EP0351883A2 - Glow plug - Google Patents
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- EP0351883A2 EP0351883A2 EP89113620A EP89113620A EP0351883A2 EP 0351883 A2 EP0351883 A2 EP 0351883A2 EP 89113620 A EP89113620 A EP 89113620A EP 89113620 A EP89113620 A EP 89113620A EP 0351883 A2 EP0351883 A2 EP 0351883A2
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- glow plug
- coil
- control coil
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
Definitions
- the invention relates to a glow plug as described in the preamble of the main claim.
- the glow plugs mentioned take a certain amount of time to heat up to their working temperature. Only then can the internal combustion engine be started. This period of time, also known as the preheating time, is quite short for the candle mentioned. Nevertheless, it is still relatively long compared to the petrol engine, which is immediately ready to start.
- the control coil is usually made of pure nickel, with a resistance ratio of about 7, based on a temperature ratio of 20 ° / 1000 ° C. that is, the resistance at 1000 ° C is about 7 times that at 20 ° C.
- glow plugs can be produced whose heating-up time is in the range of approximately 5 to 6 seconds;
- the temperature at the glow tube tip is then about 850 ° C, while after about 10 seconds a steady-state temperature of about 1140 ° C at nominal voltage is reached.
- the object of the invention is to provide glow plugs, the heating-up time of which, while avoiding the disadvantages known from the prior art previously known glow plugs is significantly reduced, while at the same time ensuring a sufficient lifespan for the glow plugs. At the same time, such glow plugs should be easy to manufacture and make the use of control units to solve the task at hand unnecessary.
- the invention also relates to a method for producing such glow plugs.
- a resistance coil with a higher resistance is used as the control coil, it is not possible to achieve the desired shortening of the heating-up time if one aims at a steady-state temperature of around 1000 ° C.
- Suitable materials are not, as is known from the prior art, pure nickel, but, for example, alloys of nickel / iron and cobalt / iron, in particular cobalt / iron, preferably alloys according to claims 7 and 8.
- Glow plugs designed according to the invention show a behavior according to FIG. 2 with respect to their surface temperature as a function of time Example shown, the glow plug from the prior art has reached the glow plug tip temperature of 850 ° after about 8 seconds, the glow plug according to the invention reaches this temperature after about 3 to 4 seconds.
- the glow plug according to the invention is "braked" very strongly with respect to the surface temperature and adjusts to a steady-state temperature according to FIG. 2 of about 1000 °, while the glow plug from the prior art has a steady-state temperature of about above 1150 °.
- the low steady-state temperature of the glow plug according to the invention not only decisively improves the life of the glow plug; Above all, it also makes it possible to use this candle to afterglow the running engine with a higher generator voltage (up to 13 volts at the candle) without destroying the heating and control coil; This possibility of afterglow is of great importance for reducing the pollutants in the exhaust gas of diesel engines. In this way, the elaborate electrical or electronic controls that are otherwise to be provided are eliminated when afterglow.
- FIG. 3 A typical embodiment of the glow plug according to the invention is shown in FIG. 3.
- Glow plug 1 designed as a closed glow tube, usually consists of corrosion-resistant material, preferably Inconel 600 or 601.
- a spiral combination 2/3 is embedded in a thermally conductive insulating material 4 (for example magnesium oxide) in this protective tube.
- a thermally conductive insulating material 4 for example magnesium oxide
- the front section 2 of the coils arranged one behind the other is referred to as the heating coil and consists of a wire material with a low positive or negative temperature coefficient, preferably of a chrome / aluminum / iron wire.
- the diameter of the wire is more common as 0.3 to 0.5 mm.
- the heating coil 2 is usually connected to the control coil 3 by welding.
- the control coil consists of an alloy of cobalt / iron, the cobalt content in the alloy being approximately 75% and the rest being iron;
- this control coil 3 initially has a lower increase in resistance, while the resistance rises steeply in the range of the filament wire temperature from approximately 400 to approximately 900 °.
- the desired steady-state temperature is also established according to the invention after about 8 seconds.
- the annealing temperature of around 850 ° C is already reached after two to five seconds.
- the diameter of the control coil in this embodiment is approximately 0.3 to 0.4 mm.
