DE19506950C2 - Glühstiftkerze für Dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze für Dieselmotoren mit einer keramischen Heizvorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist schon eine solche Glühkerze aus der DE-OS 38 37 128 bekannt, bei welcher eine keramische Heiz­ vorrichtung von der Spitze eines zylindrischen Halters ge­ halten wird. Die keramische Heizvorrichtung ist gegen den Halter elektrisch isoliert. Auf der Seite des zylindrischen Halters, die der keramischen Heizvorrichtung gegenüberliegt ist eine Anschlußvorrichtung vorgesehen, welche mit der Ver­ sorgungsspannung kontaktiert ist. Die keramische Heizvor­ richtung besteht aus einem U-förmigen Heizabschnitt. Die beiden Enden des U-förmigen Heizabschnitts sind jeweils mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert. Während eines Glühvor­ gangs wird an die keramische Heizvorrichtung eine Spannung derart angelegt, daß ein Strom über den keramischen Heizab­ schnitt und zwar von einem Ende des U-förmigen Heizab­ schnitts über die brennraumseitige Spitze des Heizabschnitts zum anderen Ende des U-förmigen Heizabschnitts fließt. Der Strom bewirkt aufgrund des Widerstandes der Keramik die Er­ wärmung des Heizabschnittes, so daß dieser glüht und das Brennstoff-Luftgemisches entzünden kann.

Aus der DE 36 07 888 C2 ist eine Glühstiftkerze mit einem keramischen Heizabschnitt bekannt, wobei das Volumen des Heizabschnittes genauso groß ist wie das Volumen eines Vor­ widerstandsabschnittes und wobei die Volumenverhältnisse entsprechend dem gewünschten Widerstandsverhältnis verändert werden könnten. Der Heizabschnitt weist dabei eine geringere Wanddicke als der eingebettete Elektrodenstift auf.

Aus JP 58-62427 A ist eine Glühstiftkerze bekannt, die eine gute Wärmefestigkeit aufweist und hierfür aus einem Material besteht, das aus Propylen und Silicon hergestellt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Glühkerze zur Verfügung zu stellen, die eine rasche Erwärmung des ein­ strömenden Brennstoffes ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Be­ reich der Heizvorrichtung, der dem brennbaren Gemisch am zu­ gänglichsten ist, aufgrund des damit größeren Widerstandes am schnellsten die notwendige Zündtemperatur erreicht. Da­ durch sind kürzere Aufheizzeiten möglich. Die Widerstandser­ höhung durch eine Reduzierung des Querschnitts der elek­ trisch leitfähigen Keramik ermöglicht es, ein keramisches Heizelement von etwas stärkerer Wanddicke einzusetzen, das dann nur an den gewünschten, von der Konstruktion des Motors abhängigen Punkten einen reduzierten Querschnitt aufweist. Dadurch kann die mechanische Festigkeit insbesondere des ke­ ramischen Heizabschnittes erhöht werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Reduzierung der Wanddicke der keramischen Heizvorrichtung in der halterfer­ nen Spitze eine Erhöhung des Widerstandes und damit ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur an dieser Stel­ le einfach und ohne Veränderung der Materialbeschaffenheit zu realisieren ist. Bei einem Einbau der Glühstiftkerze so, daß die halterferne Spitze der Heizvorrichtung am weitesten in den Brennraum hineinragt, wird genau die Stelle der Heiz­ vorrichtung am heißesten, die die beste Gemischzugänglich­ keit hat, was somit ein besseres Entzündung des Dieselgemi­ sches bewirkt. Eine weitere einfache und kostengünstige Rea­ lisierung der Reduzierung des Querschnittes des Strompfades durch die Keramik ergibt sich, wenn eine bekannte U-förmige oder hülsenförmige keramische Heizvorrichtung an den Stellen der Querschnittsreduzierung einfach mit Unterbrechungen, beispielsweise Bohrungen versehen ist. Hier ist keine neue entspre­ chend angepaßte Fertigung notwendig, sondern beispielsweise nur ein weiterer Arbeitsschritt beispielsweise das Bohren hinzuzufügen. Durch das Ausfüllen der elektrisch leitenden keramischen Heizvorrichtung mit elektrisch isolierenden Ma­ terial wird die mechanische Festigkeit der keramischen Heiz­ vorrichtung erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel.

