Plug Co. - A 14 514 -

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze zur Beschleunigung der Zündung eines Brennstoffs in der Verbrennungskammer eines Dieselmotors.

Eine Glühkerze umfaßt eine Heizeinrichtung, die in die Verbrennungskammer des Motors hineinragt. Ein Draht, der in dem Element angeordnet ist, wird erhitzt, wenn die Speisespannung einer Energiequelle an den Draht angelegt wird. Die Energiequelle kann beispielsweise eine übliche Fahrzeugbatterie sein, die auch zum Erregen des Anlassers des Motors benutzt wird. Die Glühkerze erleichtert das Anlassen eines Dieselmotors durch Erhöhung der Temperatur der Heizeinrichtung von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur, die ausreichend hoch ist, um eine überhitzte Stelle in der Verbrennungskammer zu erzeugen, um den eintretenden Brennstoff zu entzünden. Die Bedienungsperson des Motors muß daher eine relativ lange Zeit warten, d.h. eine Vorwärm-Periode, ehe die Glühkerzen des Motors ausreichend erhitzt sind, um das Anlassen des Dieselmotors zu erleichtern. Da die Batterie auch die Energiequelle für den Anlasser und andere Anlagen außer dem Heizdraht ist, schwankt der Spannungswert der Batterie. Bei einer reduzierten Batteriespannung wird außerdem die Vorwärm-Periode verlängert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Glühkerze zur Beschleunigung der Zündung eines Brennstoffs in der Verbrennungskammer eines Dieselmotors zu schaffen und insbesondere die Zeitspanne abzukürzen, die eine Bedienungsperson des Motors warten muß, ehe die Glühkerze ausreichend erwärmt ist.

Die erfindungsgemäße Glühkerze umfaßt hierzu ein Gehäuse, das lösbar in den Kopf der Verbrennungskammer des Dieselmotors einsetzbar ist,

sowie eine elektrisch leitende rohrförmige Heizeinrichtung, die von dem Gehäuse gehalten und elektrisch mit ihm verbunden ist. Dieses Element hat ein offenes Ende innerhalb des Gehäuses und ein gegenüberliegendes geschlossenes Ende, das sich in Längsrichtung erstreckt. Die Glühkerze hat ferner einen Heizdraht, der in der Heizeinrichtung angrenzend an deren geschlossenes Ende angeordnet ist. Der Heizdraht hat ein erstes Ende, das elektrisch mit dan geschlossenen Ende der Heizeinrichtung verbunden ist, sowie ein zweites Ende, und er wird auf eine vorgegebene Soll-Temperatur erhitzt, wenn eine gegebene Spannung an ihn angelegt wird. Die Glühkerze hat ferner einen Isolator, der im Gehäuse gehalten ist, sowie eine Anschlußeinrichtung, die am Isolator angebracht ist.

Die Anschlußeinrichtung umfaßt einen Heizanschluß oder eine Heizklemme, die elektrisch mit dem zweiten Ende des Heizdrahtes verbunden ist, sowie wenigstens einen Vorwärm-Anschluß, der elektrisch an eine Zwischenstelle des Heizdrahtes angeschlossen ist. Der Temperaturanstieg der Heizeinrichtung wird beschleunigt, wenn mittels eines Schaltkreises Spannung an di eVorwärm-Klemme(n) über eine drastisch reduzierte Vorwärm-Periode gelegt wird, die gleich der Zeit ist, die erforderlich ist, um die Temperatur des Heizdrahtes von Umgebungstemperatur auf die Soll-Temperatur zu erhöhen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die im Schnitt eine Glühkerze zusammen mit einer schematischen Darstellung eines Schaltkreises zum Anlegen der Energie zeigt.

Die Figur zeigt eine Glühkerze 10 mit einem Gehäuse oder Mantel 11, der mittels Gewinde in den Kopf einer Verbrennungskammer eines Dieselmotors (nicht gezeigt) einschraubbar ist. Der Mantel 11 ist elektrisch über den Kopf der Verbrennungskammer geerdet, wie

