DE2900984C2

DE2900984C2 - Glühkerze für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE2900984C2
Application number: DE2900984A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. Dr. 6458 Rodenbach Aldinger; Franz Dipl.-Ing. Dr. 6450 Hanau Sperner
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1983-01-05
Also published as: US4359977A; US4358663A; DE2900984A1; JPS5596836A

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren bzw. Verbrennungsmotoren ohne Fremdzündung, insbesondere als Starthilfe bei Kälte durch Vorglühen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Stand der Technik auf diesem Gebiet ist besonders ausführlich abgehandelt in dem Aufsatz von Helmut Weil. »Anlaßhilfsmittcl für Dieselmotoren«, in der Zeitschrift »Bosch«-Tcchnische Berichte, Jahrg. 5, 1977. Heft 5/6. Seilen 279-286. Unter Glühkerze ist sowohl eine Glühdrahtkerze als auch eine Glühstiftkerze zu verstehen. Unter Starthilfen im Verbrennungsraum ist eine GlUhstiftkerzc beschrieben und in Bild 3 abgebildet und als Starthilfe im Ansaugrohr eine Flammglühsiiftkerze. die in Bild 8 abgebildet ist. In beiden Fällen wird eine Glühwendel angewendet, die mittels isolierendem Magnesium-Oxidpulver in einem Glührohr aus warmfestem Stahl eingebettet ist. Die Glühwendel selbst besteht aus einem Widerstandsmaterial auf Nickel-Chrom oder Chrom-Eiscn-Aluminium-Basis.

Die Abhängigkeit der Temperatur und der Stromstärke von der Zeit ist in Bild 4 dargestellt Demnach betragt die Vorglöhzcii der bekannten Glühkerzen je nach Umgebungstemperatur zwischen 10 und 50 see.

s Diese Glühzeiicn sind bezogen auf eine Umgebungstemperatur zwischen etwa + 20" C und - 20" C. Bei stärkerem Frost werden jedoch Vorglühzeitcn bis zu 2 Minuten in der Praxis beobachtet Man hat versucht, diese Zeiten durch besondere elektrische Zusaizaggrcgate, wie Stromregler, zu verkürzen. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand.

Aus der DE-OS 26 33622, insbesondere Fig.3. ist ein: Glühstifikcrze für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der der mit einem Keramiküberzug versehene

is GlOhdrahtwidersland auf einem Keramikträger aufgewickelt ist Ein gleicher Stand der Technik ist in der DE-OS 26 40 314 beschrieben.

Mit derartigen Überzügen auf dem Heizdraht ist es jedoch nicht möglich, die Glüh- oder Aufheizzeit, insbesondere bei tiefen Temperaturen, herabzusetzen. Dies auch dann nicht wenn man anstelle des in der vorgenannten Offenlcgungsschrift (DE-OS 26 40 314) angegebenen Heizlcilcrmatcrials dasjenige nach der DE-OS 26 25 318 verwenden würde.

Aus der DE-OS 15 76 662 bzw. der US-PS 15 36 075 sind Zünd- bzw. Heizv, -rrichtungen bekannt, bei denen die Glühwendel auf dem stabförmigen Isolierkörper frei liegend angeordnet und das Schutzrohr mit öffnungen versehen ist Bei der Heizvorrichtung nach der US-PS 40 35 613 kann der Hetzleiter aus Platin bestehen und in Dickschichttechnik auf einem Keramikstab aufgebracht sein*

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze zu schaffen, die auch beim Einsatz unter erschwerten

_J5 klimatischen Bedingungen wie sie im Winter, z. B. in nördlichen Breiten vorliegen, eine verringerte Vorglühzcit aufweist

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Glühkerze nach' dem Oberbegriff des Anspruchs 1 du. ch die in dessen Kennzeichen aufgeführten Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es zeigen