- control coil is divided into the two sections 3 and 6, section 3 consisting of a material with the steep increase in resistance in the temperature range mentioned, while section 6 consists of a coil known per se made of e.g. B. consists of pure nickel.
- section 3 consisting of a material with the steep increase in resistance in the temperature range mentioned
- section 6 consists of a coil known per se made of e.g. B. consists of pure nickel.
- the glow plug according to the invention functions particularly effectively when the control coil consists of a cobalt / iron alloy, this alloy containing 23-25% by weight iron, the rest cobalt. This applies in particular if the iron content is about 25% by weight, the rest is cobalt.
- the advantage of using the pure alloys Co Fe 23 to Co Fe 25 lies in the relatively small increase in resistance up to 800 ° C, which results in rapid heating up, and the jump characteristic of the temperature coefficient, which occurs at around 825 ° C, which results in an effective reduction. It was found that the upper limit temperature of the heating coils is 1060 ° C; due to the inventive control characteristic of the control coil according to the invention, no further components are required to prevent this upper limit temperature from being exceeded.
- control coil is divided into two sections, the section adjacent to the heating coil consisting of the control coil material described and the other section being a known coil made of pure nickel, and if control and Heating coil are arranged practically completely in the part of the tube that serves as a glow plug and is free of adjacent, heat-extracting components.
- Suitable materials are not, as is known from the prior art, pure nickel but, for example, alloys of nickel / iron and cobalt / iron, in particular cobalt / iron according to claim 1 and claim 2.
- the glow plug according to the invention works particularly effectively when the control spiral alloy (with the same composition or the same degree of purity) was not produced by melting processes but by sintering.
- Glow plugs correspondingly designed according to the invention show a behavior according to FIG. 2 with regard to their surface temperature as a function of time. While in the example shown the glow plug from the prior art reached the glow plug tip temperature of 850 ° C. after about 8 seconds, the glow plug according to the invention reaches this temperature after about 3 to 4 seconds. In addition, it follows qualitatively from the illustration that the glow plug according to the invention is "braked" very strongly with respect to the surface temperature and adjusts to a steady-state temperature according to FIG. 2 of about 1000 ° C., while the glow-plug from the prior art has a steady-state temperature of about 1150 ° C.
- the low steady-state temperature of the glow plug according to the invention not only decisively improves the life of the glow plug; Above all, it also makes it possible to use this candle to afterglow the running engine with a higher generator voltage (up to 13 volts at the candle) without destroying the heating and control coil; This possibility of afterglow is of great importance for reducing the pollutants in the exhaust gas of diesel engines. In this way, the elaborate electrical or electronic controls that are otherwise to be provided are eliminated when afterglow.
- FIG. 3 A typical embodiment of the glow plug according to the invention is shown in FIG. 3.
- Glow plug 1 designed as a closed glow tube, usually consists of corrosion-resistant material, preferably Inconel 600 or 601.
- a spiral combination 2/3 is embedded in a thermally conductive insulating material 4 (for example magnesium oxide) in this protective tube.
- a thermally conductive insulating material 4 for example magnesium oxide
- the front section 2 of the coils arranged one behind the other is referred to as the heating coil and consists of a wire material with a low positive or negative temperature coefficient, preferably of a chrome / aluminum / iron wire.
- the diameter of the wire is usually 0.3 to 0.5 mm.
- the heating coil 2 is usually connected to the control coil 3 by welding.
- the control coil consists of an alloy of cobalt / iron, the cobalt content in the alloy being approximately 75% and the rest being iron;
- this control coil 3 initially has a lower increase in resistance, while the resistance rises steeply in the range of the filament wire temperature from approximately 400 to approximately 900 °.
- the desired steady-state temperature is also established according to the invention after about 8 seconds.
- the annealing temperature of around 850 ° C is already reached after two to five seconds.
- the diameter of the control coil in this embodiment is approximately 0.3 to 0.4 mm.
- FIG. 4 Another embodiment of the invention is shown in Figure 4.
- the resistance characteristic curve can be adapted according to the invention with regard to the use of the glow plug.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Glühkerze, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.The invention relates to a glow plug as described in the preamble of the main claim.