Fig. 5 zeigt schematisch zwei mögliche Einbauvarianten einer Glühkerze in der Wirbelkammer einer Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Die Glühstiftkerze besteht hierbei aus einen zylindrischen Metallrohr 1. Dieses zylindrische Metallrohr stellt das Gehäuse der Glühkerze dar und dient durch ein auf der Außenseite angebrachtes Gewinde 2 zum Ein­ schrauben in den Motorblock. Das zylindrische Metallrohr dient außerdem als Halter für den Glühstift, welcher in den Brennraum hineinragt und hier für eine Erwärmung des Diesel­ gemisches sorgt. In eine Spitze des zylindrischen Metall­ rohrs 1 ist als Glühstift eine keramische Heizvorrichtung 3, deren Kopfende als Heizelement dient, eingebracht. Mittels des Gewindes 2 wird das Gehäuse so in den nicht dargestell­ ten Motorblock einer Brennkraftmaschine eingeschraubt, daß das Ende der keramischen Heizvorrichtung 3 in einem freitra­ genden Zustand in eine Verbrennungskammer der Brennkraftma­ schine hineinragt. Die keramische Heizvorrichtung 3 besteht hierbei aus einer elektrisch leitfähigen Keramik, die die Form einer an einer Seite verschlossenen Hülse aufweist. Das rückwärtige Ende des zylindrischen Metallrohrs 1 umfaßt einen Anschlußbolzen 4, welcher mittels einer Isolations­ schicht 5 gegenüber des zylindrischen Metallrohrs 1 elek­ trisch isoliert ist. Der Anschlußbolzen 4 ist wiederum über einen Kontakt 6 mit der keramischen Heizvorrichtung 3 in der Art kontaktiert, daß der Kontakt im geschlossenen brennraum­ seitigen Boden der keramischen Heizvorrichtung elektrisch leitend kontaktiert ist. Die keramische Heizvorrichtung 3 ist an ihrer vom zylindrischen Metallrohr gehaltenen Um­ fangsfläche mit dem zylindrischen Metallrohr 1 elektrisch kontaktiert, so daß der brennraumseitige Boden der kerami­ schen Heizvorrichtung 3 einerseits mit der Versorgungsspan­ nung, welche beispielsweise von der nicht dargestellten Bat­ terie eines Kraftfahrzeugs geliefert wird, verbunden ist und andererseits über das zylindrische Metallrohr 1 mit Masse kontaktiert ist. Damit ergibt sich ein Stromfluß von dem verschlossenen Boden der keramischen Heizvorrichtung 3 über die Seitenwände der hülsenförmigen keramischen Heizvorrich­ tung zum zylindrischen Metallrohr nach Masse. Die Wanddicke der keramischen Heizvorrichtung ist hierbei nicht über die gesamte keramische Heizvorrichtung gleich. Vielmehr ist die Wanddicke im brennraumseitigen freitragenden Ende der kera­ mischen Heizvorrichtung 3 geringer als am Rand der hülsen­ förmigen Keramik. Dadurch wird der Widerstand auf der Brenn­ raumseite der keramischen Heizvorrichtung erhöht, so daß an dieser Stelle die keramische Heizvorrichtung zuerst glüht. Dabei ist jedoch nicht zwingend erforderlich, daß die kera­ mische Heizvorrichtung eine Hülsenform aufweist. Denkbar ist beispielsweise auch eine U-förmige keramische Heizvorrich­ tung, wobei wiederum das brennraumseitige Ende der kerami­ schen Heizvorrichtung in seiner Wanddicke gegenüber des im zylindrischen Metallrohr befestigten Endes der keramischen Heizvorrichtung verjüngt ist. Die Darstellung einer solchen U-förmigen keramischen Heizvorrichtung in geschnittener Form ist der geschnittenen Darstellung einer hülsenförmigen ke­ ramischen Heizvorrichtung identisch, so daß hier nur eine Figur für beide Varianten dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung

Die Glühstiftkerze der Fig. 2 entspricht in ihrem prinzipi­ ellen Aufbau der konstruktiven Gestaltung der Fig. 1, wes­ halb die einzelnen Details mit gleichem Bezugszeichen verse­ hen sind und der Aufbau für gleiche Details nicht nochmals erläutert werden soll. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ebenfalls die Querschnittsfläche der keramischen Heiz­ vorrichtung auf der halterfernen Seite verringert. Im Gegen­ satz zu Fig. 1 wurden hier jedoch in die Wand der kerami­ schen Heizvorrichtung Aussparungen 7 eingebracht. Mit der Anzahl, dem Durchmesser und der Lage der eingebrachten Aus­ sparungen 7 kann die Stelle des geringsten Werkstoffquer­ schnitts und somit die heißeste Stelle an der keramischen Heizvorrichtung genau definiert und eingestellt werden. Die Grundform der keramischen Heizvorrichtungen ist dabei unbe­ deutend, da diese Aussparungen in Form von Bohrungen in jeg­ licher Form also beispielsweise in U-förmige und hülsenför­ mige keramischen Heizvorrichtungen eingebracht werden kön­ nen. Es ist lediglich sicherzustellen, daß beim Anlegen der Spannung der Strom durch die Stelle der keramischen Heizvor­ richtung fließt, an welcher die Querschnittsfläche für den Stromfluß verringert und damit der Widerstand erhöht ist.

