WO1993007423A1 - Glühkerze - Google Patents

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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 a glow plug according to the preamble of claim 1.
  • Such a glow plug is described for example in DE-PS 28 02 625.
  • This glow plug has a glow tube, in which a heating coil is arranged in the tip area and a control coil in an electrically insulating material in the connection-side area.
  • the glow plugs of this type known from the prior art have the disadvantage that they become more environmentally friendly during continuous glow or longer glow in the running engine Exhaust gases lead to low stability to meet the usual requirements for the stability of glow plugs.
  • the object of the invention is to provide a glow plug which bypasses the disadvantages shown in the prior art and which has high stability even after prolonged afterglowing; at the same time, the preheat temperature that can be achieved so far. time are practically observed, and mass production can take place in the usual way and economically as before.
  • This object is achieved by the glow plug according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention result from the following claims 2 to 13.
  • FIG. 1 is a cross section through a heating element of a glow plug according to the invention
  • FIG. 2 is the schematic cross section through an embodiment of the glow plug according to the invention.
  • the tube 7 in which the heating coil 1, the control coil 2, the inner pole 4 and the sealing ring (0-ring) are arranged in electrically insulating material (e.g. MgO).
  • electrically insulating material e.g. MgO.
  • the diameter of the turns of the area 3 is preferably smaller than half the diameter of the turns of the actual control area 2 of the control coil.
  • the wire length of area 3 corresponds to about 1/10 to about 1/20 of the total wire length of the variable resistor at room temperature.
  • the length of this part is preferably greater than approximately 2.5 to 4 mm, particularly preferably it has at least four turns.
  • the winding diameter in area 3 should correspond to the lower limit of approximately four times the standard wire gauge.
  • This part 3 is equal to or greater than twice the wire thickness.
  • the illustration shows the control spiral area 2 (with a larger diameter) in one piece. In fact, however, it can also be formed in two or more pieces, the sub-areas each consisting of different alloys with different temperature-resistance coefficients.
  • the solution according to the invention is particularly advantageous to be used in which, for example, the resistance ratio of the resistance at 20 ° C / 1,000 0 C is greater than about 7.5 (at> 12 in the case where the control coils with high temperature-resistance coefficient it becomes extremely critical), in particular this also applies to control coils made of materials which do not have a continuous but a sudden increase in resistance, as is described, for example, in applications DE-OS 38 25 013 and 39 23 582. Under these circumstances the glow plugs according to the invention are particularly suitable for continuous glow or long glow in the running engine.
  • the embodiment according to FIG. 1 has a conventional inner pole 4.
  • This inner pole 4 is particularly preferably made of a material that conducts electricity and has poor thermal conductivity.
  • An example is a steel with a higher Cr-Ni content, which, like others, is easily accessible to the average person skilled in the alloy field. Since it is also protected against rust by its composition, the cable connection (M5, M4 thread) does not need to be provided with rust protection, as is often required.
  • the inner pole accordingly consists of a material that conducts electricity and that conducts heat poorly.
  • the intermediate area 3 can be dispensed with (or, together with the intermediate area 3, heat dissipation can be reduced still further).
  • FIG. 2 shows a glow plug design according to the invention, in which the glow plug pin according to FIG. 1 is installed.
  • the transition region 3 and the inner pole 4 are by themselves known "plug connection" 8 connected to each other with additional caulking.
  • control coil (s) 2 can heat up practically over their entire length to the same temperature, and that neither the axially refluxing heat from the area of the heating coil 7 nor that radially from / Regulating spiral (s) of heat spreading to the glow tube are drawn off nonuniformly and the heat dissipation to the inner pole is sufficiently impeded.
  • the transition area 3 is made in one piece and is made of the same material as the adjacent control coil area 2.
  • this area 3 can also consist of a different material than that of the adjoining area of the control coil 2, the material this area 3 should then have current conductivity, but should have low thermal conductivity; such material and alloys are known per se and can also be, for example, the materials that have been described above with regard to the inner pole if it has low thermal conductivity.
  • the glow tube diameter is approximately 6 mm; the diameter of the control coil 2 is approximately 3.8 mm and the diameter of the transition region 3 is approximately 1.8 mm with a control wire thickness of approximately 0.35 mm.
  • the total length of the control wire is 200 to 220 mm, the length of the control wire in area 3 being about 12 mm.
  • the solution according to the invention leads to the surprising result that the maximum temperature of the glow pencil tip or the heating coil itself, at which the de-icing begins, is reduced, so that on the one hand the preheating time is practically not reduced, but the service life is significantly increased under afterglow conditions.
  • Heating coil control coil transition part inner pole O-ring insulating material glow tube plug connection (connection inner pole control coil)

