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EP1125475B1 - Keramische glühstiftkerze - Google Patents

Keramische glühstiftkerze Download PDF

Info

Publication number
EP1125475B1
EP1125475B1 EP99955813A EP99955813A EP1125475B1 EP 1125475 B1 EP1125475 B1 EP 1125475B1 EP 99955813 A EP99955813 A EP 99955813A EP 99955813 A EP99955813 A EP 99955813A EP 1125475 B1 EP1125475 B1 EP 1125475B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ceramic
glow plug
heating device
electrically conductive
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99955813A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1125475A2 (de
Inventor
Albrecht Geissinger
Gert Lindemann
Christoph Haluschka
Thomas Nething
Wolfgang Dressler
Friederike Lindner
Horst Boeder
Matthias Rowek
Wolfgang Otterbach
Christoph Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to SI9930615T priority Critical patent/SI1125475T1/xx
Publication of EP1125475A2 publication Critical patent/EP1125475A2/de
Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 is based on a ceramic glow plug for diesel engines according to the genus of the main claim. It is such a glow plug from DE-OS 3 837 128 known in which a ceramic heater from the Tip of a cylindrical holder is held. The Ceramic heater is against the holder electrically isolated. On the side of the cylindrical Holder that is opposite the ceramic heater a connection device is provided, which with the Supply voltage is contacted.
  • the ceramic Heater consists of a U-shaped heating section, with the two ends of the U-shaped heating cutout are each contacted with the connection device.
  • the ceramic Heater applied a voltage such that a current from one end of the U-shaped heating section over the Combustion chamber tip of the heating section to the other end of the U-shaped heating section flows.
  • the current causes due to the resistance of the ceramic, the heating of the Heating section so that it glows and the fuel-air mixture is heated for inflammation.
  • the ceramic glow plug with the invention has the advantage that a very easy contacting of the ceramic heating element without additional sintered connection contacts is possible. Furthermore, the contacting of the ceramic Heater, which has the shape of a glow pencil, without cohesive connection by simple design of Contact surfaces in the insulation have the advantage that sintered metallic supply line can be dispensed with. This ensures that there is no weakening of the ceramic due to sintered foreign bodies or damage to the Ceramic or the contact is made during assembly. The Ultimately, manufacturing becomes easier and thus cost-effective. At the same time, by introducing a sealing packing between the inner wall of the housing and the outer wall the ceramic heater has a very good seal opposite the combustion chamber with a simultaneous improved contacting achieved.
  • the glow plug in area far away from the combustion chamber Diameter, because the shoulder thus created between the smaller diameter section and the Section with a larger diameter when inserting the Glow pin pushes the sealing material together in the housing and so a very good compression is guaranteed.
  • the Sealing the components of the glow plug far from the combustion chamber to the combustion chamber is significantly improved. At long last are used to achieve safe ground contact and engine compartment sealing necessary surface pressures minimized, which in turn reduces the tangential tensile stresses be reduced in the ceramic glow pencil.
  • the usage a contact spring for connecting the distant combustion chamber Face of one end of the U-shaped heater enables contacting with the supply voltage also a compensation of different layer thicknesses between the insulating layer and the recesses in this insulating layer.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive ceramic glow plug.
  • the glow plug is there here from a cylindrical tubular metal housing, which represents the candle housing 10.
  • the candle case 10 comprises a ceramic at its combustion chamber end 11 Heater 12.
  • This ceramic heater 12 is a glow pencil designed as a ceramic layer composite, which consists of an insulating composite ceramic layer L3, between two electrically conductive Composite ceramic layers 14 is there.
  • the electric conductive composite ceramic layers are essentially U-shaped arranged.
  • At the top of the ceramic Heater are the two electrically conductive Composite ceramic layers 14 through a thin web electrically conductive composite ceramic connected.
  • the Isolation and electrical contacting of the glow plug should are explained below with reference to FIG. 2.
  • the electrical resistance in the area of the glow tip is through a strong reduction in the electrically conductive Cross-section and / or by using a ceramic with higher specific electrical resistance higher than in the two legs of the u-shaped electrically conductive Kompositkeramik füren.
  • the glow current thus from the end of one leg of the u-shaped ceramic heater over the Combustion chamber tip in the other leg of the U-shaped ceramic heater where then over a electrical connection to the candle housing Ground contact is made.
  • the tip of the combustion chamber ceramic heater glows due to the design, that the resistance is greatest here, first.
  • the electrically conductive ceramic has suitable fillers a positive temperature coefficient of electrical Resistance, so that the electrical resistance with increasing temperature increases, which in turn causes the glow plug temperature regulates itself.
