EP0455256A2 - Glowplug - Google Patents

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EP0455256A2
EP0455256A2 EP91107216A EP91107216A EP0455256A2 EP 0455256 A2 EP0455256 A2 EP 0455256A2 EP 91107216 A EP91107216 A EP 91107216A EP 91107216 A EP91107216 A EP 91107216A EP 0455256 A2 EP0455256 A2 EP 0455256A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
glow
glow plug
resistance element
tube
resistance
Prior art date
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EP91107216A
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German (de)
French (fr)
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EP0455256B1 (en
EP0455256A3 (en
EP0455256B2 (en
Inventor
Helmut Dipl.-Ing.(FH) Müller
Werner Dipl.-Ing.(Fh) Baeskow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Original Assignee
BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by BERU Ruprecht GmbH and Co KG, Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG filed Critical BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Publication of EP0455256A2 publication Critical patent/EP0455256A2/en
Publication of EP0455256A3 publication Critical patent/EP0455256A3/en
Publication of EP0455256B1 publication Critical patent/EP0455256B1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0455256B2 publication Critical patent/EP0455256B2/en
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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

Definitions

  • the invention relates to a glow plug according to the preamble of patent claim 1.
  • the helical resistance element extends over the entire length of the glow tube.
  • These known glow plugs require an electrical output of more than 120 W per candle with still air for a steady temperature of approx. 900 to 1000 ° C.
  • the object of the invention is to provide a glow plug whose glow tube can be heated to a temperature of the order of 850 ° C. with a lower electrical output while the engine is running.
  • a glow plug 1 with a glow plug body 3 and a glow tube 2, which is closed at its end remote from the glow plug body 3.
  • a resistance wire coil 4 hereinafter referred to as the heating coil, is located in the tip of the glow tube 2, i.e. thus concentrated on the end of the glow tube 2 facing away from the glow plug body 3.
  • the heating coil 4 consists of a heating wire, the resistance of which is largely independent of the temperature (e.g. Kanthal).
  • the heating coil 4 can be wholly or, as shown in FIG.
  • the heating coil has the part 4a with essentially temperature-independent resistance or with a resistance with a weakly positive or negative temperature coefficient and the part 4b with a strongly positive temperature coefficient ( spatial arrangement of parts 4a and 4b, can also be interchanged), partially consist of a heating wire with control characteristics (eg: Ni, CoFe, Fe, ).
  • control characteristics eg: Ni, CoFe, Fe, .
  • the entire heating coil that is to say including that part of it, which may be present and which has control characteristics, is concentrated in the tip of the glow tube.
  • This area is limited to max. 10 mm, preferably 4 to 7 mm, limits and occupies a range of less than 1/3 of the free glow tube length.
  • a low-resistance connection 6 e.g. made of a nickel wire, which extends straight through the glow tube 2.
  • the heating coil 4 is embedded in the glow tube 2 with the aid of an electrically insulating material 7 designed as granules. MgO is usually used as the insulation material.
  • an insulation material with higher thermal conductivity e.g. AlN2
  • an insulation material with lower thermal conductivity is used in the area of the low-resistance wire connection.
  • the spatial expansion of the heating coil 4 is deliberately concentrated on the tip of the glow tube in order to minimize the glowing volume.
  • the electrical power to be applied to reach a specific glow plug temperature can be kept low. This low electrical power is a prerequisite for continuous operation of the glow plug. It also minimizes the losses from convection, radiation and heat conduction.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a glow plug, in which a protective tube 9 surrounding the glow tube 2 is provided to further reduce the heat losses at lower temperatures in the combustion chamber or the prechamber of the engine during the gas exchange processes.
  • a protective tube 9 surrounding the glow tube 2 is provided to further reduce the heat losses at lower temperatures in the combustion chamber or the prechamber of the engine during the gas exchange processes.
  • one or more openings 10 are provided at the tip and / or on the circumference of the protective tube 9, which allow the fuel-air mixture access to the glowing glow tube end, where the fuel-air mixture is then ignited.
  • the protective tube 9 also has the function of preventing the heated glow tube from overheating at very high combustion chamber temperatures. This embodiment is particularly suitable for use in engines with very high gas exchange speeds and thus high convection losses.
  • Fig. 3 shows schematically the control of the glow plugs using the example of a 4-cylinder engine.
  • An electrical switching device controls the individual glow plugs, e.g. via power switching transistors, depending on vehicle condition on and off.
  • the individual glow plugs are switched on in succession with a slight time delay.
  • the duration of the preheating phase can be changed depending on various parameters, such as outside temperature, cooling water temperature, supply voltage, glow plug resistance.
  • the glow plugs are switched on in succession so that overheating of the glow plugs is avoided.
  • the glow plugs are designed electrically so that with a duty cycle of 25% the desired glow plug temperature of e.g. > 850 ° C is reached.
  • glow plugs it may be advantageous to insert an intermediate glow phase with a 50% or 75% duty cycle after the preheat phase. Two or three glow plugs are then heated simultaneously.
  • the glow plugs are checked for functionality by the control device and any defects are displayed to the driver.
  • Such a test phase can be provided both before the preheating time and in the respective clock pauses of the individual glow plugs. If a heating coil with temperature-dependent resistance is used for the glow plugs, the coil temperature can also be monitored.
  • FIG. 4 shows the temperature profile on the glow tube surface after a heating-up time of 30 seconds.
  • the glowing volume is concentrated on the glow tube tip in the glow plug according to FIG. 1 (solid line); all electrical energy is converted in the area of the glow tube tip, where the resistance wire coil is concentrated.
  • the major part of the electrical energy is converted in the area of the regulating filament part of the resistance wire filament, which extends over the larger part of the glow tube length on the side facing the glow plug body. This part of the glow tube is measured in the glow plug in question by a low-resistance feedback.
  • Fig. 5. 5 shows both the glow current over time and the surface temperature at the glow tube tip.
  • the known glow plug (dashed line) begins with a high initial current peak, which leads to the heating of the control coil. Due to the increasing resistance of the control coil, the glow current decreases and the control coil takes over most of the electrical energy. It takes approx.6.5 s to reach a temperature of 850 ° C at the glow tube tip and approx.9.5 s to reach 950 ° C.
  • a comparison of the known series glow plug and the object glow plug (FIG. 6) during engine operation with a constant heating power of approx. 40 W resulted in the following.
  • the standard glow plug only reached a slight increase in temperature at every combustion chamber temperature, while the glow plug in question assumed a temperature of> 850 ° C in every driving condition.
  • the temperature rises to approximately 1000 ° C. at high combustion chamber temperatures.
  • the glow plug with protective tube according to FIG. 2 shows an almost constant temperature over the entire driving range at the tip of the glow tube. This is due to the shielding effect of the protective tube. This can further improve the life of the glow plug.
  • the thermowell takes on a higher temperature and thus acts as Glow ignition exciter.
  • the shortening of the ignition delay is known to result in a reduction in combustion noise and airborne noise.
  • FIG. 8 shows schematically the installation of a glow plug according to FIG. 1 in a swirl chamber of a diesel engine.
  • the central control unit records the various engine parameters and supplies the glow plugs with an appropriate heating output.
  • this control unit can also Take over injection control and monitoring of the glow plugs.
  • FIG. 9 schematically shows the control device that is supplied with the different input variables. This data is processed according to a predetermined program in a microprocessor, which then controls the power output stage. Engine-specific data and maps can be stored in a memory block. In addition, the microprocessor performs function monitoring (diagnosis) of the glow plugs and reports any errors to the driver.
  • function monitoring diagnosis

