EP1001220A2 - Stabglühkerze - Google Patents

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EP1001220A2
EP1001220A2 EP99121240A EP99121240A EP1001220A2 EP 1001220 A2 EP1001220 A2 EP 1001220A2 EP 99121240 A EP99121240 A EP 99121240A EP 99121240 A EP99121240 A EP 99121240A EP 1001220 A2 EP1001220 A2 EP 1001220A2
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EP
European Patent Office
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connection
glow
plug
glow plug
heating element
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EP99121240A
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French (fr)
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EP1001220B1 (de
Inventor
Michael Haussner
Heinz-Georg Schmitz
Günter Uhl
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
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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

Definitions

  • the invention relates to glow plugs with electrical control for Ion current measurement, clocking and for sensor functionalization.
  • the object of the invention is that known from the prior art and overcome listed disadvantages; in particular it also applies in the case of a mass-free glow plug, for example a ground line for ion current measurement to make it unnecessary back to the control unit; equally one for Vehicle electrical system voltage of, for example, 14 volts of glow plug on one Vehicle electrical system voltage of, for example, 42 volts can be operated; at the same time the glow plug connection is retained in a known manner, especially that single-pole connector system; Finally, the current path should be enabled to operate to use the glow plug to transmit sensor signals.
  • the Structure of the glow plug to be designed so that an inexpensive series production the existing systems is possible, with the assembly of similar components largely the same procedure while maintaining the cycle time is particularly important comes to.
  • the glow plug according to the present invention differs from conventional glow plugs in that in the new glow plug an electronic Component is integrated, in which circuits of various types can be implemented.
  • This integrated electronics in the candle can, for example, in the Use as an ion current candle (insulated structure between a conventional heating element and engine mass; e.g. Cylinder head) which is otherwise necessary for operation Ground return to the control unit is eliminated by applying the voltage it is decided whether to measure (insulation against mass) or Glow mode is desired (bridging the insulation within the glow plug and thus short to ground).
  • ion current candle insulated structure between a conventional heating element and engine mass; e.g. Cylinder head
  • Ground return to the control unit is eliminated by applying the voltage it is decided whether to measure (insulation against mass) or Glow mode is desired (bridging the insulation within the glow plug and thus short to ground).
  • Periodic switching or blocking of the current path occur e.g. by one for e.g. 11 V operating voltage designed glow plug, or for this voltage designed heating / control element, even at higher vehicle electrical system voltages operate.
  • the periodic switching then generates a voltage which is in their effective value corresponds to the nominal operating voltage of the design.
  • a circuit can be realized in such a way that a in the glow plug integrated sensor via the same supply connection of the heating or Control elements supplied or the measurement signal can be tapped.
  • the following is a glow plug with insulation between the figures Heating element and motor mass, for example for use in ion current measurement, described; the known heating rods are suitable as heating rods, such as for example, those with a metal glow tube or glow tube (at least partially) conductive ceramics etc.
  • the heating element (1) can be manufactured on existing standard equipment, this also applies to the pin (1.1), which later contacts the Establishes plug connection (4).
  • Heating rod (1) can be pressed into the body (3) as before.
  • the Insulating layer (2) can either be applied to the body (3) or to the heating element (1). This unit can be assembled completely automatically and checked for function.
  • the insulating tube (15) serves as protection against contact and as a brake for the Molding compound (16) and is the next step between the heating element and body pressed in.
  • the material is preferably a temperature-resistant plastic.
  • the plug connection (4) is identical to the previous one in the connection area Executions. Accordingly, it has a connector pin on the connection side with or without Thread on.
  • the plug connection (4) has a recess as a mounting platform (4.1) for the ceramic carrier (5), on which the electronic component (6) is pre-assembled. These two components together are on the Plug connection (4) in the area of the assembly platform (4.1) preferably applied by gluing.
  • the busbars (11) and (12) can be encapsulated in a plastic housing (13) and as a complete. Component be pressed onto the plug connection (4).
  • a twist protection (13.1) and the length stop (13.2) are provided so that the component can be installed in the correct position.
  • connection on the electronic component - e.g. Supply voltage connection (7), connection to the glow tube (8) and earth connection (9) - be preferably with the bonding process with the respective contact parts Plug connection (4), busbar for glow tube (11) and busbar to body (12) connected.
  • This unit is now, for example, with a resin (14) for stabilization shed.
  • This completed component connector (4) with electronics etc. can be used as Bulk-compatible component can be delivered for final assembly.
  • the plug connection (4) has a bore (4.2) in the axial direction, in which the pin (1.1) is pressed in by the heating element and the electrical contact to Manufactures inner pole (1.2) from the heating element (1).
  • busbar (11) with the glow tube (1.3) and the Busbar (12) connected to the body (3).
  • heating element (1) with body (3) and the plug connection (4) is in an injection mold is inserted and with extrusion coating (16) e.g. overmolded with PA 6.6.
  • the circumferential groove (17) on the body (3) serves as an additional form fit safer introduction of force into the extrusion coating (16).
  • Example 1 Ground contact in the glow mode of a glow plug with an electrically insulated heating element for ion current measurement:
  • the glow plug according to the invention can now, for example with the aid of the integrated electronics, decide, based on the voltage present at the connection, whether glow operation is desired (voltage applied, for example less than 16 V) or whether an ion current should be measured (voltage applied, for example greater than 20 V).
  • the electronics then short-circuit the glow tube with the glow plug body, for example, giving the ground connection necessary for operation.
  • this connection is separated so that the part protruding into the combustion chamber of the engine is electrically insulated from it and can thus act as an electrode.
  • the current flowing eg via the glow plug and the ions in the combustion chamber to ground, eg cylinder head
  • Example 2 Operation of a heating element designed for a certain voltage at a higher voltage:
  • Example 3 Alternating connection of a sensor signal and the operating voltage to the glow plug connection:
  • the signal can be inserted into the glow plug integrated sensor are placed on the connection for operating the glow plug, thus avoiding a separate connection.
  • the system is glow plug electronics 6-connector 4 modular design: On the one hand connector 4 with integrated electronics 6 for plugging together with the glow plug body 3 Heating rod 1 must be designed (two-part design). On the other hand, it can electronic component 6 with a push-on connector for connector 4 and one Push-on connection to glow plug body 3 with heating element 1 and through Plug together with connector 4 and body 3 to be connected to heating element 1 (three-part design).
  • the inventive integration of the control electronics in the glow plug overcomes the disadvantages from the prior art listed at the beginning.
  • the connector concept according to the invention permits automatic series production existing systems, whereby the individual components are capable of being handled in bulk, which is extremely advantageous for mass production and storage.
  • the system according to the invention is less prone to errors, in particular contact resistances and voltage losses due to cable length being avoided.
  • the standard dimensions of glow plugs are not exceeded, so that no special tools are required for glow plug assembly; the glow plugs according to the invention can also be operated on control units without ion current electronics.

