WO2014202265A1 - Sheathed glow plug for glow temperature control - Google Patents

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WO2014202265A1
WO2014202265A1 PCT/EP2014/058664 EP2014058664W WO2014202265A1 WO 2014202265 A1 WO2014202265 A1 WO 2014202265A1 EP 2014058664 W EP2014058664 W EP 2014058664W WO 2014202265 A1 WO2014202265 A1 WO 2014202265A1
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WO
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temperature
electrical resistance
glow plug
resistance element
weight
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/058664
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albrecht Geissinger
Andreas Reissner
Bruno CERON NICOLAT
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines

Definitions

  • GLP Term "glow plug” abbreviated to GLP, which are used in internal combustion engines to ignite a fuel-air mixture are preheated in the cold state before their temperature is sufficiently high that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture
  • GCU electrical glow control device
  • a glow plug has to an electrical resistance heater in the form of a
  • Glow wire which acts on the cold glow plug in a short period of 1 to 2 seconds with voltage such that reaches a temperature of more than 1000 ° C at the top of the glow plug. Differences are so-called 1 1 volt glow plugs, which are operated with battery or vehicle voltage + and
  • Heating voltage is, for example in a range of 4 to 7 volts. This gives the possibility to adjust or apply the temperature at different engine conditions.
  • the steady-state temperature of the glow plugs ie the operating temperature, is around 980 ° C.
  • the electric resistance heater generally comprises a combustion chamber-side heating coil and a control coil welded to one end of the heating coil, which are surrounded coaxially in the glow plug by a metallic glow tube or a protective tube as an outer shell.
  • the section of the glow tube protruding into the combustion chamber is usually filled with an electrically insulating filling powder,
  • connection pin which is electrically connected to the control coil and the heating coil. Another end of the heating coil is electrically contacted with the glow tube, via which the current feedback nach0 mass.
  • a connection plug can be attached to the connection bolt
  • Heating and control coil are electrically connected in o series, both coils have positive but different high temperature resistance coefficients.
  • the heating coil typically made of an iron-chromium-aluminum alloy, has a high electrical resistance at room temperature, which remains almost constant over the operating temperature range.
  • the control coil is usually made of pure nickel or a cobalt-iron alloy or a cobalt-iron-5 nickel alloy, wherein the electrical resistance at room temperature is very low and increases very steeply with increasing temperature.
  • Shunt plug a mathematical relationship between measured Temperatur5 and measured resistances in a reference operation of the internal combustion engine is recorded. This mathematical relationship is dynamically adjusted over the life of the glow plug. The behavior of the glow plug is measured in a reference mode in air or recorded by expensive and special temperature measuring candles. However, during operation in an engine compartment, an actual temperature of the glow plug differs by the influence of numerous boundary conditions, such as load, speed, outside temperature, diesel particulate regeneration, etc.
  • Motor vehicle comprising an electrical resistance element with a defined Wderstands temperature coefficient and formed as Einstoff Listel. It is further provided that the electrical Wderstandselement is heated by means of a dynamically changing drive voltage and / or maintained at a predetermined temperature. The drive voltage is dependent on a measured
  • the electrical Wderstandselement has a defined, positive Wderstands-temperature coefficient.
  • the inventive glow plug shows in an operating temperature range of 20 ° C to 1200 ° C preferably a linear behavior of the defined Wderstands- temperature coefficient.
  • the glow plug according to the invention is based on the detection of the electrical
  • the glow plug comprises an electrical Wderstandselement, designed as a helix, also referred to as Einstoff Listel, which combines the properties of a heating coil and a control coil in a single helix.
  • a material property important for the single-material coil is the specific electrical resistance and its dependence on the temperature.
  • Suitable materials which show suitable temperature dependencies with respect to the specific electrical resistance are alloys comprising inter alia constituents from a material group (a): niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and their alloys and from a material group (b): chromium, nickel, titanium and their alloys.
  • the single-material coil is distinguished by a specific electrical resistance p, which in one embodiment, based on the material group (a), at a temperature of 20 ° C. is 0.1 + 0.06 mQ mm, for example, and with increasing temperature increases, wherein at 1000 ° C, the specific electrical resistance p a, for example, 0.5 + 0.2 mQ mm.
  • the specific electrical resistance p b based on the material group (b), at a temperature of 20 ° C, for example, 1 + 0, 1 mQ mm and at a temperature of 1000 ° C, the electrical resistivity of the helical material, for example 1, 25 + 0, 1 mQ mm increased.
  • molybdenum-titanium-zirconium alloys is molybdenum-titanium-zirconium alloys.
  • nickel-chromium-iron alloys with 19 to 60 wt .-% nickel, 14 to 25 wt .-% chromium, 24 to 58 wt .-% iron and 1 to 2.4 wt .-% aluminum.
  • Another example includes molybdenum or tungsten with up to 3 weight percent lanthanum oxide (La 2 O 3 ), up to 3 weight percent thoria (Th0 2 ), up to 3 weight percent ceria (CeO 2 ), bis to 2 wt .-% yttria (Y 2 0 3 ), up to 30 wt .-% rhenium and up to 50 wt .-% copper (Cu).
  • Glow plug is located, as these only about 5 mm into a combustion chamber of a
  • the inventive method for controlling the temperature of a glow plug is based on a defined relationship between temperature and electrical resistance, which can be determined in Einstoff Listeln. A difference in resistance is determined from a measured resistance (R) and an input resistance (R 0 ). From the determined resistance difference (R - R 0 ) and the known Wderstands-
  • the glow time control device can be adapted to the respective glow plugs by means of a so-called teach-in phase.
  • an initial temperature (Ti) of the respective glow plugs can be adapted to the respective glow plugs by means of a so-called teach-in phase.
  • an initial temperature (Ti) of the respective glow plugs can be adapted to the respective glow plugs by means of a so-called teach-in phase.
  • Glow plugs at a certain voltage level (Ui) determined, which corresponds to an initial resistance (R ⁇
  • the solution according to the invention provides a heating device for regulating or controlling the temperature in an internal combustion engine, which provides the heating element in front of a
  • the PTC behavior of the heating element made of a uniform material complements with a dynamically changed drive voltage for controlling or controlling a glow plug.
  • the constant monitoring of the electrical resistance of the heating element or the Einstoffchtl allows control of the annealing temperature, which are adjusted by adjusting the drive voltage to different engine conditions. Accordingly, it is not necessary to take into account for the exact determination of the temperature in the engine compartment permanently values with respect to the combustion characteristics of the internal combustion engine, for example, the speed of the internal combustion engine, the amount of in the
  • the robustness of the glow plug is increased, but also by the constant monitoring of the electrical resistance is an opportunity to detect the aging of a glow plug and, if necessary, to detect a malfunction in a timely manner.
  • the temperature is dependent on a measured electrical
  • the measured electrical resistance forms a
  • a controlled annealing system generally provides increased protection of the glow plug, increasing service life and promoting combustion efficiency in the combustion chamber.
  • more stable combustion in the combustion chamber of a combustion engine can be achieved by a constant temperature, wherein improved exhaust gas values and a lower need for exhaust aftertreatment can be achieved.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the
  • Figure 2 is a detail of a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the invention.
  • Figure 3 is a specific electrical Wderstand - temperature diagram for
  • Figure 4 is a schematic diagram of the arrangement of a glow plug in a
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a glow plug 10.