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Abstract

Glühkerze mit einem Glührohr, in dem in der Spitze ein Heizelement und im Glührohr ein Regelelement vorgeschaltet ist und bei der der Innenpol der Glühkerze mit dem Regelelement verbunden ist und der Wärmeübergang zwischen Regelelement (2) und Innenpol (4) minimiert wird.

Description

Glühkerze
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Glühkerze wird beispielsweise in der DE-PS 28 02 625 beschrieben. Diese Glühkerze weist ein Glührohr auf, in dem im Spitzenbereich eine Heizwendel und im anschlußseitigen Bereich eine Regelwendel in einem elektrisch isolierenden Stoff angeordnet ist.
In der Folgezeit wurden weitere Patentanmeldungen mit dem Ziel hinterlegt, eine entsprechende thermische Entkopplung zwi¬ schen Regel- und Heizwendel zu erzielen, wodurch angeblich die Funktion der o.g. Glühkerze weiter verbessert wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Glühkerzen dieser Gattung weisen den Nachteil auf, daß sie bei Dauerglühen bzw. längerem Glühen im laufenden Motor, das zu umweltverträglicheren Abgasen führt, zu geringe -Standfestigkeit aufweisen, um den üblichen Anforderungen an die Standfestigkeit von Glühkerzen zu genüge .
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Umgehung der im Stand der Technik aufgezeigten Nachteile eine Glühkerze zur Verfügung zu stellen, die hohe Standfestigkeit auch bei längerem Nachglü¬ hen aufweist; gleichzeitig soll die bisher erreichbare Vorglüh-. zeit praktisch eingehalten werden, sowie eine Massenproduktion in gewohnter Weise und wirtschaftlich wie bisher erfolgen kön¬ nen. Diese Aufgabe wird durch die Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge¬ ben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 13.
Intensive Untersuchungen haben gezeigt, daß Veränderungen an dem System Heizwendel/Regelwendel, insbesondere auch die vorgeschlagene thermische Entkopplung von Heiz- und Regelwendel nicht zu dem gewünschten Erfolg führen. Vielmehr wurde gefunden, daß ein möglicher Grund für die geringere Standfestigkeit der vorbekannten Glühkerzen darin zu sehen ist, daß die Temperatur¬ verteilung über den Regelwiderstand ungleichmäßig ist, so daß sich örtliche Überhitzungen bilden, an denen sich zusätzlicher Energieumsatz konzentriert, wodurch eine weitere Temperaturerhö¬ hung erfolgt und zu erhöhtem Verschleiß bzw. zum Abbrennen des Regel-Widerstands führt. Eine erfindungsgemäße Ursache dafür wurde in dem Umstand gefunden, daß im Bereich der Regelwendel, der am Innenpol der Glühkerze angeschlossen ist, der Innenpol diesen Bereich kühlt. Hierdurch entsteht nicht nur eine un¬ gleichmäßige Temperaturverteilung über die Regelwendel; hinzu kommt, daß der kühlere Bereich niedrigohmiger bleibt und zur Abregelung des Glühkerzenstroms weniger beiträgt, als theore¬ tisch bei "ungestörtem" Erwärmen dieses Regelwendelbereichs erfolgen würde.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird demnach darin gesehen, das System Innenpol/Übergang Innenpol-Regelwendel/Re- gelwendel derart zu gestalten, daß der nachteilige Kühleffekt durch den Innenpol minimiert wird, wobei gleichzeitig die ande¬ ren oben aufgeführten Anforderungen an eine Glühkerze erfüllt sein müssen, und wobei die übliche Geometrie von Glührohren bezüglich beispielsweise der Glührohrlänge, Länge und Geometrie der im Glührohr unterzubringenden Heiz- und Regelwendel usw. berücksichtigt werden muß.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher er¬ läutert.
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Heizεtab einer er¬ findungsgemäßen Glühkerze,
Fig. 2 ist der schematische Querschnitt durch eine Ausfüh¬ rungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze.
Der Heizstab gemäß Fig. 1 besteht in an sich bekannter Weise aus dem Rohr 7, in dem die Heizwendel 1, die Regelwendel 2, der Innenpol 4 und der Abdichtring (0 - Ring) in elektrisch isolierendem Material (z.B. MgO) angeordnet sind. Die erfin¬ dungsgemäße Entkopplung zwischen dem eigentlichen Regelwendelbe¬ reich 2 (mit Windungen größeren Durchmessers) und dem Innenpol 4 erfolgt über den Wendelbereich 3 (mit kleinerem Windungsdurch¬ messer) .
Der Durchmesser der Windungen des Bereichs 3 ist bevorzugt kleiner als der halbe Durchmesser der Windungen des eigentlichen Regelbereichs 2 der Regelwendel.