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Abstract

Glühkerze mit einem Heizstab mit innenliegender Heizwendel und ggf. mindestens einer Regelwendel, wobei der Heizstab vom Glühkerzenkörper isoliert ist und mit einem Steck- oder Schraubanschluß zur Versorgungsspannung, wobei der Steckanschluß (4) ein elektronisches Bauteil (6), vorzugsweise einen Chip, mit Anschluß (7) zur Versorgungsspannung, mit Anschluß (8) zum Glührohr (1.3) und Anschluß (9) zum Körper (3) aufweist, und wobei das elektronische Bauteil (6) als Regel-/Steuerelement der Funktionen der Glühkerze zum Heizen oder zum Messen des Ionenstroms im brennraumseitigen Bereich des Heizstabes (1) ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Stabglühkerzen mit elektrischer Ansteuerung zur Ionenstrommessung, Taktung und zur Sensorfunktionallisierung.
Es ist bekannt, konventionelle Glühkerzen mit externem konventionellen Steuergerät zu betreiben; hierdurch kann die Funktion einer üblichen Stabglühkerze über das eigentliche Glühen hinaus auf Ionenstrommessung und/oder auf Sensorenfunktionen erweitert werden; dadurch werden weitere Anschlüsse, beispielsweise aufwendige Steckanschlüsse mit mehrpoligem Koaxialstecker zur Ansteuerung nötig; Folgeschwierigkeiten ergeben sich aus der Verlegung der zusätzlichen Leitungen, da beispielsweise die Masseleitung von jeder Glühkerze mit verlegt werden muß. Hierbei sind die engen Platzverhältnisse im Motorraum überaus erschwerend; gleichzeitig tritt erhöhte Gefahr des Auftretens von Übergangswiderständen sowie von Spannungsverlust durch die notwendige Länge der Kabel auf.
Schließlich können konventionelle Glühkerzen mit konventionellem Steuergerät nicht ohne weiteres an Bordnetzen höherer Spannung (z.B. 42 Volt) betrieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten und aufgeführten Nachteile zu überwinden; insbesondere gilt es auch im Fall einer massefreien Glühkerze, beispielsweise zur Ionenstrommessung eine Masseleitung zurück zum Steuergerät entbehrlich zu machen; gleichermaßen soll eine für Bordnetzspannung von beispielsweise 14 Volt ausgelegte Glühkerze an einer Bordnetzspannung von beispielsweise 42 Volt betrieben werden können; gleichzeitig soll der Glühkerzenanschluß in bekannter Weise erhalten bleiben, insbesondere das einpolige Stecksystem; schließlich soll ermöglicht werden, den Strompfad zum Betrieb der Glühkerze zur Weiterleitung von Sensorsignalen zu benutzen. Hierbei soll der Aufbau der Glühkerze so ausgelegt sein, daß eine kostengünstige Serienfertigung auf den existierenden Anlagen möglich ist, wobei dem Zusammenbau ähnlicher Bauteile mit weitgehend gleichen Verfahren unter Beibehaltung der Taktzeit besondere Bedeutung zukommt.
Diese Aufgabe wird durch die Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 6.
Die Glühkerze gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von konventionellen Glühkerzen dadurch, daß in der neuen Glühkerze ein elektronisches Bauteil integriert ist, in dem Schaltkreise unterschiedlichster Art realisiert sein können.
Durch diese in der Kerze integrierte Elektronik kann beispielsweise bei der Anwendung als Ionenstromkerze (isolierter Aufbau zwischen konventionellem Heizstab und Motormasse; z.B. Zylinderkopf) die für einen Betrieb sonst notwendige Masserückleitung zum Steuergerät entfallen, indem über die anliegende Spannung entschieden wird, ob gemessen werden soll (Isolierung gegen Masse) oder Glühbetrieb gewünscht wird (Überbrückung der Isolierung innerhalb der Glühkerze und damit Masseschluß).
Außerdem kann mit Hilfe des integrierten Schaltkreises beispielsweise auch eine periodes Durchschalten bzw. Sperren des Strompfades geschehen z.B. um eine für z.B. 11 V Betriebsspannung ausgelegte Glühkerze, bzw. für diese Spannung ausgelegtes Heiz- / Regelelement, auch an höheren Bordnetzspannungen zu betreiben. Durch das periodische Schalten wird dann eine Spannung erzeugt, die in ihrem Effektivwert wieder der Nennbetriebsspannung der Auslegung entspricht.