Bei kaltem, unterhalb der Selbststarttemperatur liegendem Motor müssen luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit Hilfe von Glühkerzen angelassen werden.When the engine is cold and below the self-starting temperature, air-compressing internal combustion engines must be started using glow plugs.
Die genannten Glühkerzen benötigen eine gewisse Zeit, um sich auf ihre Arbeitstemperatur zu erhitzen. Erst dann kann die Brennkraftmaschine angelassen werden. Diese Zeitdauer, auch Vorglühzeit gennant, ist bei der genannten Kerze schon recht kurz. Dennoch ist sie gegenüber dem Benzinmotor noch relativ lang, der sofort anlaßbereit ist.The glow plugs mentioned take a certain amount of time to heat up to their working temperature. Only then can the internal combustion engine be started. This period of time, also known as the preheating time, is quite short for the candle mentioned. Nevertheless, it is still relatively long compared to the petrol engine, which is immediately ready to start.
Man ist deshalb bemüht, die Vorglühzeit möglichst noch weiter zu verkürzen.It is therefore endeavored to shorten the preheating time as much as possible.
Bei den bekannten Glühstiftkerzen ist die Regelwendel üblicher Weise aus reinem Nickel gefertigt, wobei sich ein Widerstandsverhältnis von etwa 7, bezogen auf ein Temperaturverhältnis 20°/1000°C ergibt, d. h., daß der Widerstand bei 1000°C etwa 7 mal so groß wie bei 20°C ist. Auf diese Weise lassen sich Glühstiftkerzen herstellen, deren Aufheizzeit im Bereich von etwa 5 bis 6 Sekunden liegt; an der Glührohrspitze beträgt die Temperatur dann etwa 850°C, während sich nach etwa 10 Sekunden eine Beharrungstemperatur von etwa 1140°C bei Nennspannung einstellt.In the known glow plugs, the control coil is usually made of pure nickel, with a resistance ratio of about 7, based on a temperature ratio of 20 ° / 1000 ° C. that is, the resistance at 1000 ° C is about 7 times that at 20 ° C. In this way, glow plugs can be produced whose heating-up time is in the range of approximately 5 to 6 seconds; The temperature at the glow tube tip is then about 850 ° C, while after about 10 seconds a steady-state temperature of about 1140 ° C at nominal voltage is reached.
Wie die Praxis gezeigt hat, ist bei dieser Temperatur die Belastbarkeit der Wendeln erreicht, so daß bei weiterer theoretisch möglicher Verkürzung der Aufheizzeit durch Veränderungen beispielsweise der Wendelgeometrie oder durch konstruktive Gestaltung des Glührohres die Lebensdauer der Glühkerze erheblich beeinträchtigt wird.As practice has shown, the resilience of the filaments is reached at this temperature, so that with further theoretically possible shortening of the heating time due to changes in the filament geometry or by constructive design of the glow tube, the life of the glow plug is considerably impaired.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile Glühstiftkerzen zur Verfügung zu stellen, deren Aufheizzeit gegenüber der der vorbekannten Glühstiftkerzen deutlich verringert ist, wobei gleichzeitig eine ausreichende Lebensdauer der Glühkerzen gewährleistet ist. Gleichzeitig sollen solche Glühstiftkerzen einfach herstellbar sein und den Einsatz von Steuergeräten zur Lösung der gestellten Aufgabe entbehrlich machen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung solcher Glühstiftkerzen.The object of the invention is to provide glow plugs, the heating-up time of which, while avoiding the disadvantages known from the prior art previously known glow plugs is significantly reduced, while at the same time ensuring a sufficient lifespan for the glow plugs. At the same time, such glow plugs should be easy to manufacture and make the use of control units to solve the task at hand unnecessary. The invention also relates to a method for producing such glow plugs.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Weitere wesentliche und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 14.The object of the invention is achieved by the characterizing features of the main claim. Further essential and advantageous embodiments of the invention result from the following
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:
- Fig. 1 ist die graphische Wiedergabe des Widerstandsverhältnisses verschiedener Wendeldrahtmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur.
- Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Temperatur der Heizstab-Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit.
- Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze.
- Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze.
- Fig. 1 is a graphical representation of the resistance ratio of various filament wire materials as a function of temperature.
