DE60000067T2

DE60000067T2 - Glühkerze für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60000067T2
Application number: DE60000067T
Authority: DE
Inventors: Sandro Goretti; Roberto Rossi; Ilaria Selmi
Original assignee: Federal Mogul Ignition SRL
Current assignee: Federal Mogul Italy SRL
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2020-08-12
Also published as: BR0103348A; US6459072B1; EP1162407B1; US20020125238A1; EP1162407A1; DE60000067D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für Verbrennungsmotoren nach dem einleitenden Teil aus Anspruch 1, wobei die Glühkerze aus der Patentschrift DE-A-26 37 464 bekannt ist. Dieses Dokument beschreibt eine Kerze mit einer Metallhülse mit länglicher Öffnung, in der ein Metallmantel untergebracht ist, dessen eines Ende geschlossen ist und ein Widerstandsheizelement enthält, das aus einem SiC- Pulver besteht, das auch ein Metallpulver oder ein Pulver aus einem elektrisch leitenden Metalloxid enthält. Ein elektrischer Anschluss hat ein Ende, das bis in die Nähe des geschlossenen Endes des Metallmantels reicht und in das aus leitenden Pulvern bestehende Widerstandselement eingeführt wird. Oben am Heizelement ist der Anschluss von einer Gruppe isolierender Pulver umgeben.
Ausgehend von dem gegenwärtigen Stand der Technik besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Glühkerze mit einem Widerstandsheizelement aus leitenden Pulvern, welches es ermöglicht, den konstruktionsseitigen Widerstandswert der leitenden Pulver zu verändern und eine räumliche Verteilung des Widerstandes innerhalb des Metallmantels zu erreichen, mit der sich die gewünschten thermoelektrischen Eigenschaften, wie z. B. Zündpunkt, Vorwärmzeit, Stromaufnahme und dergleichen, realisieren lassen.
Erfindungsgemäß wird obiges Ziel mittels einer Glühkerze mit den Eigenschaften, die Gegenstand von Anspruch 1 sind, erreicht.
Jetzt wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in denen ausschließlich ein nicht eingrenzendes Beispiel angegeben ist, worin:
- Fig. 1 eine teilweise in Schnittdarstellung abgebildete Seitenansicht der erfindungsgemäßen Glühkerze ist und
- Fig. 2 ein vergrößerter schematischer Axialschnitt des in Fig. 1 mit Pfeil II angezeigten Teils ist.
In den Zeichnungen gibt die Ziffer 10 eine Glühkerze für Verbrennungsmotoren an. Die Glühkerze 10 umfasst einen Metallkörper 12, der einen durchgehenden Hohlraum 14 aufweist und auf seiner Außenfläche einen sechseckigen Abschnitt 16 aufweist, an dem ein Schraubenschlüssel angesetzt werden kann, und einen mit Gewinde versehenen Teil 18 zum Befestigen der Kerze 10 am Zylinderkopf (nicht abgebildet) eines Verbrennungsmotors.
Im Innern des Hohlraums 14 des Metallkörpers 12 ist ein Heizelement 20 angebracht, das aus dem ersten Ende 22 des Metallkörpers hervorsteht. Das Heizelement 20 weist einen Metallmantel 24 aus einem Material auf, das gegenüber hohen Temperaturen und der Korrosion durch Verbrennungsgase eines Motors beständig ist. Der Metallmantel 24 hat ein geschlossenes Ende 26 mit beispielsweise runder Form und ein offenes Ende 28. Durch das offene Ende 28 des Mantels 24 verläuft ein Metallanschluss 30, der elektrisch an einen elektrischen Verbinder 32 angeschlossen ist, der in Bezug zu dem Körper 12 fest angebracht ist und gegen diesen elektrisch isoliert ist. Zwischen das offene Ende des Mantels 24 und die Außenfläche des Anschlusses 30 wird ein Dichtungsring 31 eingesetzt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Metallmantel 24, der durch ein an sich bekanntes Verfahren hergestellt wird, mit einem Widerstandspulver 34 gefüllt, das vorzugsweise aus einem Gemisch von zwei oder mehr Komponenten besteht. Vorzugsweise umfasst das Widerstandsgemisch 34 ein isolierendes Pulver (wie beispielsweise Magnesiumoxidpulver), das gründlich mit einem oder mehreren leitenden Pulvern vermischt wird, zu denen beispielsweise Nickelpulver, Hytemco®, Kanthal AF®, CF8®, MoSi&sub2;-Pulver, etc. gehören. Durch eine angemessene Auswahl der Korngrößen und der relativen Konzentrationen der leitenden Pulver und der isolierenden Pulver wird es möglich, einen gewünschten Wert des elektrischen Widerstands und eine erwünschte räumliche Verteilung des Widerstandes innerhalb des Metallmantels zu erhalten. Um eine Verteilung des elektrischen Widerstandes entlang der Längsachse des Heizelements 20 zu