Weiterhin kann z.B. auch eine Schaltung in der Art realisiert werden, daß ein in die Glühkerze integrierter Sensor über denselben Versorgungsanschluß der Heiz- bzw. Regelelemente versorgt bzw. das Meßsignal abgegriffen werden kann.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
  • Figur 1 ist die schematische Wiedergabe einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze in teilweisem Längsschnitt mit Querschnitten B-B, A-A und die -D;
  • Figur 2 ist ein teilweiser Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Steckanschluß, gegenüber Figur 1 um 90° gedreht, mit einer Querschnittswiedergabe C-C;
  • Figur 3 ist ein Schaltbild zur Taktung.
    • Im folgenden wird anhand der Figuren eine Glühkerze mit Isolation zwischen Heizstab und Motormasse, beispielsweise zur Anwendung zur Ionenstrommessung, beschrieben; als Heizstäbe sind die vorbekannten Heizstäbe geeignet, wie beispielsweise solche mit Metallglührohr oder Glührohr (zumindest teilweise) aus leitfähiger Keramik u.ä..
    Der Heizstab (1) kann auf vorhandenen Serieneinrichtungen gefertigt werden, dies gilt auch für den Zapfen (1.1), welcher den späteren Kontakt zum Steckanschluß (4) herstellt.
    Heizstab (1) kann in den Körper (3) wie bisher eingepreßt werden. Die Isolierschicht (2) kann entweder am Körper (3) oder am Heizstab (1) aufgebracht sein. Diese Einheit kann komplett automatisch montiert und auf Funktion geprüft werden.
    Das Isolierrohr (15) dient als Berührschutz und als Bremse für die Umspritzmasse (16) und wird als nächster Arbeitsschritt zwischen Heizstab und Körper eingepreßt. Das Material ist vorzugsweise ein temperaturbeständiger Kunststoff.
    Der Steckanschluß (4) ist im Anschlußbereich identisch zu bisherigen Ausführungen. Entsprechend weist er anschlußseitig einen Steckerpin mit oder ohne Gewinde auf.
    Im vorderen Bereich besitzt der Steckanschluß (4) eine Aussparung als Montageplattform (4.1) für den Keramikträger (5), auf welchem das elektronische Bauteil (6) vormontiert ist. Diese beiden Bauteile zusammen werden auf den
       Steckanschluß (4) im Bereich der Montageplattform (4.1) vorzugsweise durch Kleben aufgebracht. Als weitere Baueinheit können die Stromschienen (11) und (12) von einem Kunststoffgehäuse (13) umspritzt werden und als kompl. Bauteil auf den Steckanschluß (4) aufgepreßt werden. Damit das Bauteil lagerichtig montiert werden kann, sind ein Verdrehschutz (13.1) und der Längenanschlag (13.2) vorgesehen.
    Die Anschlüsse auf dem elektronischen Bauteil - z.B. Versorgungsspannungsanschluß (7), Anschluß zum Glührohr (8) und Masse-Anschluß (9) - werden vorzugsweise mit dem Bondverfahren mit den jeweiligen Kontaktteilen Steckanschluß (4), Stromschiene für Glührohr (11) und Stromschiene zu Körper (12) verbunden.
    Diese Einheit wird nun beispielsweise mit einem Harz (14) zur Stabilisierung vergossen.
    Dieses komplettierte Bauteil Stecker (4) mit Elektronik etc. kann als schüttgutfähiges Bauteil zur Endmontage angliefert werden.
    Der Steckanschluß (4) besitzt eine Bohrung (4.2) in axialer Richtung, in welcher der Zapfen (1.1) vom Heizstab eingepreßt wird und den elektrischen Kontakt zum Innenpol (1.2) vom Heizstab (1) herstellt.
    Des weiteren werden die Stromschiene (11) mit dem Glührohr (1.3) und die Stromschiene (12) mit dem Körper (3) verbunden.
    Diese Einheit, Heizstab (1) mit Körper (3) und dem Steckanschluß (4) wird in ein Spritzwerkzeug eingelegt und mit Umspritzung (16) z.B. mit PA 6.6 umspritzt.
    Die Umlaufende Nut (17) am Körper (3) dient als zusätzlicher Formschluß zur sichereren Krafteinleitung in die Umspritzung (16).
