WO1991015717A1

WO1991015717A1 - Glühstiftkerze für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO1991015717A1
Application number: PCT/DE1991/000181
Authority: WO
Inventors: Johannes Locher; Friedrich MÜHLEDER; Bernhard Kaczynski; Werner Teschner
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1991-10-17
Also published as: EP0523062B1; EP0523062A1; DE59103126D1; DE4010479A1; JPH05505669A; US5319180A; JP2936147B2

Abstract

Es wird eine Glühstiftkerze (10) zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, die in bekannter Weise in ihrem Glühstift (13) ein Widerstandselement (17) enthält, wobei sich dieses Widerstandselement (17) aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln (20, 21) zusammensetzt. Während die brennraumseitige Widerstandswendel (20) eine Heizwendel mit bei allen Betriebstemperaturen im wesentlichen gleichmäßigen Widerstandsverhalten ist, hat die Brennraumferne drahtwendelförmige Widerstandswendel (21), die als Regelelement wirkt, einen hohen Temperatur-Widerstandskoeffizienten. Gemäß der Erfindung besteht diese als Regelelement funktionierende Widerstandswendel (21) aus einer Kobalt-Eisen-Legierung, welche bei den in einer Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturbeanspruchungen keiner Materialzerrüttung unterliegt; die Kobalt-Eisen-Legierung ist gemäß der Erfindung so gewählt, so daß sie bei allen Betriebszuständen der Glühstiftkerze (10) eine kubisch flächenzentrierte Materialstruktur beibehält; der Eisen-Gehalt dieser Kobalt-Eisen-Legierung liegt zwischen 6 und 18 Gewichtsprozent, bevorzugt bei 12 bis 14 Gewichtsprozent. Das als Drahtwendel ausgebildete Widerstandselement (17) ist bekannterweise in ein elektrisch isolierendes, Wärme gut leitendes Isoliermaterial (18) eingebettet.

Description

Glühstiftkerze für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der prinzipielle Aufbau und die Funktion einer derartigen Glühstiftkerze ist in der DE-PS 28 02 625 wiedergegeben. Bei dieser Glühstiftkerze enthält ihr Glühstift ein in ein Isoliermaterial eingebettetes, elektrisches Widerstandselement, das sich aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln zusammensetzt. Die brennraumseitige Widerstandswendel dieses Widerstandselementes dient als Heizelement und besitzt einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand, während die brennraumferne Widerstandswendel einen hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten aufweist und als Regelelement wirkt; letztere besteht dabei aus Nickel.

Aus der DE-PS 38 25 012 ist eine Glühkerze bekannt, die prinzipiell den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie die Glühstiftkerze nach der obengenannten DE-PS 28 02 625 hat, jedoch für das Regelelement eine Kobalt-Eisen-Legierung oder eine Nickel-Eisen-Legierung verwendet, wobei deren Eisen-Anteil 20 bis 35 Gewichtsprozent beträgt. Diese beiden vorgenannten Legierungen weisen bei Raumtemperatur eine kubisch raumzentrierte Struktur auf, während sie bei Erwärmung im Bereich zwischen Raumtemperatur und 1000ºC in eine kubisch flächenzentrierte Struktur übergehen. Es hat sich gezeigt, daß diese letztgenannten Glühstiftkerzen infolge der Zerrüttung des Regelelement-Materials nur eine relativ kurze Lebensdauer haben, zu unerwünschten Betriebsstörungen führen und darüber hinaus für die Störungsbeseitigung Kosten verursachen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Zerrüttung des Regelelementes des Widerstandselementes nach relativ kurzer Betriebsdauer nicht erfolgt und sich daraus ergebende

Betriebsstörungen und Kosten vermieden werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Glühstiftkerzen möglich; besonders vorteilhaft ist es, wenn das Regelelement des Widerstandselementes aus einer Kobalt-Eisen-Legierung besteht, deren Eisen-Anteil 12 bis 14 Gewichtsprozent beträgt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Bereich einer Glühstiftkerze in vergrößerter Darstellung gemäß der Erfindung und Figur 2 ein Kobalt-Eisen-Diagramm, welches die