  • the Heating rate and the steady temperature of the Glow plug can essentially by that Resistance ratio of tip and lead, the Top geometry, the specific electrical resistance of the ceramic and the temperature coefficient of the ceramic can be set.
  • the ceramic heater 12, also with glow plug referred to, has in their cylindrical candle housing 10 covered an area larger rear portion Diameter 15 on.
  • the diameter of this rear Section of the glow plug is chosen so that the Glow plug when assembling the glow plug in the housing 10 is movable.
  • the glow pencil or the Ceramic heater 12 is cylindrical Candle housing 10 mounted so that between the Inner wall of the tubular metal housing 11 and the Outer wall of the ceramic heater 12 in the area of smaller diameter forms a cavity 17 which with a electrically conductive, compressible material 18 filled is.
  • This electrically conductive material 18 can for example graphite, a metal powder, a Powder mixture of ceramic and conductive particles or be a hollow cylinder wound from graphite foil.
  • the glow plug When assembling the glow plug, that is first electrically conductive material 18 from the combustion chamber Opening the candle housing 10 in the candle housing 10 in Form of a pre-pressed introduced and then the Glow plug inserted. To the ceramic heater 12 closes in the candle housing 10 remote from the combustion chamber Ceramic sleeve 19 and a metal ring 16 on. By applying force to these merged parts, the glow plug is pressed into the candle housing 10 in such a way that the electrically conductive material 18 is compressed. During the compression process, the cavity 17 in reduced in volume.
  • the ceramic heater 12 is separate shown.
  • the glow plug is continuous over its length except for the end section distant from the combustion chamber has a first diameter and at end distant from the combustion chamber, a section 15 larger Has diameter.
  • the glow plug is at least in that Area in which it is covered by the candle housing 10 with with an insulating layer 20, this insulating layer 20 by means of glazing is made, coated.
  • the area in which this insulating layer 20 is applied, is indicated in Figure 2 with a bracket.
  • For electrical Recesses 21 and 22 are provided in the insulating layer 20.
  • a first recess 21 is located on the end face of the combustion chamber Glow plug in such a way that contacting of the connecting bolt with a Leg of the U-shaped electrically conductive ceramic takes place.
  • the second electrical Contact is made on the lateral outer wall of the second leg of the U-shaped, electrically conductive ceramic.
  • the contact of this second recess 22 with the Candle housing 10 takes place via a sealing compound 18, as can be seen in FIG. 1 is.
  • the recesses 21 and 22 are each identified as a surface. It can then be clearly seen in FIG. 2 that the contact surfaces are selected such that when applying a voltage the glow current from one end of the u-shaped Heater 12 over the combustion chamber tip to the other end of the U-shaped Heater 12 flows.
  • the recesses 21 and 22 are each provided with a metal coating, for example nickel.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer keramischen Glühstiftkerze für Dieselmotoren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Glühstiftkerze aus der DE-OS 3 837 128 bekannt, bei welcher eine keramische Heizvorrichtung von der Spitze eines zylidrischen Halters gehalten wird. Die keramische Heizvorrichtung ist hierbei gegen den Halter elektrisch isoliert. Auf der Seite des zylindrischen Halters, die der keramischen Heizvorrichtung gegenüber liegt ist eine Anschlußvorrichtung vorgesehen, welche mit der Versorgungsspannung kontaktiert ist. Die keramische Heizvorrichtung besteht aus einem U-förmigen Heizabschnitt, wobei die beiden Enden des U-förmigen Heizausschnittes jeweils mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert sind. Während eines Glühvorganges wird an die keramische Heizvorrichtung eine Spannung derart angelegt, daß ein Strom von einem Ende des U-förmigen Heizabschnittes über die brennraumseitige Spitze des Heizabschnittes zum anderen Ende des U-förmigen Heizabschnittes fließt. Der Strom bewirkt aufgrund des Widerstandes der Keramik die Erwärmung des Heizabschnittes, so daß dieser glüht und das Brennstoff-Luft-Gemisch für eine Entzündung erwärmt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße keramische Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine sehr einfache Kontaktierung des keramischen Heizelementes ohne zusätzliche eingesinterte Anschlußkontakte möglich ist. Ferner hat die Kontaktierung der keramischen Heizvorrichtung, welche die Form eines Glühstiftes hat, ohne stoffschlüssige Verbindung durch einfache Gestaltung von Kontaktflächen in der Isolierung den Vorteil, daß auf eingesinterte metallische Zuleitung verzichtet werden kann. Damit ist sichergestellt, daß keine Schwächung der Keramik durch eingesinterte Fremdkörper oder eine Beschädigung der Keramik oder des Kontaktes bei der Montage erfolgt. Die Fertigung wird letztendlich einfacher und damit kostengünstiger. Gleichzeitig wird durch das Einbringen einer Dichtpackung zwischen Gehäuseinnenwand und Außenwand der keramischen Heizvorrichtung eine sehr gute Abdichtung gegenüber dem Brennraum mit einer gleichzeitigen verbesserten Kontaktierung erreicht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen keramischen Glühstiftkerze möglich.
