EP0812410B1 - Glühstiftkerze für dieselmotoren - Google Patents

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EP0812410B1
EP0812410B1 EP96900879A EP96900879A EP0812410B1 EP 0812410 B1 EP0812410 B1 EP 0812410B1 EP 96900879 A EP96900879 A EP 96900879A EP 96900879 A EP96900879 A EP 96900879A EP 0812410 B1 EP0812410 B1 EP 0812410B1
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EP
European Patent Office
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heating device
ceramic heating
glow plug
section
cross
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EP96900879A
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Johannes Locher
Albrecht Geissinger
Jürgen OBERLE
Werner Teschner
Horst BÖDER
Karl-Heinz Heussner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • 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 is based on a glow plug for diesel engines with a ceramic heater of the genus Main claim. It is already such a glow plug from the DE-OS 38 37 128 known in which a ceramic heater held by the tip of a cylindrical holder becomes. The ceramic heater is against the Electrically insulated holder. On the side of the cylindrical Holder facing the ceramic heater a connection device is provided which is connected to the supply voltage is contacted.
  • the ceramic heater consists of a U-shaped heating section. The both ends of the U-shaped heating section are each with contacted the connecting device.
  • a voltage is applied to the ceramic heater applied such that a current flows through the ceramic heating section from one end of the U-shaped heating section over the combustion chamber tip of the heating section flows to the other end of the U-shaped heating section.
  • the Electricity causes heating due to the resistance of the ceramic of the heating section so that it glows and that Can ignite fuel-air mixture.
  • the glow plug according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that the area the heater most accessible to the combustible mixture because of the greater resistance the fastest way to reach the necessary ignition temperature. Thereby shorter heating times are possible.
  • the increase in resistance by reducing the cross section of the electrical conductive ceramic allows a ceramic Use a heating element with a slightly thicker wall, that then only to the desired one, from the design of the engine dependent points has a reduced cross section. As a result, the mechanical strength in particular ceramic heating section can be increased.
  • FIG. 1 shows a first embodiment the glow plug according to the invention
  • Figure 2 shows a second Embodiment
  • Figure 3 shows a third embodiment
  • Figure 4 shows schematically two possible installation variants of a glow plug in the swirl chamber of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment the invention.
  • the glow plug is here from a cylindrical metal tube 1.
  • This cylindrical Metal tube represents the housing of the glow plug and serves by a thread 2 on the outside for screwing in in the engine block.
  • the cylindrical metal tube also serves as a holder for the glow plug, which in the Combustion chamber protrudes and here for heating the diesel mixture provides.
  • a ceramic heating device 3 as a glow plug, whose head end serves as a heating element.
  • the housing is so in the, not shown Engine block of an internal combustion engine screwed in that the end of the ceramic heater 3 in a cantilever Condition in a combustion chamber of the internal combustion engine protrudes.
  • the ceramic heater 3 is made here made of a U-shaped electrically conductive ceramic.
  • the rear end of the cylindrical metal tube 1 includes a connecting bolt 4, which by means of an insulation layer 5 electrically opposite the cylindrical metal tube 1 is isolated.
  • the connecting bolt 4 is in turn a contact 6 with the ceramic heater 3 in the kind contacted that the contact in the closed combustion chamber side Ceramic heater bottom electric is contacted.
  • Ceramic heater 3 is on its peripheral surface held by the cylindrical metal tube with the cylindrical metal tube 1 electrically contacted, so that the bottom of the ceramic chamber Heating device 3 on the one hand with the supply voltage, which, for example, of the battery, not shown a motor vehicle is delivered, connected and on the other hand via the cylindrical metal tube 1 with mass is contacted.
  • the wall thickness The ceramic heater is not about that entire ceramic heater the same. Rather, it is Wall thickness in the cantilevered end of the ceramic Heater 3 less than at its edge. This causes the resistance on the combustion chamber side the ceramic heater increased so that at at this point the ceramic heater glows first.
  • Figure 2 shows the longitudinal section of a second embodiment the invention.
  • the glow plug of Figure 2 corresponds in principle Structure of the design of Figure 1, which is why provide the individual details with the same reference numerals are and the structure for the same details not again to be explained.
  • the embodiment according to FIG. 2 is also the cross-sectional area of the ceramic heater reduced on the far side of the holder.
  • Figure 1 were here in the wall of the ceramic Heater recesses 7 introduced. With the Number, the diameter and the position of the recesses 7 can be the location of the smallest material cross section and thus the hottest place on the ceramic Heating device can be precisely defined and adjusted.
