JP5675042B2 - Ceramic glow plug with reduced heater spacing - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1に記載された、殊に自己着火内燃機関を始動させるためのグロープラグから出発する。   The invention starts from a glow plug as claimed in claim 1, in particular for starting self-igniting internal combustion engines.

自己着火内燃機関の始動時には、内燃機関の燃焼室内での燃料−空気混合物の初期着火が必要とされる。このために、それぞれ燃焼室の壁面内に配置されているグロープラグが使用される。グロープラグは、着火すべき燃料−空気混合物と接触されるグローピンを含む。   When starting a self-igniting internal combustion engine, initial ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine is required. For this purpose, glow plugs are used which are each arranged in the wall of the combustion chamber. The glow plug includes a glow pin that is in contact with the fuel-air mixture to be ignited.

通常、グローピンは、導電性セラミックから完成されている。この場合、グローピンは、定義された電気抵抗を有し、したがってグローピンと電圧源とを結合した場合には、グローピンを定義された温度に加熱する電流が流れる。この温度は、燃料−空気混合物を着火させるのに十分であるように選択される。   Usually, glow pins are completed from conductive ceramics. In this case, the glow pin has a defined electrical resistance, so that when the glow pin and the voltage source are coupled, a current flows that heats the glow pin to the defined temperature. This temperature is selected to be sufficient to ignite the fuel-air mixture.

欧州特許出願公開第1768456号明細書の記載から、セラミック材料中に加熱素子が埋設されているグロープラグは、公知である。この加熱素子は、u字形に構成されており、セラミック材料からなるコアを取り囲んでいる。加熱素子によって取り囲まれているコアの焼き切れを阻止するために、この加熱素子を十分な厚さに完成させることが必要とされる。一般に、グロープラグの幾何学的形状は、予め定められているので、この結果、加熱素子のセラミック外被は、よりいっそう僅かな厚さで形成されていなければならない。しかし、グロープラグは、エンジンルーム内で一般にオイルアッシュ腐蝕に晒されているので、セラミック材料は、退化する。この退化は、グロープラグの可使時間の減少をまねく。グロープラグの予め定められた幾何学的形状およびコアの必要とされる厚さのために、欧州特許出願公開第1768456号明細書の記載から公知のグロープラグの場合には、加熱素子を被覆するセラミック材料をよりいっそう厚手に形成させ、可使時間を上昇させることは、不可能である。
欧州特許出願公開第1768456号明細書
From the description in EP 1 768 456, a glow plug in which a heating element is embedded in a ceramic material is known. The heating element has a u-shape and surrounds a core made of a ceramic material. In order to prevent burnout of the core surrounded by the heating element, it is necessary to complete the heating element to a sufficient thickness. In general, the geometry of the glow plug is predetermined, so that the ceramic envelope of the heating element must be formed with a much smaller thickness. However, since the glow plug is generally exposed to oil ash corrosion in the engine room, the ceramic material degenerates. This degeneration leads to a decrease in the usable life of the glow plug. Due to the predetermined geometry of the glow plug and the required thickness of the core, in the case of the glow plug known from the description of EP 1768456, the heating element is coated. It is impossible to make the ceramic material thicker and increase the pot life.
European Patent Application No. 1768456

本発明は、グロープラグの場合に、加熱素子を被覆するセラミック材料をよりいっそう厚手に形成させ、可使時間を上昇させることは、可能にするという課題が課された。   In the case of a glow plug, the present invention has a problem that it is possible to form a thicker ceramic material for coating the heating element and to increase the pot life.

本発明により形成されたグロープラグは、殊に、自己着火内燃機関を始動させるために、着火可能な燃料−空気混合物を含む、内燃機関の燃焼室中に係合する先端を有するグローピンを備えている。グローピンは、セラミック材料から完成されている外被を備え、および加熱素子を含む。この加熱素子は、少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さを有する材料からなるコアを取り囲んでいる。   A glow plug formed in accordance with the present invention comprises, in particular, a glow pin having a tip engaged in a combustion chamber of an internal combustion engine containing an ignitable fuel-air mixture for starting a self-igniting internal combustion engine. Yes. The glow pin includes a jacket that is completed from a ceramic material and includes a heating element. The heating element surrounds a core made of a material having a burnout strength of at least 20 kV / mm.