F i g. I: den Aufbau der erfindungsgcmäßcn Glühkerze,

Fig.2: die mit der erfindungsgcmäßcn Glühkcr/.e erreichten Vorglühzeitcn im Vergleich zu bekannten Glühkerzen.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist. besteht die erfindungsgemäßc Glühkerze aus einem Kcr/cngchäuse I aus Metall mit Außengewinde 2 zum Einschrauben an Einsatzort z.B. im Verbrennungsraum. In dem Gehäuse I ist ein Schutzrohr 3 befestigt, aus warmfestem Metall oder Metallegierung, z. B. durch Einpressen. Innerhalb des Schutzrohres ist ein Tragkör-

ss per 5 für eine Glühwendel 6 angeordnet, der seinerseits in einem Anschlußbolzen 7, ebenfalls bevorzugt durch Einpressen, befestigt ist. Der Anschlußbolzcn 7 für den elektrischen Anschluß ist gegenüber dem Kerzcngchäu· se I elektrisch isoliert durch eine Isolierscheibe 8, die

μ gasdicht angepreßt wird von einer Rundmullcr 9, Die Glühwendel 6 ist bei 10 an den Anschlußbolzcn 7 angelötet. Zwischen dem Anschlußbolzcn 7 und dem Schutzrohr 3 bildet eine Glasschmelze ti die Verbindung zwischen Anschlußbolzcn und Schulzrohr. Gleichzeitig hat die Glaseinschmclzvcrbindung den Zweck der elektrischen Isolation.

Wie der F i g. I zu entnehmen, ist das Schutzrohr 3, welches den mechanischen Schutz der freiliegenden

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Glühwendel gegen Beschädigung beim Ein- und Ausbau der Glühkerze Obernimmt, einseitig offen und aberragt den Tragkörper S Tür die Glühwendel. Das Schutzrohr weist in seinem Mantel öffnungen auf, die in Zahl und Größe so bemessen sind, daß ein ausreichender Durchtritt für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Glühwendel hin erfolgen k&nn. um ein zündfähiges Gemisch zu bilden. Die Glühwendel wird direkt vom Strom durchflossen, der z. B. mit einer Spannung zwischen 6 und 14 Volt, vom Anschlußbolzcn zugeführt und über Schutzrohr und Kerzengehäuse an Masse abgeleitet wird. Die Glühwendel ist an ihrem der Lötstelle IO abgekehrten Ende an dem Schutzrohr 3 bei 12 befestigt, z. B. durch Einprcssea

In dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Glühdraht mit einem Durchmesser von 300 |im auf den Tragkörper 5 aufgewickelt, der aus Keramik, Quarzglas oder hochkicselsäurchaltigem Glas oder Glaskeramik besteht. Der Glühdraht besteht aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle; bevorzugt werden Piatin-Rhudium-Legierungen mit bis zu 40% Rhodium, insbesondere eine Legierung von PIaUi mit 10% Rhodium. |cdoch sind auch andere Legierungen aus der Gruppe der Platinmetalle, nämlich Ruthenium, Rhodium. Palladium, Osmium, Iridium, Platin enthaltende Legierungen anwendbar. Dabei sind Iridium, Ruthenium und Osmium zur Erhöhung der Warmfestigkeit geeignet, während Platin und Palladium vor allem wegen der chemischen Beständigkeit und guten Vcrarbcitbarkeit eingesetzt werden. Nicht zuletzt spielt der Preis des jeweiligen Edelmetalls und daher auch sein Anteil eine erhebliche Rolle.

Vor allem, wenn eine hohe chemische Beständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit gefordert werden, sind jedoch die bis auf etwa ItOO⁰C und darüber hinaus beständigen Metalle, insbesondere die hochschmelzenden Metalle der Gruppe Niob. Tantal, Molybdän. Wolfram allein oder als Legierung dieser Metalle wenig geeignet, obwohl sie preislich günstiger liegen als die Edclmc' illc oder deren Legierungen.