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Abstract

In a spark plug for an air-compressing internal combustion engine, having a spark plug housing (3) with a connection device (5) for the spark current and having a spark tube (2) which is attached to the plug housing and is closed off at its one end facing away from the plug housing, a wire helical-shaped resistance element (4) being provided embedded in an electrically insulating material (7) in the spark tube (2), there is provision for the wire helical-shaped resistance element (4) to be concentrated spacially on the area of the end of the spark tube (2) facing away from the plug housing (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a glow plug according to the preamble of patent claim 1.

Messungen an Dieselkraftfahrzeugen ergaben, daß bei einigen Fahrzuständen die Brennraumtemperatur und dadurch die Glührohrtemperatur unbeheizter (stromloser) Glühkerzen bei ca. 400°C bis 500°C liegt. Da ein zündaussetzungsfreier Betrieb erst bei einer Temperatur ab ca. 850°C erreicht wird, ist bei diesen Fahrzuständen ein schlechtes Abgas- und Geräuschverhalten festzustellen. Es ist daher zweckmäßig, die Glühkerzen zumindest periodisch eingeschaltet zu lassen.Measurements on diesel vehicles showed that in some driving conditions the combustion chamber temperature and thus the glow tube temperature of unheated (de-energized) glow plugs is around 400 ° C to 500 ° C. Since ignition-free operation is only achieved at a temperature above approx. 850 ° C, poor exhaust and noise behavior can be determined in these driving conditions. It is therefore advisable to leave the glow plugs switched on at least periodically.

Bei den bekannten Stabglühkerzen der eingangs genannten Art (DE-OS 28 02 625, DE-OS 38 25 013) erstreckt sich das drahtwendelförmige Widerstandselement über die gesamte Länge des Glührohres. Diese bekannten Stabglühkerzen benötigen für eine Beharrungstemperatur von ca. 900 bis 1000°C eine elektrische Leistung von mehr als 120 W pro Kerze bei ruhender Luft.In the known glow plugs of the type mentioned at the beginning (DE-OS 28 02 625, DE-OS 38 25 013), the helical resistance element extends over the entire length of the glow tube. These known glow plugs require an electrical output of more than 120 W per candle with still air for a steady temperature of approx. 900 to 1000 ° C.