少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さのために、加熱素子によって取り囲まれているコアを、公知技術水準から公知のグロープラグの場合に可能であるよりも少ない厚さで形成させることが可能である。それによって、加熱素子を取り囲む、グローピンの外被のためのセラミック材料をよりいっそう厚手に形成させることが可能になる。それによって、グロープラグの可使時間を延長させることができる。それというのも、オイルアッシュ腐蝕によるセラミック材料の分解は、よりいっそう厚手のためのグロープラグの使用不可能性を結果としてまねく損傷をよりいっそう後で生じるからである。   Due to the burn-out strength of at least 20 kV / mm, it is possible to form the core surrounded by the heating element with a thickness less than is possible with known glow plugs from the state of the art. . This makes it possible to form a thicker ceramic material for the envelope of the glow pin surrounding the heating element. Thereby, the pot life of the glow plug can be extended. This is because the degradation of the ceramic material due to oil ash corrosion results in damage later, resulting in the inability to use glow plugs for even thicker.

1つの好ましい実施態様において、コアのためのセラミック材料とグローピンの外被のためのセラミック材料とは、本質的に同じ熱膨張率を有する。本質的に同じ熱膨張率により、グロープラグの加熱の際にグローピンの外被のセラミック材料またはコアの材料が損傷されることは、回避される。これは、殊に、コアがグローピンの外被のセラミック材料より大きな熱膨張率を有する場合に可能になる。この場合、コアは、外被より強く膨脹し、このことは、外被の引き裂きをまねく。   In one preferred embodiment, the ceramic material for the core and the ceramic material for the glow pin jacket have essentially the same coefficient of thermal expansion. With essentially the same coefficient of thermal expansion, damage to the ceramic material or core material of the glow pin jacket during the glow plug heating is avoided. This is possible especially when the core has a higher coefficient of thermal expansion than the ceramic material of the glow pin jacket. In this case, the core expands stronger than the jacket, which leads to tearing of the jacket.

コアのための材料としては、例えば窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素が適しており、特に有利には、コアの材料としては、窒化アルミニウムである。窒化アルミニウムの利点は、約20〜25kV/mmの高い焼き切れ強さであり、そのために、コアの直径は、極めて小さく選択されてよい。この場合、窒化アルミニウムの焼き切れ強さは、正確な組成および製造業者に依存する。即ち、例えば通常、自己着火内燃機関内で動作されるようなグロープラグの場合、コアの厚さは、0.6mmで十分であり、この場合コアによる焼き切れは発生しない。更に、窒化アルミニウムの利点は、空気の遮断下での温度安定性である。窒化アルミニウムの融点は、約2000℃である。しかし、温度安定性は、空気の遮断下でのみ与えられるので、窒化アルミニウムからなるコアに別のセラミック材料からなる外被を備えさせることが必要である。   Suitable materials for the core are, for example, aluminum nitride, silicon carbide and silicon nitride, particularly preferably the material for the core is aluminum nitride. The advantage of aluminum nitride is a high burn-out strength of about 20-25 kV / mm, for which reason the core diameter may be chosen very small. In this case, the burn-out strength of aluminum nitride depends on the exact composition and manufacturer. That is, for example, in the case of a glow plug that is normally operated in a self-ignition internal combustion engine, a core thickness of 0.6 mm is sufficient, and in this case, burnout by the core does not occur. Furthermore, an advantage of aluminum nitride is temperature stability under air shut-off. The melting point of aluminum nitride is about 2000 ° C. However, since temperature stability is only provided under air shutoff, it is necessary to provide a core made of aluminum nitride with a jacket made of another ceramic material.

本発明によれば、グロープラグのセラミック材料は、非酸化物セラミックである。通常、空気の存在下でも高い温度安定性を示すセラミックが使用される。グローピンのための非酸化物セラミックとしては、例えば窒化ケイ素または炭化ケイ素が適しており、特に有利には、グローピンのためのセラミック材料として、窒化ケイ素である。   According to the invention, the ceramic material of the glow plug is a non-oxide ceramic. Usually, ceramics are used that exhibit high temperature stability even in the presence of air. Suitable non-oxide ceramics for glow pins are, for example, silicon nitride or silicon carbide, particularly preferably silicon nitride as the ceramic material for glow pins.

