WO1999027302A1 - Glühstiftkerze für brennkraftmaschinen - Google Patents

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glow
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Ulrich Kawa
Werner Teschner
Jochen Neumeister
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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
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/021—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs characterised by power delivery controls
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    • F02P19/022—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs characterised by power delivery controls using intermittent current supply

Definitions

  • the invention relates to a glow plug for arrangement in the combustion chamber of air-compressing internal combustion engines according to the preamble of the main claim, as is already known from DE-C 28 02 625.
  • This known glow plug has a glow plug, in which an electrical resistance element embedded in an insulating material, which is composed of two resistance coils connected in series, is arranged.
  • the resistance coil on the combustion chamber side of this resistance element has an essentially temperature-independent resistance and serves as a heating element, while the resistance coil on the combustion chamber has a high positive temperature resistance coefficient and acts as a control element.
  • the mode of operation of such a self-regulating glow plug is already explained in detail in the prior art cited at the outset, so that it should be dispensed with here.
  • the resistance of the control coil is low at the beginning of the heating process and a high current flows through the heating coil.
  • the resistance of the control coil increases and the heating output of the heating coil decreases. This protects the glow plug from overheating.
  • the glow plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the resistance of the control coil is reduced by shortening the proportion of the control coil and thus the heating time is reduced until the starting temperature is reached.
  • the glow plug according to the invention also has the known self-protection function due to the regulating effect with a significantly reduced heating-up time.
  • the clocking of the current through the resistance element after the start temperature has been reached has the advantage that the permissible maximum temperature is not exceeded, as a result of which the service life of the glow plug is significantly increased.
  • the measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the glow plug specified in the main claim.
  • the entire resistance coil can advantageously be arranged in the glow pencil so that it does not lie in the housing of the glow plug. In this way, only heating of the glow plug and direct heat emission to the combustion chamber are specifically ensured, which makes the losses that would arise if the metal housing were heated unnecessarily, negligible.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the region of a glow plug on the combustion chamber side
  • FIG. 2 shows a further longitudinal section through the glow plug on the combustion chamber side
  • FIG. 3 shows a time-temperature diagram to show the temperature profiles of the glow plug.
  • the glow plug shown in Figure 1 has a tubular metal housing 11, in the longitudinal bore 12
  • Glow plug 13 is sealed with part of its length.
  • This glow plug 13 has a corrosion-resistant, thin-walled glow tube 14 which is closed at its end on the combustion chamber side.
  • a resistance element 15 extends in the interior of the glow tube 14 in the axial direction.
  • the resistance element 15 is embedded in insulating material 16 and is provided with a connection part 17 for the electric current remote from the combustion chamber.
  • the resistance element 15 is connected to the bottom of the glow tube 14 in an electrically conductive manner on the combustion chamber side.
  • the resistance element 15 shown consists of a heating coil 20 which is arranged on the combustion chamber side.
  • a control coil 21, which has a high positive temperature resistance coefficient, is provided far from the combustion chamber.
  • FIG. 2 again shows the glow plug 13 in longitudinal section, it being clearly evident here that the control coil 21 is shortened in relation to the embodiment in FIG. 1. Fewer helical gears are provided here, so that the entire control coil lies in the glow plug part which is not enclosed by the housing 11.
  • Figure 3 shows the temperature behavior of the individual glow pencil candles over time.
  • Curve 30 shows the temperature profile of a conventional glow plug, as is also shown in FIG. 1. This glow plug reaches the temperature of 850 ° C after about four seconds and has a maximum temperature of 1100 ° C, which it reaches after about 10 seconds. The temperature is then reduced to approx. 1000 ° C via the control behavior of the glow plug.
  • curve 31 shows the glow plug with a shortened control coil, as shown in Figure 2.
  • the current flow through the glow plug after reaching the necessary start temperature in the exemplary embodiment is 1050 ° C clocked by the control unit, not shown here.
  • the clocking of the current of a glow plug is already known from US Pat. No. 4,391,237 and will not be explained again.
  • the temperature profile of a clocked glow plug according to the invention shown in Figure 2 is shown with the curve 32.
  • connection of a glow plug with a shortened control coil and the clocking of the control device has the advantage that, on the one hand, the heating-up time and thus the preheating time for the Engine is significantly shortened and at the same time protection of the glow plug is guaranteed against overheating.