Material-Strukturen in Abhängigkeit von Temperatur und Legierungsverhältnis zeigt. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Figur 1 dargestellte Glühstiftkerze 10 ist zur Anordnung in einem nicht dargestellten Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen vorgesehen. Diese Glühstiftkerze 10 besitzt ein rohrförmiges Metallgehäuse 11, in dessen Längsbohrung 12 ein Glühstift 13 mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist. Dieser Glühstift 13 hat ein korrosionsbeständiges, dünnwandiges Glührohr 14, welches an seinearbrennraumseitigen Ende mit einem Boden 15 verschlossen ist. In dem Innenraum 16 des Glührohres 14 erstreckt sich ein elektrisches Widerstandselement 17, das sich in axialer Richtung erstreckt, in Isoliermaterial 18 (z. B. Magnesiumoxidpulver) eingebettet ist, brennraumfern mit einem Anschlußteil 19 für den elektrischen Strom versehen ist, brennraumseits elektrisch leitend und fest mit dem Boden 15 des Glührohres 14 verbunden ist und sich aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln 20, 21 zusammensetzt. Die brennraumseitige Widerstandswendel 20 dient dabei als Heizelement und die brennraumferne Widerstandswendel 21 wirkt infolge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten bekannterweise als Regelement; während die als Heizelement dienende Widerstandswendel 20 in bekannter Weise aus einem Drahtmaterial mit im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstandsverhalten besteht (z. B. aus einer Chrom-Aluminium-Eisen-Legierung), wird die als Regelelement wirkende Widerstandswendel 21 aus einer Kobalt-Eisen-Legierung gewählt. Diese als Regelelement dienende Widerstandswendel 21 setzt sich gemäß der Erfindung aus einer derartigen

Legierung von Kobalt und Eisen zusammen, so daß sie während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze 10 eine kubisch flächenzentrierte Struktur (γ ) beibehält. Diese kubisch flächenzentrierte Struktur ( γ ) der Kobalt-Eisen-Legierung eines solchen als Regelelement dienenden Widerstandselementes 21 ist dann gegeben, wenn die Legierung etwa zwischen 6 und 18 Gewichtsprozent Eisen aufweist. Kobalt-Eisen-Legierungen, welche weniger als 6 oder mehr als 18 Gewichtsprozent an Eisen haben, durchlaufen bei ihrem Einsatz als Widerstandswendeln 21 in Glühstiftkerzen 10 außer der kubisch flächenzentrierten MaterialStruktur (γ ) auch andere Materialstrukturen (siehe Figur 2). Bei weniger als 6 Gewichtsprozenten an Eisen in der Kobalt-Eisen-Legierung würde diese Widerstandswendel 21 bei Raumtemperatur zunächst eine hexagonale Materialstruktur (ε ) haben, welche - in Abhängigkeit vom Eisen-Anteil - erst bei ansteigenden Temperaturen eine kubisch flächenzentrierte Material-Struktur (γ ) einnehmen würde. Bei mehr als 18 Gewichtsprozenten an Eisen in einer Kobalt-Eisen-Legierung besäße dieses Material eine kubisch raumzentrierte Struktur (α), und zwar bis zumindest 400°C, zumeist aber bis in den Bereich zwischen 800 und 900°C hinein, ehe es sich in eine kubisch flächenzentrierte Struktur (γ ) umwandelt. Der bevorzugte Bereich für eine Kobalt-Eisen-Legierung, der für eine als Regelelement dienende Widerstandswendel 21 geeignet ist, enthält 12 bis 14 Gewichtsprozent Eisen. In dem in Figur 2 dargestellten Diagramm für Kobalt-Eisen-Legierungen sind in der Senkrechten die Temperaturen von 0 bis 1200°C aufgetragen und in der Waagerechten mögliche Anteile von Eisen bzw. Kobalt für eine Kobalt-Eisen-Legierung; die Anteile sind in Gewichtsprozenten bemessen. Verunreinigungen bzw. Verarbeitungszuschläge, die üblicherweise 1 Gewichtsprozent der Legierung kaum überschreiten, sind bei vorstehenden Angaben vernachlässigt worden. Die in dieses Diagramm eingezeichneten Funktionslinien 22 und 23 trennen die Bereiche unterschiedlicher Materialstrukturen voneinander. Die Funktionslinie 21 trennt den Bereich zwischen hexagonaler Materialstruktur (ε) von dem Bereich kubisch flächenzentrierter Materialstruktur ( γ ), während die Funktionslinie 23 die Bereiche kubisch raumzentrierter Materialstruktur (α ) von dem Bereich kubisch flächenzentrierter Materialstruktur (γ ) trennt. Die für diesen Zweck bevorzugte Kobalt-Eisen-Legierung, welche 12 bis 14 Gewichtsprozent Eisen enthält, ist in dem Diagramm in Figur 2 als schraffierter Bereich 24 gekennzeichnet. Eine als Regelelement dienende Widerstandswendel 21 aus einer Legierung, die in dem Legierungsbereich mit γ-Materialstruktur bei allen Betriebstemperaturen bleibt, insbesondere in den Bereich 24 fällt, unterliegt keinen Materialzerrüttungen und verursacht demzufolge auch keine Betriebsstörungen und sich daraus ergebende Folgekosten.