グローピンのためのセラミック材料としての窒化ケイ素およびコアのためのセラミック材料としての窒化アルミニウムを使用することの利点は、これら双方のセラミックが約4.6×10-6-1の類似した熱膨張率を有することである。従って、これら2つのセラミックを組み合わせることにより、安定した長命のグロープラグを製造することができる。窒化アルミニウムは、窒化ケイ素より高い焼き切れ強さを有し、したがって窒化ケイ素からなるコアより僅かな厚さを有する窒化アルミニウムからなるコアを完成させることができるので、同じ外形寸法の場合に、加熱素子を包囲する外被のためのセラミック材料の厚さをよりいっそう厚手に調節することを可能にする。それによって、グロープラグの寿命は、増加することができる。それというのも、例えばオイルアッシュ腐蝕による退化に基づく窒化ケイ素の分解は、加熱素子が達成されるまで数時間を要するからである。 The advantage of using silicon nitride as the ceramic material for the glow pins and aluminum nitride as the ceramic material for the core is that both ceramics have similar thermal expansions of about 4.6 × 10 −6 K −1. Is to have a rate. Therefore, by combining these two ceramics, a stable and long-life glow plug can be manufactured. Aluminum nitride has a higher burn-off strength than silicon nitride, and thus can complete a core made of aluminum nitride having a slight thickness than a core made of silicon nitride. It makes it possible to adjust the thickness of the ceramic material for the envelope surrounding the element even more. Thereby, the lifetime of the glow plug can be increased. This is because, for example, the decomposition of silicon nitride based on degradation due to oil ash corrosion requires several hours until the heating element is achieved.

グロープラグの外被のためのセラミック材料として窒化ケイ素を使用することのもう1つの利点は、窒化ケイ素が空気の存在下でも約1400℃の温度になるまで安定性であることである。更に、窒化ケイ素は、高い強度を示す。   Another advantage of using silicon nitride as the ceramic material for the glow plug jacket is that the silicon nitride is stable up to a temperature of about 1400 ° C. even in the presence of air. Furthermore, silicon nitride exhibits high strength.

グロープラグを加熱する加熱素子は、通常、u字形で構成されている。u字形で構成された加熱素子は、コアを取り囲み、およびその側でグローピンのセラミック材料によって取り囲まれている。   The heating element for heating the glow plug is usually configured in a u-shape. A heating element configured in a u-shape surrounds the core and on its side is surrounded by a ceramic material of glow pins.

通常、加熱素子のための材料としては、炭化タングステン含有セラミックが使用される。   Typically, tungsten carbide containing ceramic is used as the material for the heating element.

グローピンのセラミック材料による加熱素子の外被は、必要である。それというのも、殊に炭化タングステンは、加熱素子の成分として空気の存在下で空気酸素と反応し、それにより加熱素子の焼き切れが生じるであろうからである。この結果、グロープラグの修復不可能な故障をまねく。   A heating element jacket made of glow pin ceramic material is necessary. This is because, in particular, tungsten carbide will react with air oxygen in the presence of air as a component of the heating element, which will cause the heating element to burn out. This results in an irreparable failure of the glow plug.

本発明の実施態様において、コア中に1つの溝が形成されており、この溝中には、加熱素子が含まれている。この溝の利点は、コアの平らな表面が該表面上に含まれる加熱素子で保証されることである。それによって、寸法の正確さは、付加的に確保される。それというのも、加熱素子に相応する溝をグローピンのためのセラミック材料中に形成することは不要であるからである。   In an embodiment of the present invention, a groove is formed in the core, and a heating element is included in the groove. The advantage of this groove is that a flat surface of the core is guaranteed with the heating element contained on the surface. Thereby, dimensional accuracy is additionally ensured. This is because it is not necessary to form a groove in the ceramic material for the glow pin corresponding to the heating element.

コアのためのセラミック材料としての窒化アルミニウムおよび前記コアを取り囲むグローピンのためのセラミック材料としての窒化ケイ素を使用する場合、グローピンのセラミック材料と前記材料によって取り囲まれたコアとの間には、コアの材料とグローピンの材料とを結合する境界層が形成される。それによって、コアと該コアを包囲するセラミック材料は、安定して互いに結合される。その上、境界層は、勾配材料として作用し、即ち、物質特性は、絶えずコアの材料から該コアを包囲するセラミック材料へ変化し、突然の変化は起こらない。コアのためのセラミック材料としての窒化アルミニウムおよびグローピンのためのセラミック材料としての窒化ケイ素を使用する場合には、一般に、取付中に系中へ導入される酸素含量のためにSiAlONが形成される。このSiAlONは、コアの窒化アルミニウムと該コアを包囲する窒化ケイ素との間に境界層を形成する。   When using aluminum nitride as the ceramic material for the core and silicon nitride as the ceramic material for the glow pin surrounding the core, between the ceramic material of the glow pin and the core surrounded by the material, A boundary layer is formed that joins the material and the material of the glow pin. Thereby, the core and the ceramic material surrounding the core are stably bonded together. In addition, the boundary layer acts as a gradient material, i.e. the material properties continually change from the material of the core to the ceramic material surrounding the core and no sudden changes occur. When using aluminum nitride as the ceramic material for the core and silicon nitride as the ceramic material for the glow pin, SiAlON is generally formed due to the oxygen content introduced into the system during mounting. The SiAlON forms a boundary layer between the core aluminum nitride and the silicon nitride surrounding the core.

