DE3237922A1

DE3237922A1 - GLOW PLUG FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DE3237922A1
Application number: DE19823237922
Authority: DE
Inventors: Friedrich Josef Dr. 7250 Leonberg Esper; Thomas Dipl.-Ing. Dr. 7251 Friolzheim Frey; Wilhelm Dipl.-Ing. Dr. 7141 Möglingen Polach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1984-04-19
Also published as: DE3364202D1; ES526443A0; EP0106232A1; EP0106232B1; ES8405920A1

Description

L Ö I O LLL Ö I O LL

13 11313 113

20.9-1982 Zr/Kc20.9-1982 Zr / Kc

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Glühkerze für Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung Stand der TechnikState of the art glow plug for internal combustion engines with spark ignition

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Glühkerze mit einem Heizkörper bekannt (DE-OS 31 Ok U01), bei der auf einem elektrisch isolierenden, brennraumseits mit einem Boden versehenem Keramikrohr ein leiterbahnartiges Heizelement angeordnet ist; diese Glühkerze ist insbesondere für Brennkraftmaschinen ohne Fremdzündung geeignet, kann aber auch für Vielstoffmotoren mit Fremdzündung Anwendung finden. Bei der Verwendung derartiger Glühkerzen zur Zündung von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen im Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung (Ottomotor) arbeiten diese Glühkerzen im unteren und im mittleren Lastbereich ebenfalls einwandfrei, im oberen Lastbereich treten mit diesen Glühkerzen jedoch Glühzündungen auf.The invention is based on a glow plug for internal combustion engines according to the preamble of the main claim. A glow plug with a heating element is already known (DE-OS 31 Ok U01), in which a conductor track-like heating element is arranged on an electrically insulating ceramic tube provided with a bottom on the combustion chamber side; This glow plug is particularly suitable for internal combustion engines without spark ignition, but can also be used for multi-fuel engines with spark ignition. When using such glow plugs to ignite fuel vapor-air mixtures in the cylinder head of internal combustion engines with external ignition (Otto engine), these glow plugs also work properly in the lower and middle load range, but glow plugs occur with these glow plugs in the upper load range.

5 Λ ft 4 5 Λ ft 4

-ζ--ζ-

1811918119

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Glühkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie auch für das Zünden von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung (Ottomotor) Anwendung finden kann und dabei nicht nur im unteren und im mittleren Lastbereich einwandfrei arbeitet, sondern infolge der erfinderischen Merkmalen im oberen Lastbereich das Entstehen von Glühzündungen verhindert.The glow plug according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that it is also suitable for igniting fuel vapor-air mixtures in internal combustion engines with spark ignition (Otto engine) can be used and not only in the lower and works perfectly in the middle load range, but due to the inventive features in the upper load range prevents the occurrence of glow ignition.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß eine solche Glühkerze keine Hochspannungsversorgung benötigt, welche sonst bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung erforderlich ist, sondern mit einer erheblich billigeren und einfacheren Niederspannungsversorgung auskommt.Another advantage is that such a glow plug does not require a high-voltage supply, which otherwise is required for internal combustion engines with external ignition, but gets by with a considerably cheaper and simpler low-voltage supply.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühkerze möglich»Through the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements of the glow plug specified in the main claim are possible »

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer vergrößert dargestellten Glühke-rze nach der Erfindung, Figur 2 den weiter vergrößert dargestellten, brennraumseitigen Endabschniit des in Figur 1 gezeigten Glühkerzen-Heizkörpers, dessen Wärmesenke ein bei allen Betriebstemperaturen in festem Zustand bleibender, bei niedrigen und mittleren Betriebstemperaturen einen Spalt zum Keramikträger bildender Metallkern ist, Figur 3 dieEmbodiments of the invention are shown in the drawing and in the following description in more detail explained. FIG. 1 shows a partially sectioned side view of an enlarged glow plug of the invention, FIG. 2 shows the end section on the combustion chamber side, shown enlarged further, of the end section shown in FIG Glow plug heater whose heat sink remains in a solid state at all operating temperatures low and medium operating temperatures is a gap to the ceramic carrier forming metal core, Figure 3 the

·■ ^:: 2 18119· ^■: 2 18119

Darstellung des brennraumseitigen Endabschnitts eines Glühkerzen-Heizkörpers ähnlich dem nach Figur 2, wobei jedoch die Wärmesenke ein bei hohen Betriebstemperaturen erschmelzender Metallkern ist, Figur U eine Darstellung des brennraumseitigen Endabschnitts eines Glühkerzen-Heizkörpers ähnlich dem nach Figur 2, wobei jedoch die Wärmesenke ein bei allen Betriebszuständen in festem Zustand bleibender, stets einen Spalt gegenüber dem Keramikträger bildender Metallkern ist, Figur 5 eine Darstellung des brennraumseitigen Endabschnitts eines Glühkerzen-Heizkorpers ähnlich dem nach Figur U, wobei jedoch der Metallkern als Wärmerohr ausgebildet ist und Figur 6 eine Darstellung des brennraumseitigen Endabschnitts eines Glühkerzen-Heizkörpers ähnlich dem nach Figur h, wobei jedoch in den Metallkern zusätzlich ein optoelektronischer Brennraum-Sensor eingebaut ist.Representation of the combustion chamber-side end section of a glow plug heater similar to that according to Figure 2, but the heat sink is a metal core that melts at high operating temperatures, Figure U a representation of the combustion chamber-side end section of a glow plug heater similar to that according to Figure 2, but with the heat sink on in all Operating states in a solid state, always forming a gap with respect to the ceramic carrier metal core, Figure 5 is a representation of the combustion chamber-side end portion of a glow plug heater similar to that of Figure U, but the metal core is designed as a heat pipe and Figure 6 is a representation of the combustion chamber-side end portion of a Glow plug heater similar to that according to Figure h, but with an optoelectronic combustion chamber sensor also built into the metal core.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Glühkerze 10 besteht im wesentlichen aus drei Teilen: Einem Heizkörper 11, einem bolzenförmigen Anschlußmittel 12 und einem rohrförmigen Metallgehäuse 13.The glow plug 10 shown in Figures 1 and 2 consists essentially of three parts: a heating element 11, a bolt-shaped connecting means 12 and a tubular one Metal case 13.