- Fig. 2 is a graphical representation of the temperature of the heating rod surface as a function of time.
- 3 is a preferred embodiment of the glow plug according to the invention.
- Fig. 4 is another embodiment of the glow plug according to the invention.
Es wurde gefunden, daß theoretisch durch Veränderung der Wendelgeometrie des Wendeldrahtes sowie der Ausbildung des Glühstiftes Aufheizzeiten unter 5 Sekunden erhältlich sind, wobei deren Lebensdauer jedoch für den gewünschten Zweck völlig unzureichend ist. Es wurde gefunden, daß dieses vor allem daran liegt, daß die schnelle Aufheizperiode nicht zu "bremsen" ist, so daß sich der Heizstab auf eine Behar rungstemperatur von mehr als 1130° bei üblicher Batteriespannung nach etwa 10 Sekunden einstellt, wobei nach diesseitiger Erkenntnis diese Temperatur die Lebensdauer solcher Glühstiftkerzen entscheidend beeinträchtigt.It has been found that heating times of less than 5 seconds are theoretically obtainable by changing the helix geometry of the helix wire and the design of the glow plug, but their service life is completely inadequate for the desired purpose. It was found that this is mainly due to the fact that the rapid heating-up period cannot be "braked", so that the heating element is on a head setting temperature of more than 1130 ° with the usual battery voltage after about 10 seconds, whereby, according to this knowledge, this temperature decisively affects the life of such glow plugs.
Verwendet man demgegenüber als Regelwendel eine Widerstandswendel mit höherem Widerstand ist es nicht möglich, die gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit zu erzielen, wenn man auf eine Beharrungstemperatur von etwa 1000°C abzielt.If, on the other hand, a resistance coil with a higher resistance is used as the control coil, it is not possible to achieve the desired shortening of the heating-up time if one aims at a steady-state temperature of around 1000 ° C.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sowohl die Aufheizzeit verringert wie auch die funktionsgemäße Lebensdauer erzielbar ist, wenn man für die Regelwendel ein Material verwendet, das ein Widerstandsverhältnis von größer als etwa 7,5, vorzugsweise größer als 12 und insbesondere von etwa 14 aufweist.Surprisingly, it was found that both the heating-up time and the functional service life can be achieved if a material is used for the control coil which has a resistance ratio of greater than about 7.5, preferably greater than 12 and in particular of about 14.
Geeignete Materialien sind nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Reinnickel sondern beispielsweise Legierungen aus Nickel/Eisen und Kobalt/Eisen, insbesondere Kobalt/Eisen, vorzugsweise Legierungen gemäß Ansprüchen 7 und 8.Suitable materials are not, as is known from the prior art, pure nickel, but, for example, alloys of nickel / iron and cobalt / iron, in particular cobalt / iron, preferably alloys according to
Als ganz besonders geeignet haben sich solche Materialien herausgestellt, die nicht nur das genannte Widerstandsverhältnis aufweisen, sondern bei denen sich die Widerstandsänderung in einem bestimmten Temperaturbereich "sprunghaft" ändert, d. h., daß er sich nicht etwa linear wie bei rein Nickel sondern wie den genannten Legierungen im Bereich von 600 bis 900° sehr schnell, bezogen auf den übrigen Kurvenverlauf, verändert. Dieses wird durch die Kurven gemäß Figur 1 aufgezeigt, in der der Verlauf des Widerstandsverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur für die genannten Materialien schematisch wiedergegeben wird.Materials which not only have the resistance ratio mentioned, but in which the change in resistance changes "abruptly" in a certain temperature range, ie. That is, it does not change very linearly, as in the case of pure nickel, but, like the alloys mentioned, in the range from 600 to 900 ° very rapidly, based on the remaining curve. This is shown by the curves according to FIG. 1, in which the course of the resistance ratio as a function of the temperature is shown schematically for the materials mentioned.
Entsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftkerzen zeigen bezüglich ihrer Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit ein Verhalten gemäß Figur 2. Während bei diesem gezeigten Beispiel die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik die Glühstiftspitzentemperatur von 850° nach etwa 8 Sekunden erreicht hat, erreicht die erfindungsgemäße Glühstiftkerze diese Temperatur nach etwa 3 bis 4 Sekunden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung, daß die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bezüglich der Oberflächentemperatur sehr stark "gebremst" wird und sich auf eine Beharrungstemperatur gemäß Figur 2 von etwa 1000° einstellt, während die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik sich auf eine Beharrungstemperatur von etwa über 1150° einstellt.Glow plugs designed according to the invention show a behavior according to FIG. 2 with respect to their surface temperature as a function of time Example shown, the glow plug from the prior art has reached the glow plug tip temperature of 850 ° after about 8 seconds, the glow plug according to the invention reaches this temperature after about 3 to 4 seconds. In addition, it follows from the illustration that the glow plug according to the invention is "braked" very strongly with respect to the surface temperature and adjusts to a steady-state temperature according to FIG. 2 of about 1000 °, while the glow plug from the prior art has a steady-state temperature of about above 1150 °.
Die niedrige Beharrungstemperatur der erfindungsgemäßen Glühkerze verbessert jedoch nicht nur die Lebensdauer der Glühstiftkerze entscheidend; sie ermöglicht vor allem auch, daß mit dieser Kerze in den laufenden Motor mit höherer Generatorspannung (bis zu 13 Volt an der Kerze) nachgeglüht werden kann, ohne Heiz- und Regelwendel zu zerstören; dieser Möglichkeit des Nachglühens kommt wesentliche Bedeutung zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Dieselmotoren zu. Auf diese Weise entfallen beim Nachglühen die sonst vorzusehenden aufwendigen elektrischen oder elektronischen Steuerungen.However, the low steady-state temperature of the glow plug according to the invention not only decisively improves the life of the glow plug; Above all, it also makes it possible to use this candle to afterglow the running engine with a higher generator voltage (up to 13 volts at the candle) without destroying the heating and control coil; This possibility of afterglow is of great importance for reducing the pollutants in the exhaust gas of diesel engines. In this way, the elaborate electrical or electronic controls that are otherwise to be provided are eliminated when afterglow.
Eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in Figur 3 wiedergegeben.A typical embodiment of the glow plug according to the invention is shown in FIG. 3.
Der Glühstift 1, als verschlossenes Glührohr ausgebildet, besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Inconel 600 oder 601.
In diesem Schutzrohr ist eine Wendelkombination 2/3 in einem gut wärmeleitenden Isolierstoff 4 (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet.A
Der vordere Abschnitt 2 der hintereinander angeordneten Wendeln wird als Heizwendel bezeichnet und besteht aus einem Drahtmaterial mit geringem positiven oder negativem Temperaturkoeffizienten, vorzugsweise aus einem Chrom/Aluminium-/Eisendraht. Der Durchmesser des Drahtes beträgt üblicher weise 0,3 bis 0,5 mm.The
Die Heizwendel 2 ist mit der Regelwendel 3 üblicherweise durch Verschweißen verbunden. Die Regelwendel besteht in diesem Fall aus einer Legierung Kobalt/Eisen, wobei der Kobaltanteil in der Legierung etwa 75 % beträgt und der Rest Eisen ist; auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Material verwendet, dessen Widerstandskennlinie der Anwendung einer Glühkerze angepaßt ist. Diese Regelwendel 3 weist erfindungsgemäß zunächst einen niedrigeren Anstieg des Widerstands auf, während der Widerstand im Bereich der Wendeldrahttemperatur von etwa 400 bis etwa 900° steil ansteigt.The
Ebenfalls erfindungsgemäß stellt sich die gewünschte Beharrungstemperatur nach etwa 8 Sekunden ein. Die Glühtemperatur von etwa 850°C wird bereits nach zwei bis fünf Sekunden erreicht. Der Durchmesser der Regelwendel beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3 bis 0,4 mm.The desired steady-state temperature is also established according to the invention after about 8 seconds. The annealing temperature of around 850 ° C is already reached after two to five seconds. The diameter of the control coil in this embodiment is approximately 0.3 to 0.4 mm.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Legierungen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird in Figur 4 wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform ist die Regelwendel in die beiden Abschnitte 3 und 6 unterteilt, wobei der Abschnitt 3 aus einem Material mit dem genannten steilen Widerstandsanstieg im genannten Temperaturbereich besteht, während Abschnitt 6 aus einer ansich bekannten Wendel aus z. B. reinem Nickel besteht. Auf diese Weise kann die Widerstandskennlinie bezüglich der Anwendung der Glühkerze erfindungsgemäß angepaßt werden.Another embodiment of the invention is shown in Figure 4. In this embodiment, the control coil is divided into the two
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die erfindungsgemäße Glühkerze besonders wirkungsvoll funktioniert, wenn die Regelwendel aus einer Kobalt-/Eisenlegierung besteht, wobei diese Legierung 23-25 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt enthält. Dieses gilt insbesondere, wenn der Eisengehalt etwa 25 Gew.-%, Rest Kobalt ist.Surprisingly, it has now been found that the glow plug according to the invention functions particularly effectively when the control coil consists of a cobalt / iron alloy, this alloy containing 23-25% by weight iron, the rest cobalt. This applies in particular if the iron content is about 25% by weight, the rest is cobalt.