  • the Cutouts can be in the form of holes be introduced. It is only necessary to ensure that when creating the Voltage the current through the location of the ceramic heater flows at which the cross-sectional area for the Current flow is reduced and thus the resistance is increased.
  • the core of the ceramic heater is one heat-resistant, electrically insulating material filled.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the invention, which is to be explained with reference to FIG. 4.
  • the Figure 3 shows only the ceramic heating pin, since the Structure and arrangement of the metal pipe and the connecting device corresponds to Figures 1 to 2 and not here to be explained again.
  • Figure 4 is schematic a swirl chamber of an internal combustion engine is shown.
  • the Combustion air necessary for the combustion passes through an overflow channel 11 in the swirl chamber during the Fuel is injected into the swirl chamber via a nozzle 12 is so that a combustible mixture forms.
  • Glow plug G1 is in here the so-called current installation position, i.e. the for Combustion air flowing in overflow channel 11 of the swirl chamber hits the glow plug in the upward direction G1.
  • the tip of the glow pen is the furthest here accessible to the flammable mixture. That is why it makes sense also the point with the reduction of the cross section of the electrically conductive ceramics, as described in FIGS. 1 to 2, at the tip of the ceramic heater remote from the holder provided.
  • the second glow plug G2 installed in the so-called current reduction position. Here hits the incoming combustion air in the downward direction on the glow plug G2. For clarification was in the Vortex chamber with the dashed arrow schematically the Direction of flow entered. Because with this current reduction position the glow plug the combustible mixture in a defined Distance from the tip away from the holder to the glow plug hits, the reduced cross-section is also on attached this place. The defined distance is included depending on the design of the engine. Installation in Downstream direction is opposite to the current installation position cheaper in terms of exhaust gas values.
  • the ceramic heater in the form of the glow plug the can be kept self-supporting from the housing, of course also used as a heating device for flame candles become.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze für Dieselmotoren mit einer keramischen Heizvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Glühkerze aus der DE-OS 38 37 128 bekannt, bei welcher eine keramische Heizvorrichtung von der Spitze eines zylindrischen Halters gehalten wird. Die keramische Heizvorrichtung ist gegen den Halter elektrisch isoliert. Auf der Seite des zylindrischen Halters, die der keramischen Heizvorrichtung gegenüberliegt ist eine Anschlußvorrichtung vorgesehen, welche mit der Versorgungsspannung kontaktiert ist. Die keramische Heizvorrichtung besteht aus einem U-förmigen Heizabschnitt. Die beiden Enden des U-förmigen Heizabschnitts sind jeweils mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert. Während eines Glühvorgangs wird an die keramische Heizvorrichtung eine Spannung derart angelegt, daß ein Strom über den keramischen Heizabschnitt und zwar von einem Ende des U-förmigen Heizabschnitts über die brennraumseitige Spitze des Heizabschnitts zum anderen Ende des U-förmigen Heizabschnitts fließt. Der Strom bewirkt aufgrund des Widerstandes der Keramik die Erwärmung des Heizabschnittes, so daß dieser glüht und das Brennstoff-Luftgemisches entzünden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil , daß der Bereich der Heizvorrichtung, der dem brennbaren Gemisch am zugänglichsten ist, aufgrund des damit größeren Widerstandes am schnellsten die notwendige Zündtemperatur erreicht. Dadurch sind kürzere Aufheizzeiten möglich. Die Widerstandserhöhung durch eine Reduzierung des Querschnitts der elektrisch leitfähigen Keramik ermöglicht es, ein keramisches Heizelement von etwas stärkerer Wanddicke einzusetzen, das dann nur an den gewünschten, von der Konstruktion des Motors abhängigen Punkten einen reduzierten Querschnitt aufweist. Dadurch kann die mechanische Festigkeit insbesondere des keramischen Heizabschnittes erhöht werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Reduzierung der Wanddicke der keramischen Heizvorrichtung eine Erhöhung des Widerstandes und damit eine schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur an dieser Stelle einfach und ohne Veränderung der Materialbeschaffenheit zu realisieren ist. Bei einem Einbau der Glühstiftkerze wird die Stelle der Heizvorrichtung