Besonders vorteilhaft ist, daß der Glühstift im brennraumfernen Bereich einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist, da die so entstehende Schulter zwischen dem Abschnitt mit geringerem Durchmesser und dem Abschnitt mit größerem Durchmesser beim Einsetzen des Glühstiftes in das Gehäuse das Dichtmaterial zusammenschiebt und so eine sehr gute Verdichtung gewährleistet ist. Die Abdichtung der brennraumfernen Bauteile der Glühstiftkerze zum Brennraum ist damit wesentlich verbessert. Letztendlich werden die zur Erreichung einer sicheren Massekontaktierung und Motorraumabdichtung notwendigen Flächenpressungen minimiert, wodurch wiederum die tangentialen Zugspannungen in dem Keramikglühstift verringert werden. Die Verwendung einer Kontaktfeder für die Anbindung der brennraumfernen Stirnseite des einen Endes der u-förmigen Heizvorrichtung zur Kontaktierung mit der Versorgungsspannung ermöglicht außerdem einen Ausgleich von unterschiedlichen Schichtdicken zwischen der isolierenden Schicht und den Aussparungen in dieser isolierenden Schicht. Damit wird ebenfalls eine sichere Kontaktierung gewährleistet. Da die für einen sicheren Kontakt notwendigen Anpresskräfte bei dem erfindungsgemäßen Glühstift gering sind, werden keine zusätzlichen Zugspannungen im dem Keramikglühstift erzeugt. Die Verwendung einer Pulverdichtung als Dichtmasse zwischen Gehäuse und Glühstift stellt sicher, daß keine besonderen Anforderungen an die Oberflächengüte zur Abdichtung gestellt werden. Dadurch können keine Spannungsüberhöhungen durch eine Oberflächenrauheit entstehen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die erfindungsgemäße Glühstiftkerze und Figur 2 den keramischen Glühstift.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße keramische Glühstiftkerze. Die Glühstiftkerze besteht hierbei aus einem zylindrischen rohrförmigen Metallgehäuse, welches das Kerzengehäuse 10 darstellt. Das Kerzengehäuse 10 umfaßt an seinem brennraumseitigen Ende 11 eine keramische Heizvorrichtung 12. Diese keramische Heizvorrichtung 12 ist ein als keramischer Schichtverbund ausgeführter Glühstift, welcher aus einer isolierenden Kompositkeramikschicht L3, die zwischen zwei elektrisch leitenden Kompositkeramikschichten 14 liegt, besteht. Die elektrisch leitenden Kompositkeramikschichten sind im wesentlichen u-förmig angeordnet. An der Spitze der keramischen Heizvorrichtung sind die beiden elektrisch leitenden Kompositkeramikschichten 14 durch einen dünnen Steg aus elektrisch leitender Kompositkeramik verbunden. Die Isolation und elektrische Kontaktierung des Glühstiftes soll weiter unten anhand von Figur 2 erläutert werden. Der elektrische Widerstand im Bereich der Glühspitze ist durch eine starke Verringerung des elektrisch leitenden Querschnittes und/oder durch Verwendung einer Keramik mit höherem spezifischen elektrischen Widerstand höher als in den beiden Schenkeln der u-förmigen elektrisch leitenden Kompositkeramikschichten. Beim Anlegen einer Spannung fließt der Glühstrom damit vom Ende des einen Schenkels der u-förmigen keramischen Heizvorrichtung über die brennraumseitige Spitze in den anderen Schenkel der u-förmigen keramischen Heizvorrichtung, wo dann über eine elektrische Anbindung an das Kerzengehäuse die Massekontaktierung erfolgt. Die brennraumseitige Spitze der keramischen Heizvorrichtung glüht aufgrund der Gestaltung, daß der Widerstand hier am größten ist, zuerst. Die elektrisch leitfähige Keramik hat durch geeignete Füllstoffe einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, so daß der elektrische Widerstand mit zunehmender Temperatur ansteigt, was wiederum bewirkt, daß sich die Glühstifttemperatur selbst regelt. Die Aufheizgeschwindigkeit und die Beharrungstemperatur des Glühstiftes können im wesentlich durch das Widerstandsverhältnis von Spitze und Zuleitung, die Spitzengeometrie, den spezifischen elektrischen Widerstand der Keramik und den Temperaturkoeffizienten der Keramik eingestellt werden.