Das Metallgehäuse 13 hat für den Einbau der Glühkerze 10 in eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 1U, ein Schlüsselsechskant 15 und einen Dichtsitz 16. In der Längsbohrung 17 dieses rohrförmigen Metallgehäuses 13 befindet sich ein Dichtabsatz 18, auf welchem ein Dichtring 19 aufliegt und der dem brennraumseitigen Endabschnitt der Glühkerze 10 abgewendet angeordnet ist.The metal housing 13 has on its for the installation of the glow plug 10 in an internal combustion engine, not shown Outside a screw-in thread 1U, a key hexagon 15 and a sealing seat 16. In the longitudinal bore 17 of this tubular metal housing 13 is a Sealing shoulder 18 on which a sealing ring 19 rests and the end section of the glow plug on the combustion chamber side 10 is arranged facing away.

J / yj ί. ί. J / yj ί. ί.

18111811

Der Heizkörper 11 dieser Glühkerze 10 wird auf einem Teil seiner Länge von dem Metallgehäuse 13 fest und abdichtend umfaßt. Der Heizkörper 11 besitzt einen Keramikträger 20, welcher aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial oder Glaskeramik besteht, vorzugsweise jedoch aus Aluminiumoxid hergestellt ist. Der Keramikträger 20 hat einen anschlußseits weisenden Kopf 21, geht über eine anschlußseits weisende Dichtschulter 22 in einen Bund 23 über, setzt sich brennraumseits als einen kleinen Durchmesser habender Bundansatz 2k fort und geht über eine brennraumseitsweisende Dichtschulter 25 in den Fuß 26 des Keramikträgers 20 über. Der Keramikträger 20 liegt mit seiner brennraumseits weisenden Dichtschulter 25 auf dem Dichtring 19 in der Gehäuse-Längsbohrung 17 auf, trägt auf seiner anschlußseits weisenden Dichtschulter 22 einen Dichtring 27 und wird durch einen am anschlußseitigen Endabschnitt des Metallgehäuses 13 befindlichen, auf den Dichtring 27 drückenden Bördelrand 28 fixiert. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, besitzt das Metallgehäuse 13 einen sogenannten Warmschrumpfbereich 29» welcher •an sich bekannt ist (US-PS 2 111 916) und für einen abdichtenden Einbau des Heizkörpers 11 im Metallgehäuse 13 sorgt. Anstelle der Anwendung dieses Bördel- und Warmschrumpfprozesses kann der Keramikträger 20 aber auch durch Einkitten oder ähnliches im Metallgehäuse 13 abdichtend festgelegt werden.The heating element 11 of this glow plug 10 is firmly and sealingly encompassed over part of its length by the metal housing 13. The heating element 11 has a ceramic support 20, which consists of electrically insulating ceramic material or glass ceramic, but is preferably made of aluminum oxide. The ceramic support 20 has a head 21 pointing towards the connection side, merges into a collar 23 via a sealing shoulder 22 pointing towards the connection side, continues on the combustion chamber side as a small diameter collar attachment 2k and merges into the foot 26 of the ceramic support 20 via a sealing shoulder 25 pointing towards the combustion chamber. The ceramic support 20 rests with its sealing shoulder 25 facing the combustion chamber on the sealing ring 19 in the longitudinal housing bore 17, carries a sealing ring 27 on its sealing shoulder 22 facing the connection and is secured by a beaded edge on the connection-side end section of the metal housing 13 that presses on the sealing ring 27 28 fixed. As can be seen from FIG. 1, the metal housing 13 has a so-called heat shrink area 29 »which is known per se (US Pat. No. 2,111,916) and ensures that the heating element 11 is installed in the metal housing 13 in a sealing manner. Instead of using this crimping and heat shrinking process, however, the ceramic carrier 20 can also be fixed in a sealing manner in the metal housing 13 by cementing or the like.

Der Keramikträger 20 besitzt eine Längsbohrung 30, welche anschlußseits offen und brennraumseits mit einem Boden 31 verschlossen istj der als Kopfbohrung 32 bezeichnete anschlußseitige Bereich der Keramikträger-Längsbohrung 30 geht über einen kegelstumpfförmigen Bohrungsübergang 33 in die einen kleineren Durchmesser habende Fuß-The ceramic carrier 20 has a longitudinal bore 30 which is open on the connection side and has a bottom on the combustion chamber side 31, the connection-side area of the ceramic carrier longitudinal bore, designated as head bore 32, is closed 30 goes over a frustoconical bore transition 33 into the smaller diameter foot