Das erwünschte Verhalten des Widerstandselementes 17 hinsichtlich Temperatur und Zeit kann mittels anderer bekannter Maßnahmen dem gewünschten Verlauf noch genauer angepaßt werden. Zu diesen Maßnahmen zählt z. B. die Anordnung eines Ringspaltes 25 zwischen dem Metallgehause 11 und einem Teil der Länge des Glühstiftes 13 (siehe Figur 1); ein solcher Ringspalt 25 findet zumeist dann Anwendung, wenn die brennraumseits aus dem Metallgehause 11 herausragende freie Länge des Glühstiftes 13 möglichst kurz sein soll und deshalb ein Teil der als Regelelement dienenden Widerstandswendel 21 in den vom Metallgehause 11 umgebenen Bereich des Glühstiftes 13 hineinragt. Infolge des besonders hohen Temperatur-Widerstandskoeffizienten der erfindungsgemäßen Kobalt-Eisen-Legierung kann die axiale Länge der Widerstandswendel 21 zumeist relativ kurz ausgebildet werden, so daß die Regelwendel (und natürlich auch die brennraumseitige Heizwendel) vollständig außerhalb des vom Metallgehause 11 umgebenen Bereich des Glühstiftes 13 untergebracht werden kann; diese letztere Ausführungsform einer Glühstiftkerze ist als bevorzugte Ausführungsform anzusehen.

Als weitere Maßnahmen zum Anpassen des Temperatur/Zeit-Verlaufs der Glühstiftkerze 10 können auch Verwendung finden: Anpassung der Drahtdurchmesser der Widerstandswendeln 20 und 21, Veränderung der Steigungen der Widerstandswendeln 20 und 21, Variation des Abstandes zwischen der Widerstandswendel 20 und Widerstandswendel 21, Verwendung von Isoliermaterialien 18 unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (insbesondere im Bereich zwischen den beiden Widerstandswendeln 20 und 21), Anordnung von elektrisch leitenden, Wärme aber schlecht leitenden Zwischenstücken (nicht dargestellt) zwischen der Widerstandswendel 20 und Widerstandswendel 21 usw.

Claims

Ansprüche

1. Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen, mit einem rohrformigen Metallgehause, in dessen Längsbohrung ein Glühstift mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist, wobei der Glühstift ein dünnwandiges, an seinem brennraumseitigen Ende mit einem Boden verschlossenes Glührohr hat, in dessen Innenraum ein sich in axialer Richtung erstreckendes, in ein Isoliermaterial eingebettetes, elektrisches Widerstandselement angeordnet ist, welches brennraumfern mit einem Anschlußteil für den elektrischen Strom versehen ist, brennraumseits elektrisch leitend und fest mit dem Boden des Glührohrs verbunden ist und sich aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln zusammensetzt, von denen die brennraumseitige Widerstandswendel als Heizelement dient und die brennraumferne Widerstandswendel infolge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als Regelelement wirkt und aus einer Kobalt-Eisen-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Kobalt-Eisen-Legierung bestehende, als Regelelement dienende Widerstandswendel (21) während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze (10) eine kubisch flächenzentrierte Materialstruktur (γ) beibehält.

2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Eisen-Legierung der als Regelement dienenden Widerstands- wendel (21) zwischen 6 und 18 Gewichtsprozent Eisen aufweist.

3. Glühstiftkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Eisen-Legierung der als Regelelement dienenden Widerstandswendel (21) 12 bis 14 Gewichtsprozent Eisen enthält.

4. Glühstiftkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die als Heizelement dienende Widerstands- wendel (20) als auch die als Regelelement dienende Widerstandswendel (21) des Widerstandselementes (17) im wesentlichen innerhalb desjenigen Längsabschnitt des Glühstiftes (13) angeordnet ist, der radial nicht mit dem Metallgehause (11) in direkter Berührung ist.