Die Drahtlänge des Bereiches 3 entspricht etwa 1/1O bis etwa 1/20 der gesamten Drahtlänge des Regelwiderstands bei Raum¬ temperatur. Bevorzugt ist die Länge dieses Teils größer als etwa 2,5 bis 4 mm, insbesonders bevorzugt weist es mindestens vier Windungen auf .
Der Windungsdurchmesser im Bereich 3 sollte als untere Begrenzung etwa der vierfachen Regeldrahtstärke entsprechen.
Die Steigung dieses Teils 3 ist gleich oder größer der doppelten Drahtstärke. Die Abbildung zeigt den Regelwendelbereich 2 (mit größerem Durchmesser) einstückig. Tatsächlich kann er jedoch auch zwei- oder mehrstückig ausgebildet sein, wobei die Unterbereiche je¬ weils aus verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen Te pe- ratur-Widerstands-Koeffizieήten bestehen können.
Die erfindungsgemäße Lösung" ist besonders vorteilhaft in dem Fall, in dem Regelwendeln mit hohen Temperatur-Widerstands- Koeffizienten verwendet werden, bei denen beispielsweise das Widerstandsverhältnis des Widerstandes bei 20° C/1.0000 C größer als etwa 7,5 ist (bei >12 wird es extrem kritisch); insbesondere gilt dieses auch für Regelwendeln aus Materialien, die nicht einen kontinuierlichen sondern einen sprunghaften Anstieg des Widerstands aufweisen, wie es beispielsweise in den Anmeldungen DE-OS 38 25 013 und 39 23 582 beschrieben wird. Unter diesen Umständen sind die erfindungsgemäßen Glühkerzen bei Dauerglühen bzw. längerem Glühen im laufenden Motor besonders geeignet.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist einen üblichen In¬ nenpol 4 auf. Besonders bevorzugt ist dieser Innenpol 4 aus einem den Strom leitenden, schlecht wärmeleitenden Material hergestellt. Als Beispiel sei ein Stahl mit höherem Cr-Ni-Anteil genannt, der wie auch andere dem Durchschnittsfachmann auf dem Legierungsgebiet leicht zugänglich ist. Da er zusätzlich durch seine Zusammensetzung rostgeschützt ist, braucht der Kabelan¬ schluß (M5-, M4-Gewinde) nicht, wie oft gefordert wird, mit Rostschutz versehen werden. Als eine besondere Ausführungsform der Erfindung, die nicht abgebildet ist, besteht demnach der Innenpol aus einem den Strom leitenden und die Wärme schlecht leitendem Material. Bei dieser speziellen Ausführungsform kann auf den Zwischenbereich 3 verzichtet werden (bzw. mit Zwischen¬ bereich 3 zusammen ist Wärmeabführung noch weiter verringerbar) . Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Glühkerzenausführung, in der der Glühkerzenstift gemäß Fig. 1 eingebaut ist. Hierbei sind der Ubergangsbereich 3 und der Innenpol 4 durch einen an sich bekannten "Steckanschluß" 8 mit zusätzlicher Verstemmung mitein¬ ander verbunden.
Bei dieser Ausführungsform wird deutlich, daß die Regel¬ wendel(n) 2 sich praktisch über ganze Länge auf gleiche Tempera¬ tur aufheizen kann, und daß weder die axial rückfließende Wärme aus dem Bereich der Heizwendel 7 noch die sich radial von der/- den Regelwendel(n) ausbreitende Wärme zum Glührohr ungleichför¬ mig abgezogen und die Wärmeabführung zum Innenpol ausreichend stark behindert wird.
Der Übergangsbereich 3 ist bei der Standardausführung der Erfindung einstückig und aus dem gleichen Material ausgebildet wie der benachbarte Regelwendelbereich 2. Gemäß erfinderischer Konzeption kann jedoch dieser Bereich 3 auch aus einem anderen Material bestehen, als das des sich anschließenden Bereichs der Regelwendel 2, wobei das Material dieses Bereiches 3 dann zwar Stromleitfähigkeit, jedoch geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen soll; derartiges Material und Legierungen sind an sich bekannt und können beispielsweise auch die Materialien sein, die zuvor bezüglich des Innenpols beschrieben wurden, wenn dieser geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beträgt der Glührohrdurchmesser etwa 6 mm; der Durchmesser der Regelwendel 2 beträgt etwa 3,8 mm und der Durchmesser des Ubergangsbereiches 3 etwa 1,8 mm bei einer Regeldrahtstärke von etwa 0,35 mm. Die Länge des Regeldrahtes insgesamt beträgt 200 bis 220 mm, wobei die Länge des Regeldrahtes im Bereich 3 etwa 12 mm beträgt.
Die erfindungsgemäße Lösung führt zu dem überraschenden Ergebnis, daß die Maximaltemperatur der Glühstiftspitze bzw. der Heizwendel selbst, bei der das Abregein einsetzt, erniedrigt wird, so daß einerseits die Vorglühzeit praktisch nicht vermin¬ dert, die Lebensdauer unter Nachglühbedingungen jedoch deutlich erhöht wird.
Bezugszeichenliste
Heizwendel Regelwendel(n) Übergangsteil Innenpol O-Ring Isoliermaterial Glührohr Steckanschluß (Verbindung Innenpol-Regelwendel)