    Beispiel 1: Massekontaktierung im Glühbetrieb einer Glühkerze mit elektrisch isoliertem Heizstab zur Ionenstrommessung:
    Bekannt ist, für den Betrieb einer Glühkerze mit isoliertem Heizstab ausser der Stromzuleitung (Plus-Kontakt) auch die Masseleitung zurück zum Steuergerät oder zu einem anderen Massepunkt vorzusehen. Dies bedeutet praktisch doppelten Verkabelungsaufwand mit entsprechenden Verlusten und Fehlermöglichkeiten.
    Die Glühkerze gemäß Erfindung kann nun z.B. mit Hilfe der integrierten Elektronik aufgrund der anliegenden Spannung am Anschluß entscheiden, ob Glühbetrieb gewünscht wird (anliegende Spannung z.B. kleiner 16 V) oder ob ein Ionenstrom gemessen werden soll (anliegende Spannung z.B. größer 20 V). Im Falle
       des Glühbetriebes schaltet dann die Elektronik z.B. das Glührohr mit dem Glühkerzenkörper kurz, womit der für den Betrieb notwendige Masseschluß gegeben ist. Im anderen Fall der Ionenstrommessung wird diese Verbindung getrennt, so daß das in den Brennraum des Motors ragende Teil von diesem elektrisch isoliert ist und somit als Elektrode fungieren kann. Der fließende Strom (z.B. über die Glühkerze und die Ionen im Brennraum zur Masse, z.B. Zylinderkopf) kann dann über den gleichen Anschluß im Steuergerät abgegriffen und als Meßsignal weiterverarbeitet werden.
    Beispiel 2: Betrieb einer für eine bestimmte Spannung ausgelegtes Heizelement an höherer Spannung:
    Mittels der integrierten Elektronik kann durch periodisches Schalten eine anliegende Spannung so getaktet werden, daß der Effektivwert der Ausgangsspannung der Nennspannung der Glühkerze entspricht. Dadurch ist eine Neuauslegung für höhere Spannungen nicht notwendig. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die sonst für höhere Spannungen ausgelegten Glühelemente notwendigen geringeren Querschnitte vermieden werden können, die einen negativen Einfluß auf die Lebensdauer der Glühkerze haben (Figur 3).
    Beispiel 3: Abwechselndes Aufschalten eines Sensorsignales und der Betriebsspannung auf den Glühkerzenanschluß:
    Mittels der integrierten Elektronik kann das Signal eines in die Glühkerze integrierten Sensors auf den Anschluß zum Betrieb der Glühkerze gelegt werden, womit ein separater Anschluß vermieden wird. Zum intermittierenden Messen / Betreiben, kann z.B. die Fallunterscheidung, ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben, greifen.
    Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das System Glühkerze-Elektronik 6-Anschlußstecker 4 modular aufgebaut: Zum einen kann Anschlußstecker 4 mit integrierter Elektronik 6 zum Zusammenstecken mit dem Glühkerzenkörper 3 mit Heizstab 1 ausgebildet sein (zweiteilige Ausführung). Zum anderen kann das elektronische Bauteil 6 mit einem Aufsteckanschluß zum Anschlußstecker 4 und einem Aufsteckanschluß zum Glühkerzenkörper 3 mit Heizstab 1 versehen und durch Zusammenstecken mit Anschlußstecker 4 und Körper 3 mit Heizstab 1 verbunden sein (dreiteilige Ausführung).
    Durch die erfindungsgemäße Integration der Steuerelektronik in die Glühkerze werden die eingangs aufgezählten Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden. Das erfindungsgemäße Steckerkonzept erlaubt automatische Serienfertigung auf
       existierenden Anlagen, wobei die einzelnen Baukomponenten schüttgutfähig sind, was für die Massenproduktion und Lagerung überaus vorteilhaft ist. Durch Vermeidung zusätzlicher Leitungen ist das erfindungsgemäße System weniger fehleranfällig, wobei insbesondere Übergangswiderstände und Spannungsverluste durch Kabellänge vermieden werden. Gleichzeitig werden die Normabmessungen von Glühkerzen (Schlüsselweite) nicht überschritten, so daß keine Sonderwerkzeuge zur Glühkerzenmontage erforderlich sind; die erfindungsgemäßen Glühkerzen können auch an Steuergeräten ohne Ionenstromelektronik betrieben werden.