更に、本発明は、本発明による形成されたグロープラグの製造法に関する。   Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a formed glow plug according to the present invention.

グロープラグの製造のために、少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さを有する材料からなるコアと加熱素子とを、グローピンの外被のためのセラミック材料からなる少なくとも2つの成形部材によって取り囲む。コアと成形部材とからなるこの複合体は、焼結され、グロープラグに変わる。成形部材とコアとは、焼結によって互いに結合され、その結果、1つの安定した複合体が生じる。その上、コアとグローピンの外側スリーブを形成する成形部材との間には、境界層が形成され、その結果、勾配材料が生じ、この勾配材料によって、物質特性が突然に変化することが回避される。   For the manufacture of glow plugs, a core made of a material with a burn-out strength of at least 20 kV / mm and a heating element are surrounded by at least two molded parts made of a ceramic material for the glow pin jacket. This composite consisting of the core and the molded member is sintered and turned into a glow plug. The molded member and the core are bonded together by sintering, resulting in one stable composite. In addition, a boundary layer is formed between the core and the molded member forming the outer sleeve of the glow pin, resulting in a gradient material that avoids sudden changes in material properties. The

本発明による方法の1つの実施態様において、加熱素子は、グローピンの外被のためのセラミック材料からなる成形部材上に印刷される。しかし、他の選択可能な方法で、加熱素子をコア上に印刷することも可能である。コア上またはグローピンのためのセラミック材料からなる成形部材上に印刷することにより、加熱素子の対向面の間の距離の減少は、完成工程中に回避されることが達成される。更に、加熱素子をコア中に形成されている溝中に印刷することは、好ましい。コア中の溝により、寸法の正確さは、前記したように付加的に確保される。   In one embodiment of the method according to the invention, the heating element is printed on a molded part made of a ceramic material for the glow pin jacket. However, it is also possible to print the heating element on the core in other selectable ways. By printing on the core or on a molded part made of ceramic material for glow pins, it is achieved that a reduction in the distance between the opposing faces of the heating elements is avoided during the completion process. Furthermore, it is preferred to print the heating element in a groove formed in the core. Due to the grooves in the core, dimensional accuracy is additionally ensured as described above.

応力が発生することを回避させるために、コアと加熱素子とは、特に同時に焼結される。   In order to avoid the occurrence of stress, the core and the heating element are sintered in particular simultaneously.

本発明の実施態様は、図に示されており、以下の記載で詳細に説明される。   Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in detail in the following description.

図1には、本発明により形成されたグローピンを示す断面が図示されている。   FIG. 1 shows a cross section of a glow pin formed according to the present invention.

グロープラグの先端は、グローピン1と呼称され、この場合このグロープラグは、本明細書中では図示されていない内燃機関の燃焼室中に突入し、燃料−空気混合物の初期着火を達成させる。   The tip of the glow plug is referred to as the glow pin 1, in which case the glow plug enters a combustion chamber of an internal combustion engine not shown here to achieve initial ignition of the fuel-air mixture.

本発明により形成されたグローピン1は、少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さを有する材料からなるコア3を含む。コア3のための材料としては、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素が適している。コア3のための材料として特に有利なのは、窒化アルミニウムである。本質的に純粋な窒化アルミニウムからなるコアと共に、コア3のための材料に、例えば希土類酸化物を添加することも可能である。適当な希土類酸化物は、例えばY23、Yb23、Lu23ならびにLa、Nd、GdおよびScの酸化物である。希土類酸化物および/またはアルカリ金属酸化物の含量は、特に0〜15質量%の範囲内にある。 The glow pin 1 formed according to the present invention includes a core 3 made of a material having a burn-out strength of at least 20 kV / mm. Suitable materials for the core 3 are, for example, aluminum nitride, silicon nitride and silicon carbide. A particularly advantageous material for the core 3 is aluminum nitride. It is also possible to add a rare earth oxide, for example, to the material for the core 3 together with a core consisting essentially of pure aluminum nitride. Suitable rare earth oxides are, for example, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 and oxides of La, Nd, Gd and Sc. The content of rare earth oxides and / or alkali metal oxides is in particular in the range from 0 to 15% by weight.