1 \1 \

bohrung 3^ über. Der Boden 31 des Keramikträgers 20 ragt in der vorliegenden Darstellung in bevorzugter Weise brennraumseits aus der Längsbohrung 17 des Metallgehäuses 13 etwas heraus; der Keramikträger-Kopf 21 ragt dagegen bei der dargestellten Ausführungsform der Glühkerze 10 etwas weiter aus dem anschlußseitigen Ende des Metallgehäuses 13. Der brennraumseitige Endabschnitt des Keramikträger-Fußes 26 ist in bevorzugter Weise mittels einer Schutzhülse 35 geschützt, welche aus warmfestem Material besteht, am brennraumseitigen Ende des Metallgehäuses 13 durch. Schweißen oder ähnliches befestigt ist, Abstand vom Boden 31 des Keramikträgers 20 hält und mit Durchbrüchen 36" versehen ist, die dem Zutritt bzw. Austritt von unverbrannten bzw. verbrannten Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen zum Heizkörper 11 dienen.bore 3 ^ over. The bottom 31 of the ceramic support 20 protrudes In the present illustration, preferably on the combustion chamber side from the longitudinal bore 17 of the metal housing 13 something out; the ceramic carrier head 21, however, protrudes somewhat in the illustrated embodiment of the glow plug 10 further from the connection-side end of the metal housing 13. The combustion chamber-side end section of the ceramic support foot 26 is preferably protected by means of a protective sleeve 35, which consists of heat-resistant material, at the end of the metal housing 13 on the combustion chamber side. Welding or similar is attached, distance from the ground 31 of the ceramic carrier 20 holds and is provided with openings 36 ″, which allow the entry and exit of unburned or burned fuel vapor-air mixtures to the radiator 11 serve.

Das Heizelement 37 dieses Heizkörpers 11 ist - wie bereits aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 8i 03 317 bekannt - schichtfÖrmig auf die Außenseite des Keramikträger-Fußes 26 aufgetragen, bevorzugt im Bereich des kuppenförmigen Keramikträger-Bodens 31, besteht bevorzugt aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit keramischem Anteil (z. B. Aluminiumoxid), kann aber auch aus einem anderen geeigneten, elektrisch-leitendem Material hergestellt sein. Dieses Heizelement 37 wird bevorzugt mittels bekannter Dickschichttechnik auf dem Boden 31 des Keramikträgers 20 aufgebracht und kann von dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßter Konfiguration sein (z.B. mäanderförmig oder als Einschnürung). Dieses Heizelement 37 ist mit Anschlußleiterbahnen 38 bzw. 39 verbunden, welche ebenfalls in Dickschichttechnik auf den Keramikträger 20 aufgebracht sind und in bevorzugter Weise aus einer Mischung von Platin und Aluminiumoxid bestehen; anstelle der Verwendung vonThe heating element 37 of this heater 11 is - as already known from the German utility model 8i 03 317 - layered on the outside of the ceramic support foot 26 applied, preferably in the area of the domed ceramic support base 31, preferably consists of a platinum-rhodium alloy with a ceramic component (e.g. aluminum oxide), but can also be made of another suitable, electrically conductive material Material to be made. This heating element 37 is preferably made by means of known thick-film technology applied to the bottom 31 of the ceramic carrier 20 and can be adapted to the respective application Configuration (e.g. meandering or as a constriction). This heating element 37 is connected to connecting conductor tracks 38 and 39, which are also made using thick-film technology are applied to the ceramic carrier 20 and preferably made of a mixture of platinum and alumina; instead of using

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Platin für diese Anschlußleiterbahnen 38 und 39 wie auch für das Heizelement 37 können auch geeignete Nichtedelmetalle wie z. B. Wolfram "benutzt und in Dickschichttechnik auf den Keramikträger 20 aufgetragen werden.Platinum for these connecting conductors 38 and 39 as well for the heating element 37, suitable base metals such as. B. Tungsten "used and in thick-film technology are applied to the ceramic carrier 20.

Die erste Anschlußleiterbahn 38 ist bis auf die Dichtschulter 25 des Keramikträgers 20 geführt und steht hier über den Dichtring 19 mit dem elektrisch an Masse liegendem Metallgehäuse 13 in elektrischer Verbindung. Die zweite Anschlußleiterbahn 39 verläuft ganz bis zum anschlußseitigem Ende des Keramikträgers 20 und dann noch weiter in die Keramikträger-Längsbohrung 30 hinein, und zwar bis zum kegelstumpfförmigen Bohrungsübergang 33 hin. Zur elektrischen Isolation gegenüber dem Metallgehäuse 13 und auch als Schutz vor den Verbrennungsgasen und kurzschließenden Ablagerungen sind das Heizelement 37 und die Anschlußleiterbahnen 38, 39 ausschließlich ihrer Endabschnitte mit einer Schutzschicht kO abgedeckt (siehe Figur 2); die zweite Anschlußleiterbahn 39 ist dabei zumindest bis zum anschlußseitigen Ende des Keramikträger-Kopfes 21 mit dieser Schutzschicht kO bedeckt. Bei dieser Schutzschicht ho handelt es sich um ein dichtes, elektrisch isolierendes, keramisches Material wie z. B-. Aluminiumoxid und Magnesiumspinell .The first connecting conductor 38 is led up to the sealing shoulder 25 of the ceramic carrier 20 and is here in electrical connection via the sealing ring 19 with the metal housing 13, which is electrically grounded. The second connecting conductor 39 extends all the way to the connection-side end of the ceramic carrier 20 and then further into the ceramic carrier longitudinal bore 30, namely as far as the frustoconical bore transition 33. For electrical insulation with respect to the metal housing 13 and also as protection from the combustion gases and short-circuiting deposits, the heating element 37 and the connecting conductor tracks 38, 39 are only covered by their end sections with a protective layer kO (see FIG. 2); the second connection conductor 39 is covered with this protective layer kO at least up to the connection-side end of the ceramic carrier head 21. This protective layer ho is a dense, electrically insulating, ceramic material such as. B-. Aluminum oxide and magnesium spinel.