Die Ergebnisse werden noch weiter deutlich verbessert, wenn die Regelwendellegierung durch Sintern hergestellt ist. Dieses gilt, obwohl bisher nicht geklärt werden konnte, warum die Ergebnisse für den vorliegenden Zweck deutlich besser sind, wenn die Legierungen bei gleichem Reinheitsgrad im Sinter- und nicht im Schmelzverfahren hergestellt wurden.The results will be significantly improved further if the control spiral alloy is produced by sintering. This applies, although it has not yet been possible to clarify why the results are significantly better for the present purpose if the alloys were produced with the same degree of purity in the sintering process and not in the melting process.
Der Vorteil der Verwendung der reinen Legierungen Co Fe 23 bis Co Fe 25 liegt in der relativ geringen Widerstandszunahme bis 800°C, wodurch sich rasches Aufheizen ergibt sowie die bei etwa 825°C ausgeprägt auftretende Sprungcharakteristik des Temperaturkoeffizienten, wodurch sich ein wirkungsvolles Abregeln ergibt. Es wurde herausgefunden, daß als obere Grenztemperatur der Heizwendeln 1060°C anzusehen sind; durch die erfindungsgemäß eigentümliche Regelcharakteristik der erfindungsgemäßen Regelwendel sind keine weiteren Bauelemente mehr nötig, um die Überschreitung dieser oberen Grenztemperatur zu verhindern.The advantage of using the pure alloys Co Fe 23 to
Besonders vorteilhafte Glühkerzen der erfindungsgemäßen Art ergeben sich, wenn die Regelwendel in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der der Heizwendel benachbarte Abschnitt aus dem beschriebenen Regelwendelmaterial besteht, und der andere Abschnitt eine an sich eine bekannte Wendel aus reinem Nickel ist, und wenn Regel- und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohrs angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei von anliegenden, wärmeabziehenden Bauteilen ist.Particularly advantageous glow plugs of the type according to the invention are obtained if the control coil is divided into two sections, the section adjacent to the heating coil consisting of the control coil material described and the other section being a known coil made of pure nickel, and if control and Heating coil are arranged practically completely in the part of the tube that serves as a glow plug and is free of adjacent, heat-extracting components.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:
- Fig. 1 ist die graphische Wiedergabe des Widerstandsverhältnisses verschiedener Wendeldrahtmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur.
- Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Temperatur der Heizstab-Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit.
- Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze.
- Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze.
- Fig. 1 is a graphical representation of the resistance ratio of various filament wire materials as a function of temperature.
- Fig. 2 is a graphical representation of the temperature of the heating rod surface as a function of time.
- 3 is a preferred embodiment of the glow plug according to the invention.
- Fig. 4 is another embodiment of the glow plug according to the invention.