コア3には、加熱素子5が接続している。加熱素子5は、一般に、u字形に構成されており、および第1の肩部7および第2の肩部9を含み、これらの肩部は、互いに対向して配置されている。第1の肩部7と第2の肩部9は、コア3を取り囲み、該コア3によって互いに分離されている。コア3の高い焼き切れ強さのために、第1の肩部7から第2の肩部9への応力の移行または反対方向の応力の移行による短絡が生じることは、回避される。   A heating element 5 is connected to the core 3. The heating element 5 is generally configured in a u-shape and includes a first shoulder 7 and a second shoulder 9, which are arranged opposite to each other. The first shoulder 7 and the second shoulder 9 surround the core 3 and are separated from each other by the core 3. Due to the high burnout strength of the core 3, it is avoided that a short circuit occurs due to a stress transition from the first shoulder 7 to the second shoulder 9 or a stress transition in the opposite direction.

加熱素子5は、1つの抵抗体であり、電圧の印加によって加熱される。加熱素子5のための材料は、通常、グローピン1が最短の時間で動作温度に加熱されることが可能になるように選択される。加熱素子5に適した材料は、例えば炭化タングステン含有セラミックである。   The heating element 5 is a single resistor and is heated by application of a voltage. The material for the heating element 5 is usually selected so that the glow pin 1 can be heated to the operating temperature in the shortest time. A suitable material for the heating element 5 is, for example, a tungsten carbide-containing ceramic.

グロープラグを動作させるための加熱素子5の電圧供給は、導電体13により行なわれ、この導電体は、加熱素子5と結合されている。導電体13は、特にコア3を介して本明細書中には図示されていない電流接点に案内されている。導電体13のための材料としては、全てのグロープラグの加熱を阻止するために僅かな電気抵抗を有し、かつ応力を回避させるために類似した熱膨脹係数のセラミックの1つを有する全ての任意の導電性材料が適している。加熱素子5が結合されている導電体13に適した材料は、例えば炭化タングステンである。   The voltage supply of the heating element 5 for operating the glow plug is performed by the conductor 13, and this conductor is coupled to the heating element 5. The conductor 13 is guided through a core 3 to a current contact not shown in the present description. The material for the conductor 13 can be any arbitrary having a slight electrical resistance to prevent heating of all glow plugs and one of the ceramics of similar thermal expansion coefficient to avoid stress. The conductive material is suitable. A suitable material for the conductor 13 to which the heating element 5 is bonded is, for example, tungsten carbide.

炭化タングステンは、空気中に含有されている酸素に対して温度安定性ではないので、コア3および加熱素子5は、外被11によって取り囲まれている。外被11は、同様にセラミック材料から完成されている。この場合、外被11のセラミック材料は、コア3のための材料とは別のものである。これは、例えば窒化アルミニウムの場合のように、コア3のための材料が空気に対して安定性ではない場合に必要とされる。外被11のための材料としては、例えば窒化ケイ素または炭化ケイ素が適している。しかし、好ましいのは、窒化ケイ素である。   Since tungsten carbide is not temperature-stable with respect to oxygen contained in the air, the core 3 and the heating element 5 are surrounded by the outer cover 11. The jacket 11 is likewise completed from a ceramic material. In this case, the ceramic material of the jacket 11 is different from the material for the core 3. This is required when the material for the core 3 is not stable to air, for example in the case of aluminum nitride. For example, silicon nitride or silicon carbide is suitable as the material for the jacket 11. However, silicon nitride is preferred.

外被11のための材料は、特に該材料が高い温度で空気に対して安定性であるように選択される。従って、これは、殊に必要である。それというのも、内燃機関の燃料室中には、燃料−空気混合物が含まれているからである。従って、グローピン1は、周囲空気に晒される。1つの実施態様において、例えば外被11のためのセラミック材料がドーピングされていることは、可能である。これは、例えば希土類酸化物の添加によって行なうことができる。適当な希土類酸化物は、例えばY23、Yb23、Lu23ならびにLa、Nd、GdおよびScの酸化物である。この場合、希土類酸化物は、共晶を減少させるための焼結添加剤として使用される。 The material for the jacket 11 is chosen in particular so that it is stable to air at high temperatures. This is therefore particularly necessary. This is because the fuel chamber of the internal combustion engine contains a fuel-air mixture. Therefore, the glow pin 1 is exposed to ambient air. In one embodiment, it is possible, for example, that the ceramic material for the jacket 11 is doped. This can be done, for example, by adding rare earth oxides. Suitable rare earth oxides are, for example, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 and oxides of La, Nd, Gd and Sc. In this case, the rare earth oxide is used as a sintering additive to reduce the eutectic.

