EP1050716B1 - Glühkerze und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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EP1050716B1
EP1050716B1 EP00108176A EP00108176A EP1050716B1 EP 1050716 B1 EP1050716 B1 EP 1050716B1 EP 00108176 A EP00108176 A EP 00108176A EP 00108176 A EP00108176 A EP 00108176A EP 1050716 B1 EP1050716 B1 EP 1050716B1
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Michael Haussner
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Ulf Wyrwich
Reinhold Grebe
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Martin Eller
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23Q2007/007—Manufacturing or assembling methods ion current sensors

Definitions

  • the plastic in the contact area to the body 1 Heating rod 2 or on the inner wall of the heating rod bore in Body 1 are applied, whereupon heating element 2 and Body 1 by reducing, pressing in or pulling together be firmly connected. It can also be beneficial be to cover the sealing seat 1a with the insulation 5, so that the insulation 5 after installing the candle additionally is fixed between candle body 1 and cylinder head.
  • the Insulation 5 consists of temperature-resistant Plastic with good sealing properties such as Teflon or Vespel.
  • Figure 5 gives another embodiment of the invention again, being a partial, electrically insulating ceramic coating 7 on the exiting from the body 1 Range of the heating rod 2 to, for example, about 5 mm is applied below its head end; this head area, which represents the actual ignition range by covering during coating of coating be kept free.
  • This creates a defined ion current electrode formed in the head area of the heating element 2, which together with the counter electrode, which is usually the
  • the mass of the connected cylinder head is a defined one electric field forms in its sphere of influence Ion current can be detected.
  • This "shaping" of the electrical Field can be attached by, for example, a formed as a ring shaped body 10, the head of the heating element 2 is supported.
  • an overmolding can also be used as an integral overmolding of the front area of the heating element 2 his.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze, die einen Heizstab mit einem Innenpol mit Glüh- und ggf. Regelelement(en) aufweist, wobei der Heizstab gegenüber dem Glühkerzenkörper elektrisch isoliert ist, sowie Verfahren zur Herstellung dieser Glühkerze. Solch eine Glühkerze ist z. B. aus der JP 58138923 bekannt.
Es ist aus der gängigen Praxis bekannt, Glühkerzen mit einem Heizstab aus Metall mit innenliegendem Innenpol und mit metallenem Glühkerzenkörper derart auszubilden, daß zwischen Heizstabwandung und Glühkerzenkörper eine hitzebeständige elektrische Isolierung in Form einer Glaseinschmelzung eingebracht ist. Hierbei werden der Glühkerzenkörper aus Metall und der Heizstab aus Metall mit ihrem jeweiligen Anschluß sowie zwischen Glühkerzenkörper und Heizstab befindliche Glasröhrchen in eine Graphitform eingebracht und in einem Ofen erwärmt, bis das Glas schmilzt. Die Anschlüsse werden durch keramische Röhrchen gegeneinander elektrisch isoliert. Nach Abkühlung und Erstarrung der Glasschmelze ist der Glühkerzenkörper gegen den Heizstab und die Anschlüsse isoliert fixiert. Bei diesem aufwendigen Fertigungsverfahren muß die Behandlung in einem Ofen erfolgen, wodurch unter anderem auch der Einsatz hitzebeständiger Werkstoffe nötig ist. Baupräzision und Funktionsqualität sind bei dieser Verfahrensweise nicht ohne weiteres zu gewährleisten, da beispielsweise während des Verfahrens der Verzug der Bauteile möglich ist. Der eben geschilderte technische Aufwand der Erstellung der Glühkerzen dieser Art entspricht dem wirtschaftlichen Aufwand.
Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, zumindest den Heizstab aus Keramikmaterial herzustellen; hierbei muß in einem mehrstufigen Fertigungsprozeß, für den Spezialwerkzeuge und Vorrichtungen notwendig sind, die Keramik zu dem Heizstab geformt, zusammengesetzt, gebrannt und geschliffen werden. Darüberhinaus muß der Keramikheizstab mit einem Stützrohr verbunden werden und kann erst dann in einer konventionellen Montage zu einer fertigen Glühkerze verbaut werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile eine Glühkerze zur Verfügung zu stellen, die üblicherweise unter Vermeidung spezieller teurer und aufwendiger Fertigungsverfahren herstellbar ist, eine relativ große, definierte Elektrode zur Verfügung stellt, hohe konstruktive Präzision und funktionelle Qualität besitzt und, insbesondere bei kombinierter Verwendung zur Ionenstrommessung zu verbesserten und zuverlässigeren Meßsignalen führt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Glühkerze gemäß Ansprüchen 1 bis 8 sowie durch die Verfahren zur Herstellung derartiger Glühkerzen gemäß Ansprüchen 9 bis 12 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren 1 bis 10 näher erläutert. Hierbei ist:
  • Figur 1 ein teilweiser schematischer Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 2 der teilweise schematische Längsschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 3 der teilweise schematische Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Glühkerze mit separater Ionenstrommeßhülse;
  • Figur 4 der teilweise Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze nach Figur 3;
  • Figur 5 der teilweise Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform;
  • Figur 6 der Längsschnitt durch den anschlußseitigen Endbereich des Heizstabes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 7 der teilweise Längsschnitt durch den anschlußseitigen Endbereich des Heizstabes einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 8 eine schematische Darstellung des Anschlußbereichs einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Figur 9 der teilweise Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 10 der teilweise Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze;
  • Figur 11 der schematische teilweise Längsschnitt durch eine Anordnung mit Glühkerze;
    • Gemäß Figur 1 besitzt die abgebildete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze einen üblichen Glühkerzenkörper 1, der jedoch aus wärmebeständigen, elektrisch nicht leitendem Kunststoffmaterial besteht und mit einem üblichen Heizstab 2 aus Metall, der in üblicher Weise mit einem innenliegenden Innenpol (nicht abgebildet) und damit verbundenen Heiz- und ggf. Regelelementen versehen ist.
    Im Preßsitzbereich des Körpers 1 auf dem Heizstab 2 können Nuten, Einkerbungen u.ä. in dem Heizstab 2 ausgebildet sein, in die korrespondierende Grate u.ä. des Körpers 1 eingreifen.
    Die Herstellung dieser erfindungsgemäßen Glühkerze kann beispielsweise durch Einpressen des üblichen Heizstabes 2 in den Kunststoffkörper 1 oder durch Umspritzen des Heizstabes 2 mit der Kunststoffmasse für den Körper 1 erfolgen.
    Die Anschlüsse 3, 4 mit Innenpol bzw. Heizstabwandung werden als Kabelanschlüsse aus dem anschlußseitigen Endbereich der Glühkerze herausgeführt.
    Die Ausführungsform gemäß Figur 2 weist einen Körper 1 aus Metall und einen üblichen Heizstab 2 auf; zwischen der Außenwandung des Heizstabes 2 und der Bohrung für den Heizstab 2 in Körper 1 ist eine Kunststoffisolierung 5, beispielsweise aus thermoplastischem oder duroplastischem isolierenden und hitzebeständigem Material eingebracht, wobei in der Innenwand der Heizstabbohrung im Körper 1 und/oder auf der Außenwand des Heizstabes 2 bevorzugt Nuten oder Rillen vorgesehen sind, in das das Kunststoffmaterial insbesondere dann eindringt, wenn die Härtung des Materials in dem Ringspalt zwischen Körper 1 und Heizstab 2 bei vormontierter Einheit aus Heizstab 2 und Körper 1 erfolgt. Ebenso kann bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze der Kunststoff im Kontaktbereich zum Körper 1 auf Heizstab 2 oder auf die Innenwandung der Heizstabbohrung im Körper 1 aufgebracht werden, worauf dann Heizstab 2 und Körper 1 durch Reduzieren, Einpressen oder Einziehen miteinander fest verbunden werden. Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, den Dichtsitz 1a mit der Isolierung 5 zu überdecken, so daß die Isolierung 5 nach Einbau der Kerze zusätzlich zwischen Kerzenkörper 1 und Zylinderkopf fixiert ist. Die Isolierung 5 besteht aus temperaturbeständigen Kunststoff mit guten Dichteigenschaften wie Teflon oder Vespel.
    Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze gemäß Figur 3 besitzt eine separate Ionenstrommeßhülse 6, die bis in den Verbrennungsbereich vorragt und sowohl gegen den Körper 1 durch Isolierung 5 als auch gegen den Heizstab 2 durch Isolierung 7 elektrisch isoliert ist. Der Anschluß der Wandung des Heizstabes 2 erfolgt über Anschluß 4 in Rohrform, wobei ein O-Ring 8 gegen den Innenpol 3 isoliert.
    Der Körper 1 wird beispielsweise zusammen mit der Ionenstrommeßhülse 6 und dem rohrförmigen Außenpol 4 in einem Spritzgießwerkzeug fixiert, in-dann das isolierende Kunststoffmaterial, beispielsweise ein geeignetes Harz oder Thermoplast, eingebracht wird, so daß dieses dann neben der mechanischen Fixierung die Isolierung 5 der Ionenstrommeßhülse 6 gegen den Körper 1 auch die Isolierung 5 der Ionenstrommeßhülse 6 gegen den rohrförmigen Außenpol 4 darstellt. Zu diesem Zweck ist die Ionenstrommeßhülse 6 perforiert, damit die Kunststoffmasse in alle Bereiche vordringen bzw. die eingeschlossene Luft entweichen kann. Zusätzlich ist der Heizstab 2 im Bereich der Kontaktfläche zur Ionenstrommeßhülse 6 beispielsweise keramisch beschichtet 7. Der Heizstab 2 kann dann über Einziehen, Reduzieren oder Rollen mit der Icnenstrommeßhülse 6 fest verbunden werden. Die Isolierung der Ionenstrommeßhülse 6 gegenüber dem Heizstab 2 ist durch die beispielsweise keramische Beschichtung 7 gewährleistet.
    Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird in Figur 4 wiedergegeben, die der gemäß Figur 3 entspricht, wobei jedoch das rohrförmige Kontaktrohr 4 als -Außenpol entfällt, und wobei die rohrförmige Heizstabwandung als Außenpol-Anschlußelement 9 aus dem Körper herausgeführt ist.
    Figur 5 gibt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform wieder, wobei eine teilweise, elektrisch isolierende keramische Beschichtung 7 auf dem aus dem Körper 1 austretende Bereich des Heizstabes 2 bis beispielsweise etwa 5 mm unterhalb von dessem Kopfende aufgebracht ist; dieser Kopfbereich, der den eigentlichen Zündbereich darstellt, kann durch Abdeckung während des Beschichtens von Beschichtung freigehalten werden. Hierdurch wird eine definierte Ionenstromelektrode im Kopfbereich des Heizstabes 2 ausgebildet, die zusammen mit der Gegenelektrode, die in der Regel die Masse des angeschlossenen Zylinderkopfes ist, ein definiertes elektrisches Feld ausbildet in dessen Einflußbereich der Ionenstrom erfaßt werden kann. Diese "Formung" des elektrischen Feldes kann durch die Anbringung zum Beispiel eines als Ring ausgebildeten Formkörpers 10, der am Kopf des Heizstabes 2 angebracht ist, unterstützt werden. Alternativ hierzu kann eine solche Aufformung auch als integrale Ausformung des vorderen Bereichs des Heizstabes 2 ausgebildet sein.
    In Figur 6 wird eine neuartige Anschlußvariation, insbesondere für Glühkerzen gemäß Erfindung, wiedergegeben, bei der der Anschluß des Heizstabes 2 über ein Kontaktrohr 4 erfolgt, wobei dieses Kontaktrohr 4 in eine Aufbohrung des Endbereichs des Heizstabes 2 eingebracht ist; zum Abschluß des Innenraumes des Heizstabes 2 ist ein O-Ring 8 vorgesehen, der zusammen mit dem Kontaktrohr 4 im anschlußseitigen Endbereich des Heizstabes 2 eingesetzt bzw. einreduziert wird.