Der in die Längsbohrung 30 des Keramikträgers 20 hineinragende Bereich der zweiten Anschlußleiterbahn 39 steht über einen elektrisch leitfähigen, im Bereich des Bohrungsübergangs 33 und im brennraumseitigen Endabschnitt der Kopfbohrung 32 befindlichen Glasschmelzfluß hl mit dem brennraumseitigen Endabschnitt eines in die Keramikträger-Längsbohrung 30 hineinragenden AnschlußmittelsThe area of the second connection conductor 39 protruding into the longitudinal bore 30 of the ceramic carrier 20 is above an electrically conductive molten glass flow hl located in the area of the bore transition 33 and in the end section of the head bore 32 on the combustion chamber side with the end portion of the connecting means protruding into the longitudinal bore 30 of the ceramic carrier

ΛθΛθ

1818th

elektrisch leitend in Verbindung. Das Anschlußmittel 12 ist als Bolzen gestaltet und besitzt an seinem brennraumseitigen Endabschnitt in bevorzugter Weise eine Rändelung oder ein Gewinde als Verankerungsmittel H2. Während das Verankerungsmittel k2 im Glasschmelzfluß festgelegt ist, besitzt der Anschlußbolzen 12 an seinem anschlußseitigen Endabschnitt ein Anschlußgewinde U 3, über welches er mit nicht dargestellten zusätzlichen Anschlußmitteln mit einer ebenfalls nicht dargestellten Stromquelle elektrisch leitend in Verbindung steht. Zur axialen Fixierung des Anschlußbolzens 12 in der Keramikträger-Längsbohrung 30 ist er mit einem Bund kk versehen, welcher auf der Stirnseite k5 des Keramikträgers 20 aufliegt. Die Stromzuführung von der nicht dargestellten Stromquelle zum Heizelement 37 erfolgt also über den Anschlußbolzen 12, den elektrisch leitenden Glasschmelzfluß h1 und die zweite Anschlußleiterbahn 39·electrically conductive connection. The connecting means 12 is designed as a bolt and preferably has a knurling or a thread as anchoring means H2 on its end section on the combustion chamber side. While the anchoring means k2 is fixed in the glass melt flow, the connecting bolt 12 has a connecting thread U 3 at its connection-side end portion, via which it is in electrically conductive connection with additional connecting means (not shown) with a power source also not shown. For the axial fixation of the connecting bolt 12 in the ceramic carrier longitudinal bore 30, it is provided with a collar kk which rests on the end face k5 of the ceramic carrier 20. The power supply from the power source, not shown, to the heating element 37 is thus carried out via the connecting bolt 12, the electrically conductive glass melt flow h 1 and the second connecting conductor 39.

Anstelle der vorstehend aufgezeigten Stromzuleitung zum Heizelement 37 können als Anschlußmittel aber auch sogenannte (nicht dargestellte) Landeplätze dienen, welche auf dem Keramikträger-Kopf 21 isoliert voneinander anzuordnen wären; die Landeplätze werden bekannterweise in Dickschichttechnik auf den Keramikträger-Kopf 21 aufgetragen und können beispielsweise aus Platin bestehen. Bei Verwendung derartiger Landeplätze als Anschlußmittel kann auch die erste Anschlußleiterbahn 38 entsprechend zum Keramikträger-Kopf 21 geführt werden. Bei dieser Ausführungsform des Anschlußmittels kann der Anschlußbolzen 12 entfallen.Instead of the above-indicated power supply line to the heating element 37, so-called connection means can also be used Landing sites (not shown) are used, which are to be arranged isolated from one another on the ceramic carrier head 21 would be; the landing sites are known to be applied to the ceramic carrier head 21 using thick-film technology and can for example consist of platinum. When using such landing sites as connection means can also the first connecting conductor 38 accordingly to the ceramic carrier head 21. In this embodiment of the connecting means, the connecting bolt 12 are not applicable.

Um eine solche Glühkerze 10 nun auch für die Verwendung in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung (Ottomotor, Vielstoffmotor) auch im oberen Lastbereich einsetzen zu können, ist sie erfindungsgemäß im Bereich der Fußbohrung 3U des Keramikträgers 20 mit einer Wärmesenke hG In order to be able to use such a glow plug 10 for use in internal combustion engines with external ignition (Otto engine, multi-fuel engine) also in the upper load range, it is according to the invention in the area of the base hole 3U of the ceramic support 20 with a heat sink hG