  • the glow plug 10 illustrated in FIG. 1 includes, inter alia, a substantially hollow-cylindrical glow tube 12 which is connected to a housing 14.
  • an electrical resistance element 16 which comprises a control coil 18 and a downstream, with the control coil 18 generally welded heating coil 20.
  • the substantially spirally formed Wderstandselement 16 is disposed coaxially with the glow tube 12 and preferably completely embedded in a filling powder 22 for mechanical stabilization and for electrical insulation.
  • the filling powder 22 may be, for example, magnesium oxide (MgO).
  • the control coil 18 and the heating coil 20 are electrically connected to each other via a contact pad 24, wherein they are connected in series.
  • a lower end of the heating coil (not designated) is electrically connected by means of a contact point 26 with a Glandohrendabites 28.
  • a likewise not designated end of the control coil 18 is electrically conductively connected by means of a further contact point 30 with a substantially cylindrical connecting bolt 32.
  • the connecting bolt 32 is made of an electrically conductive metallic
  • the contact points 24, 26, 30 may be formed as welding points.
  • a cap-shaped round plug 34 is screwed, which is also made of a highly conductive electrical material.
  • Rundsteckers 34 is an electrical connection of the glow plug 10 to a
  • Glhackohrabdichtung 42 is provided in the region of the glow tube 12.
  • the housing seal 40 and the glow tube seal 42 are made of an electrically insulating,
  • FIG. 2 shows a detailed view of an embodiment of the glow plug 10 according to the invention.
  • a tip of the glow plug 10 is shown, which projects into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the glow plug 10 also includes the glow tube 12, which comprises a filament substantially coaxially, which is formed according to the embodiment of the invention as Einstoff Listel 44.
  • the single-material coil 44 combines properties of the heating coil 20 and the control coil 18 of FIG. 1 and is also referred to as a heating element.
  • FIG. 2 also shows the radiator seal at 42.
  • Single-material coil 44 comprises a glow wire which is made of a uniform material and fulfills functions of the heating coil 20.
  • Single-material coil 44 has a resistor with PTC behavior.
  • FIG. 3 shows a specific electrical resistance (p) temperature (T) diagram of uniform materials suitable for the single-material coil 44.
  • FIG. 3 shows courses of the specific electrical resistance (p in mQ mm) with increasing temperature (T in ° C), where with 46 a range of a course of the specific electrical resistance p with increasing temperature of a material group (a) and with 48 a range of History of the specific Wderstands p with increasing temperature of a material group (b) is characterized. It can be seen that the specific electrical resistances of the material groups (a) and (b) increase with increasing temperature, wherein the specific electrical resistance values are in a range of values, bounded in each case by an upper line 50, 52 and a lower line 56, 58.
  • a temperature range 60 can be seen from FIG. 3, in which the sheathed-element glow plug 10 according to the invention is used.
  • the limits of the temperature range 60 are chosen such that on the one hand a sufficient annealing temperature can be achieved and on the other hand overheating of the glow plug 10 is avoided.
  • the material groups (a) and (b) differ by the absolute values of the specific electrical resistance (p) and their temperature response, or the course of the specific electrical resistance with increasing temperature.
  • Suitable materials for a single-material coil 44 include in the material group (a): niobium, molybdenum, tantalum and tungsten and their alloys and in the material group (b): chromium, nickel and titanium and their alloys.
  • FIG. 4 generally shows an annealing system 1.
  • the glow plug 10 protrudes into a combustion chamber 62 of an internal combustion engine 64, for example, a diesel engine.
  • the glow plug 10 is on the one hand connected to a Glühzeit Kunststoff Congress 66 and on the other hand leads to a vehicle electrical system voltage 68, the glow plug 10 with a voltage controls.
  • the glow time controller 66 is connected to an engine controller 70, which in turn leads to the engine 64.
  • the glow plug 10 is preheated in a push phase, which lasts 1 to 2 seconds, by the application of a voltage, or an overvoltage.
  • a voltage or an overvoltage.
  • Resistance element 16 of the glow plug 10 the electrical energy is converted into heat, so that the temperature at the top of the glow plug 10 rises steeply.
  • the fuel-air mixture is conducted past the hot tip of the glow plug 10 and heats up. Connected with the intake air heating during the compressor stroke of the internal combustion engine 64, the ignition temperature of the fuel-air mixture is achieved.

Abstract

The invention relates to a sheathed glow plug (10) for an internal combustion engine (64) of a motor vehicle, comprising a resistor element (16) in the form of a single-material coil (44) and having a defined resistance-temperature coefficient. Said coil is heated up and/or maintained at a defined temperature by means of a dynamically changing drive voltage applied to the resistor element (16).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Glühstiftkerze für Glühtemperaturregelung  Glow plug for annealing temperature control
Stand der Technik Glühstiftkerzen, auch als Glühkerzen bezeichnet, bzw. basierend auf der englischen State of the art glow plugs, also referred to as glow plugs, or based on the English
Bezeichnung„glow plug" mit GLP abgekürzt, welche in Verbrennungsmotoren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches eingesetzt werden, werden im kalten Zustand vorgeglüht, bevor ihre Temperatur ausreichend hoch ist, dass sie für die Zündung des Kraftstoff-Luft- Gemisches ausreicht. Ferner kann es nach dem Start zur Verringerung von Emissionen oder dergleichen erforderlich sein, die Glühstiftkerzen zumindest noch einige Zeit weiter zu betreiben, um eine Anhebung der Temperatur im Inneren des Brennraumes zu erreichen. Die Steuerung übernimmt dabei ein elektrisches Glühzeitsteuergerät (abgekürzt GCU,„glow control unit") in Verbindung mit einem Motorsteuergerät, wobei eine kurze Aufheizzeit und ein kontrolliertes Nachglühen der Glühstiftkerze angestrebt werden.  Term "glow plug" abbreviated to GLP, which are used in internal combustion engines to ignite a fuel-air mixture are preheated in the cold state before their temperature is sufficiently high that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture For example, after starting to reduce emissions or the like, it may be necessary to continue to operate the glow plugs for some time in order to increase the temperature inside the combustion chamber, whereby the control assumes an electrical glow control device (abbreviated GCU) unit ") in conjunction with an engine control unit, with a short heating time and a controlled afterglow of the glow plug are sought.