erreichen, wird der Anschluss 30 so eingestellt, dass dessen in den Mantel 24 eingesetztes Ende 36 nahe am offenen Ende 28 des Mantels 24 positioniert ist. Konkret ist der Abstand h1 zwischen dem Ende 36 des Anschlusses 30 und dem geschlossenen Ende 26 des Mantels 24 genauso groß wie der Abstand h2 zwischen dem Ende 36 des Anschlusses 30 und dem offenen Ende des Mantels 24 oder größer als dieser. Die räumliche Verteilung des elektrischen Widerstandswertes des Pulvers 34 ist wichtig für das Erlangen der gewünschten thermoelektrischen Eigenschaften der Kerze, vor allem in Bezug auf die Position des Zündpunktes, die Vorwärmzeit, die Stromaufnahme, etc.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es entlang der Längsachse des Mantels 24 möglich, Widerstandsgemische mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen abwechselnd anzuordnen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Simulation der thermoelektrischen Eigenschaften verschiedener Arten von Glühkerzen, die gegenwärtig auf dem Markt erhältlich sind: Einzelwendelkerzen, Doppelwendelkerzen sowie selbstbegrenzende Doppelwendelkerzen (Kerzen mit langer Nachglühzeit bzw. LPH-Kerzen). Insbesondere kann ein Abschnitt des Mantels 24 mit einem Pulvergemisch gefüllt werden, das die Funktion eines Heizwiderstandes ausübt, und ein Abschnitt b des Mantels 24 kann mit einem Pulvergemisch gefüllt werden, das Pulver aus leitenden Elementen mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist und die Funktion eines regulierenden Widerstandselements erfüllt.
Die nachstehende Tabelle zeigt einige der möglichen Materialkombinationen, die verschiedene thermische Verhaltensmerkmale der Kerze ermöglichen.
Das Pulvergemisch 34 ist mit Hilfe einer röhrenförmigen Schicht 38 aus nicht gesintertem isolierpulver, z. B. Magnesiumoxid (MgO) elektrisch gegen die Seitenwand des Mantels 24 isoliert. Die Isolierschicht 38 kann verdichtet und in den Mantel 24 eingeleitet werden, bevor das Pulvergemisch 34 eingebracht wird.
Das Widerstandsgemisch 34 kann in Form eines Pulvers oder in Form einer (nicht gesinterten) verdichteten zylindrischen Tablette in das Innere des Mantels 24 eingeführt werden.
Der elektrische Kontakt zwischen dem Widerstandsgemisch 34, dem Anschluss 30 und dem Ende 26 des Mantels 24 wird durch eine geeignete Modulation der Konzentration von leitenden Pulvern des Widerstandsgemisches in den mit den Ziffern 40 und 42 gekennzeichneten Kontaktbereichen gewährleistet. In diesen Kontaktbereichen hat das Pulvergemisch einen Widerstandswert, der im Vergleich zum Gesamtwiderstandswert des Heizelementes vernachlässigt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Kerzen mit einem regulierenden Material zu schaffen, das einen hohen Temperaturkoeffizienten aufweist und normalerweise nicht zu Drähten verarbeitet werden kann. Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt in der Tatsache begründet, dass die Pulvergemische 34 und 38 vorher nicht gesintert wurden, wodurch es möglich wird, das Verdichten der Pulver mittels Verringerung des Durchmessers zu erreichen, d. h. durch Hämmern des Mantels 24 mittels plastischer Verformung, nachdem der Mantel 24 gefüllt und verschlossen wurde. Die Technologie zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kerze erfordert keine wesentlichen Änderungen des Herstellungsprozesses traditioneller Kerzen mit wendelförmigen Heizelementen, da auch im Herstellungsprozess traditioneller Glühkerzen ein Schritt zum Einleiten eines Magnesiumoxidpulvers vorgesehen ist. Die Erfindung führt zu keinerlei Zuverlässigkeitsbegrenzung, die mit den Abmessungen des Mantels 24 einhergehen könnte, und ist demzufolge uneingeschränkt anwendbar auch bei Mänteln mit geringeren Abmessungen (z. B. mit einem Enddurchmesser von 4 mm). Bei dieser Art von Anwendungen löst die Erfindung gewisse technologische Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung kleiner Mäntel mit wendelförmigen Widerstandselementen (Probleme von Kurzschlüssen zwischen der Wendel und dem Mantel infolge einer mangelhaften Ausrichtung der Wendel). Die vorliegende Erfindung bringt keinerlei Begrenzung im Hinblick auf den letztendlichen Widerstandswert mit sich, der erreicht werden soll. Der Widerstandswert lässt sich durch eine angemessene Auswahl der Korngröße und der Konzentration der Pulver wie gewünscht einstellen.