schematised bei 12 gezeigt ist. Die Glühkerze hat ferner eine elektrisch leitende rohrförmige Heizeinrichtung 13, die vom Mantel 11 getragen und elektrisch mit ihm verbunden ist. Die Heizeinrichtung 13 hat ein offenes Ende 14 innerhalb des Mantels 11 und ein gegenüberliegendes geschlossenes Ende 15, das sich in Längsrichtung über den Mantel 11 hinauserstreckt. Die Glühkerze 10 hat außerdem einen schraubenlinienförmigen Heizdraht 16, der in der Heizeinrichtung 13 angeordnet ist und elektrisch und thermisch gegenüber dieser mittels eines kompakten, zusammengepreßten pulverfb'rmigen Materials, wie z.B. Magnesiumoxid, isoliert ist. Der Heizdraht 16 hat ein erstes Ende 17, das an das geschlossene Ende 15 der Heizeinrichtung 13 angrenzt und elektrisch mit ihm verbunden ist, sowie ein zweites Ende 18. Die Glühkerze 10 ist schließlich mit einer elastischen Dichtung 19 versehen, durch welche der Mantel 11 gegenüber einer allgemein mit 20 bezeichneten Anschlußeinrichtung isoliert ist.

Die Anschlußeinrichtung 20 umfaßt eine rohrförmige Elektrode 21 mit einem unteren Abschnitt, der sich in Längsrichtung innerhalb der Heizeinrichtung 13 erstreckt und in einem Abschnitt 22 mit reduziertem Durchmesser endigt, sowie einen oberen Teil, der sich axial über die isolierende Dichtung 19 hinauserstreckt und ein mit Gewinde versehenes Ende 23 hat. Die Elektrode 21 ist in dem Heizelement 13 mittels einer nicht-leitenden Dichtung 24 gehalten und sie ist elektrisch und thermisch gegenüber der Heizeinrichtung 13 durch eine Masse pulverförmigen Materials, wie z.B. Magnesiumdioxid isoliert. Das Ende 22 der rohrförmigen Elektrode 21 grenzt an das zweite Ende 18 des Heizdrahtes 16 an und ist mit diesem Ende elektrisch verbunden. Das mit Gewinde versehene Ende 23 der rohrförmigen Elektrode 21 steht in Eingriff mit einer ringförmigen Halterung 25, wie z.B. einem Gewindering, der einen ringförmigen Leiter 26 gegen die Dichtung 19 andrückt. Der Leiter 26 hat einen Heizanschluß 27, der radial von ihm absteht und elektrisch über die rohrförmige Elektrode 21 mit dem zweiten Ende 18 des Heizdrahtes

verbunden ist. Das erste Ende 17 des Heizdrahtes 16 ist elektrisch mit der Heizeinrichtung 13 verbunden, die über den Mantel 11 bei geerdet ist. Der elektrische Weg vom Heizanschluß 27 zur Erde bei bildet damit einen Heizkreis.

Die Anschlußeinrichtung 20 umfaßt ferner eine Vorheiz-Elektrode 28, die sich von einem ersten Ende 29, das in elektrischem Kontakt mit einer Zwischenstelle oder einer Zwischenwindung 30 des Heizdrahtes steht, durch die rohrförmige Elektrode 21 hindurch zu einem zweiten gegenüberliegenden Ende 31 erstreckt. Außer an der Verbindung des umgebogenen Endes 29 mit dem Draht 16, ist die Vorwärm-Elektrode elektrisch und thermisch gegenüber dem Heizdraht 16 durch ein kompaktes pulverförmiges Material, wie z.B. Magnesiumoxid,isoliert. Die Vorheiz-Elektrode 28 ist in der rohrförmigen Elektrode 21 an deren Enden 22 und 23 mittels nicht-leitender Dichtungen 32 und 33 gehalten. Die Elektrode 28 ist ferner elektrisch und thermisch gegenüber der rohrförmigen Elektrode 21 zwischen den Dichtungen 32 und 33 durch eine Masse 34 aus isolierendem Material, wie z.B. Magnesiumoxid, isoliert. Das Ende 31 der Vorwärm-Elektrode 28 hält einen ringförmigen Leiter 35 gegen einen Isolierring 36, der den Leiter 35 elektrisch gegenüber dem Haltering 25 und gegen das Gewindeende 23 der Elektrode 21 isoliert. Der Leiter 35 hat einen Vorwärm-Anschluß 37, der sich radial von ihm erstreckt und er ist elektrisch leitend über die Elektrode 28 mit der Zwischenwindung des Heizdrahtes 16 verbunden. Damit bildet der elektrische Weg von der Vorheizklemme 37 zur Erde 12 einen Vorwärmkreis.