Eine Glühstiftkerze weist dazu eine elektrische Widerstandsheizung in Form eines A glow plug has to an electrical resistance heater in the form of a
Glühdrahtes auf, welche die kalte Glühstiftkerze in einer kurzen Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden mit Spannung derart beaufschlägt, dass an der Spitze der Glühstiftkerze eine Temperatur von teilweise über 1000°C erreicht. Unterschieden werden sogenannte 1 1 Volt Glühstiftkerzen, welche mit Batterie- bzw. Bordspannung +betrieben werden und Glow wire, which acts on the cold glow plug in a short period of 1 to 2 seconds with voltage such that reaches a temperature of more than 1000 ° C at the top of the glow plug. Differences are so-called 1 1 volt glow plugs, which are operated with battery or vehicle voltage + and
Schnellstartglühstiftkerzen, auch als Niederspannungsglühstiftkerzen oder basierend auf dem Englischen als„high speed glow plug" (HS GLP) bezeichnet. Diese werden für eine begrenzte Zeitdauer zum Aufheizen mit einer Heizspannung von 7 bis 12 Volt während der Vorglühphase betrieben. Nach Abschluss der sogenannten„Push- Phase" wird die  Quick start glow plugs, also referred to as low voltage glow plugs or "high speed glow plug" (HS GLP), are heated for a limited period of time at a heating voltage of 7 to 12 volts during the preheat phase - Phase "will be the
Spannung auf eine Nominalspannung reduziert, welche deutlich unterhalb der eingesetztenVoltage reduced to a nominal voltage, which is well below the used
Heizspannung liegt, beispielsweise in einem Bereich von 4 bis 7 Volt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die Temperatur bei verschiedenen Motorzuständen einzustellen bzw. zu applizieren. Die Beharrungstemperatur von Glühstiftkerzen, d.h. die Betriebstemperatur, liegt bei etwa 980°C. Die elektrische Widerstandsheizung umfasst im Allgemeinen eine brennraumseitige Heizwendel und eine mit einem Ende der Heizwendel verschweißte Regelwendel, welche in der Glühstiftkerze von einem beispielsweise metallischen Glührohr bzw. einem Schutzrohr als äußere Hülle koaxial umgeben sind. Der in den Brennraum hineinragende Abschnitt des 5 Glührohres ist üblicherweise mit einem elektrischen isolierenden Füllpulver gefüllt, Heating voltage is, for example in a range of 4 to 7 volts. This gives the possibility to adjust or apply the temperature at different engine conditions. The steady-state temperature of the glow plugs, ie the operating temperature, is around 980 ° C. The electric resistance heater generally comprises a combustion chamber-side heating coil and a control coil welded to one end of the heating coil, which are surrounded coaxially in the glow plug by a metallic glow tube or a protective tube as an outer shell. The section of the glow tube protruding into the combustion chamber is usually filled with an electrically insulating filling powder,
beispielsweise Magnesiumoxid, in das die Wderstandsheizung eingebettet ist. Der elektrische Anschluss erfolgt im Allgemeinen über einen Anschlussbolzen, der mit der Regelwendel und der Heizwendel elektrisch leitend verbunden ist. Ein anderes Ende der Heizwendel ist mit dem Glührohr elektrisch kontaktiert, über das die Stromrückführung nach0 Masse erfolgt. An den Anschlussbolzen kann beispielsweise ein Anschlussstecker  For example, magnesium oxide, in which the Wderstandsheizung is embedded. The electrical connection is generally made via a connection pin, which is electrically connected to the control coil and the heating coil. Another end of the heating coil is electrically contacted with the glow tube, via which the current feedback nach0 mass. For example, a connection plug can be attached to the connection bolt
aufgeschraubt werden.  be screwed on.
Demnach liegen in Glühstiftkerzen eine Kombination von Heiz- und Regelwendel zu einem gemeinsamen Wderstandswert vor, wobei die Heizwendel den vorderen Teil des Glührohres5 bildet, die Heizzone. Der hintere Teil, nämlich die Regelwendel, besitzt die Eigenschaft, dass mit zunehmender Temperatur der Widerstand steigt, d.h. die Regelwendel besitzt einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC„Positive Temperature Coefficient" Accordingly, there are in glow plugs a combination of heating and control coil to a common Wderstandswert before, wherein the heating coil forms the front part of the Glührohres5, the heating zone. The rear part, namely the control coil, has the property that with increasing temperature the resistance increases, i. the control coil has a high positive temperature coefficient (PTC "Positive Temperature Coefficient")
Charakteristik). Bei zunehmendem Widerstandwert kommt es zu einem Abregein von Strom und es stellt sich eine definierte Endtemperatur ein. Heiz- und Regelwendel sind elektrisch in o Reihe geschaltet, wobei beide Wendeln positive aber verschieden hohe Temperatur- Widerstandkoeffizienten haben. Die Heizwendel, typischerweise aus einer Eisen-Chrom- Aluminium-Legierung, besitzt bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand, der nahezu konstant über den Betriebstemperaturbereich bleibt. Die Regelwendel wird üblicherweise aus Reinstnickel oder einer Cobalt-Eisen-Legierung oder einer Cobalt-Eisen- 5 Nickel-Legierung hergestellt, wobei der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur sehr niedrig ist und sehr steil mit ansteigender Temperatur ansteigt.  Characteristic). As the resistance value increases, there is a decrease in the current and a defined end temperature is established. Heating and control coil are electrically connected in o series, both coils have positive but different high temperature resistance coefficients. The heating coil, typically made of an iron-chromium-aluminum alloy, has a high electrical resistance at room temperature, which remains almost constant over the operating temperature range. The control coil is usually made of pure nickel or a cobalt-iron alloy or a cobalt-iron-5 nickel alloy, wherein the electrical resistance at room temperature is very low and increases very steeply with increasing temperature.
Ferner entsteht bei der Ansteuerung der Glühstiftkerze mit einer überhöhten Heizspannung ein Temperaturüberschwinger, so dass nach der Push-Phase ein instationärer Furthermore, when the glow plug is activated with an excessive heating voltage, a temperature overshoot occurs, so that after the push phase, a transient
o Temperaturverlauf vorliegt bis dieser in einen stationären übergeht. o Temperature course is present until it changes to a stationary one.
Aus DE 10 2008 040 971 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur von DE 10 2008 040 971 A1 discloses a method for regulating the temperature of
Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem für jede einzelne  Glow plug in an internal combustion engine known, in which for each
Glühstiftkerze ein mathematischer Zusammenhang zwischen gemessenen Temperaturen5 und gemessenen Widerständen in einem Referenzbetrieb der Brennkraftmaschine aufgenommen wird. Dieser mathematische Zusammenhang wird über die Lebensdauer der Glühstiftkerze dynamisch angepasst. Das Verhalten der Glühstiftkerze wird bei einem Referenzbetrieb an Luft gemessen oder von teuren und speziellen Temperaturmesskerzen aufgezeichnet. Allerdings unterscheidet sich eine Ist-Temperatur der Glühstiftkerze während des Betriebs in einem Motorraum durch den Einfluss von zahlreichen Randbedingungen, beispielsweise Last, Drehzahl, Außentemperatur, Dieselpartikelregenration usw. Shunt plug a mathematical relationship between measured Temperatur5 and measured resistances in a reference operation of the internal combustion engine is recorded. This mathematical relationship is dynamically adjusted over the life of the glow plug. The behavior of the glow plug is measured in a reference mode in air or recorded by expensive and special temperature measuring candles. However, during operation in an engine compartment, an actual temperature of the glow plug differs by the influence of numerous boundary conditions, such as load, speed, outside temperature, diesel particulate regeneration, etc.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß wird eine Glühstiftkerze für eine Brennkraftmaschine eines DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the invention, a glow plug for an internal combustion engine of a
Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, umfassend ein elektrisches Widerstandselement mit einem definierten Wderstands-Temperaturkoeffizienten und als Einstoffwendel ausgebildet. Ferner ist vorgesehen, dass das elektrische Wderstandselement mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Die Ansteuerspannung wird in Abhängigkeit eines gemessenen  Motor vehicle proposed, comprising an electrical resistance element with a defined Wderstands temperature coefficient and formed as Einstoffwendel. It is further provided that the electrical Wderstandselement is heated by means of a dynamically changing drive voltage and / or maintained at a predetermined temperature. The drive voltage is dependent on a measured
temperaturabhängigen Widerstands verändert. Das elektrische Wderstandselement weist einen definierten, positiven Wderstands-Temperaturkoeffizienten auf. Temperature-dependent resistance changed. The electrical Wderstandselement has a defined, positive Wderstands-temperature coefficient.