Der Kern der keramischen Heizvorrichtung ist mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Material gefüllt.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausgestaltungsform, wobei der prinzipielle Aufbau der Glühstiftkerze wiederum den Aufbau aus den Fig. 2 und 3 entspricht. Der einzige Unterschied besteht in der Gestaltung des keramischen Heizabschnitts. Die keramische Heizvorrichtung hat hierbei eine Stabform, mit einer kreisringförmige Ausnehmung 8, die einen konzen­ trischen Kern 9 aufweist. Die kreisringförmige Ausnehmung 8 erstreckt sich dabei fast über die gesamte Länge der kerami­ schen Heizvorrichtung 3 in der Art, daß auf der gehäusefer­ nen Seite der keramischen Heizvorrichtung 5 wiederum der Querschnitt der elektrischen Keramik definiert reduziert ist, indem die kreisringförmige Ausnehmung soweit in die halterferne Spitze stabförmigen keramischen Heizvorrichtung ragt, daß die Querschnittsfläche für den Strom hier am ge­ ringsten ist.

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausgestaltungsform der Erfindung, die unter Bezugnahme der Fig. 5 erläutert werden soll. Die Fig. 4 zeigt hier nur den keramischen Heizstift, da der Aufbau und die Anordnung des Metallrohrs und der Anschluß­ vorrichtung den Fig. 1 bis 3 entspricht und hier nicht nochmals erläutert werden soll. In Fig. 5 ist schematisch eine Wirbelkammer einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die für die Verbrennung notwendige Verbrennungsluft gelangt über einen Überströmkanal 11 in die Wirbelkammer, während der Brennstroff über eine Düse 12 in die Wirbelkammer einge­ spritzt wird, so daß sich ein brennfähiges Gemisch bildet. Nun sind in dieser Fig. 5 zwei Einbaumöglichkeiten für Glühstiftkerzen gezeigt. Die Glühstiftkerze G1 ist hier in der sogenannten Stromaufeinbaulage dargestellt, d. h. die zum Überströmkanal 11 der Wirbelkammer einströmende Verbren­ nungsluft trifft in Aufwärtsrichtung auf die Glühstiftkerze G1. Hier ist die halterferne Glühstiftspitze am weitesten dem brennbaren Gemisch zugänglich. Deshalb ist es sinnvoll auch die Stelle mit der Reduzierung des Querschnitts der elektrischen leitfähigen Keramik, wie in Fig. 1 bis 3 be­ schrieben, an der halterfernen Spitze der keramischen Heiz­ vorrichtung vorzusehen. Dagegen ist die zweite Glühstiftker­ ze G2 in der sogenannten Stromabeinbaulage eingebaut. Hier trifft die einströmende Verbrennungsluft in Abwärtsrichtung auf die Glühstiftkerze G2. Zur Verdeutlichung wurde in der Wirbelkammer mit dem gestrichelten Pfeil schematisch die Strömungsrichtung eingetragen. Da bei dieser Stromabeinbau­ lage der Glühstiftkerze das brennfähige Gemisch in einem de­ finierten Abstand von der halterfernen Spitze auf den Glüh­ stift auftrifft, wird der reduzierte Querschnitt auch an dieser Stelle angebracht. Der definierte Abstand ist dabei abhängig von der Konstruktion des Motors. Der Einbau in Stromabwärtsrichtung ist gegenüber der Stromaufeinbaulage günstiger im Hiblick auf die Abgaswerte aus.

Die keramische Heizvorrichtung in Form des Glühstiftes, der von dem Gehäuse freitragend gehalten wird, kann selbstver­ ständlich auch bei Flammkerzen als Heizvorrichtung einge­ setzt werden.

Claims (3)

1. Glühkerze für Dieselmotoren mit einem zylindrischen Me­ tallrohr, mit einer Anschlußvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mit einer keramischen Heizvorrichtung, wo­ bei das zylindrische Metallrohr an seiner Spitze die kerami­ sche Heizvorrichtung freitragend hält, wobei die keramische Heizvorrichtung mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert ist, so daß während des Glühvorgangs ein Strom durch die ke­ ramische Heizvorrichtung fließt, wobei die keramische Heizvorrichtung (3) mindestens eine Stelle verringerten Querschnitts (7, 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsreduzierung der keramischen Heizvorrichtung an der Stelle erfolgt, auf die das Brennstoff-Luft-Gemisch auftrifft, wobei sich die Querschnittsreduzierung in der Seitenwand der keramischen Heizvorrichtung befindet und wobei zur Querschnittsreduzierung der keramischen Heizvorrichtung die Wanddicke reduziert ist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Querschnittsreduzierung Aussparungen (7) in die Wand der keramischen Heizvorrichtung (3) eingebracht sind.

3. Glühkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizvorrichtung (3) mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Material (8) gefüllt ist.