Der Draht 16 wird von der Umgebungstemperatur auf eine vorgegebene Solltemperatur von z.B. 87O⁰C (1600⁰F) nach einer vorgegebenen Zeitspanne aufgeheizt, wenn eine gegebene Spannung von z.B. 12 Volt an den Draht angelegt wird. Die Glühkerze 10 wird erregt durch eine Energiequelle B, die eine übliche Fahrzeugbatterie sein kann, mit einer Nennspannung, die gleich der Spannung für den Heizdraht 16 ist. Zunächst wird Strom von der Stromquelle B an den Vorwärmkreis der

Zündkerze 10, d.h. an die Vorwärmklemme 37 gelegt, um nur den unteren Abschnitt des Drahtes 16 zwischen der Windung 30 und dem Ende 17 zu erwärmen. Die durch den unteren Abschnitt des Drahtes 16 von der Energiequelle B gezogene Strommenge bzw. Stromstärke ist größer als die, die durch die volle Länge abgezogen wird, weil die Spannung an einen kleineren Widerstand gelegt wird. Der Widerstand des unteren Abschnittes ist nur ein Bruchteil des Widerstandes der Gesamtlänge des Drahtes 16. Wenn daher Strom an die Vorheizklemme 37 gelegt wird, fließt dieser erhöhte Strom durch den unteren Abschnitt des Drahtes 16 und läßt die Temperatur der Heizeinrichtung 13 schneller von Umgebungstemperatur auf die Nenn-Temperatur ansteigen. Diese rapide Erwärmung beschleunigt die Zündung des Brennstoffes in der Verbrennungskammer des Motors, wodurch die Vorwärm-Periode drastisch reduziert wird. Da jedoch der stärkere Stromfluß evtl. dazu führen könnte, daß der untere Abschnitt des Drahtes 16 überhitzt wird und u.U. durchbrennt, wird die Stromzufuhr zurVormwärm-Klemme 37 abgeschaltet, wenn die Nenn-Temperatur erreicht ist. Strom von der Energiequelle B wird dann an den Heizkreis der Glühkerze 10 über den Heizanschluß 27 gelegt, um die volle Länge des Drahtes 16 zu erregen und dadurch die Nenn-Temperatur aufrechtzuerhalten.

Das abwechselnde Anlegen der Speisespannung vom Vorwärm-Kreis an den Heiz-Kreis kann durch verschiedene gegenwärtig verfügbare Steuerschaltungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Speisespannung durch einen Schaltkreis gesteuert werden, der die elektronischen Elemente enthält, die innerhalb der gestrichelten Linie A der Figur dargestellt sind. Der Schaltkreis A umfaßt ein Leistungsrelais RY1, das wenn es erregt wird, einen normalerweise offenen Leistungsschalter S1 schließt, sowie ein Steuerrelais RY2, das bei Erregung einen Umschalter S2 von einer Klemme 1 zu einer Klemme 2 umschaltet. Der Schaltkreis A umfaßt ferner einen Zeitverzögerungskreis TD1, der das Leistungsrelais RY1 erregt, sowie einen Zeitverzögerungskreis TD2, der das Steuerrelais RY2 erregt. Die Verzögerungskreise TD1 und TD2 können jede geeignete,gegenwärtig

verfügbare elektronische Ausführungsform haben, wobei ihr Ausgang den angezeigten 1-Zustand einnimmt, wenn der Eingang sich von seinem O-Zustand in seinen angezeigten 1-Zustand ändert. Der Ausgang bleibt in seinem angezeigten 1-Zustand über eine Zeitspanne, die charakteristisch für dieses spezielle Gerät ist und er ist unabhängig vom Eingangssignal .

Die positive Klemme der Batterie B ist in Reihe mit dem offenen Leistungsschalter S1 und dem Umschalter S2 über dessen Klemme 1 mit dem Heizkreis der Glühkerze 10 an deren Heizanschluß 27 geschaltet. Die positive Klemme ist ferner mit einem Anlasser ST für den Dieselmotor und einem beweglichen Schleifkontakt W eines Zündschalters SW verbunden, der für die Bedienungsperson des Motors zugänglich ist. Der bewegliche Schleifkontakt W kann in eine AtlS-Position 1 geschaltet werden, um das Anlegen der Batteriespannung an den Schaltkreis A zu verhindern, er kann ferner in eine Vorheiz-Position 2 geschaltet werden, um die Batteriespannung an den Eingang des Verzögerungskreises TD1 zu legen, und er kann ferner in eine Anlaß-Position 3 geschaltet werden, um den Zustand der Position 2 beizubehalten und die Batteriespannung an den Anlasser ST des Motors zu legen. Der Zündschalter SW ist so ausgelegt, daß wenn er in die Anlaß-Position 3 gedreht und losgelassen wird, der bewegliche Schleifkontakt W in die Vorheiz-Position 2 zurückkehrt.