1つの好ましい実施態様において、コア3は、窒化アルミニウムから完成されており、外被11は、窒化ケイ素から完成されている。この材料の組合せの利点は、窒化アルミニウムと窒化ケイ素が約4.6×10-6-1の同様の熱膨張率を有することにある。本質的に同様の熱膨張率の利点は、加熱素子5による加熱の際にコアまたはグローピンの外被のよりいっそう大きな熱膨張率によって損傷が生じないことである。 In one preferred embodiment, the core 3 is made of aluminum nitride and the jacket 11 is made of silicon nitride. The advantage of this material combination is that aluminum nitride and silicon nitride have a similar coefficient of thermal expansion of about 4.6 × 10 −6 K −1 . The advantage of essentially the same coefficient of thermal expansion is that no damage is caused by the higher coefficient of thermal expansion of the core or glow pin jacket when heated by the heating element 5.

コア3が窒化アルミニウムから完成され、外被11が窒化ケイ素から完成される場合には、コア3と外被11との境界面15には、境界層17が形成される。境界層17は、本質的にSiAlONを含有する。SiAlON境界層17は、殊にグローピン1の取付中に、コア3と外被11との間の接触領域内に僅かな酸素含分が導入されることによって形成される。境界層17は、同時に勾配材料として使用され、この勾配材料によって、材料特性の突然の変化は回避される。コア3と外被11との間での材料特性の不断の移行が達成される。   When the core 3 is completed from aluminum nitride and the outer cover 11 is completed from silicon nitride, a boundary layer 17 is formed on the boundary surface 15 between the core 3 and the outer cover 11. The boundary layer 17 essentially contains SiAlON. The SiAlON boundary layer 17 is formed by introducing a slight oxygen content in the contact area between the core 3 and the jacket 11, in particular during the mounting of the glow pin 1. The boundary layer 17 is simultaneously used as a gradient material, which avoids sudden changes in material properties. A constant transfer of material properties between the core 3 and the jacket 11 is achieved.

図2は、本発明により構成されたグローピンを製造するための個々の部材を示す平面図である。   FIG. 2 is a plan view showing individual members for manufacturing a glow pin constructed according to the present invention.

グローピン1を製造するために、コア3は、第1の成形部材19および第2の成形部材21によって取り囲まれている。しかし、コア3が第1の成形部材19および第2の成形部材21によって取り囲まれる前に、加熱素子5は、コア3または成形部材19、21上に設置されるかまたはコア3または成形部材19、21上に印刷され、それによって、この加熱素子は、コア3と外被11を形成する成形部材19、21との間に収容される。   In order to manufacture the glow pin 1, the core 3 is surrounded by the first molded member 19 and the second molded member 21. However, before the core 3 is surrounded by the first molding member 19 and the second molding member 21, the heating element 5 is placed on the core 3 or molding member 19, 21 or the core 3 or molding member 19. , 21, whereby the heating element is accommodated between the core 3 and the forming members 19, 21 forming the outer jacket 11.

通常、最初に、コア3が製造される。これは、例えば射出成形または別の加圧成形技術によって行なうことができる。それによって、セラミックコア3の製造の際に最初に所謂生成形体が製造される。コア3の最終輪郭の確定は、生成形体に対して実施されることができる。   Usually, the core 3 is manufactured first. This can be done, for example, by injection molding or another pressure molding technique. Thereby, when the ceramic core 3 is manufactured, a so-called production form is first manufactured. Determination of the final contour of the core 3 can be performed on the generated feature.

引続き、コア3は、加熱素子5と一緒に、外被11を形成する成形部材19、21によって取り囲まれる。このために、成形部材19、21中には、コア3のネガ型に相当する切欠23が形成されている。成形部材19、21は、特に半円形の断面を有し、したがって既に本質的に完成されたグローピン1の形状に相当している。しかし、他の選択可能な方法で、成形部材19、21を平行六面体の形で形成し、かつ接合することも可能である。コア3および加熱素子5の周囲で成形部材19、21を接合した後、成形部材19、21とコア3と加熱素子5とからなる複合体は、特に成形部材19、21を焼結させて外被11に変えるために温度処理に掛けられる。温度処理の後、グローピン1の外面は、機械的加工による成形処理に掛けられ、グローピン1の最終的な形状を達成する。   Subsequently, the core 3 is surrounded by the molding members 19, 21 that form the jacket 11 together with the heating element 5. For this purpose, notches 23 corresponding to the negative type of the core 3 are formed in the molded members 19 and 21. The molded members 19, 21 have a semicircular cross-section in particular and thus correspond to the shape of the glow pin 1 which has already been essentially completed. However, it is also possible to form and join the molded members 19, 21 in the form of parallelepipeds in other selectable ways. After the molding members 19 and 21 are joined around the core 3 and the heating element 5, the composite composed of the molding members 19 and 21, the core 3, and the heating element 5 is particularly formed by sintering the molding members 19 and 21. It is subjected to a temperature treatment in order to change to the cover 11. After the temperature treatment, the outer surface of the glow pin 1 is subjected to a molding process by mechanical processing to achieve the final shape of the glow pin 1.