BADBATH

-X--X-

SO ausgelegt, daß sie insbesondere bei Betriebstemperaturen oberhalb von etwa 850/950 C Wärme aus dem brennraumseitigen Bereich des Heizkörpers 11 in Richtung des anschlußseitigen Endabschnitts der Glühkerze 10 ableitet. Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist diese Wärmesenke 1+6 als Metallkern ausgebildet, welcher oberhalb der genannten Betriebstemperaturen mit einem erheblichen Teil seiner Oberfläche am Keramikträger 20 anliegt, jedoch unterhalb der genannten Betriebstemperaturen mindestens teilsweise einen Spalt hj gegenüber dem Keramikträger 20 aufweist. Ein solcher Metallkern 1+6 besteht aus einem Material, welches bei allen vorkommenden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine einen festen Zustand hat und aufgrund seines Ausdehnungs- bzw. Schrumpfverhaltens infolge Temperatureinwirkung den Spalt 1+7 schließt bzw. öffnet. Als geeignete Stoffe für einen solchen Metallkern 1+6 eignen sich vorzugsweise Aluminiumbronze und Chrom-Nickel-Stahl, welche mit zunehmender Temperatur auch eine zunehmende Wärmeleitfähigkeit be-, sitzen, geeignet sind aber auch andere Stoffe wie z. B. Kupfer und Silber. Die anschlußseitige Stirnfläche 1+8 dieses Metallkernes U6 liegt etwa am anschlußseitigen Ende der Keramikträger-Fußbohrung 3U, kann aber auch weiter anschlußseits liegen, z. B. bis in den Bohrungsübergang oder sogar bis in den brennraumseitigen Abschnitt der Keramikträger-Kopfbohrung 32 reichen. Die anschlußseitige Stirnfläche 1+8 des Metallkernes 1+6 bildet gleichzeitig die brennraumseitige Begrenzung für den elektrisch leitfähigen Glasschmelzfluß U1.Designed so that it dissipates heat from the region of the heating element 11 on the combustion chamber side in the direction of the end section of the glow plug 10 on the connection side, in particular at operating temperatures above approximately 850/950 C. In the embodiment shown in Figures 1 and 2, this heat sink 1 + 6 is designed as a metal core, which above the stated operating temperatures with a significant part of its surface rests on the ceramic carrier 20, but below the stated operating temperatures at least partially a gap hj relative to the ceramic carrier 20 having. Such a metal core 1 + 6 consists of a material which has a solid state in all operating states of the internal combustion engine and which, due to its expansion or shrinkage behavior, closes or opens the gap 1 + 7 due to the effect of temperature. Suitable materials for such a metal core 1 + 6 are preferably aluminum bronze and chromium-nickel steel, which have an increasing thermal conductivity with increasing temperature, but other materials such as e.g. B. Copper and Silver. The connection-side end face 1 + 8 of this metal core U6 lies approximately at the connection-side end of the ceramic support base hole 3U, but can also be further connected to the connection side, e.g. B. extend into the bore transition or even into the section of the ceramic carrier head bore 32 on the combustion chamber side. The connection-side end face 1 + 8 of the metal core 1 + 6 simultaneously forms the boundary on the combustion chamber side for the electrically conductive glass melt flow U1.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel einer solchen Glühkerze 10 für Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung hat der Metallkern 1+6 einen Durchmesser von 2,8 mm und eine Länge von 12 mm; je nach Anwendungsfall können dieseIn a practical embodiment of such a Glow plug 10 for internal combustion engines with external ignition, the metal core 1 + 6 has a diameter of 2.8 mm and a length of 12 mm; depending on the application, these

ζ. ο / α ζ ζ.ζ. ο / α ζ ζ.

18 ί 1 ο18 ί 1 ο

Maße variieren, insbesondere hinsi.chtlich der Länge des Metallkernes J+6, die etwa im Bereich zwischen 3 und 15 mm liegen kann. Der Keramikträger 20 hat im Bereich seines Bodens 31 eine Wanddicke um 0,5 mm, verstärkt sich in Richtung des Bundansatzes 2k jedoch auf etwa 3 mm. Elektrisch leitfähige Glasschmelzflüsse kl sind an sich bekannt und beispielsweise in der US-Patentschrift 3 909 U59 beschrieben.Dimensions vary, especially with regard to the length of the metal core J + 6, which can be between 3 and 15 mm. The ceramic carrier 20 has a wall thickness of 0.5 mm in the area of its bottom 31, but increases in the direction of the collar attachment 2k to approximately 3 mm. Electrically conductive glass melt flows kl are known per se and are described, for example, in US Pat. No. 3,909 U59.

Bei dieser Glühkerze 10 ist zwischen der Wärmesenke h6, und der Fußbohrung 3h des Keramikträgers 20 ein Spalt kj vorhanden, welcher sich bei zunehmenden Betriebstemperaturen entsprechend dem Ausdehnungsverhalten des Metallkerns k6 schließt und sich oberhalb von etwa 850/950 C mit einem erheblichen Teil seiner Oberfläche an die Wand der Fußbohrung 3k anlegt; je mehr sich der Spalt kf verengt bzw. je mehr Anteile seiner Oberfläche sich an der Wand der Fußbohrung 3*+ anlegen, um so mehr Wärme wird aus dem brennraumseitigen Endabschnitt des Heizkörpers 11 zum anschlußseitigen Bereich der Glühkerze 10 abgeleitet. Auch die Gestaltung des Spaltes U7 hat für die Anpassung an die jeweilige Brennkraftmaschine eine wesentliche Bedeutung; es kann deshalb auch von Vorteil sein, wenn der Spalt i+7 im Bereich des Keramikträger-Bodens 31 größer ist als seitlich neben dem Metallkern h6. Fallen die Betriebstemperaturen unter den Bereich von etwa 850/950 C, so erweitert sich der Spalt H¹J wieder und führt weniger Wärme vom Keramikträger-Boden 31 ab. Infolge der vorstehend beschriebenen Funktionsweise wird das Entstehen von Glühzündungen in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung vermieden. In this glow plug 10 there is a gap kj between the heat sink h6 and the base bore 3h of the ceramic carrier 20, which closes with increasing operating temperatures according to the expansion behavior of the metal core k6 and a considerable part of its surface area is adjacent above about 850/950 C the wall of the foot hole 3k applies; the more the gap kf narrows or the more parts of its surface are placed on the wall of the foot bore 3 * +, the more heat is dissipated from the end section of the heater 11 on the combustion chamber side to the area of the glow plug 10 on the connection side. The design of the gap U7 is also of major importance for the adaptation to the respective internal combustion engine; it can therefore also be advantageous if the gap i + 7 in the area of the ceramic carrier base 31 is larger than laterally next to the metal core h6 . If the operating temperatures fall below the range of approximately 850/950 C, the gap H ¹ J widens again and removes less heat from the ceramic carrier base 31. As a result of the mode of operation described above, the occurrence of glow ignitions in internal combustion engines with external ignition is avoided.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