Für den Dauerbetrieb steht eine so hohe elektrische Leistung nicht zur Verfügung, weshalb eine bekannte Glühkerze dieser Art als Dauerglühzündungserreger ausscheidet.Such a high electrical output is not available for continuous operation, which is why a known glow plug of this type is eliminated as a glow ignition exciter.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze zu schaffen, deren Glührohr mit geringerer elektrischer Leistung bei laufendem Motor auf eine Temperatur der Größenordnung 850°C beheizt werden kann.The object of the invention is to provide a glow plug whose glow tube can be heated to a temperature of the order of 850 ° C. with a lower electrical output while the engine is running.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Glühkerze, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.According to the invention, this object is achieved by a glow plug as characterized in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

  • Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze,
  • Fig. 1a eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze,
  • Fig. 2 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze mit Schutzrohr,
  • Fig. 3 den Ablauf einer Glühkerzensteuerung für einen 4-Zylinder-Motor,
  • Fig. 4 den Temperaturverlauf an der Glührohroberfläche für eine Glühkerze gemäß Fig. 1,
  • Fig. 5 das Aufheizverhalten für eine Glühkerze gemäß Fig. 1 und eine bekannte Glühkerze,
  • Fig. 6 die Glührohrtemperatur bei Motorbetrieb und konstanter Heizleistung im Vergleich erfindungsgemäßer und einer bekannten Glühkerze,
  • Fig. 7 das Ergebnis einer Abgasvergleichsmessung mit Dauerglühen,
  • Fig. 8 schematisch den Einbau einer Glühkerze gemäß Fig. 1 in eine Wirbelkammer eines Dieselmotors, und
  • Fig. 9 schematisch ein Steuergerät, das mit unterschiedlichen Eingangsgrößen versorgt wird.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawing. On this shows
  • 1 shows a first embodiment of the glow plug according to the invention,
  • 1a shows a second embodiment of the glow plug according to the invention,
  • 2 shows a third embodiment of the glow plug according to the invention with protective tube,
  • 3 shows the sequence of a glow plug control for a 4-cylinder engine,
  • 4 shows the temperature profile on the glow tube surface for a glow plug according to FIG. 1,
  • 5 shows the heating behavior for a glow plug according to FIG. 1 and a known glow plug,
  • 6 shows the glow tube temperature during engine operation and constant heating output in comparison with a known glow plug according to the invention,
  • 7 shows the result of an exhaust gas comparison measurement with continuous annealing,
  • 8 schematically shows the installation of a glow plug according to FIG. 1 in a swirl chamber of a diesel engine, and
  • Fig. 9 schematically shows a control unit with different Input variables is supplied.

Fig. 1 zeigt eine Glühkerze 1 mit einem Glühkerzenkörper 3 und einem Glührohr 2, welches an seinem vom Glühkerzenkörper 3 entfernten Ende verschlossen ist. Zur elektrischen Beheizung des Glührohres 2 ist eine Widerstandsdrahtwendel 4, im folgenden Heizwendel genannt, in der Spitze des Glührohres 2, d.h. also konzentriert auf das dem Glühkerzenkörper 3 abgewandte Ende des Glührohres 2, angeordnet. Die Heizwendel 4 besteht aus einem Heizdraht, dessen Widerstand weitgehend unabhängig von der Temperatur ist (z.B. Kanthal). In einer weiteren Ausführungsform kann die Heizwendel 4 ganz oder, wie in Fig. 1a gezeigt, wo die Heizwendel den Teil 4a mit im wesentlichen temperaturunabhängigem Widerstand oder mit einem Widerstand mit schwach positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten und den Teil 4b mit stark positivem Temperaturkoeffizienten aufweist (die räumliche Anordnung der Teile 4a und 4b, kann auch vertauscht sein), teilweise aus einem Heizdraht mit Regelcharakteristik bestehen (z.B.: Ni, CoFe, Fe, ...). Hierdurch wird eine gewisse Selbstregelung der Glühkerze erreicht. Wird die Stromstärke in der Heizwendel durch die Steuerelektronik begrenzt, so kann unter der Voraussetzung eines entsprechend temperaturbeständigen Materials für die Heizwendel auch ein einheitlich negativer Temperaturkoeffizient von Vorteil sein.1 shows a glow plug 1 with a glow plug body 3 and a glow tube 2, which is closed at its end remote from the glow plug body 3. For the electrical heating of the glow tube 2, a resistance wire coil 4, hereinafter referred to as the heating coil, is located in the tip of the glow tube 2, i.e. thus concentrated on the end of the glow tube 2 facing away from the glow plug body 3. The heating coil 4 consists of a heating wire, the resistance of which is largely independent of the temperature (e.g. Kanthal). In a further embodiment, the heating coil 4 can be wholly or, as shown in FIG. 1a, where the heating coil has the part 4a with essentially temperature-independent resistance or with a resistance with a weakly positive or negative temperature coefficient and the part 4b with a strongly positive temperature coefficient ( spatial arrangement of parts 4a and 4b, can also be interchanged), partially consist of a heating wire with control characteristics (eg: Ni, CoFe, Fe, ...). As a result, a certain self-regulation of the glow plug is achieved. If the current strength in the heating coil is limited by the control electronics, a uniformly negative temperature coefficient can also be advantageous, provided that the heating coil has a correspondingly temperature-resistant material.