加熱素子5は、特に炭化タングステンから完成され、成形部材19、21の接合前に第1の実施態様で成形部材19、21中の切欠23上に印刷される。接合後、こうして貫通するu字形の加熱素子5がもたらされる。しかし、特に一部分は、生成形体として既に最終輪郭に近いように加工される。   The heating element 5 is completed in particular from tungsten carbide and is printed on the notches 23 in the molding members 19, 21 in the first embodiment before the molding members 19, 21 are joined. After joining, a u-shaped heating element 5 is thus obtained which penetrates. However, in particular, a portion is already machined as a generated feature so that it is close to the final contour.

しかし、好ましくは、加熱素子5をコア3上に印刷することも可能である。これは、第1の実施態様において、図3に図示されている。   However, it is also possible to print the heating element 5 on the core 3. This is illustrated in FIG. 3 in the first embodiment.

コア3の寸法の正確さを保証するために、コア3は、最初に、例えば加圧成形される。加熱素子5は、コア3の生成形体上に印刷され、導電体13と結合される。導電体13は、例えばコア3上に印刷されてもよい。しかし、他の選択可能な方法で、コア3上に載置された導電体13として、例えばセラミックに類似した熱膨張係数を有する線材を使用することも可能である。   In order to ensure the dimensional accuracy of the core 3, the core 3 is first, for example, pressed. The heating element 5 is printed on the generated form of the core 3 and is combined with the conductor 13. The conductor 13 may be printed on the core 3, for example. However, it is also possible to use, for example, a wire having a thermal expansion coefficient similar to ceramic as the conductor 13 placed on the core 3 by other selectable methods.

射出成形または成形プレスによるコア3の製造と共に、複合体を、例えばスパークプラズマ焼結によって製造することも可能である。このスパークプラズマ焼結の場合には、高い処理圧力および温度を方向付けられた直流インパルスと組み合わせる。この場合、材料は、極めて強力に焼結活性化され、高い圧力ではあるが、比較的低い温度で完全な圧縮を行なうことができる。これは、ナノ結晶性およびミクロ結晶性の材料を製造する際に確実なプロセス制御を可能にする。   Along with the production of the core 3 by injection molding or molding press, the composite can also be produced, for example, by spark plasma sintering. In the case of this spark plasma sintering, a high process pressure and temperature are combined with a directed DC impulse. In this case, the material is very strongly sintered activated and can be fully compressed at a relatively low temperature, albeit at a high pressure. This allows reliable process control in producing nanocrystalline and microcrystalline materials.

図4は、第2の実施態様におけるコア上に印刷された加熱素子を有するコアを示す略図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a core having heating elements printed on the core in a second embodiment.

図4に図示された実施態様は、図3に図示された実施態様と、コア3中に先ず溝25が形成されることによって区別される。加熱素子5は、溝25内に印刷される。また、導電体13は、溝25内に挿入されるかまたは溝13内に印刷される。溝25の利点は、加熱素子5がコア3上に載置されず、それによって表面の上昇を生じることである。   The embodiment illustrated in FIG. 4 is distinguished from the embodiment illustrated in FIG. 3 by first forming a groove 25 in the core 3. The heating element 5 is printed in the groove 25. Further, the conductor 13 is inserted into the groove 25 or printed in the groove 13. The advantage of the groove 25 is that the heating element 5 is not placed on the core 3, thereby causing a rise in the surface.

それによって、なおいっそう良好な寸法の正確さを達成することができる。   Thereby, even better dimensional accuracy can be achieved.

加熱素子5を溝25内に印刷した後、この溝は、例えばセラミック材料で閉鎖され、コア3の平らな表面27が達成される。   After printing the heating element 5 in the groove 25, this groove is closed, for example with a ceramic material, and a flat surface 27 of the core 3 is achieved.