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Abstract

Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen mit einem rohrförmigen Metallgehäuse, 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 veschlossenes Glührohr hat, in dessen Innenraum ein sich in axialer Richtung erstreckendes Widerstandselement, welches aus einer brennraumseits angeordneten Heizwendel und einer brennraumfern angeordneten Regelwendel angeordnet ist, wobei die brennraumferne Regelwendel mit einem Anschlussteil für den elektrischen Strom versehen ist und die brennraumseitige Heizwendel elektrisch leitend mit dem Boden des Glührohres verbunden ist, und wobei der Widerstand der Regelwendel etwa 100 bis 150 mΦ beträgt und der Strom durch das Widerstandselement nach dem Erreichen der Starttemperatur getaktet wird.

Description

Glühstiftkerze für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie sie bereits aus der DE-C 28 02 625 bekannt ist. Diese bekannte Glühstiftkerze weist einen Glühstift auf, in welchem ein in ein Isoliermaterial eingebettetes elektrisches Widerstandselement, das sich aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln zusammensetzt, angeordnet ist. Die brennraumseitige Widerstandswendel dieses Widerstandselementes besitzt einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand und dient als Heizelement, während die brennraumfeme Widerstandswendel einen hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten aufweist und als Regelelement wirkt. Die Funktionsweise einer solchen selbstregelnden Glühstiftkerze ist bereits ausführlich im eingangs zitierten Stand der Technik erläutert, so daß hier darauf verzichtet werden soll. Zusammenfassend läßt sich jedoch sagen, der Widerstand der Regelwendel bei Beginn des Heizvorganges niedrig ist und so ein hoher Strom durch die Heizwendel fließt. Mit dem Erwärmen der Glühstiftkerze steigt der Widerstand der Regelwendel und die Heizleistung der Heizwen- del nimmt ab. Damit ist die Glühstiftkerze vor Überhitzung geschützt . Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch Verkürzung des Regelwendelanteils der Widerstand der Regelwendel verkleinert wird und somit die Aμfheizzeit bis zum Erreichen der Starttemperatur verringert wird. Letztendlich hat die erfindungsgemäße Glühstiftkerze weiterhin die bekannte Selbstschutzfunktion durch die Regelwirkung mit gleichzeitig deutlich verringerter Aufheizzeit. Das Takten des Stromes durch das Widerstandselement nach Erreichen der Starttemperatur hat den Vorteil, daß die zulässige Maximal- temperatur nicht überschritten wird, wodurch die Lebensdauer der Glühstiftkerze deutlich erhöht wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze möglich. Vorteilhafterweise kann bei einer verkürzten Regelwendel die gesamte Widerstandswendel im Glüstift so angeordnet sein, daß sie nicht im Gehäuse der Glühstiftkerze liegt. Damit wird gezielt nur eine Aufheizung des Glühstiftes und eine direkte Wärmeabgabe an den Brennraum sichergestellt, was die Verluste, die bei einem unnötigen Aufheizen des Metallgehäuses entstehen würden, vernachlässigbar macht.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er- läutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Bereich einer Glühstiftkerze, Figur 2 einen weiteren Längsschnitt durch den brennraumseitigen Glühstift und Figur 3 ein Zeit-Temperatur-Diagramm zum Darstel- len der Temperaturverläufe der Glühstiftkerzen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Figur 1 dargestellte Glühstiftkerze besitzt ein rohr- förmiges 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 seinem brennraumseitigen Ende verschlossen ist. Im Inneren des Glührohres 14 er- streckt sich ein Widerstandselement 15 in axialer Richtung. Das Widerstandselement 15 ist in Isoliermaterial 16 eingebettet und brennraumfern mit einem Anschlußteil 17 für den elektrischen Strom versehen. Das Widerstandselement 15 ist brennraumseits elektrisch leitend fest mit dem Boden des Glührohres 14 verbunden. Das dargestellte Widerstandselement 15 besteht aus einer Heizwendel 20, die brennraumseits angeordnet ist. Brennraumfern ist eine Regelwendel 21 vorgesehen, die einen hohen positiven Temperatur- Widerstandskoeffizienten aufweist .