« .5*5 .j } « .5 * 5 .j}

In Figur 3 ist der brennraumseitige Endabschnitt eines Heizkörpers 11/1 dargestellt, welcher sich von dem Heizkörper 11 in der Figur 2 dadurch unterscheidet, daß in der Fußbohrung 3^/1 des zugehörigen Keramikträgers 20/1 eine solche Wärmesenke h6 /"[ befindet, welche im Temperaturbereich um 850/95O⁰C erschmilzt. Diese Wärmesenke U6/1 besteht vorzugsweise aus Zinn- oder Siliciumbronze, denn dabei handelt es sich um Stoffe, welche mit zunehmender Temperatur auch eine zunehmende Wärmeleitfähigkeit haben; es sei erwähnt, daß für diesen Zweck aber auch Aluminiumlegierungen oder Messing geeignet sind. Infolge des sich zunächst schließenden Spaltes U7/I zwischen Wärmesenke k6/i und Wand der Fußbohrung 3^/1 des Keramikträgers 20/1 und anschließend durch das Erschmelzen der Wärmesenke 1+6/1 wird Wärme aus dem Bereich des Keramikträger-Bodens 31/1 in Richtung des an'schlußseitigen Endabschnitts des Keramikträgers 20/1 abgeleitet und damit Glühzündungen im Vollastbereich der entsprechenden Brennkraftmaschine vermieden, Zur verbesserten Wärmeableitung ist das bolzenartige Anschlußmittel 12/1 brennraumseits mit einem Zapfen ^9/1 ausgestattet, welcher in den anschlußseitigen Endabschnitt der Wärmesenke U6/1 eintaucht.In Figure 3, the combustion chamber-side end section of a heater 11/1 is shown, which differs from the heater 11 in Figure 2 in that such a heat sink h6 / "[ is located in the foot hole 3 ^ / 1 of the associated ceramic carrier 20/1, which smelted at temperatures around 850 / 95O ⁰ C This heat sink U6 / 1 is preferably made of tin or silicon bronze, since these are to substances which have, with increasing temperature an increasing thermal conductivity;. it should be noted that for this purpose but also aluminum alloys or brass are suitable.As a result of the initially closing gap U7 / I between the heat sink k6 / i and the wall of the base hole 3 ^ / 1 of the ceramic support 20/1 and then through the melting of the heat sink 1 + 6/1, heat is generated the area of the ceramic carrier base 31/1 in the direction of the connection-side end section of the ceramic carrier 20/1 and thus glow ignitions in the full load area of the corresponding burner In order to improve heat dissipation, the bolt-like connection means 12/1 is equipped on the combustion chamber side with a pin ^ 9/1 which dips into the connection-side end section of the heat sink U6 / 1.

Die Figur k zeigt den brennraumseitigen Endabschnitt einer anderen Ausführungsform eines Heizkörpers 11/2: Dieser Heizkörper 11/2 hat nämlich eine Wärmesenke U6/2, welche stets einen festen Zustand inne hat und bei allen Betriebstemperaturen einen Spalt i+7/2 zur Wandung der Fußbohrung 3^/2 des Keramikträgers 20/2 bildet; dieser Spalt kj/2 ist im Bereiche des Keramikträger-Bodens 31/2 bevorzugterweise auch etwas größer als seitlich von der Wärmesenke h6/2. Je nach Änwendungsfall kann die Länge der Wärmesenke U6/2 und auch ihr Spalt kj/'2 variiert werden: Die Breite des Spaltes hj/2 bewegt sich jedoch zu-Figure k shows the combustion chamber-side end section of another embodiment of a heater 11/2: This heater 11/2 namely has a heat sink U6 / 2, which is always in a solid state and at all operating temperatures a gap i + 7/2 to the wall of the Forms foot hole 3 ^ / 2 of the ceramic support 20/2; this gap kj / 2 is preferably also somewhat larger in the area of the ceramic carrier base 31/2 than to the side of the heat sink h6 / 2. Depending on the application, the length of the heat sink U6 / 2 and also its gap kj / '2 can be varied: The width of the gap hj / 2 , however, increases

ν/ ί. Ο J ν / ί. Ο J

1811 %1811%

meist zwischen 0,1 und 0,5 mm. Als Stoffe für derartige Wärmesenken 36/2 können ebenfalls Metalle wie Aluminiumbronze, Chrom-Nickel-Stahl, Kupfer, Silber und auch Zinnbronze Verwendung finden. Für eine sichere Fixierung einer solchen Wärmesenke k6/2 ist sie mit einem Kopf 50/2 versehen, welcher bevorzugt in den Bereich des Bohrungsübergangs 33/2 oder sogar bis hinein in die Kopfbohrung 32/2 hineinragt und dabei an der Wandung des Keramikträgers 20/2 anliegt.mostly between 0.1 and 0.5 mm. Metals such as aluminum bronze, chromium-nickel steel, copper, silver and also tin bronze can also be used as materials for such heat sinks 36/2. For a secure fixation of such a heat sink k6 / 2 , it is provided with a head 50/2, which preferably protrudes into the area of the bore transition 33/2 or even into the head bore 32/2 and at the same time on the wall of the ceramic carrier 20 / 2 is present.