本発明により形成されたグローピンを示す断面図。Sectional drawing which shows the glow pin formed by this invention. グローピンを製造するためのグローピンのためのコアおよび成形部材を示す略図。1 is a schematic diagram showing a core and a molded member for a glow pin for producing the glow pin. 印刷された加熱素子を有するコアを示す略図。1 schematically shows a core with printed heating elements. コア中に形成された溝および印刷された加熱素子を有するコアを示す略図。1 schematically illustrates a core having grooves formed in the core and printed heating elements.

符号の説明Explanation of symbols

1 グローピン、 3 コア、 5 加熱素子、 7 第1の肩部、 9 第2の肩部、 11 外被、 13 導電体、 15 境界面、 17 SiAlON境界層、 19 第1の成形部材、 21 第2の成形部材、 23 切欠、 25 溝   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glow pin, 3 Core, 5 Heating element, 7 1st shoulder part, 9 2nd shoulder part, 11 Outer jacket, 13 Conductor, 15 Interface, 17 SiAlON boundary layer, 19 1st shaping | molding member, 21 1st shaping | molding member 2 molded parts, 23 notches, 25 grooves

Claims (5)

殊に、自己着火内燃機関を始動させるために、着火可能な燃料−空気混合物を含む、内燃機関の燃焼室中に係合する先端を有するグローピン(1)を備えている、グロープラグであって、グローピン(1)が、セラミック材料から成りかつ加熱素子(5)を備える外被(11)を含み、その際、この加熱素子(5)は、少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さを有する材料からなるコア(3)を取り囲んでおり、該コア(3)のための材料は窒化アルミニウムを含有し、かつ、グローピン(1)の外被(11)のセラミック材料が、窒化ケイ素から成る非酸化物セラミックを含み、かつ、コア(3)中に溝(25)が形成されており、該溝内に加熱素子(5)が含まれており、該加熱素子(5)のための材料として、炭化タングステン含有セラミックを使用する、上記グロープラグ。   In particular, a glow plug comprising a glow pin (1) having a tip engaged in a combustion chamber of an internal combustion engine containing an ignitable fuel-air mixture for starting a self-igniting internal combustion engine. The glow pin (1) comprises a jacket (11) made of a ceramic material and provided with a heating element (5), wherein the heating element (5) has a burn-off strength of at least 20 kV / mm Surrounding the core (3), the material for the core (3) contains aluminum nitride, and the ceramic material of the envelope (11) of the glow pin (1) is made of silicon nitride And a groove (25) is formed in the core (3), and a heating element (5) is included in the groove. As a material for the heating element (5), Contains tungsten carbide The use of ceramic, the glow plug. コア(3)の材料とグローピン(1)の外被(11)のセラミック材料が本質的に同じ熱膨張率を有する、請求項1記載のグロープラグ。   2. The glow plug according to claim 1, wherein the material of the core (3) and the ceramic material of the envelope (11) of the glow pin (1) have essentially the same coefficient of thermal expansion. 加熱素子(5)がu字形に構成されている、請求項1または2に記載のグロープラグ。   Glow plug according to claim 1 or 2, wherein the heating element (5) is configured in a u-shape. グローピン(1)の外被(11)のセラミック材料と該セラミック材料によって取り囲まれたコア(3)との間に境界層(17)が形成されており、この境界層がコア(3)の材料と外被(11)のセラミック材料との結合を形成している、請求項1から3までのいずれか1項に記載のグロープラグ。   A boundary layer (17) is formed between the ceramic material of the envelope (11) of the glow pin (1) and the core (3) surrounded by the ceramic material, and this boundary layer is the material of the core (3). The glow plug according to claim 1, wherein the glow plug forms a bond with the ceramic material of the jacket (11). 請求項1から3までのいずれか1項に記載のグロープラグの製造法において、少なくとも20kV/mmの焼き切れ強さを有する材料からなるコア(3)と加熱素子(5)とを、グローピン(1)の外被(11)のためのセラミック材料からなる少なくとも2つの成形部材(19、21)によって取り囲み、コア(3)と成形部材(19、21)からなる複合体を焼結させ、グロープラグに変え、その際、コア(3)中に溝(25)が形成されており、該溝内に加熱素子(5)が印刷されていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のグロープラグの製造法。   The method for manufacturing a glow plug according to any one of claims 1 to 3, wherein a core (3) made of a material having a burnout strength of at least 20 kV / mm and a heating element (5) 1) Surrounded by at least two molded members (19, 21) made of a ceramic material for the outer cover (11), a composite comprising the core (3) and the molded members (19, 21) is sintered, Change to a plug, in which a groove (25) is formed in the core (3), and a heating element (5) is printed in the groove. A method for producing a glow plug according to any one of the preceding claims.
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