am heißesten, die die beste Gemischzugänglichkeit hat, was somit ein besseres Entzündung des Dieselgemisches bewirkt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze möglich. Eine weitere einfache und kostengünstige Realisierung der Reduzierung des Querschnittes des Strompfades durch die Keramik ergibt sich, wenn die keramische Heizvorrichtung an den Stellen der Querschnittsreduzierung einfach mit Unterbrechungen, beispielsweise Bohrungen versehen ist. Hier ist keine neue entsprechend angepaßte Fertigung notwendig, sondern beispielsweise nur ein weiterer Arbeitsschritt beispielsweise das Bohren hinzuzufügen. Durch das Ausfüllen der elektrisch leitenden keramischen Heizvorrichtung mit elektrisch isolierenden Material wird die mechanische Festigkeit der keramischen Heizvorrichtung erhöht.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, und Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel. Figur 4 zeigt schematisch zwei mögliche Einbauvarianten einer Glühkerze in der Wirbelkammer einer Brennkraftmaschine.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die Glühstiftkerze besteht hierbei aus einen zylindrischen Metallrohr 1. Dieses zylindrische Metallrohr stellt das Gehäuse der Glühkerze dar und dient durch ein auf der Außenseite angebrachtes Gewinde 2 zum Einschrauben in den Motorblock. Das zylindrische Metallrohr dient außerdem als Halter für den Glühstift, welcher in den Brennraum hineinragt und hier für eine Erwärmung des Dieselgemisches sorgt. In eine Spitze des zylindrischen Metallrohrs 1 ist als Glühstift eine keramische Heizvorrichtung 3, deren Kopfende als Heizelement dient, eingebracht. Mittels des Gewindes 2 wird das Gehäuse so in den nicht dargestellten Motorblock einer Brennkraftmaschine eingeschraubt, daß das Ende der keramischen Heizvorrichtung 3 in einem freitragenden Zustand in eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine hineinragt. Die keramische Heizvorrichtung 3 besteht hierbei aus einer U-förmigen elektrisch leitfähigen Keramik. Das rückwärtige Ende des zylindrischen Metallrohrs 1 umfaßt einen Anschlußbolzen 4, welcher mittels einer Isolationsschicht 5 gegenüber des zylindrischen Metallrohrs 1 elektrisch isoliert ist. Der Anschlußbolzen 4 ist wiederum über einen Kontakt 6 mit der keramischen Heizvorrichtung 3 in der Art kontaktiert, daß der Kontakt im geschlossenen brennraumseitigen Boden der keramischen Heizvorrichtung elektrisch leitend kontaktiert ist. Die keramische Heizvorrichtung 3 ist an ihrer vom zylindrischen Metallrohr gehaltenen Umfangsfläche mit dem zylindrischen Metallrohr 1 elektrisch kontaktiert, so daß der brennraumseitige Boden der keramischen Heizvorrichtung 3 einerseits mit der Versorgungsspannung, welche beispielsweise von der nicht dargestellten Batterie eines Kraftfahrzeugs geliefert wird, verbunden ist und andererseits über das zylindrische Metallrohr 1 mit Masse kontaktiert ist. Damit ergibt sich ein Stromfluß von dem verschlossenen Boden der keramischen Heizvorrichtung 3 über die Seitenwände der keramischen Heizvorrichtung zum zylindrischen Metallrohr nach Masse. Die Wanddicke der keramischen Heizvorrichtung ist hierbei nicht über die gesamte keramische Heizvorrichtung gleich. Vielmehr ist die Wanddicke im brennraumseitigen freitragenden Ende der keramischen Heizvorrichtung 3 geringer als an ihrem Rand. Dadurch wird der Widerstand auf der Brennraumseite der keramischen Heizvorrichtung erhöht, so daß an dieser Stelle die keramische Heizvorrichtung zuerst glüht.
Figur 2 zeigt den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Glühstiftkerze der Figur 2 entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau der konstruktiven Gestaltung der Figur 1, weshalb die einzelnen Details mit gleichem Bezugszeichen versehen sind und der Aufbau für gleiche Details nicht nochmals erläutert werden soll. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist ebenfalls die Querschnittsfläche der keramischen Heizvorrichtung auf der halterfernen Seite verringert. Im Gegensatz zu Figur 1 wurden hier jedoch in die Wand der keramischen Heizvorrichtung Aussparungen 7 eingebracht. Mit der Anzahl, dem Durchmesser und der Lage der eingebrachten Aussparungen 7 kann die Stelle des geringsten Werkstoffquerschnitts und somit die heißeste Stelle an der keramischen Heizvorrichtung genau definiert und eingestellt werden. Die Aussparungen können in Form von Bohrungen eingebracht werden. Es ist lediglich sicherzustellen, daß beim Anlegen der Spannung der Strom durch die Stelle der keramischen Heizvorrichtung fließt, an welcher die Querschnittsfläche für den Stromfluß verringert und damit der Widerstand erhöht ist.