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze zeigt in einem Betriebstemperaturbereich von 20°C bis 1200°C vorzugsweise ein lineares Verhalten des definierten Wderstands- Temperaturkoeffizienten. The inventive glow plug shows in an operating temperature range of 20 ° C to 1200 ° C preferably a linear behavior of the defined Wderstands- temperature coefficient.
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze basiert auf der Erfassung des elektrischen The glow plug according to the invention is based on the detection of the electrical
Widerstands einer Glühstiftkerze, welcher in einem Betriebstemperaturbereich von 20°C bis 1200°C eine definierte Temperaturabhängigkeit zeigt. Die Glühstiftkerze umfasst ein elektrisches Wderstandselement, ausgebildet als eine Wendel, auch als Einstoffwendel bezeichnet, die die Eigenschaften einer Heizwendel und einer Regelwendel in einer einzigen Wendel vereinigt. Eine für die Einstoffwendel wichtige Materialeigenschaft ist der spezifische elektrische Wderstand und dessen Abhängigkeit von der Temperatur. Resistance of a glow plug, which shows a defined temperature dependence in an operating temperature range of 20 ° C to 1200 ° C. The glow plug comprises an electrical Wderstandselement, designed as a helix, also referred to as Einstoffwendel, which combines the properties of a heating coil and a control coil in a single helix. A material property important for the single-material coil is the specific electrical resistance and its dependence on the temperature.
Geeignete Materialien, welche hinsichtlich des spezifischen elektrischen Wderstands geeignete Temperaturabhängigkeiten zeigen, sind Legierungen, umfassend unter anderem Bestandteile aus einer Materialgruppe (a): Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und deren Legierungen und aus einer Materialgruppe (b): Chrom, Nickel, Titan und deren Legierungen. Die Einstoffwendel zeichnet sich erfindungsgemäß durch einen spezifischen elektrischen Widerstand p aus, welcher in einer Ausführungsform, basierend auf die Materialgruppe (a), bei einer Temperatur von 20°C beispielsweise 0,1 + 0,06 mQ mm beträgt, und der mit steigender Temperatur ansteigt, wobei bei 1000°C der spezifische elektrische Wderstand pa beispielsweise 0,5 + 0,2 mQ mm beträgt. Suitable materials which show suitable temperature dependencies with respect to the specific electrical resistance are alloys comprising inter alia constituents from a material group (a): niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and their alloys and from a material group (b): chromium, nickel, titanium and their alloys. According to the invention, the single-material coil is distinguished by a specific electrical resistance p, which in one embodiment, based on the material group (a), at a temperature of 20 ° C. is 0.1 + 0.06 mQ mm, for example, and with increasing temperature increases, wherein at 1000 ° C, the specific electrical resistance p a, for example, 0.5 + 0.2 mQ mm.
Alternativ kann der spezifische elektrische Wderstand pb, basierend auf die Materialgruppe (b), bei einer Temperatur von 20°C beispielsweise 1 + 0, 1 mQ mm betragen und bei einer Temperatur von 1000°C ist der spezifische elektrische Widerstand des Wendelmaterials beispielsweise auf 1 ,25 + 0, 1 mQ mm angestiegen. Alternatively, the specific electrical resistance p b , based on the material group (b), at a temperature of 20 ° C, for example, 1 + 0, 1 mQ mm and at a temperature of 1000 ° C, the electrical resistivity of the helical material, for example 1, 25 + 0, 1 mQ mm increased.
Ein Beispiel sind Molybdän-Titan-zirkon Legierungen. Ein weiteres Beispiel sind Nickel- Chrom-Eisen Legierungen mit 19 bis 60 Gew.-% Nickel, 14 bis 25 Gew.-% Chrom, 24 bis 58 Gew.-% Eisen und 1 bis 2,4 Gew.-% Aluminium. Ein weiteres Beispiel umfasst Molybdän oder Wolfram mit bis zu 3 Gew.-% Lanthanoxid (La203), bis zu 3 Gew.-% Thoriumdioxid (Th02), bis zu 3 Gew.-% Cerdioxid (Ce02), bis zu 2 Gew.-% Yttriumoxid (Y203), bis zu 30 Gew.-% Rhenium und bis zu 50 Gew.-% Kupfer (Cu). One example is molybdenum-titanium-zirconium alloys. Another example is nickel-chromium-iron alloys with 19 to 60 wt .-% nickel, 14 to 25 wt .-% chromium, 24 to 58 wt .-% iron and 1 to 2.4 wt .-% aluminum. Another example includes molybdenum or tungsten with up to 3 weight percent lanthanum oxide (La 2 O 3 ), up to 3 weight percent thoria (Th0 2 ), up to 3 weight percent ceria (CeO 2 ), bis to 2 wt .-% yttria (Y 2 0 3 ), up to 30 wt .-% rhenium and up to 50 wt .-% copper (Cu).
Eine Erfassung der Temperatur der Glühstiftkerze im eingebauten Zustand in einem A recording of the temperature of the glow plug in the installed state in one
Motorraum während des Betriebes über den elektrischen Widerstand des Glühdrahtes ist erst dann möglich, wenn der Glühdraht aus einem einzelnen Material ist, welches einen ausreichend hohen Temperaturgang über den gesamten Betriebstemperaturbereich, insbesondere einem Bereich von 20°C bis 1200°C, zeigt. So wird ein möglichst steiler Anstieg des elektrischen Wderstands erreicht, welcher vorzugsweise ein lineares Verhalten zeigt. Ferner ist es erforderlich, dass die Einstoffwendel sich im vorderen Teil der Engine compartment during operation via the electrical resistance of the filament is only possible if the filament is made of a single material, which shows a sufficiently high temperature response over the entire operating temperature range, in particular a range of 20 ° C to 1200 ° C. Thus, the steepest possible increase in the electrical resistance is achieved, which preferably shows a linear behavior. Furthermore, it is necessary that the Einstoffwendel located in the front part of the
Glühstiftkerze befindet, da diese nur etwa 5 mm in einen Brennraum einer  Glow plug is located, as these only about 5 mm into a combustion chamber of a
Brennkraftmaschine hineinragt. Internal combustion engine protrudes.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Erfassung des elektrischenFurthermore, a method for operating a glow plug according to the invention is proposed. The inventive method is based on the detection of the electrical
Widerstandes mit einer ausreichend hohen Genauigkeit, welches beispielsweise durch ein vorhandenes Glühzeitsteuergerät mit einem geeigneten Messwiderstand mittels Resistance with a sufficiently high accuracy, which, for example, by an existing Glühzeitsteuergerät with a suitable measuring resistor means
Strommessung mit einer Genauigkeit von ± 0,02 Ω realisiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregelung einer Glühstiftkerze basiert auf einem definierten Zusammenhang zwischen Temperatur und elektrischem Widerstand, welcher bei Einstoffwendeln ermittelt werden kann. Ermittelt wird eine Wderstandsdifferenz aus einem gemessenen Wderstand (R) und einem Eingangswiderstand (R0). Aus der ermittelten Wderstandsdifferenz (R - R0) und dem bekannten Wderstands-Current measurement with an accuracy of ± 0.02 Ω can be realized. The inventive method for controlling the temperature of a glow plug is based on a defined relationship between temperature and electrical resistance, which can be determined in Einstoffwendeln. A difference in resistance is determined from a measured resistance (R) and an input resistance (R 0 ). From the determined resistance difference (R - R 0 ) and the known Wderstands-
Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wderstands des Materials der Einstoffwendel (dR/dT) und einer Temperatur T0 bei dem Eingangswiderstand (R0) kann nun eine Temperature coefficient of the electrical resistance of the material of Einstoffwendel (dR / dT) and a temperature T 0 at the input resistance (R 0 ) can now be a
Temperatur (Tber) gemäß Tber = (R - R0)/(dR/dT) + To (1) ermittelt werden, welche eine Ist-Temperatur darstellt. Temperature (T over ) can be determined according to T ber = (R-R 0 ) / (dR / dT) + To (1), which represents an actual temperature.