Claims

Ansprüche
1. Glühkerze mit einem Glührohr, in dem in der Spitze ein Heizelement angeordnet ist, dem ein Regelelement vorgeschaltet ist, das ebenfalls in dem Glührohr angeordnet ist, wobei das Regelelement aus einem Strom leitenden Material mit positiven Temperatur-Widerstandkoeffizienten besteht, und wobei der Innen¬ pol der Glühkerze mit dem Regelelement, das Regelelement mit dem Heizelement und das Heizelement mit der Glührohrspitze in Reihe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang zwischen Regelelement (2) und Innenpol (4) minimiert wird.
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenpol (4) aus einem Strom leitenden und die Wärme schlecht leitenden Material besteht.
3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß zwischen Innenpol (4) und Regelwendel (2) ein Strom leitendes, die Wärme schlecht leitendes Material in Draht- oder Stabform angeordnet ist.
4. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (2) aμs einer Regelwendel (2) besteht, die einen Wendelbereich (3) aufweist, der einen kleineren Windungs¬ durchmesser als die Regelwendel (2) aufweist.
5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtlänge des Bereichs (3) etwa 1/10 bis etwa 1/20 der ge¬ samten Drahtlänge des Regelwiderstandes bei Raumtemperatur ent¬ spricht.
6. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewickelte Bereich (3) länger als 2,5 bis 4 mm ist.
7. Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Windungen des Bereichs (3) kleiner als der halbe Durchmesser der Windungen der Regelwendel (2) ist.
8. Glühkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsdurchmesser der Bereichs (3) gleich oder größer als etwa der vierfachen Drahtstärke der Regelwendel (2) ist.
9. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß
Regelwendel (2) und Regelwendelbereich (3) einstückig ausgebil¬ det sind_
10. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (2) mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teile der Regelwendel (2) aus verschiedenen Legie¬ rungen mit unterschiedlichen Temperatur-Widerstands-Koeffizien¬ ten bestehen.
11. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelwendel (2) oder einen Teil der Regelwendel (2) ein Material verwendet wird, bei dem das Widerstandsverhältnis des Widerstandes bei 20° C/1.0000 C größer als etwa 7,5 ist.
12. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelwendel (2) oder einen Teil der Regelwendel (2) ein Material verwendet wird, bei dem das Widerstandsverhältnis des Widerstandes bei 20° C/1.000° C = 12 ist.
13. Glühkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Regelwendelmaterial einen nicht-kontinuierlichen, sondern einen sprunghaften Anstieg des Widerstandes gemäß DE-OS 38 25 013 bzw. 39 23 582 aufweist.
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