Der Kern der keramischen Heizvorrichtung ist mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Material gefüllt.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausgestaltungsform der Erfindung, die unter Bezugnahme der Figur 4 erläutert werden soll. Die Figur 3 zeigt hier nur den keramischen Heizstift, da der Aufbau und die Anordnung des Metallrohrs und der Anschlußvorrichtung den Figuren 1 bis 2 entspricht und hier nicht nochmals erläutert werden soll. In Figur 4 ist schematisch eine Wirbelkammer einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die für die Verbrennung notwendige Verbrennungsluft gelangt über einen Überströmkanal 11 in die Wirbelkammer, während der Brennstroff über eine Düse 12 in die Wirbelkammer eingespritzt wird, so daß sich ein brennfähiges Gemisch bildet. Nun sind in dieser Figur 4 zwei Einbaumöglichkeiten für Glühstiftkerzen gezeigt. Die Glühstiftkerze G1 ist hier in der sogenannten Stromaufeinbaulage dargestellt, d.h. die zum Überströmkanal 11 der Wirbelkammer einströmende Verbrennungsluft trifft in Aufwärtsrichtung auf die Glühstiftkerze G1. Hier ist die halterferne Glühstiftspitze am weitesten dem brennbaren Gemisch zugänglich. Deshalb ist es sinnvoll auch die Stelle mit der Reduzierung des Querschnitts der elektrischen leitfähigen Keramik, wie in Figur 1 bis 2 beschrieben, an der halterfernen Spitze der keramischen Heizvorrichtung vorzusehen. Dagegen ist die zweite Glühstiftkerze G2 in der sogenannten Stromabeinbaulage eingebaut. Hier trifft die einströmende Verbrennungsluft in Abwärtsrichtung auf die Glühstiftkerze G2. Zu Verdeutlichung wurde in der Wirbelkammer mit dem gestrichelten Pfeil schematisch die Strömungsrichtung eingetragen. Da bei dieser Stromabeinbaulage der Glühstiftkerze das brennfähige Gemisch in einem definierten Abstand von der halterfernen Spitze auf den Glühstift auftrifft, wird der reduzierte Querschnitt auch an dieser Stelle angebracht. Der definierte Abstand ist dabei abhängig von der Konstruktion des Motors. Der Einbau in Stromabwärtsrichtung ist gegenüber der Stromaufeinbaulage günstiger im Hiblick auf die Abgaswerte aus.
Die keramische Heizvorrichtung in Form des Glühstiftes, der von dem Gehäuse freitragend gehalten wird, kann selbstverständlich auch bei Flammkerzen als Heizvorrichtung eingesetzt werden.

Claims (3)

  1. Glühkerze für Dieselmotoren mit einem zylindrischen Metallrohr (1), mit einer Anschlußvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mit einer im Querschnitt U-förmigen keramischen Heizvorrichtung (3), wobei das zylindrische Metallrohr (1) an seiner Spitze die keramische Heizvorrichtung (3) freitragend hält, wobei die keramische Heizvorrichtung (3) mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert ist, so daß während des Glühvorgangs ein Strom durch die keramische Heizvorrichtung (3) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Heizvorrichtung (3) mindestens eine Stelle verringerten Querschnitts (7, 10) aufweist, wobei sich die Querschnittsreduzierung an einem vorgebbaren Bereich in der Seitenwand der keramischen Heizvorrichtung (3) befindet und wobei zur Querschnittsreduzierung der keramischen Heizvorrichtung (3) die Wanddicke in diesem vorgebbaren Bereich reduziert ist.
  2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Querschnittsreduzierung Aussparungen (7) in die Wand der keramischen Heizvorrichtung (3) eingebracht sind.
  3. Glühkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizvorrichtung (3) mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Material (8) gefüllt ist.
EP96900879A 1995-02-28 1996-02-01 Glühstiftkerze für dieselmotoren Expired - Lifetime EP0812410B1 (de)

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EP0812410A1 EP0812410A1 (de) 1997-12-17
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