Es wurde gefunden, daß theoretisch durch Veränderung der Wendelgeometrie des Wendeldrahtes sowie der Ausbildung des Glühstiftes Aufheizzeiten unter 5 Sekunden erhältlich sind, wobei deren Lebensdauer jedoch für den gewünschten Zweck völlig unzureichend ist. Es wurde gefunden, daß dieses vor allem daran liegt, daß die schnelle Aufheizperiode nicht zu "bremsen" ist, so daß sich der Heizstab auf eine Behar rungstemperatur von mehr als 1130° bei üblicher Batteriespannung nach etwa 10 Sekunden einstellt, wobei nach diesseitiger Erkenntnis diese Temperatur die Lebensdauer solcher Glühstiftkerzen entscheidend beeinträchtigt.It has been found that heating times of less than 5 seconds are theoretically obtainable by changing the helix geometry of the helix wire and the design of the glow plug, but their service life is completely inadequate for the desired purpose. It was found that this is mainly due to the fact that the rapid heating-up period cannot be "braked", so that the heating element is on a head setting temperature of more than 1130 ° with the usual battery voltage after about 10 seconds, whereby, according to this knowledge, this temperature decisively affects the life of such glow plugs.
Verwendet man demgegenüber als Regelwendel eine Widerstandswendel mit höherem Widerstand ist es nicht möglich, die gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit zu erzielen, wenn man auf eine Beharrungstemperatur von etwa maximal 1060°C abzielt.On the other hand, if a resistance coil with a higher resistance is used as the control coil, it is not possible to achieve the desired reduction in the heating-up time if one aims at a steady-state temperature of approximately 1060 ° C. or less.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sowohl die Aufheizzeit verringert wie auch die funktionsgemäße Lebensdauer erzielbar ist, wenn man für die Regelwendel ein Material verwendet, das ein Widerstandsverhältnis von größer als etwa 7,5, vorzugsweise größer als 12 und insbesondere von etwa 14 aufweist.Surprisingly, it was found that both the heating-up time and the functional service life can be achieved if a material is used for the control coil which has a resistance ratio of greater than about 7.5, preferably greater than 12 and in particular of about 14.
Geeignete Materialien sind nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Reinnickel sondern beispielsweise Legierungen aus Nickel/Eisen und Kobalt/Eisen, insbesondere Kobalt/Eisen gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2.Suitable materials are not, as is known from the prior art, pure nickel but, for example, alloys of nickel / iron and cobalt / iron, in particular cobalt / iron according to
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Glühkerze dann besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Regelwendellegierung (bei gleicher Zusammensetzung, bzw. gleichem Reinheitsgrad) nicht durch Schmelzverfahren, sondern durch Sintern hergestellt wurde.Surprisingly, it has been shown that the glow plug according to the invention works particularly effectively when the control spiral alloy (with the same composition or the same degree of purity) was not produced by melting processes but by sintering.
Als ganz besonders geeignet haben sich solche Materialien herausgestellt, die nicht nur das genannte Widerstandsverhältnis aufweisen, sondern bei denen sich die Widerstandsänderung in einem bestimmten Temperaturbereich "sprunghaft" ändert, d. h., daß er sich nicht etwa linear wie bei rein Nickel sondern wie den genannten Legierungen im Bereich von 600 bis 900° sehr schnell, bezogen auf den übrigen Kurvenverlauf, verändert. Dieses wird durch die Kurven gemäß Figur 1 aufgezeigt, in der der Verlauf des Widerstandsverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur für die genannten Materialien schematisch wiedergegeben wird.Materials which not only have the resistance ratio mentioned, but in which the change in resistance changes "abruptly" in a certain temperature range have turned out to be very particularly suitable, ie that it does not change approximately linearly as in the case of pure nickel but rather like the alloys mentioned changed very quickly in the range of 600 to 900 °, based on the rest of the curve. This is shown by the curves according to FIG. 1, in which the course of the resistance ratio as a function of the temperature is shown schematically for the materials mentioned.
Entsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftkerzen zeigen bezüglich ihrer Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit ein Verhalten gemäß der Figur 2. Während bei diesem gezeigten Beispiel die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik die Glühstiftspitzentemperatur von 850°C nach etwa 8 Sekunden erreicht hat, erreicht die erfindungsgemäße Glühstiftkerze diese Temperatur nach etwa 3 bis 4 Sekunden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung qualitativ, daß die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bezüglich der Oberflächentemperatur sehr stark "gebremst" wird und sich auf eine Beharrungstemperatur gemäß Figur 2 von etwa 1000°C einstellt, während die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik sich auf eine Beharrungstemperatur von etwa über 1150°C einstellt.Glow plugs correspondingly designed according to the invention show a behavior according to FIG. 2 with regard to their surface temperature as a function of time. While in the example shown the glow plug from the prior art reached the glow plug tip temperature of 850 ° C. after about 8 seconds, the glow plug according to the invention reaches this temperature after about 3 to 4 seconds. In addition, it follows qualitatively from the illustration that the glow plug according to the invention is "braked" very strongly with respect to the surface temperature and adjusts to a steady-state temperature according to FIG. 2 of about 1000 ° C., while the glow-plug from the prior art has a steady-state temperature of about 1150 ° C.