In der Figur 5 ist der brennraumseitige Abschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Heizkörpers 11/3 dargestellt, welcher sich von den vorstehend beschriebenen Heizkörpern 11 bis 11/2 dadurch unterscheidet, daß er als Wärmesenke ^6/3 ein sogenanntes Wärmerohr (heat pipe) besitzt, welches wie die in Figur k dargestellte Wärmesenke k6/2 stets einen Spalt Uj/3 zur Wand der Fußbohrung 3^/3 des Keramikträgers 20/3 bildet. Derartige Wärmerohre k6/3 sind an sich bekannt (z. B. DE-PS 27 U8 711) und haben einen beidseitig geschlossenen Rohrkörper 51/3, welcher in seinem Innenraum 52/3 teilweise mit einem Wärmetransportmedium 53/3 wie z. B. Lithium gefüllt ist. Die Wand des Innenraumes 52/3 ist dabei mit einer Kapillarstruktur 5^/3 versehen, welche als Rillen oder·in Form einer Gazeschicht ausgebildet ist und die beiden Bodenteile des Innenraumes 52/3 miteinander verbindet. Die dem brennraumseitigen Endabschnitt des Wärmerohres U6/3 zugeführte Wärme wird bei entsprechenden Temperaturen mittels des verdampfenden Wärmetransportmediums 53/3 schnell in Richtung des anschlußseitigen Bereichs des Wärmerohres h6/3 und damit in den anschlußseitigen Bereich des Heizkörpers 11/3 abgeleitet. Das verdampfte Wärmetransportmedium 53/3 kondensiert am anschlußseitigen Bereich des Innenraumes 52/3 undIn Figure 5, the combustion chamber-side section of a further embodiment of a heater 11/3 is shown, which differs from the heaters 11 to 11/2 described above in that it has a so-called heat pipe as a heat sink ^ 6/3, which, like the heat sink k6 / 2 shown in FIG. k , always forms a gap Uj / 3 to the wall of the base bore 3 ^ / 3 of the ceramic carrier 20/3. Such heat pipes k6 / 3 are known per se (z. B. DE-PS 27 U8 711) and have a tubular body 51/3 closed on both sides, which in its interior 52/3 partially with a heat transfer medium 53/3 such. B. Lithium is filled. The wall of the interior 52/3 is provided with a capillary structure 5 ^ / 3, which is designed as grooves or in the form of a gauze layer and connects the two bottom parts of the interior 52/3 to one another. The heat supplied to the end section of the heat pipe U6 / 3 on the combustion chamber side is quickly dissipated at appropriate temperatures by means of the evaporating heat transport medium 53/3 in the direction of the connection-side area of the heat pipe h6 / 3 and thus in the connection-side area of the radiator 11/3. The evaporated heat transport medium 53/3 condenses on the connection-side area of the interior space 52/3 and

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

wird in der Kapillarstruktur 5^/3 in Richtung des brennraumseitigen Bereichs des Wärmerohres U6/3 zurückgeführt. - Zur sicheren Fixierung des Wärmerohres k6/3 in der Fußbohrung 3^/3 des Keramikträgers 20/3 ist es an seinem anschlußseitigen Endabschnitt mit einem metallischen Kopf 50/3 versehen, welcher durch eine Hartlötverbindung 55/3 an den Rohrkörper 51/3 angebracht ist und sich zumindest am Bohrungsübergang 33/3 des Keramikträgers 20/3 anlegt. Glühkerzen mit derartiger Wärmesenke ^6/3 sind jedoch nur für solche Brennkraftmaschinen geeignet, bei denen die Glühkerze stets annähernd in senkrechter Lage eingebaut ist.is returned in the capillary structure 5 ^ / 3 in the direction of the area of the heat pipe U6 / 3 on the combustion chamber side. - For secure fixation of the heat pipe k6 / 3 in the base hole 3 ^ / 3 of the ceramic support 20/3, it is provided at its connection-side end section with a metallic head 50/3, which is attached to the pipe body 51/3 by a brazed connection 55/3 is and is applied at least to the bore transition 33/3 of the ceramic carrier 20/3. Glow plugs with such a heat sink ^ 6/3 are only suitable for internal combustion engines in which the glow plug is always installed in an approximately vertical position.