In jedem Fall ist jedoch die gesamte Heizwendel, also einschließlich desjenigen ggf. vorhandenen Teils derselben, der Regelcharakteristik hat, in der Spitze des Glührohres konzentriert untergebracht.In any case, however, the entire heating coil, that is to say including that part of it, which may be present and which has control characteristics, is concentrated in the tip of the glow tube.

Dieser Bereich wird auf max. 10 mm, vorzugsweise 4 bis 7 mm, begrenzt und nimmt einen Bereich von möglichst weniger als 1/3 der freien Glührohrlänge ein.This area is limited to max. 10 mm, preferably 4 to 7 mm, limits and occupies a range of less than 1/3 of the free glow tube length.

Da von der Materialauswahl (spezifischer Widerstand) und von der Wahl des Drahtdurchmessers her Grenzen gesetzt sind, kann diese räumliche Konzentration durch folgende Maßnahmen verbessert werden:

  • Verringerung des Windungsabstandes
  • Verwendung isolierter (z. B. oberflächenoxidierter) Drähte, die ohne Windungsabstand gewickelt werden können.
  • Koaxiale Anrodnung mehrerer Wicklungen
  • Verringerung des Gesamtwiderstandes
Since there are limits to the choice of material (specific resistance) and the choice of wire diameter, this spatial concentration can be reduced by the following measures be improved:
  • Reduction of the turn distance
  • Use of insulated (e.g. surface oxidized) wires that can be wound without winding spacing.
  • Coaxial arrangement of several windings
  • Reduction in overall resistance

Zur elektrischen Kontaktierung der Heizwendel 4 mit einem Anschlußteil 5, das sich auf der dem Glührohr 2 abgewandten Seite des Glühkerzenkörpers 3 befindet, ist eine niederohmige Verbindung 6, z.B. aus einem Nickeldraht, vorgesehen, der vorzugsweise gestreckt das Glührohr 2 durchsetzt. Die Heizwendel 4 ist mit Hilfe eines als Granulat ausgebildeten elektrisch isolierenden Materials 7 in dem Glührohr 2 eingebettet. Als Isolationsmaterial wird üblicherweise MgO verwendet. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen Heizwendel 4 und Glührohr 2 kann in diesem Abschnitt des Glührohres ein Isolationsmaterial mit höherer Wärmeleitfähigkeit (z.B. AlN₂) verwendet werden, während im Bereich der niederohmigen Drahtverbindung ein Isolationsmaterial mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Die räumliche Ausdehnung der Heizwendel 4 wird bewußt auf die Spitze des Glührohres konzentriert, um das glühende Volumen zu minimieren. Dadurch kann die zum Erreichen einer bestimmten Glühkerzentemperatur aufzubringende elektrische Leistung klein gehalten werden. Diese geringe elektrische Leistung ist Voraussetzung für einen Dauerbetrieb der Glühkerze. Außerdem werden dadurch die Verluste durch Konvektion, Strahlung und Wärmeleitung minimiert.For the electrical contacting of the heating coil 4 with a connecting part 5, which is located on the side of the glow plug body 3 facing away from the glow tube 2, a low-resistance connection 6, e.g. made of a nickel wire, which extends straight through the glow tube 2. The heating coil 4 is embedded in the glow tube 2 with the aid of an electrically insulating material 7 designed as granules. MgO is usually used as the insulation material. To improve the thermal conductivity between heating coil 4 and glow tube 2, an insulation material with higher thermal conductivity (e.g. AlN₂) can be used in this section of the glow tube, while an insulation material with lower thermal conductivity is used in the area of the low-resistance wire connection. The spatial expansion of the heating coil 4 is deliberately concentrated on the tip of the glow tube in order to minimize the glowing volume. As a result, the electrical power to be applied to reach a specific glow plug temperature can be kept low. This low electrical power is a prerequisite for continuous operation of the glow plug. It also minimizes the losses from convection, radiation and heat conduction.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Glühkerze, bei welcher zur weiteren Verringerung der Wärmeverluste bei niedrigeren Temperaturen im Brennraum bzw. der Vorkammer des Motors während der Gaswechselvorgänge ein das Glührohr 2 umgebendes Schutzrohr 9 vorgesehen ist. Im Bereich des Glührohrendes werden an der Spitze und/oder am Umfang des Schutzrohres 9 eine oder mehrere Öffnungen 10 vorgesehen, die dem Kraftstoff-Luftgemisch Zugang zum glühenden Glührohrende ermöglichen, wo das Kraftstoff-Luftgemisch dann gezündet wird. Zusätzlich hat das Schutzrohr 9 noch die Funktion, bei sehr hohen Brennraumtemperaturen eine Überhitzung des beheizten Glührohres zu verhindern. Diese Ausführungsform ist besonders für den Einsatz in Motoren mit sehr hohen Gaswechselgeschwindigkeiten und dadurch hohen Konvektionsverlusten geeignet.FIG. 2 shows a further embodiment of a glow plug, in which a protective tube 9 surrounding the glow tube 2 is provided to further reduce the heat losses at lower temperatures in the combustion chamber or the prechamber of the engine during the gas exchange processes. in the In the area of the glow tube end, one or more openings 10 are provided at the tip and / or on the circumference of the protective tube 9, which allow the fuel-air mixture access to the glowing glow tube end, where the fuel-air mixture is then ignited. In addition, the protective tube 9 also has the function of preventing the heated glow tube from overheating at very high combustion chamber temperatures. This embodiment is particularly suitable for use in engines with very high gas exchange speeds and thus high convection losses.