    Claims (6)

    1. Glühkerze mit einem Heizstab mit innenliegender Heizwendel und ggf. mindestens einer Regelwendel, wobei der Heizstab vom Glühkerzenkörper isoliert ist und mit einem Steck- oder Schraubanschluß zur Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckanschluß (4) ein elektronisches Bauteil (6), vorzugsweise einen Chip, mit Anschluß (7) zur Versorgungsspannung, mit Anschluß (8) zum Glührohr (1.3) und Anschluß (9) zum Körper (3) aufweist, und wobei das elektronische Bauteil (6) als Regel-/Steuerelement der Funktionen der Glühkerze zum Heizen oder zum Messen des Ionenstroms im brennraumseitigen Bereich des Heizstabes (1) ausgelegt ist.
    2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckanschluß (4) eine Montageplattform (4.1) aufweist, auf der das elektronische Bauteil (6) auf einem Keramikträger (5) fixiert ist.
    3. Glühkerze nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Glührohranschluß (8) über eine Stromschiene (11) mit dem Glührohr (1.3) und der Körperanschluß (9) über eine Stromschiene (12) mit dem Glühkerzenkörper (3) verbunden ist.
    4. Glühkerze nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckanschluß (4) eine Bohrung (4.2) in axialer Richtung aufweist, in die der Zapfen (1.1) des Heizstabes (1) eingreift und den elektrischen Kontakt zum Innenpol (1.2) des Heizstabes (1) herstellt.
    5. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckanschluß (4), als schüttgutfähiges Bauteil vorgefertigt, mit dem vorgefertigten Heizstab (1) mit Glühkerzenkörper (3) unter Ausbildung der genannten Kontaktverbindungen zusammengefügt ist.
    6. Steckanschluß für Glühkerzen, dadurch gekennzeichnet, daß er ein elektronisches Bauteil (6), vorzugsweise einen Chip mit Anschluß (7) zur Versorgungsspannung, mit Anschluß (8) zum Glührohr (1.3) und Anschluß (9) zum Körper (3) aufweist, und wobei das elektronische Bauteil (6) als Regel-/Steuerelement der Funktionen der Glühkerze zum Heizen oder zum Messen des Ionenstroms im brennraumseitigen Bereich des Heizstabes (1) ausgelegt ist.
    EP99121240A 1998-11-13 1999-10-25 Stabglühkerze Expired - Lifetime EP1001220B1 (de)

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    Family

    ID=7887749

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    EP99121240A Expired - Lifetime EP1001220B1 (de) 1998-11-13 1999-10-25 Stabglühkerze

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