    Bei einer anderen erfindungsgemäßen Gestaltung des Heizstabanschlusses gemäß Figur 7 ist ein Kontaktrohr 4, beispielsweise durch Impulsschweißen, konzentrisch auf der Stirnfläche des anschlußseitigen Endbereichs des Heizstabes 2 fixiert; zwischen Kontaktrohr 4 und Innenpol 3 ist die Isolierung 11 in Form eines Isolierrohrs oder einer Isoliermasse, beispielsweise MgO vorgesehen; der O-Ring 8 wiederum isoliert und fixiert den Innenpol 3 gegenüber dem Heizstab. 2 und dichtet gleichzeitig den Innenraum des Heizstabes 2 ab.
    Gemäß Figur 8 kann ein zwei- oder mehrpoliger Stecker 12 über den mit einer Mutter 13 befestigten - bereits serienmäßig verbauten - Schraubanschluß 14 mit einer Glühkerze verbunden werden, bei der der Anschluß des Innenpols 3 wie ein konventioneller Innenpol mit Gewindeabschluß und der Anschluß des Heizstabes 2 als über den Körper 1 hinausragendes Metallrohr mit Bund ausgebildet ist.
    Gemäß Figur 9 besitzt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze eine isolierende, hitzebeständige Schicht 7, beispielsweise aus Keramik, im Bereich des in den Brennraum ragenden Teils des Heizstabes 2 und schließt bevorzugt an die Isolation 5 zwischen Heizstab 2 und Körper 1 an. Diese Schicht überdeckt jedoch die Heizstabspitze, beispielsweise über einen Bereich von etwa 5 bis 10 mm, soweit sie den eigentlichen Zündbereich bildet, nicht. Hierdurch wird erreicht, daß die Nebenschlußgefahr durch Verminderung oder Verhinderung von Rußbildung auf der temperaturbeständigen isolierenden Schicht 24 verhindert wird. Meßsignale, z.B. bezüglich des Ionenstroms können von dem nicht isolierten Spitzenbereich des Heizstabes 2; der den eigentlichen Zündbereich bildet, über den Zylinderkopf genommen werden; in diesem Bereich wird der Ruß infolge der Umgebungstemperatur oder der Heizstabtemperatur beim Glühbetrieb abgebrannt.
    In entsprechender Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 9 ist bei einer anderen Ausführungsform gemäß Figur 10 anstelle der Keramikschicht eine katalytische Schicht 20 aufgebracht, die das Abbrennen der Rußschicht in diesem Heizstabbereich geringerer Temperatur katalysiert; geeignete Bestandteile einer solchen katalytischen Schicht 20 können Platin oder Palladium oder deren hitzebeständige Verbindungen oder Legierungen sein.
    Eine Anordnung gemäß Figur 11 weist eine Glühkerze auf, wobei die Kerze in einem Zylinderkopf 22 aus Keramik oder einem anderen isolierenden temperaturbeständigen Material angeordnet ist und wobei der Ionenstrom beispielsweise zwischen Heizstab 2 und Injektor 23 gemessen werden kann. Eine solche Anordnung fällt jedoch nicht unter den Schutzbereich der Anmeldung.
    Die Vorteile der Erfindung bestehen in den einfachen Fertigungsverfahren, die zur Massenproduktion geeignet und in die bisher übliche Fertigung integrierbar sind; die erfindungsgemäßen Glühkerzen zeichnen sich durch geringe Form- und Lagerabweichungen der Bauteile, insbesondere des Innenpols aus, wobei die verschiedenen Bauteile und Baustoffe wie abdichtende Bauteile und Isoliermassen den unterschiedlichen Betriebstemperaturen des jeweiligen Glühkerzenbereichs angepaßt werden können; gleichzeitig stellen die erfindungsgemäßen Glühkerzen in ihrem brennraumseitigen Bereich eine unempfindliche, großflächige Elektrode zur Verfügung, wobei genauere und zuverlässigere Ionenstrommeßsignale erzielbar sind. Gleichzeitig erlauben die rohrförmig ausgebildeten Coaxialverbindungen einfache Anschlüsse, insbesondere des Innenpols.