Fig. 3 zeigt schematisch die Ansteuerung der Glühkerzen am Beispiel eines 4-Zylinder-Motors. Ein elektrisches Schaltgerät steuert die einzelnen Glühkerzen, z.B. über Leistungsschalttransistoren, je nach Fahrzeugzustand ein und aus.Fig. 3 shows schematically the control of the glow plugs using the example of a 4-cylinder engine. An electrical switching device controls the individual glow plugs, e.g. via power switching transistors, depending on vehicle condition on and off.

Während der Vorglühphase werden alle vier Glühkerzen gleichzeitig betrieben.All four glow plugs are operated simultaneously during the preheating phase.

Um die Steilheit des Einschaltstromes zu verringern, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Glühkerzen mit einer geringen zeitlichen Verzögerung nacheinander zugeschaltet werden. Die Dauer der Vorglühphase kann in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie Außentemperatur, Kühlwassertemperatur, Versorgungsspannung, Glühkerzenwiderstand verändert werden. Nach Ablauf der Vorglühzeit werden die Glühkerzen nacheinander getaktet eingeschaltet, so daß eine Überhitzung der Glühkerzen vermieden wird. Die Glühkerzen sind elektrisch so ausgelegt, daß bei einer Einschaltdauer von 25 % bei jedem Fahrzustand die gewünschte Glühkerzentemperatur von z.B. >850°C erreicht wird. Das getaktete aufeinanderfolgende Einschalten der vier Glühkerzen in der Weise, daß die Einschaltphasen lückenlos und ohne Überlapp aneinander anschließen, hat den Vorteil, daß das Bordnetz mit einem nahezu konstanten Strom belastet wird.In order to reduce the steepness of the inrush current, it is advantageous if the individual glow plugs are switched on in succession with a slight time delay. The duration of the preheating phase can be changed depending on various parameters, such as outside temperature, cooling water temperature, supply voltage, glow plug resistance. After the pre-glow time has elapsed, the glow plugs are switched on in succession so that overheating of the glow plugs is avoided. The glow plugs are designed electrically so that with a duty cycle of 25% the desired glow plug temperature of e.g. > 850 ° C is reached. The clocked successive switching on of the four glow plugs in such a way that the switch-on phases connect to each other without gaps and without overlap has the advantage that the on-board electrical system is loaded with an almost constant current.

Je nach Auslegung der elektrischen Werte der Glühkerzen kann es vorteilhaft sein, nach der Vorglühphase noch eine Zwischenglühphase mit 50 % bzw. 75 % Einschaltdauer einzufügen. Hierbei sind dann jeweils zwei bzw. drei Glühkerzen gleichzeitig beheizt.Depending on the design of the electrical values of the glow plugs it may be advantageous to insert an intermediate glow phase with a 50% or 75% duty cycle after the preheat phase. Two or three glow plugs are then heated simultaneously.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Glühkerzen von dem Steuergerät auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden und eventuelle Mängel dem Fahrer angezeigt werden. Eine solche Prüfphase kann sowohl vor der Vorglühzeit als auch in den jeweiligen Taktpausen der einzelnen Glühkerzen vorgesehen werden. Wird für die Glühkerzen eine Heizwendel mit temperaturabhängigem Widerstand verwendet, kann zusätzlich die Wendeltemperatur überwacht werden.It is particularly advantageous if the glow plugs are checked for functionality by the control device and any defects are displayed to the driver. Such a test phase can be provided both before the preheating time and in the respective clock pauses of the individual glow plugs. If a heating coil with temperature-dependent resistance is used for the glow plugs, the coil temperature can also be monitored.