Erfindungsgemäß wird die Ansteuerung des elektrischen Widerstandselements, ausgebildet als Einstoffwendel, in Zusammenhang mit einem Glühzeitsteuergerät bzw. einem According to the invention, the control of the electrical resistance element, designed as Einstoffwendel, in connection with a Glühzeitsteuergerät or a
Motorsteuergerät softwaremäßig realisiert. Durch die Vorgehensweise kann mittels einer sogenannten Einlernphase das Glühzeitsteuergerät an die jeweiligen Glühstiftkerzen angepasst werden. Insbesondere wird eine Anfangstemperatur (Ti) der jeweiligen  Engine control unit realized by software. Through the procedure, the glow time control device can be adapted to the respective glow plugs by means of a so-called teach-in phase. In particular, an initial temperature (Ti) of the respective
Glühstiftkerzen bei einem bestimmten Spannungsniveau (Ui) bestimmt, welche einem Anfangswiderstand (R^ entspricht. Nachfolgend wird die Spannung auf ein Glow plugs at a certain voltage level (Ui) determined, which corresponds to an initial resistance (R ^
Spannungsniveau (U2) erhöht und die eingestellte Temperatur (T2) abgelesen, wobei ein Widerstand (R2) ermittelt wird. So kann der Widerstands-Temperaturkoeffizient der jeweiligen eingesetzten Glühstiftkerze bestimmt werden. Increased voltage level (U 2 ) and read the set temperature (T 2 ), wherein a resistance (R 2 ) is determined. Thus, the resistance temperature coefficient of the particular glow plug used can be determined.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Grenzwert der  In a further development of the method according to the invention, a limit value of
Temperatur bzw. eine Soll-Temperatur in der Software des Glühzeitsteuergerätes bzw. in einem übergeordneten Steuergerät hinterlegt, welcher ein Überhitzen der Glühstiftkerze im Motorraum verhindert. Temperature or a target temperature deposited in the software of Glühzeitsteuergerätes or in a higher-level control unit, which prevents overheating of the glow plug in the engine compartment.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Heizvorrichtung zur Regelung oder Steuerung der Temperatur in einer Brennkraftmaschine bereit, welche das Heizelement vor einer The solution according to the invention provides a heating device for regulating or controlling the temperature in an internal combustion engine, which provides the heating element in front of a
Überhitzung bzw. einem Abschmelzen zuverlässig schützt, da die Bestimmung der Overheating or melting reliably protects, since the determination of
Ansteuerspannung über den gemessenen elektrischen Widerstand mit hoher Exaktheit erfolgt. Insbesondere kann auf eine Regelwendel verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Heizelements deutlich kostengünstiger und vereinfacht wird. Somit kann sowohl die geforderte Glühfunktion erfüllt werden, wie eine schnelle Aufheizgeschwindigkeit als auch das Beibehalten einer einmal erreichten stationären Temperatur. Vorteilhaft steigt der gemessene elektrische Widerstand mit der Temperatur der Drive voltage across the measured electrical resistance with high accuracy occurs. In particular, can be dispensed with a control coil, whereby the production the heating element is significantly cheaper and easier. Thus, both the required annealing function can be met, as a fast heating rate and maintaining a stationary temperature once reached. Advantageously, the measured electrical resistance increases with the temperature of
Einstoffwendel an, wobei eine Regelung mittels der Ansteuerspannung in Abhängigkeit des ansteigenden gemessenen Widerstands erfolgt. Demnach ergänzt sich das PTC-Verhalten des aus einem uniformen Material gefertigten Heizelements mit einer dynamisch veränderten Ansteuerspannung zur Regelung oder Steuerung einer Glühstiftkerze.  Single-material coil, with a control by means of the drive voltage in response to the rising measured resistance. Accordingly, the PTC behavior of the heating element made of a uniform material complements with a dynamically changed drive voltage for controlling or controlling a glow plug.
Die konstante Überwachung des elektrischen Widerstands des Heizelements bzw. der Einstoffwendel ermöglicht eine Regelung der Glühtemperatur, welche durch Anpassung der Ansteuerspannung an unterschiedliche Motorzustände angepasst werden. Demnach ist es nicht notwendig zur exakten Bestimmung der Temperatur im Motorraum permanent Werte bezüglich der Verbrennungseigenschaften des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen, beispielsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die Menge des in den The constant monitoring of the electrical resistance of the heating element or the Einstoffwendel allows control of the annealing temperature, which are adjusted by adjusting the drive voltage to different engine conditions. Accordingly, it is not necessary to take into account for the exact determination of the temperature in the engine compartment permanently values with respect to the combustion characteristics of the internal combustion engine, for example, the speed of the internal combustion engine, the amount of in the
Verbrennungsmotor injizierten Kraftstoffs, die Abgasrückführung, die Zuluft-Temperatur, die Abgastemperatur sowie der Regenerationsstatus des Dieselpartikelfilters. Vorteilhaft wird die Robustheit der Glühstiftkerze erhöht, wobei aber auch durch die konstante Überwachung des elektrischen Widerstands eine Möglichkeit bereitsteht, die Alterung einer Glühstiftkerze zu erfassen und gegebenenfalls ein Fehlverhalten rechtzeitig zu erkennen. Vorteilhafterweise wird die Temperatur in Abhängigkeit von einem gemessenen elektrischenInternal combustion engine injected fuel, the exhaust gas recirculation, the supply air temperature, the exhaust gas temperature and the regeneration status of the diesel particulate filter. Advantageously, the robustness of the glow plug is increased, but also by the constant monitoring of the electrical resistance is an opportunity to detect the aging of a glow plug and, if necessary, to detect a malfunction in a timely manner. Advantageously, the temperature is dependent on a measured electrical
Widerstand ermittelt. Der gemessene elektrische Wderstand bildet dabei einen Resistance determined. The measured electrical resistance forms a
zuverlässigen Ausgangswert für die Berechnung der Temperatur und bietet eine reliable output value for the calculation of the temperature and provides a
zuverlässige Grundlage für die Regelung bzw. Steuerung der Temperatur der Glühstiftkerze. Aufgrund dieser Vorgehensweise entfallen Applikationen mit Einsatz eines Thermoelements als Messkerze, wodurch Materialkosten und Prozesskosten reduziert werden. Reliable basis for the regulation or control of the temperature of the glow plug. This approach eliminates the need for applications using a thermocouple as a metering plug, reducing material costs and process costs.