    Claims (12)

    1. Glühkerze mit einem Glühkerzenkörper (1) und einem im Glühkerzenkörper (1) angeordneten Heizstab (2), in den ein Innenpol (3) mit Heiz- und gegebenenfalls Regelelementen führt und dessen gegenüber dem Glühkerzenkörper (1) elektrisch isolierte Wandung den Außenpol (4) bildet, alternativ bildet ein Kontaktrohr (4) auf dem Heizstab (2), welcher gegenüber dem Glühkerzenkörper (1) isoliert ist, den Außenpol, wobei der Heizstab (2) oder der Kontaktrohr (4) mit einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial (5) umgeben ist.
    2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Kunststoffmaterial, das den Heizstab (2) umgibt, den Glühkerzenkörper (1) bildet.
    3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Kunststoffmaterial, das den Heizstab (2) umgibt, eine Schicht (5) bildet, die zwischen dem Heizstab (2) und dem Glühkerzenkörper (1) verläuft.
    4. Glühkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im anschlussseitigen Bereich der elektrische Anschluss an die Wandung des Heizstabes (2) durch einen Rohrabschnitt (4) des Kontaktrohrs erfolgt, dessen eines Ende in einer angepassten Ausbohrung im Endbereich der Heizstabwandung angeordnet ist, wobei ein O-Ring (8) den Innenraum des Heizstabes (2) abdichtet und gleichzeitig das Kontaktrohr (4) gegen den Innenpol (3) elektrisch isoliert.
    5. Glühkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im anschlussseitigen Endbereich des Heizstabes (2) das Kontaktrohr (4) beispielsweise durch Punktschweißung fixiert ist, das gegenüber dem sich durch das Kontaktrohr erstreckenden Innenpol durch eingebrachtes elektrisch isolierendes Material (11) elektrisch isoliert ist, wobei ggf. ein O-Ring (8) zur Abdichtung des Innenraumes des Heizstabes (2) und zur elektrisch isolierenden Positionierung des Innenpols (3) vorgesehen ist.
    6. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Ionenstrommesshülse (6) konzentrisch um den in den Brennraum ragenden Bereich des Heizstabes (2) vorgesehen ist, die sowohl gegen den Körper (1) als auch gegen den Heizstab (2) isoliert ist, wobei die Isolierung gegen den Heizstab (2) auf dem Anlagebereich der Ionenstrommesshülse (6) am Heizstab (2) als Beschichtung aus dem hitzebeständigem, elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
    7. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Brennraum ragende Bereich des Heizstabes (2), ausschließlich der Heizstabspitze als Zündbereich, mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Kunststoff- oder Keramikmaterial (7), beschichtet ist.
    8. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Brennraum ragende. Bereich des Heizstabes (2), ausschließlich der Heizstabspitze als Zündbereich, mit einer Schicht (20) versehen ist, die katalytisches Material zur Verhinderung der Bildung einer Rußschicht enthält oder daraus besteht.
    9. Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze mit einem Glühkerzenkörper und einem im Glühkerzenkörper angeordneten Heizstab nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab mit dem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt wird.
    10. Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze mit einem Glühkerzenkörper und einem im Glühkerzenkörper angeordneten Heizstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstab (2) in einen vorgefertigten Kunststoffkörper eingepresst wird.
    11. Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze mit einem Glühkerzenkörper und einem im Glühkerzenkörper angeordneten Heizstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringspalt zwischen dem Heizstab (2) und dem Glühkerzenkörper (1) ein elektrisch isolierender Kunststoff eingebracht wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff in flüssiger oder pulverförmiger Form eingebracht und ausgehärtet wird.
    EP00108176A 1999-05-05 2000-04-13 Glühkerze und Verfahren zur Herstellung derselben Expired - Lifetime EP1050716B1 (de)

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    Publication Number Publication Date
    EP1050716A1 EP1050716A1 (de) 2000-11-08
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    US (1) US6255626B1 (de)
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    JP (1) JP2000337633A (de)
    KR (1) KR100708292B1 (de)
    AT (1) ATE247257T1 (de)
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