Wenn der bewegliche Schleifkontakt W des Zündschalters SW aus der AUS-Position 1 in die Vorheiz-Position 2 gedreht wird, fließt Strom von der Batterie B zum Verzögerungskreis TD1, der seinen angezeigten 1-Zustand einnimmt und das Leistungsrelais RY1 erregt, um den offenen Leistungsschalter S1 zu schließen. Der Verzögerungskreis TD1 veranlaßt ferner den Verzögerungskreis TD2, seine angezeigte 1-Stellung einzunehmen, in welcher das Steuerrelais RY2 erregt wird, um den Umschalter S2 zu betätigen. Durch Betätigung des Umschalters S2 wird eine Reihenverbindung vervollständigt von der Batterie B über den geschlossenen

Leistungsschalter S1, den betätigten Umschalter S2 und dessen Klemme zum Vorheiz-Kreis der Glühkerze 10 über dessen Vorheizklemme 37. Der Verzögerungskreis TD2 bleibt in seinem angezeigten 1-Zustand über eine Zeitspanne, die gleich der Vorheiz-Periode ist, während welcher der Heizdraht 16 schnell auf die Nenn-Temperatur aufgeheizt wird, worauf der Steuerkreis TD2 in seinen O-Zustand zurückkehrt'.

Wenn der Verzögerungskreis TD2 in seine O-Stellung zurückgekehrt ist, wird das Steuerrelais RY2 entregt und der Umschalter S2 kehrt zu seiner Klemme 1 zurück. Damit wird durch den Schalter S2 eine Reihenverbindung vervollständigt von der Batterie B über den geschlossenen Leistungsschalter S1 zum Heizkreis der Glühkerze 10 über dessen Heizklemme 27, um die Sol!-Temperatur des Heizdrahtes aufrechtzuerhalten. Der Verzögerungskreis TDI bleibt in seiner angezeigten 1-Steilung über eine Zeitspanne, die ausreicht für die Bedienungsperson, den Anlasser ST zu erregen durch Drehen des beweglichen Schleifkontaktes W des Zündschalters SW aus der Vorheiz-Position 2 in die Anlaß-Position Wenn der Verzögerungskreis TD1 in seine O-Position zurückkehrt, wird das Leistungsrelais RY1 entregt und der Leistungsschalter S1 kehrt in seine normalerweise offene Position zurück, wodurch die Glühkerze in einen nicht-erregten Zustand zurückkehrt.

Leerseite

Claims

3135373 Champion Spark Plug Co. A 14 514 Patentansprüche

1. Glühkerze zum Beschleunigen der Zündung eines Brennstoffes in einer Verbrennungskammer eines Dieselmotors, mit einem Mantel, der lösbar in einen Kopf der Verbrennungskammer des Motors einsetzbar ist, gekennzeichnet durch eine elektrisch leitende rohrförmige Heizeinrichtung, die von dem Mantel gehalten und elektrisch mit ihm verbunden ist, daß die Heizeinrichtung ein offenes Ende innerhalb des Mantels und ein gegenüberliegendes geschlossenes Ende aufweist, das sich in Längsrichtung von dem Mantel aus erstreckt, einen Heizdraht, der in der Heizeinrichtung angrenzend an deren geschlossenes Ende und elektrisch isoliert gegenüber deren rohrförmigen! Körper angeordnet ist, daß der Heizdraht ein erstes Ende aufweist, das elektrisch mit dem geschlossenen Ende der Heizeinrichtung verbunden ist, und daß er auf eine vorgegebene Nenn-Temperatur erwärmbar ist, wenn eine gegebene Spannung an ihn angelegt wird, und daß in dem Mantel ein Isolator angeordnet ist, an welchem eine Anschlußeinrichtung angebracht ist, daß die Anschlußeinrichtung einen Heizanschluß aufweist, sowie Verbindungsmittel, die den Heizanschluß elektrisch mit dem zweiten Ende des Heizdrahtes verbinden, und daß wenigstens ein Vorheiz-Anschluß vorgesehen ist sowie Verbindungsmittel, die jeden Vorheiz-Anschluß elektrisch mit einer Zwischenwindung des Heizdrahtes verbinden.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel der Heizeinrichtung eine rohrförmige Elektrode aufweisen, die sich in Längsrichtung in der Heizeinrichtung erstreckt und elektrisch und thermisch gegenüber dieser isoliert ist, und daß die Verbindungsmittel der Vorheiz-Einrichtung einen Draht aufweisen, der sich in Längsrichtung durch den rohrförmigen Körper der Verbindungsmittel der Heizeinrichtung erstreckt und elektrisch und thermisch gegenüber diesem isoliert ist.