EP0812410B1 - Pencil type glow plug for diesel engines - Google Patents
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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.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. During an annealing process 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.
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.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.
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.Especially It is advantageous that by reducing the wall thickness ceramic heater one Increasing the resistance and thus achieving it faster the operating temperature at this point simply and to realize without changing the material properties is. When installing the glow plug becomes the location of the heater hottest who has the best mix accessibility what thus causes a better ignition of the diesel mixture.
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. By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified glow plug possible. Another simple and inexpensive realization of the Reduction of the cross section of the current path through the ceramic arises if the ceramic heater at the points of cross-section reduction simply with breaks, for example Holes is provided. There is no new one here adapted production necessary, but for example just another step, for example drilling add. By filling in the electrically conductive ceramic heater with electrically insulating material becomes the mechanical strength of the ceramic heater elevated.
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.Embodiments of the invention are in the drawing shown and explained in more detail in the following description. 1 shows a first embodiment the glow plug according to the invention, Figure 2 shows a second Embodiment, and 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.
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.Figure 1 shows a longitudinal section through a first embodiment
the invention. The glow plug is here
from a
Figur 2 zeigt den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Figure 2 shows the longitudinal section of a second embodiment the invention.
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.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. In the embodiment according to FIG. 2
is also the cross-sectional area of the ceramic heater
reduced on the far side of the holder. In contrast
to Figure 1, however, were here in the wall of the
Der Kern der keramischen Heizvorrichtung ist mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Material gefüllt. The core of the ceramic heater is one heat-resistant, electrically insulating material filled.
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.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. In Figure 4 is schematic
a swirl chamber of an internal combustion engine is shown. The
Combustion air necessary for the combustion passes through
an
Die keramische Heizvorrichtung in Form des Glühstiftes, der von dem Gehäuse freitragend gehalten wird, kann selbstverständlich auch bei Flammkerzen als Heizvorrichtung eingesetzt werden.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.
Claims (3)
- Heater plug for diesel engines, having a cylindrical metal tube (1), having a connecting device for the electrical contact connection, and having a ceramic heating device (3) which is U-shaped in cross section, the cylindrical metal tube (1) holding, at its tip, the ceramic heating device (3) in a cantilevered manner, the ceramic heating device (3) being in contact with the connecting device, so that a current flows through the ceramic heating device (3) during the heating process, characterized in that the ceramic heating device (3) has at least one point of reduced cross section (7, 10), the cross-sectional reduction being situated at a predeterminable region in the side wall of the ceramic heating device (3), and, in order to reduce the cross section of the ceramic heating device (3), the wall thickness is reduced in this predeterminable region.
- Heater plug according to Claim 1, characterized in that cutouts (7) are made in the wall of the ceramic heating device (3) in order to further reduce the cross section.
- Heater plug according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic heating device (3) is filled with a heat-resistant, electrically insulating material (8).
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