In Fig. 4 ist der Temperaturverlauf an der Glührohroberfläche nach einer Aufheizzeit von 30 Sekunden dargestellt. Im Vergleich zur bekannten Glühkerze mit sich über die gesamte Länge des Glührohrs erstreckender Widerstandsdrahtwendel (gestrichelte Linie) ist bei der Glühkerze gemäß Fig. 1 (durchgezogene Linie) das glühende Volumen auf die Glührohrspitze konzentriert; die gesamte elektrische Energie wird im Bereich der Glührohrspitze, wo die Widerstanddrahtwendel konzentriert ist, umgesetzt. Demgegenüber wird bei der bekannten Glühkerze der größte Teil der elektrischen Energie im Bereich des Regelwendelteils der Widerstandsdrahtwendel umgesetzt, der sich über den größeren Teil der Glührohrlänge auf der dem Glühkerzenkörper zugewandten Seite erstreckt. Dieser Teil des Glührohres wird bei der gegenständlichen Glühkerze durch eine niederohmige Rückführung durchmessen. Durch die Verringerung des glühenden Volumens bei der gegenständlichen Glühkerze werden die Wärmeverluste bei Motorbetrieb so gering gehalten, daß mit einer vertretbaren Energie (<50W) die Glührohrspitze eine Temperatur von >850°C annimmt.4 shows the temperature profile on the glow tube surface after a heating-up time of 30 seconds. In comparison to the known glow plug with a resistance wire coil extending over the entire length of the glow tube (dashed line), the glowing volume is concentrated on the glow tube tip in the glow plug according to FIG. 1 (solid line); all electrical energy is converted in the area of the glow tube tip, where the resistance wire coil is concentrated. In contrast, in the known glow plug the major part of the electrical energy is converted in the area of the regulating filament part of the resistance wire filament, which extends over the larger part of the glow tube length on the side facing the glow plug body. This part of the glow tube is measured in the glow plug in question by a low-resistance feedback. By reducing the glowing volume of the glow plug in question, the heat losses during engine operation are kept so low that with a reasonable energy (<50W) the glow tube tip assumes a temperature of> 850 ° C.

Außerdem wird durch die Konzentration der umgesetzten elektrischen Energie in der Glührohrspitze ein schnelleres Aufheizen erreicht, was in Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 5 ist sowohl der Glühstrom über der Zeit als auch die Oberflächentemperatur an der Glührohrspitze dargestellt. Die bekannte Glühkerze (gestrichelte Linie) beginnt mit einer hohen Anfangsstromspitze, die zu der Erwärmung der Regelwendel führt. Durch den steigenden Widerstand der Regelwendel nimmt der Glühstrom ab, und die Regelwendel übernimmt den größten Teil der elektrischen Energie. Zur Erreichung einer Temperatur von 850°C an der Glührohrspitze werden ca. 6,5 s und zur Erreichung von 950°C ca. 9,5 s benötigt.In addition, the concentration of the converted electrical energy in the glow tube tip makes it faster Heating reached, which is shown in Fig. 5. 5 shows both the glow current over time and the surface temperature at the glow tube tip. The known glow plug (dashed line) begins with a high initial current peak, which leads to the heating of the control coil. Due to the increasing resistance of the control coil, the glow current decreases and the control coil takes over most of the electrical energy. It takes approx.6.5 s to reach a temperature of 850 ° C at the glow tube tip and approx.9.5 s to reach 950 ° C.

Bei der gegenständlichen Glühkerze fließt während der Vorglühzeit ein nahezu konstanter Glühstrom. Die gesamte elektrische Energie wird in der Glührohrspitze umgesetzt und die Temperatur von 850°C in 4,5 s und von 950°C in 5,5 s erreicht. Nach der Vorglühzeit wird die Glühkerze mit einer Einschaltdauer von 25 % betrieben. Dadurch kommt es bei der Temperaturkurve zu einer Temperaturspitze während der Vorglühphase, wonach sich die Temperatur einem konstanten Wert annähert.In the glow plug in question, an almost constant glow current flows during the preheating period. All of the electrical energy is converted in the tip of the glow tube and the temperature of 850 ° C is reached in 4.5 s and 950 ° C in 5.5 s. After the preheating period, the glow plug is operated with a duty cycle of 25%. As a result, the temperature curve peaks during the preheating phase, after which the temperature approaches a constant value.