Claims

1. Glühkerze für Verbrennungsmotoren, die umfasst:

- einen Metallkörper (12);

- einen Metallmantel (24), der ein geschlossenes Ende (26) und ein offenes Ende (28) hat;

- einen Anschluss (30), der sich durch das offene Ende (28) des Mantel (24) hindurch erstreckt; und

- ein leitendes Pulver (34), das sich in elektrischer Verbindung mit einem Ende (36) des Anschlusses (30) und mit dem Mantel (24) befindet;

dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schicht (38) aus isolierendem Pulver umfasst, die sich zwischen dem leitenden Pulver (34) und dem Mantel (24) in einem Bereich zwischen dem geschlossenen Ende (26) des Mantels (24) und dem genannten Ende (36) des Anschlusses (30) befindet.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h1) zwischen dem geschlossenen Ende (26) des Mantels (24) und dem genannten Ende (36) des Anschlusses (30) genauso groß ist wie der Abstand (h2) zwischen dem Ende (36) des Anschlusses (30) und dem offenen Ende (28) des Mantels (24) oder größer als dieser.

3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Pulver (34) ein Gemisch aus zwei oder mehr Pulvern ist, das wenigstens ein isolierendes Pulver und ein leitendes Pulver enthält.

4. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Pulver (34) in zwei Abschnitte (a, b) unterteilt ist, die Gemische aus Pulvern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen enthalten.

5. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Pulver (34) Kontaktbereiche (40, 42) mit einer höheren Konzentration leitender Pulver umfasst, die an dem genannten Ende (36) der Elektrode (30) und an dem geschlossenen Ende (26) des Mantels (24) angeordnet sind.

6. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (38) aus isolierendem Pulver aus nichtgesintertem verdichtetem Pulver besteht, das ein röhrenförmiges Element bildet, das vor dem Einleiten des leitenden Pulvers (34) in das Innere des Mantels (24) eingeführt wird.

7. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Pulver (34) in Form eines verdichteten und nichtgesinterten zylindrischen Elementes ausgeführt ist.