Ein geregeltes Glühsystem bietet allgemein einen erhöhten Schutz der Glühstiftkerze, wobei die Lebensdauer erhöht wird und die Effizienz der Verbrennung im Verbrennungsraum gefördert wird. Darüber hinaus kann durch eine konstante Temperatur eine stabilere Verbrennung im Brennraum einer Kraftbrennmaschine erreicht werden, wobei verbesserte Abgaswerte und ein geringerer Bedarf einer Abgasnachbehandlung erzielt werden. A controlled annealing system generally provides increased protection of the glow plug, increasing service life and promoting combustion efficiency in the combustion chamber. In addition, more stable combustion in the combustion chamber of a combustion engine can be achieved by a constant temperature, wherein improved exhaust gas values and a lower need for exhaust aftertreatment can be achieved.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Further advantages and embodiments of the device and the method according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Glühstiftkerze gemäß dem Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the
Stand der Technik;  State of the art;
Figur 2 ein Detail einer schematische Querschnittsdarstellung einer Glühstiftkerze gemäß der Erfindung; Figure 2 is a detail of a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the invention;
Figur 3 ein spezifischer elektrischer Wderstand - Temperatur - Diagramm für Figure 3 is a specific electrical Wderstand - temperature diagram for
Materialien eines Heizelements;  Materials of a heating element;
Figur 4 eine Prinzipdarstellung der Anordnung einer Glühstiftkerze in einem Figure 4 is a schematic diagram of the arrangement of a glow plug in a
Verbrennungsmotor;  Internal combustion engine;
Gemäß dem Stand der Technik geht aus der Darstellung Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze 10 hervor. According to the prior art, FIG. 1 shows a cross-sectional view of a glow plug 10.
Die in Figur 1 dargestellte Glühstiftkerze 10 umfasst unter anderem ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Glührohr 12, das mit einem Gehäuse 14 verbunden ist. In dem Glührohr 12 befindet sich ein elektrisches Widerstandselement 16, das eine Regelwendel 18 und eine nachgeschaltete, mit der Regelwendel 18 im Allgemeinen verschweißte Heizwendel 20 umfasst. Das im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Wderstandselement 16 ist koaxial zum Glührohr 12 angeordnet und vorzugsweise vollständig in einem Füllpulver 22 zur mechanischen Stabilisierung sowie zur elektrischen Isolierung eingebettet. Das Füllpulver 22 kann beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) sein. Die Regelwendel 18 und die Heizwendel 20 sind über eine Kontaktstelle 24 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei sie in Reihe geschaltet sind. Ein unteres Ende der Heizwendel (nicht bezeichnet) ist mittels einer Kontaktstelle 26 mit einem Glührohrendabschnitt 28 elektrisch verbunden. Ein ebenfalls nicht bezeichnetes Ende der Regelwendel 18 ist mittels einer weiteren Kontaktstelle 30 elektrisch leitend mit einem im Wesentlichen zylindrischen Anschlussbolzen 32 elektrisch leitend verbunden. Der Anschlussbolzen 32 ist aus einem elektrisch leitfähigen metallischen The glow plug 10 illustrated in FIG. 1 includes, inter alia, a substantially hollow-cylindrical glow tube 12 which is connected to a housing 14. In the glow tube 12 is an electrical resistance element 16, which comprises a control coil 18 and a downstream, with the control coil 18 generally welded heating coil 20. The substantially spirally formed Wderstandselement 16 is disposed coaxially with the glow tube 12 and preferably completely embedded in a filling powder 22 for mechanical stabilization and for electrical insulation. The filling powder 22 may be, for example, magnesium oxide (MgO). The control coil 18 and the heating coil 20 are electrically connected to each other via a contact pad 24, wherein they are connected in series. A lower end of the heating coil (not designated) is electrically connected by means of a contact point 26 with a Glührohrendabschnitt 28. A likewise not designated end of the control coil 18 is electrically conductively connected by means of a further contact point 30 with a substantially cylindrical connecting bolt 32. The connecting bolt 32 is made of an electrically conductive metallic
Material gefertigt. Die Kontaktstellen 24, 26, 30 können als Schweißpunkte ausgebildet sein. Auf den Anschlussbolzen 32 ist ein kappenförmiger Rundstecker 34 aufgeschraubt, welcher ebenfalls aus einem gut leitenden elektrischen Material hergestellt ist. Mittels des Material made. The contact points 24, 26, 30 may be formed as welding points. On the connecting bolt 32, a cap-shaped round plug 34 is screwed, which is also made of a highly conductive electrical material. By means of the
Rundsteckers 34 wird eine elektrische Verbindung der Glühstiftkerze 10 zu einer Rundsteckers 34 is an electrical connection of the glow plug 10 to a
Stromverteilung eines nicht dargestellten elektrischen Versorgungssystems eines Power distribution of an electrical supply system, not shown
Kraftfahrzeuges geschaffen, die beispielsweise mit dem Pluspol einer Batterie und/oder eines Generators verschaltet ist. Die Rückführung zur Masse erfolgt über die Kontaktstelle 26, das Glührohr 12, das damit leitend verbundene Gehäuse 14 und den - in einem nicht dargestellten Motorblock - eingeschraubten Gehäusegewindeabschnitt 36. Zur elektrischen Isolation gegen das Gehäuse 14 dient unter anderem eine unterhalb des Rundsteckers 34 angeordnete scheibenförmige Isolationsscheibe 38 sowie eine anschließend positionierte, kegelstumpfförmige Gehäusedichtung 40. Eine weitere, scheibenförmige Motor vehicle created, which is connected, for example, with the positive pole of a battery and / or a generator. The return to the ground via the contact point 26, the glow tube 12, the conductive housing 14 connected thereto and - in a non-illustrated engine block - screwed housing threaded portion 36. The electrical insulation against the housing 14 is, inter alia, arranged below the circular connector 34 disc-shaped Insulation disc 38 and a subsequently positioned, frusto-conical housing seal 40. Another, disc-shaped
Glührohrabdichtung 42 ist im Bereich des Glührohrs 12 vorgesehen. Die Gehäusedichtung 40 und die Glührohrabdichtung 42 sind aus einem elektrisch isolierenden, Glührohrabdichtung 42 is provided in the region of the glow tube 12. The housing seal 40 and the glow tube seal 42 are made of an electrically insulating,
temperaturbeständigem Material gefertigt, wobei neben der elektrischen Isolationsfunktion auch eine koaxiale Befestigung des Anschlussbolzens 32 bzw. der Regel- und Heizwendel 18, 20 innerhalb des Glührohrs 12 und des Gehäuses 14 sicher gestellt ist. Ausführungsvarianten made of temperature-resistant material, wherein in addition to the electrical insulation function, a coaxial attachment of the connecting bolt 32 and the control and heating coil 18, 20 is ensured within the glow tube 12 and the housing 14. variants
In Figur 2 ist eine Detailansicht einer Ausführungsform der Glühstiftkerze 10 gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig. 2 ist eine Spitze der Glühstiftkerze 10 dargestellt, welche in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ragt. Die Glühstiftkerze 10 umfasst ebenfalls das Glührohr 12, welches im Wesentlichen koaxial einen Glühdraht umfasst, welcher gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform als Einstoffwendel 44 ausgebildet ist. Die Einstoffwendel 44 vereinigt Eigenschaften der Heizwendel 20 und der Regelwendel 18 der Figur 1 und wird auch als Heizelement bezeichnet. Ferner ist die Einstoffwendel 44 in dem Glührohr 12 in dem elektrisch isolierenden Füllpulver 22 eingebettet. In Figur 2 ist auch mit 42 die Heizkörperabdichtung dargestellt. Die FIG. 2 shows a detailed view of an embodiment of the glow plug 10 according to the invention. In Fig. 2, a tip of the glow plug 10 is shown, which projects into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine. The glow plug 10 also includes the glow tube 12, which comprises a filament substantially coaxially, which is formed according to the embodiment of the invention as Einstoffwendel 44. The single-material coil 44 combines properties of the heating coil 20 and the control coil 18 of FIG. 1 and is also referred to as a heating element. Furthermore, the Einstoffwendel 44 embedded in the glow tube 12 in the electrically insulating filling powder 22. FIG. 2 also shows the radiator seal at 42. The
Einstoffwendel 44 umfasst einen Glühdraht, welcher aus einem uniformen Material gefertigt ist und Funktionen der Heizwendel 20 erfüllt. Das verwendete uniforme Material der Single-material coil 44 comprises a glow wire which is made of a uniform material and fulfills functions of the heating coil 20. The used uniform material of
Einstoffwendel 44 besitzt einen Widerstand mit PTC-Verhalten. Single-material coil 44 has a resistor with PTC behavior.