GcmäU einem weiteren Ausführungsbeispiel wird daher eine Glühwendel vorgeschlagen aus hochschmelzendem Metall oder Legierungen mit wenigstens einem dieser Metalle als Kern, der mit einem Mantel oder Übcr/ug aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung aus wenigstens einem Metall der Platingruppe bedeckt ist. Eine solche Ausführung ist in l-'ig. la dargestellt. Der Kern 6' besteht bei diesem Beispiel aus einem hochschmclicndcn Metall, bevorzugt Molybdän, und der Mantel oder Übcr/ug 6" besteht aus Platin oder einer Legierung mit wenigstens einem Metall der Platingruppe. Der Überzug oder Mantel 6" weist dabei eine Dicke von 5 bis etwa 50 μιη. bevorzugt 25 Jim, auf, um die geforderten oben erwähnten Bedingungen erfüllen zu kennen. Für den Kern werden Molybdän oder Wolfram bevorzugt gegenüber den anderen hochschmclzendcn Metallen wegen ihres spezifischen elektrischen Widerstandes.

Anstelle einer drahtförmigcn Glühwendel kann natürlich auch eine bandförmige Glühwendel aufgcwikkclt werden. Eine solche bandförmige Wendel ist in Fig. Ib dargestellt. Der Kern 6' hat dabei einen Querschnitt von etwa 0,03 mm' und der Mantel oder Überzug 6" die gleiche Dicke wie zu t" i g. I a ausgeführt.

Statt eines draht- oder bandförmigen Hei/Icitcrs für die Wendel 6 Lann diese auch aus einer Schicht gebildet werden, die auf den Tragkörper 5 schraubenlinienförmig aufgebracht ist Die Aufbringung der Schicht 6 der

Wendel mit einem Querschnitt von etwa 0,06 mm* kann entweder direkt auf den stab- öder rohrförmigen Tragkörper 5 erfolgen (Fig. Ii-) oder über eine Zwischenschicht 13 (Fig. Id). Ob eine oder keine Zwischenschicht verwendet wird, richtet sich nach dein benutzten Tragermaterial. Wird der Tragkörper 5 aus Keramik, oder Glaskeramik hergestellt, so kann z. B. ein Metall der Platingruppe oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle direkt auf den Träger aufgebracht werden, z. B. durch Aufdampfen. Aufstäuben, Aufdrucken, Fiammspriizen, auf galvanischem oder chemischem Wege (stromlos), wobei solche Verfahren an sich in der Dickschicht-Technik bekannt sind. Natürlich kann auch eine Schichtkombinalion in der Gestalt hergestellt werden, wie sie in F i g. Ib dargestellt ist, wobei die innere Schicht aus einem hochschmclzendcn Metall oder einer Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle und der Überzug aus Platinmctall oder einer Legierung dieser Metalle besieht Bei einem Quarzgiit- oder Quar/glasträgcr oder einem Träger aus hochkicselsäurchalligcm Glas, wir' die Zwischenschicht !3 als Sperrschicht empfohlen, w;nr> ein Platinmetal! aufgebracht wird. Die dünne Schicht 6 kann auch teilweise von einer Einbrcnnschicht 14 bedeckt sein (Fig. Ic). Die Schicht 6 ist dann gemeinsam mit der Schicht 14 einbrennbar. Die Schicht 6 kann dann aufgedruckt sein oder als Suspension aufgcsirichcn und "danach eingebrannt werden. Chemische Verbindungen, die in Suspension für das stromlose Aufbringen geeignet sind, sind ebenso wie Sicbdiuckpaslen aus der Dickschicht-Technik bekannt.

Wichtig ist. daß das sich an das Aufbringen der Schicht anschließende Einbrennen bei einer Temperatur stattfindet, die kleiner ist als die Erweichungstemperatur des Einbcttwcrkstoffcs. Wenn die Schicht 6 vollständig von der Einbettmasse umhüllt wird, ist auch ein direktes Aufbringen der Wendel auf einen metallischen Tragkörper möglich. Das Material des Anschlußbolicns ist hierfür in der Regel nicht geeignet. Es könnte jedoch mit einem keramischen oder glasigen Material, z. K. durch Flammspritzen, überzogen werden.