Die niedrige Beharrungstemperatur der erfindungsgemäßen Glühkerze verbessert jedoch nicht nur die Lebensdauer der Glühstiftkerze entscheidend; sie ermöglicht vor allem auch, daß mit dieser Kerze in den laufenden Motor mit höherer Generatorspannung (bis zu 13 Volt an der Kerze) nachgeglüht werden kann, ohne Heiz- und Regelwendel zu zerstören; dieser Möglichkeit des Nachglühens kommt wesentliche Bedeutung zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Dieselmotoren zu. Aus diese Weise entfallen beim Nachglühen die sonst vorzusehenden aufwendigen elektrischen oder elektronischen Steuerungen.However, the low steady-state temperature of the glow plug according to the invention not only decisively improves the life of the glow plug; Above all, it also makes it possible to use this candle to afterglow the running engine with a higher generator voltage (up to 13 volts at the candle) without destroying the heating and control coil; This possibility of afterglow is of great importance for reducing the pollutants in the exhaust gas of diesel engines. In this way, the elaborate electrical or electronic controls that are otherwise to be provided are eliminated when afterglow.
Eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in Figur 3 wiedergegeben.A typical embodiment of the glow plug according to the invention is shown in FIG. 3.
Der Glühstift 1, als verschlossenes Glührohr ausgebildet, besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Inconel 600 oder 601.
In diesem Schutzrohr ist eine Wendelkombination 2/3 in einem gut wärmeleitenden Isolierstoff 4 (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet.A
Der vordere Abschnitt 2 der hintereinander angeordneten Wendeln wird als Heizwendel bezeichnet und besteht aus einem Drahtmaterial mit geringem positiven oder negativem Temperaturkoeffizienten, vorzugsweise aus einem Chrom/Aluminium-/Eisendraht. Der Durchmesser des Drahtes beträgt üblicherweise 0,3 bis 0,5 mm.The
Die Heizwendel 2 ist mit der Regelwendel 3 üblicherweise durch Verschweißen verbunden. Die Regelwendel besteht in diesem Fall aus einer Legierung Kobalt/Eisen, wobei der Kobaltanteil in der Legierung etwa 75 % beträgt und der Rest Eisen ist; auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Material verwendet, dessen Widerstandskennlinie der Anwendung einer Glühkerze angepaßt ist. Diese Regelwendel 3 weist erfindungsgemäß zunächst einen niedrigeren Anstieg des Widerstands auf, während der Widerstand im Bereich der Wendeldrahttemperatur von etwa 400 bis etwa 900° steil ansteigt.The
Ebenfalls erfindungsgemäß stellt sich die gewünschte Beharrungstemperatur nach etwa 8 Sekunden ein. Die Glühtemperatur von etwa 850°C wird bereits nach zwei bis fünf Sekunden erreicht. Der Durchmesser der Regelwendel beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3 bis 0,4 mm.The desired steady-state temperature is also established according to the invention after about 8 seconds. The annealing temperature of around 850 ° C is already reached after two to five seconds. The diameter of the control coil in this embodiment is approximately 0.3 to 0.4 mm.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Legierungen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird in Figur 4 wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform ist die Regelwendel in die beiden Abschnitte 3 und 6 unterteilt, wobei der Abschnitt 3 aus einem Material mit dem genannten steilen Widerstandsanstieg im genannten Temperaturbereich besteht, während Abschnitt 6 aus einer ansich bekannten Wendel aus z. B. reinem Nickel besteht. Auf diese Weise kann die Widerstandskennlinie bezüglich der Anwendung der Glühkerze erfindungsgemäß angepaßt werden.Another embodiment of the invention is shown in Figure 4. In this embodiment, the Control coil divided into the two
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