In Figur 3 ist ein spezifischer elektrischer Wderstand (p) - Temperatur (T) - Diagramm von für die Einstoffwendel 44 geeigneten uniformen Materialen dargestellt. Figur 3 zeigt Verläufe des spezifischen elektrischen Wderstands (p in mQ mm) mit ansteigender Temperatur (T in °C), wobei mit 46 einen Bereich eines Verlaufs des spezifischen elektrischen Wderstands p mit ansteigender Temperatur einer Materialgruppe (a) und mit 48 einen Bereich eines Verlaufs des spezifischen Wderstands p mit ansteigender Temperatur einer Materialgruppe (b) gekennzeichnet ist. Dabei ist ersichtlich, dass die spezifischen elektrischen Wderstände der Materialgruppen (a) und (b) mit ansteigender Temperatur ansteigen, wobei die spezifischen elektrischen Widerstandswerte in einem Wertebereich liegen, begrenzt jeweils durch eine obere Linie 50, 52 und eine untere Linie 56, 58. Ferner ist aus Figur 3 ein Temperaturbereich 60 ersichtlich, in welchem die erfindungsgemäße Glühstiftkerze 10 eingesetzt wird. Die Grenzen des Temperaturbereichs 60 sind derart gewählt, dass einerseits eine ausreichende Glühtemperatur erreicht werden kann und andererseits eine Überhitzung der Glühstiftkerze 10 vermieden wird. Die Materialgruppen (a) und (b) unterscheiden sich durch die absoluten Werte des spezifischen elektrischen Wderstands (p) und deren Temperaturgang, bzw. den Verlauf des spezifischen elektrischen Widerstands mit ansteigender Temperatur. Die Materialgruppe (a), welches ein uniformes Material für die Einstoffwendel 44 umfasst, zeichnet sich beispielsweise durch einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 0°C im Vergleich zur Materialgruppe (b) aus, wobei der Temperaturanstieg und damit der Temperaturkoeffizient höher ist. Geeignete Materialien für eine Einstoffwendel 44 umfassen in der Materialgruppe (a): Niob, Molybdän, Tantal und Wolfram und deren Legierungen und in der Materialgruppe (b): Chrom, Nickel und Titan und deren Legierungen. FIG. 3 shows a specific electrical resistance (p) temperature (T) diagram of uniform materials suitable for the single-material coil 44. FIG. 3 shows courses of the specific electrical resistance (p in mQ mm) with increasing temperature (T in ° C), where with 46 a range of a course of the specific electrical resistance p with increasing temperature of a material group (a) and with 48 a range of History of the specific Wderstands p with increasing temperature of a material group (b) is characterized. It can be seen that the specific electrical resistances of the material groups (a) and (b) increase with increasing temperature, wherein the specific electrical resistance values are in a range of values, bounded in each case by an upper line 50, 52 and a lower line 56, 58. Furthermore, a temperature range 60 can be seen from FIG. 3, in which the sheathed-element glow plug 10 according to the invention is used. The limits of the temperature range 60 are chosen such that on the one hand a sufficient annealing temperature can be achieved and on the other hand overheating of the glow plug 10 is avoided. The material groups (a) and (b) differ by the absolute values of the specific electrical resistance (p) and their temperature response, or the course of the specific electrical resistance with increasing temperature. The material group (a), which comprises a uniform material for the Einstoffwendel 44, for example, characterized by a lower electrical resistivity at a temperature of 0 ° C compared to the material group (b), wherein the temperature rise and thus the temperature coefficient is higher , Suitable materials for a single-material coil 44 include in the material group (a): niobium, molybdenum, tantalum and tungsten and their alloys and in the material group (b): chromium, nickel and titanium and their alloys.
In Figur 4 ist allgemein ein Glühsystem 1 dargestellt. Die Glühstiftkerze 10 ragt dabei in einen Brennraum 62 einer Brennkraftmaschine 64, beispielsweise ein Dieselmotor. Die Glühstiftkerze 10 ist einerseits mit einem Glühzeitsteuergerät 66 verbunden und führt andererseits an eine Bordnetzspannung 68, die die Glühstiftkerze 10 mit einer Spannung ansteuert. Das Glühzeitsteuergerät 66 ist mit einem Motorsteuergerät 70 verbunden, welches wiederum zu der Brennkraftmaschine 64 führt. FIG. 4 generally shows an annealing system 1. The glow plug 10 protrudes into a combustion chamber 62 of an internal combustion engine 64, for example, a diesel engine. The glow plug 10 is on the one hand connected to a Glühzeitsteuergerät 66 and on the other hand leads to a vehicle electrical system voltage 68, the glow plug 10 with a voltage controls. The glow time controller 66 is connected to an engine controller 70, which in turn leads to the engine 64.
Zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird die Glühstiftkerze 10 in einer Push-Phase, die 1 bis 2 Sekunden dauert, durch das Anlegen einer Spannung, bzw. einer Überspannung vorgeheizt. In dem vorhandenen, in Figur 4 nicht dargestellten, elektrischen To ignite the fuel-air mixture, the glow plug 10 is preheated in a push phase, which lasts 1 to 2 seconds, by the application of a voltage, or an overvoltage. In the existing, not shown in Figure 4, electrical
Widerstandselement 16 der Glühstiftkerze 10 wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt, so dass die Temperatur an der Spitze der Glühstiftkerze 10 steil ansteigt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird an der heißen Spitze der Glühstiftkerze 10 vorbeigeleitet und erwärmt sich dabei. Verbunden mit der Ansauglufterwärmung während des Verdichtertaktes der Brennkraftmaschine 64 wird die Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemischs erreicht. Resistance element 16 of the glow plug 10, the electrical energy is converted into heat, so that the temperature at the top of the glow plug 10 rises steeply. The fuel-air mixture is conducted past the hot tip of the glow plug 10 and heats up. Connected with the intake air heating during the compressor stroke of the internal combustion engine 64, the ignition temperature of the fuel-air mixture is achieved.