Figur 2 zeigt noch mal im Längsschnitt den Glühstift 13, wobei hier deutlich zu erkennen ist, daß die Regelwendel 21 im Verhältnis zur Ausführung in Figur 1 verkürzt ist. Es sind hier weniger Wendelgänge vorgesehen, so daß die gesamte Re- gelwendel in dem Glühstiftteil liegt, der nicht vom Gehäuse 11 umschlossen ist. Figur 3 zeigt das Temperaturverhalten der einzelnen Gluhstiftkerzen über die Zeit. Mit Kurve 30 ist der Temperaturverlauf einer herkömmlichen Glühstiftkerze, wie sie auch in Figur 1 dargestellt ist, gezeigt. Diese Glühstiftkerze er- reicht nach ca. vier Sekunden die Temperatur von 850 °C und hat eine Maximaltemperatur von 1100 °C, welche sie nach etwa 10 sec. erreicht hat. Über das Regelverhalten der Glühstiftkerze wird dann die Temperatur zurückgeregelt auf ca. 1000 °C. Im Vergleich dazu zeigt Kurve 31 die Glühstiftkerze mit einer verkürzten Regelwendel, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Aufgrund des wesentlich geringeren Widerstandes der Regelwendel wird eine wesentlich kürzere Aufheizzeit erreicht. Die 850°C sind bei dieser neuen erfindungsgemäßen Anordnung bereits nach etwa 2 y, Sekunden erreicht . Diese Glühstiftkerze, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, erreicht eine Maximaltemperatur von etwa 1200 °C bevor das Regelverhalten der Glühstiftkerze anspricht. Damit liegt die Maximaltemperatur der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ca. 150 °C höher als bei den bisher verwendeten Glühstiftkerzen. Um die Glühstiftkerze mit der verkürzten Regelwendel vor einer
Überhitzung zu schützen wird der Stromfluß durch die Glüh- stifkerze nach dem Erreichen der notwendigen Starttemperatur im Ausführungsbeispiel sind das 1050 °C durch das hier nicht dargestellte Steuergerät getaktet . Das Takten des Stromes einer Glühstiftkerze ist bereits aus der US-PS 4 391 237 bekannt und soll nicht nochmal erläutert werden. Der Temperaturverlauf einer getakteten erfindungsgemäßen Glühstiftkerze nach Bild 2 ist mit dem Kurvenverlauf 32 dargestellt.
Die Verbindung einer Glühstiftkerze mit verkürzter Regelwendel und dem Takten des Steuergerätes hat den Vorteil, daß zum einen die Aufheizzeit und damit die Vorglühzeit für den Motor deutlich verkürzt wird und gleichzeitig ein Schutz der Glühstiftkerze vor Überhitzung gewährleistet ist.

Claims

Ansprüche
1. Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen mit einem rohrförmigen Metallgehäu- se, 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 Widerstandselement, welches aus einer brennraumseits angeordneten Heizwendel und einer brennraumfern angeordneten Regelwendel angeordnet ist, wobei die brennraumfeme Regelwendel mit einem Anschlußteil für den elektrischen Strom versehen ist und die brennraumseitige Heizwendel elektrisch leitend mit dem Boden des Glührohres verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstand der Regelwendel etwa 100 bis 150 mΩ bei Raumtemperatur beträgt und der Strom durch die Glühstiftkerze getaktet wird.
2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich in axialer Richtung erstreckende Widerstands- element sich in dem Teil des Glühstiftes befindet, der nicht von der Längsbohrung des Metallgehäuses umfaßt wird.
3. Glühstiftkerze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch das Widerstandselement nach dem Erreichen der Starttemperatur getaktet wird.
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