Ein Vergleich der bekannten Serienglühkerze und der gegenständlichen Glühkerze (Fig. 6) bei Motorbetrieb mit einer konstanten Heizleistung von ca. 40 W ergab folgendes. Die Serienglühkerze erreichte bei jeder Brennraumtemperatur nur eine geringe Temperaturerhöhung, während die gegenständliche Glühkerze bei jedem Fahrzustand eine Temperatur von >850°C annahm. Bei der Ausführungsform der Glühkerze ohne Schutzrohr gemäß Fig. 1 steigt die Temperatur bei hohen Brennraumtemperaturen auf ca. 1000°C an. Die Glühkerze mit Schutzrohr nach Fig. 2 zeigt über den gesamten Fahrbereich an der Glührohrspitze eine nahezu konstante Temperatur. Das ist auf die abschirmende Wirkung des Schutzrohres zurückzuführen. Hierdurch kann die Lebensdauer der Glühkerze weiter verbessert werden. Bei hohen Brennraumtemperaturen nimmt das Schutzrohr eine höhere Temperatur an und wirkt dadurch als Glühzündungserreger.A comparison of the known series glow plug and the object glow plug (FIG. 6) during engine operation with a constant heating power of approx. 40 W resulted in the following. The standard glow plug only reached a slight increase in temperature at every combustion chamber temperature, while the glow plug in question assumed a temperature of> 850 ° C in every driving condition. In the embodiment of the glow plug without protective tube according to FIG. 1, the temperature rises to approximately 1000 ° C. at high combustion chamber temperatures. The glow plug with protective tube according to FIG. 2 shows an almost constant temperature over the entire driving range at the tip of the glow tube. This is due to the shielding effect of the protective tube. This can further improve the life of the glow plug. At high combustion chamber temperatures, the thermowell takes on a higher temperature and thus acts as Glow ignition exciter.

Zum Nachweis der Wirkung des Dauerglühens auf den Verbrennungsvorgang wurden Abgasvergleichsmessungen durchgeführt.Exhaust gas comparison measurements were carried out to demonstrate the effect of the continuous glow on the combustion process.

In Fig. 7 sind die Abgaswerte bei einem US-Zyklus am Beispiel eines Volkswagen Golf Diesel dargestellt. Hierbei wurde der Serienzustand (ohne Dauerglühen) auf 100 % normiert. Im Vergleich dazu sind die derzeitig gültigen US-Grenzwerte aufgetragen. Die Heizstabtemperatur der Glühkerze gemäß Fig. 1 wurde extern auf 850°C geregelt.7 shows the exhaust gas values for a US cycle using the example of a Volkswagen Golf Diesel. The series condition (without permanent annealing) was standardized to 100%. In comparison, the currently applicable US limit values are plotted. 1 was externally regulated at 850 ° C.

Durch die bessere Verbrennung konnten die Werte für Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) deutlich verringert werden. Wegen der höheren Verbrennungstemperatur stieg der NOx-Wert erwartungsgemäß etwas an. Die verbesserten HC- und CO-Werte deuten auf einen zündaussetzerfreien Betrieb hin. Auch die Partikelemissionen wurden durch das Dauerglühen erheblich verbessert, was ebenfalls auf eine bessere Verbrennung schließen läßt.Thanks to the better combustion, the values for hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) were significantly reduced. Due to the higher combustion temperature, the NO x value rose somewhat as expected. The improved HC and CO values indicate misfire-free operation. Particle emissions were also significantly improved by the continuous annealing, which also suggests better combustion.

Da sich durch die heiße Glühkerzenspitze der Zündverzug verkleinert, kann durch einen von Fahrzeugherstellern neu zu bestimmenden Einspritzzeitpunkt mit einer weiteren Abgas- bzw. Partikelverringerung gerechnet werden.Since the ignition delay is reduced by the hot glow plug tip, a further reduction in exhaust gas or particles can be expected due to a new injection timing to be determined by vehicle manufacturers.

Die Verkürzung des Zündverzuges hat bekannterweise eine Verringerung des Verbrennungsgeräusches und des Luftschalls zur Folge.The shortening of the ignition delay is known to result in a reduction in combustion noise and airborne noise.

Man kann erwarten, daß durch das Dauerglühen in Verbindung mit weiteren motorischen Maßnahmen (Brennraumgestaltung, Einspritzzeitpunktregelung) auch ohne Rußfilter zukünftige Partikelgrenzwerte eingehalten werden können.It can be expected that the continuous glow in conjunction with other engine measures (combustion chamber design, injection timing control) will allow future particle limits to be maintained even without a soot filter.

Fig. 8 Zeigt schematisch den Einbau einer Glühkerze gemäß Fig. 1 in eine Wirbelkammer eines Dieselmotors. Das zentrale Steuergerät erfaßt die verschiedenen Motorparameter und versorgt die Glühkerzen mit einer entsprechenden Heizleistung. Zusätzlich kann dieses Steuergerät noch die Einspritzsteuerung und die Überwachung der Glühkerzen übernehmen.8 shows schematically the installation of a glow plug according to FIG. 1 in a swirl chamber of a diesel engine. The central control unit records the various engine parameters and supplies the glow plugs with an appropriate heating output. In addition, this control unit can also Take over injection control and monitoring of the glow plugs.