Claims

Ansprüche 1. Glühstiftkerze (10) in einer Brennkraftmaschine (64) eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein elektrisches Widerstandselement (16) mit einem definierten Wderstands- Temperaturkoeffizienten, ausgebildet als Einstoffwendel (44), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Wderstandselement (16) mittels einer sich dynamisch ändernden Claims 1. Glow plug (10) in an internal combustion engine (64) of a motor vehicle, comprising an electrical resistance element (16) with a defined resistance temperature coefficient, designed as a single-material coil (44), characterized in that the electrical resistance element (16) by means of a dynamically changing
Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Control voltage is heated and / or kept at a predetermined temperature.
2. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandselement (16), ausgebildet als Einstoffwendel (44) einen positiven definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist. 2. Glow plug (10) according to claim 1, characterized in that the electrical resistance element (16), designed as a single-material coil (44), has a positive, defined resistance temperature coefficient.
3. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der positive definierte Wderstands-Temperaturkoeffizient in einem Temperaturbereich von 20°C bis 1200°C ein lineares Verhalten zeigt. 3. Glow plug (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the positive defined resistance temperature coefficient shows linear behavior in a temperature range from 20 ° C to 1200 ° C.
4. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandselement (16) bei einer Temperatur T von 20°C einen 4. Glow plug (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical resistance element (16) at a temperature T of 20 ° C
spezifischen elektrischen Widerstand pa von 0, 1 ± 0,07 mQ mm und bei einer Temperatur T von 1000°C einen spezifischen elektrischen Widerstand pa von 0,5 ± 0,2 mQ mm aufweist. specific electrical resistance p a of 0.1 ± 0.07 mQ mm and at a temperature T of 1000 ° C has a specific electrical resistance p a of 0.5 ± 0.2 mQ mm.
5. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandselement (16) aus einem Material gefertigt ist, ausgewählt aus einer 5. Glow plug (10) according to claim 4, characterized in that the electrical resistance element (16) is made of a material selected from one
Materialgruppe (a), umfassend Molybdän, Niob, Tantal, Wolfram und deren Legierungen, oder einer Materialgruppe (b), umfassend Chrom, Nickel und Titan und deren Legierungen. Material group (a), comprising molybdenum, niobium, tantalum, tungsten and their alloys, or a material group (b), comprising chromium, nickel and titanium and their alloys.
6. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandselement (16) aus einem Material gefertigt ist, welches eine Molybdän-Titan-6. Glow plug (10) according to claim 4, characterized in that the electrical resistance element (16) is made of a material which has a molybdenum-titanium
Zirkon Legierung umfasst. Zirconium alloy includes.
7. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandelement (16) aus einem Material gefertigt ist, welches Molybdän oder Wolfram und bis zu 3 Gew.-% Lanthandioxid oder bis zu 3 Gew.-% Thoriumdioxid oder bis zu 3 Gew.- % Cerdioxid oder bis zu 2 Gew.-% Yttriumoxid oder bis zu 30 Gew.-% Rhenium oder bis zu 50 Gew.-% Kupfer oder einer Kombination von mehreren dieser Zusatzelemente enthält. 7. Glow plug (10) according to claim 4, characterized in that the electrical resistance element (16) is made of a material which contains molybdenum or tungsten and up to 3% by weight of lanthanum dioxide or up to 3% by weight of thorium dioxide or up to to 3 weight % cerium dioxide or up to 2% by weight of yttrium oxide or up to 30% by weight of rhenium or up to 50% by weight of copper or a combination of several of these additional elements.
8. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 5 das spezifische Widerstandselement (16) bei einer Temperatur T von 20°C einen 8. Glow plug (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that 5 the specific resistance element (16) at a temperature T of 20 ° C
spezifischen elektrischen Widerstand pb von 1 ± 0, 1 mQ mm und bei einer Temperatur T von 1000°C einen spezifischen elektrischen Widerstand pb von 1 ,25 ± 0, 1 mQ mm aufweist. specific electrical resistance p b of 1 ± 0.1 mQ mm and at a temperature T of 1000 ° C has a specific electrical resistance p b of 1.25 ± 0.1 mQ mm.
9. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische0 Widerstandselement (16) aus einem Material gefertigt ist, umfassend eine Nickel-Chrom- Eisen-Legierung mit einem Nickelanteil von 15 bis 60 Gew.-% und/oder einem Chromanteil von 12 bis 27 Gew.-% und/oder einem Eisenanteil von 24 bis 58 Gew.-% und/oder einem Aluminiumanteil von 0,1 bis 10 Gew.-%. 5 10. Verfahren zum Betreiben einer Glühstiftkerze 9. Glow plug (10) according to claim 8, characterized in that the electrical resistance element (16) is made of a material comprising a nickel-chromium-iron alloy with a nickel content of 15 to 60% by weight and / or a Chromium content of 12 to 27% by weight and/or an iron content of 24 to 58% by weight and/or an aluminum content of 0.1 to 10% by weight. 5 10. Methods for operating a glow plug
(10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Brennkraftmaschine (64) eines Kraftfahrzeuges, wobei an einem elektrischen Widerstandselement (16), mit einem definierten Wderstands-Temperaturkoeffizienten als Einstoffwendel (44) ausgebildet, eine sich dynamisch ändernde Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines gemessenen temperaturabhängigen Wderstands anliegt, wobei das o elektrische Wderstandselement (16) aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen (10) according to one of claims 1 to 9 in an internal combustion engine (64) of a motor vehicle, wherein on an electrical resistance element (16), designed as a single-material coil (44) with a defined resistance temperature coefficient, a dynamically changing control voltage depending on a measured temperature-dependent resistance is present, the electrical resistance element (16) being heated and/or at a predetermined level
Temperatur gehalten wird. temperature is maintained.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer 1 1. The method according to claim 10, characterized in that from one
Anfangstemperatur und einem gemessenen elektrischen Widerstand des elektrischen Initial temperature and a measured electrical resistance of the electrical
5 Widerstandselements (16) und einem Anfangswiderstand eine Wderstandsdifferenz ermittelt wird, welche auf den Wderstands-Temperaturkoeffizienten bezogen wird, um eine Ist- Temperatur des elektrischen Widerstandselements (16) zu berechnen. 5 resistance element (16) and an initial resistance, a resistance difference is determined, which is related to the resistance temperature coefficient in order to calculate an actual temperature of the electrical resistance element (16).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Temperatur mit 0 einer Soll-Temperatur verglichen wird, wobei bei Überschreiten der Soll-Temperatur die 12. The method according to claim 11, characterized in that the actual temperature is compared with 0 of a target temperature, whereby if the target temperature is exceeded
Ansteuerspannung reduziert wird und bei Unterschreiten der Soll-Temperatur die The control voltage is reduced and if the temperature falls below the target temperature
Ansteuerspannung an das elektrische Widerstandselement (16) erhöht wird. Control voltage to the electrical resistance element (16) is increased.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Charakterisierung der Glühstiftkerze (10) relevante Parameter vor Beginn des Verfahrens eingelesen werden. 13. The method according to one of claims 1 to 12, characterized in that relevant parameters are read in to characterize the glow plug (10) before the start of the method.
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