Die Auswahl des Aufbringungsverfahrens für die Wendel richtet sich vor allem nach der jeweiligen Vcrarbeitbarkcil des Platingruppenmetalls oder deren Legierung b/w. der Kombination mit dem jeweiligen hochschmclzendcn Metall oder deren Legierung.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind besonders deutlich der Fig.2 zu entnehmen, die die gemessenen Temperaturen an der Oberfläche von Glühkerzen /eigen, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden, auf der Ordinate die Temperatur in "C in Abhängigkeit von der angelegten Spannung aufgetragen ist. Die Kurven AE zeigen das Vorglühen mit bekannten Glühkerze, während die Kurven F-J das V' rglQhcn mit erfindungsgemäßen Glühkerzen darstellen, wobei die angelegte Spannung von 6 V für die Kurve A in Springen von 2 V auf 14 V 'Q* die Kurve E und analog für die Kurven F-/anstcig:.

Es ist ersichtlich, daß die Vorglühzeit mit Hilfe der Erfindung deutlich herabscizbar ist, so daß Dieselmotoren ohne wal.nehmbarc Wartezeit ähnlich wie ein Benzinmotor gestartet werden können, selbst bei Temperaturen unter minus 20°C. Im Gegensatz zu bekannten Glühdrahtkerzen ist die freiliegende relativ dünne und entsprechend empfindliche Glühwendel bei der Erfindung vor mechanischen Beschädigungen geschiizi durch ein Schutzrohr, das den Träger mi; der aufgebrachten Wendel überragt.

Der Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch

kann direkt an die Glühwendel gelangen, ohne daO ein besonderer Oxidations- oder Korrosionsschutz notwendig wäre, weil das Material der Wendel entsprechend beständig ist. Die Glühkerze kann daher direkt in den Einsprit/Mrahl des Motors ragen.

Die Bildung eines ausreichend zündfähigen Gemisches ist hierdurch wesentlich erleichtert. Andererseits muD die Glühwendel nicht wie bei bekannten Glühstift· kcrzen in einem Glührohr von eingestampftem Isolierpulver schwingungsfest und elektrisch isoliert umgeben sein, was den Nachteil hat, daO die gesamte schlecht wärmeleitende Wärmemasse und das diese umgebende Hüllrohr auf Glühtemperatur gebracht werden muß. wodurch sich eine entsprechend längere Vorglühzeit ergibt als bei der Erfindung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

29 OO 984 Patentansprüche:

1. Glühkerze für Brennkraftmaschinen mil Komprcssionszündung als Starthilfe bei kalter Brennkraftmaschine, mit einer von einem Schutzrohr umgebenen Glühwendel, die von einem stabförmigcn Isolierkörper getragen und elektrisch leitend mil einem Anschlußbolzen verbunden ist, der elektrisch isoliert und gasdicht im Kerzengehäuse eingesetzt isl. dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel auf dem stabförmigcn Isolierkörper freiliegend angeordnet ist, eine maximale Dicke von etwa 03 mm aufweist und wenigstens deren Oberfläche aus einem Metall der Platingruppe oder aus einer Legierung aus Metallen dieser Gruppe besteht, und daß das Schutzrohr mehrere öffnungen (Qr den Zutrit» "on Brennstoff aufweist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel aus einer auf den Tragkörper aufgedampften, aufgestäubten, aufgedruckten, tlammgcspritzicn, galvanisch oder chemisch niedergeschlagenen Schicht gebildet ist

3. Glühkerze nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glühwendel und Tragkörper zumindest im Bereich der Wendel eine Zwischenschicht als Sperrschicht angeordnet ist

4. Glühkerze nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die chemisch aufgebrachte Glühwendclschicht in trner Einbrennschicht auf dem Tragkörper angeordnet ist

5. Glühkerze nach einem ocr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr für die Glühwendci den Tragkörper überragt und wenigstens an dem freien Ende desselben offen ist

6. Glühkerze nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel aus einem Kern-Mantcldraht oder -band besteht, dessen plalingruppcnmctallhaltigcr Manie! oder Oberzug eine Dicke von etwa S (im—50 |im aufweist.

7. Glühkerze nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel einen Querschnitt von etwa 0,03 mm¹ bis 0,06 mm² aufweist.