In Fig. 9 ist schematisch das Steuergerät dargestellt, das mit den unterschiedlichen Eingangsgrößen versorgt wird. Diese Daten werden nach einem vorgegebenen Programm in einem Mikroprozessor verarbeitet, der dann die Leistungsendstufe ansteuert. In einem Speicherbaustein können motorspezifische Daten und Kennfelder gespeichert sein. Zusätzlich führt der Mikroprozessor die Funktionsüberwachung (Diagnose) der Glühkerzen durch und meldet eventuelle Fehler an den Fahrer.FIG. 9 schematically shows the control device that is supplied with the different input variables. This data is processed according to a predetermined program in a microprocessor, which then controls the power output stage. Engine-specific data and maps can be stored in a memory block. In addition, the microprocessor performs function monitoring (diagnosis) of the glow plugs and reports any errors to the driver.

Claims (12)

Glühkerze für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse (3), mit einer Anschlußvorrichtung (5) für den Glühstrom und mit einem an dem Kerzengehäuse angebrachten Glührohr (2), das an seinem vom Kerzengehäuse abgewandten Ende verschlossen ist, wobei in dem Glührohr (2) ein drahtwendelförmiges Widerstandselement (4) in einem elektrisch isolierenden Material (7) eingebettet vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtwendelförmige Widerstandselement (4) räumlich auf den Bereich des vom Kerzengehäuse (3) abgewandten Endes des Glührohres (2) konzentriert ist.Glow plug for an air-compressing internal combustion engine, with a plug housing (3), with a connecting device (5) for the glow current and with a glow tube (2) attached to the plug housing, which is closed at its end facing away from the plug housing, the glow tube (2 ) a helical resistance element (4) is provided embedded in an electrically insulating material (7), characterized in that the helical resistance element (4) is spatially concentrated on the region of the end of the glow tube (2) facing away from the candle housing (3). Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (4) einheitliche Temperaturcharakteristik hat.Glow plug according to claim 1, characterized in that the resistance element (4) has a uniform temperature characteristic. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand des Widerstandselements (4) weitgehend temperaturunabhängig ist.Glow plug according to claim 2, characterized in that the electrical resistance of the resistance element (4) is largely independent of temperature. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand des Widerstandselements (4) einen positiven Temperaturkoeffizienten mit Regelwirkung hat.Glow plug according to Claim 2, characterized in that the electrical resistance of the resistance element (4) has a positive temperature coefficient with regulating action. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand des Widerstandselements (4) einen negativen Temperaturkoeffizienten hat.Glow plug according to claim 2, characterized in that the electrical resistance of the resistance element (4) has a negative temperature coefficient. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (4) aus einem Teil (4a) mit weitgehend temperaturunabhängigem Widerstand und einem Teil (4b) mit positivem Temperaturkoeffezienten mit Regelwirkung besteht.Glow plug according to claim 1, characterized in that the resistance element (4) consists of a part (4a) with largely temperature-independent resistance and a part (4b) with positive temperature coefficient with control effect. Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Widerstandselements (4) mit der Anschlußvorrichtung (5) eine niederohmige Drahtverbindung (6) vorgesehen ist.Glow plug according to one of the preceding claims, characterized in that a low-resistance wire connection (6) is provided for connecting the resistance element (4) to the connecting device (5). Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das elektrisch isolierende Material (7) ein Material mit vergleichsweise hoher thermischer Leitfähigkeit vorgesehen ist.Glow plug according to one of the preceding claims, characterized in that a material with a comparatively high thermal conductivity is provided for the electrically insulating material (7). Glühkerze nach Anspruch 8 in Rückbezug auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das elektrisch isolierende Material (7) mit vergleichsweise hoher thermischer Leitfähigkeit auf den Bereich des Widerstandselements (4) beschränkt und daß im Bereich der niederohmigen Drahtverbindung ein elektrisch isolierendes Material (7) mit verhältnismäßig niedriger thermischer Leitfähigkeit vorgesehen ist.Glow plug according to claim 8 with reference to claim 7, characterized in that the electrically insulating material (7) with a comparatively high thermal conductivity is limited to the area of the resistance element (4) and that in the area of the low-resistance wire connection an electrically insulating material (7) is provided with relatively low thermal conductivity. Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Glührohr (2) umgebendes Schutzrohr (9) mit Öffnungen (10) im Bereich des das Widerstandselement (4) enthaltenden Teils des Glührohres (2) vorgesehen ist.Glow plug according to one of the preceding claims, characterized in that a protective tube (9) surrounding the glow tube (2) is provided with openings (10) in the region of the part of the glow tube (2) containing the resistance element (4). Satz von Glühkerzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerzen (1) in einer Einschaltphase im Überlapp und in einer nachfolgenden Phase lückenlos und ohne Überlapp aufeinanderfolgend einschaltbar sind.Set of glow plugs according to one of the preceding claims, characterized in that the glow plugs (1) can be switched on successively in an overlap in a switch-on phase and in a subsequent phase without gaps and without overlap. Glühkerzensatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltphase für die einzelnen Glühkerzen (1) mit geringer zeitlicher Versetzung beginnt.Glow plug set according to Claim 11, characterized in that the switch-on phase for the individual glow plugs (1) begins with a slight time offset.
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