Das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Heizkörpers 11/k zeigt, daß stets in festem Zustand bleibende Wärmesenken k6/k - wie sie in den Figuren 1, 2 und k dargestellt sind - mit einem'Brennraumsensor 55M versehen werden können. Im vorliegenden Beispiel ist in eine Längsbohrung 56Ά der Wärmesenke U6/U ein z. B. aus Quarzglas bestehendes optoelektronisches Sensorelement eingebaut; dieses optoelektronische Sensorelement führt anschlußseits durch den Glasschmelzfluß h3/k und eine Zentralbohrung 57A des bolzenartigen Anschlußmittels 12/U zu einem nicht dargestellten optoelektrischem Wandler (DE-OS 29 05 506) und ist brennraumseits mit einer linsenartigen, in der Nähe des Bodens 31/U des Keramikträgers 20/U an-"geformten Verdickung 58/U versehen. Anstelle eines derartigen optoelektronischen Sensors 55A können aber auch andere den Betriebstemperaturen widerstehende Sensorelemente Verwendung finden, z. B. Temperatursensoren. - Der Kopf dieser Wärmesenke h&/\ ist mit 50/^ bezeichnet und der zwischen der Wärmesenke U6/U und der Wand der Fußbohrung 3h/k des Ker'amikträgers 20/U befindliche SpaltThe embodiment of a heater 11 / k shown in FIG. 6 shows that heat sinks k6 / k which always remain in a solid state - as shown in FIGS. 1, 2 and k - can be provided with a combustion chamber sensor 55M. In the present example, a z. B. built-in optoelectronic sensor element made of quartz glass; This optoelectronic sensor element leads on the connection side through the glass melt flow h3 / k and a central bore 57A of the bolt-like connection means 12 / U to an optoelectronic transducer (DE-OS 29 05 506), not shown, and is on the combustion chamber side with a lens-like, near the bottom 31 / U of the ceramic carrier 20 / U is provided with a shaped thickening 58 / U. Instead of such an optoelectronic sensor 55A, however, other sensor elements that can withstand the operating temperatures can also be used, e.g. temperature sensors. - The head of this heat sink h & / \ is 50 / ^ and the gap between the heat sink U6 / U and the wall of the base hole 3h / k of the ceramic carrier 20 / U

- ys - - ys -

nil 9nil 9

trägt das Bezugszeichen kj/k. Der Spalt kj/k kann sich bei zunehmenden Betriebstemperaturen verringern bzw. bei sinkenden Temperaturen vergrößern, er kann sich aber auch - je nach Anwendungsfall - bei Betriebstemperaturen oberhalb von 85Ο/95Ο C vollständig schließen. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Anschlußmittel 12/1+ und dem Sensor 55/*+ ist die durch das Anschlußmittel 12/Ij- führende Zentralbohrung 57/k brennraumseits mit einer koaxialen Einsenkung 59/^ versehen, in welche der Glasschmelzfluß k"\/k mit eindringt.bears the reference symbol kj / k. The gap kj / k can decrease with increasing operating temperatures or increase with decreasing temperatures, but it can also - depending on the application - close completely at operating temperatures above 85Ο / 95Ο C. To improve the seal between the connection means 12/1 + and the sensor 55 / * +, the central bore 57 / k leading through the connection means 12 / Ij- is provided on the combustion chamber side with a coaxial depression 59 / ^ into which the glass melt flow k "\ / k with penetrates.

Es hat sich gezeigt, daß alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen vermögen, wobei jede dieser Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 6 dem jeweiligen Anwendungszweck zuzuordnen sind. It has been shown that all of the embodiments described above achieve the object of the present invention able to solve, each of these embodiments according to Figures 1 to 6 are to be assigned to the respective application purpose.

BAD ORiGJiMALBAD ORiGJiMAL

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Claims

R ι η ι ι yR ι η ι ι y

09/20/1982 Zr / Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Expectations

MJ glow plug for internal combustion engine with spark ignition, with a radiator which can be installed tightly in the cylinder of the internal combustion engine and which has a tubular, combustion chamber side Electrically insulating ceramic support provided with a bottom for a conductor track-like, electrical one Has heating element, which is preferably arranged on the outer surface in the area of the ceramic carrier base, is connected to the connection-side end portion of the ceramic carrier via conductor track-like connecting conductors and preferably including part of its connecting conductors from a dense, electrically insulating one Protective layer is covered, with the connecting conductor with

■ additional connection means in electrical connection which can be connected to a power source, characterized in that in the section on the combustion chamber side the longitudinal bore (30) of the ceramic carrier (20) a heat sink (U6) is arranged, which in particular at operating temperatures above approx. 850/950 C heat from the area of the heating element (11) on the combustion chamber side in the direction of the connection-side end section of the glow plug (10).

LO / ΌLL

1811

2. Glow plug according to claim 1, characterized in that the heat sink (h6) is a metal core which at operating temperatures above about 850/950 C with a significant part of its surface on the ceramic carrier (20, 3k) rests, but below the said operating temperature at least partially has a gap (hj) opposite the ceramic support (20, 3! +).

3. Glow plug according to claim 2, characterized in that the heat sink ( h6 ) designed as a metal core consists of a material which has a fixed state in all operating states of the internal combustion engine coming up and due to its expansion or shrinkage behavior due to the effect of temperature, the gap (kj) closes or opens.

k. Glow plug according to claim 3 _5, characterized in that the metal core formed as a heat sink (h6) of aluminum bronze, chrome nickel steel, copper or silver.

5. Glow plug according to claim 1, characterized in that the metal core formed as a heat sink (U6 / I) consists of a material which is smelted in the temperature range ⁰ C to 850/950.

6. Glow plug according to claim 5, characterized in that the heat sink designed as a metal core (k6 / '\) consists of tin or silicon bronze, an aluminum alloy or brass.

7. Glow plug according to claim 1, characterized in that the heat sink (U6 / 2) is a metal core whose outer surface a narrow gap (1 * 7/2) compared to the ceramic support (20/2, has, in particular with a gap width between 0.1 and 0.5 mm.

8. glow plug according to claim 7 _5, characterized in that the heat sink (1 + 6/3) is designed as a heat pipe.

9. Glow plug according to one of claims 2 to 1 *, 7 _S, characterized in that a combustion chamber sensor (55/1 +)) is preferably arranged in the radiator (11 A) an optoelectronic sensor, which is preferably in a longitudinal bore (56/1 + ) the heat sink (1 + 6A) designed as a metal core and runs in a central bore (57A) of the bolt-like connecting means (12/1 +).