Die keramische Heizvorrichtung 12, auch mit Glühstift bezeichnet, weist in ihrem vom zylindrischen Kerzengehäuse 10 umfaßten hinteren Abschnitt einen Bereich größeren Durchmessers 15 auf. Der Durchmesser dieses hinteren Abschnittes des Glühstiftes ist so gewählt, daß der Glühstift beim Zusammenbau der Glühstiftkerze im Gehäuse 10 verschiebbar ist. Der Glühstift beziehungsweise die keramische Heizvorrichtung 12 wird im zylindrischen Kerzengehäuse 10 so montiert, daß sich zwischen der Innenwand des rohrförmigen Metallgehäuses 11 und der Außenwand der keramischen Heizvorrichtung 12 im Bereich des kleineren Durchmessers ein Hohlraum 17 bildet, der mit einem elektrisch leitfähigen, verdichtbarem Material 18 ausgefüllt ist. Dieses elektrisch leitfähige Material 18 kann beispielsweise Graphit, ein Metallpulver, eine Pulvermischung aus Keramik und leitfähigen Partikeln oder ein aus Graphitfolie gewickelter Hohlzylinder sein.
Bei der Montage der Glühstiftkerze wird zunächst das elektrisch leitende Material 18 von der brennraumfernen Öffnung des Kerzengehäuses 10 in das Kerzengehäuse 10 in Form eines Vorpreßlings eingebracht und anschließend der Glühstift eingesetzt. An die keramische Heizvorrichtung 12 schließt sich brennraumfern im Kerzengehäuse 10 eine Keramikhülse 19 und im weiteren ein Metallring 16 an. Mittels Krafteinwirkung auf diese zusammengeführten Teile, wird der Glühstift so in das Kerzengehäuse 10 eingedrückt, daß das elektrisch leitfähige Material 18 verdichtet wird. Während des Verdichtungsprozesses wird der Hohlraum 17 in seinem Volumen verkleinert.
In Figur 2 ist die keramische Heizvorrichtung 12 separat dargestellt. Bei dieser Darstellung ist deutlich zu sehen, daß der Glühstift über seine Länge durchgehend bis auf den brennraumfernen Endabschnitt einen ersten Durchmesser und am brennraumfernen Ende einen Abschnitt 15 größeren Durchmessers aufweist. Der Glühstift ist zumindest in dem Bereich, in welchem er vom Kerzengehäuse 10 umfaßt wird, mit mit einer isolierenden Schicht 20, wobei diese isolierende Schicht 20 mittels Verglasen hergestellt ist, überzogen. Der Bereich, in welchem diese isolierende Schicht 20 aufgebracht ist, ist in der Figur 2 mit einer Klammer gekennzeichnet. Zur elektrischen Kontaktierung sind in der isolierenden Schicht 20 Aussparungen 21 und 22 angebracht. Eine erste Aussparung 21 befindet sich auf der brennraumfemen Stirnseite des Glühstiftes und zwar so, daß eine Kontaktierung des Anschlußbolzens mit einem Schenkel der u-förmigen elektrisch leitenden Keramik erfolgt. Der zweite elektrische Kontakt erfolgt an der seitlichen Außenwand des zweiten Schenkels der u-förmigen, elektrisch leitenden Keramik. Der Kontakt dieser zweiten Aussparung 22 mit dem Kerzengehäuse 10 erfolgt über eine Dichtmasse 18, wie dies der Figur 1 zu entnehmen ist. In Figur 2 sind die Aussparungen 21 und 22 jeweils als Fläche gekennzeichnet. Hierbei ist dann in Figur 2 gut zu erkennen, daß die Kontaktflächen so gewählt sind, daß beim Anlegen einer Spannung der Glühstrom von einem Ende der u-förmigen Heizvorrichtung 12 über die brennraumseitige Spitze zum anderen Ende der u-förmigen Heizvorrichtung 12 fließt. Für eine gute Kontaktierung können die Aussparungen 21 und 22 jeweils mit einem Metallüberzug, beispielsweise Nickel, versehen werden.

Claims (7)

  1. Keramische Glühstiftkerze mit einem rohrförmigen Metallgehäuse (10), welches an seinem brennraumseitigen Ende (11) eine keramische, u-förmige Heizvorrichtung (12) in Form eines Glühstiftes freitragend hält, mit einem auf der brennraumfernen Seite angeordneten Anschlußbolzen, welcher mit der keramischen Heizvorrichtung (12) elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizvorrichtung (12) zumindest in dem Bereich, in welchem sie vom Metallgehäuse (10) umfaßt ist, mit einer isolierenden Schicht (20) überzogen ist und in dieser isolierenden Schicht (20) Aussparungen (21, 22) vorgesehen sind, wobei eine erste Aussparung (21) an der brennraumfemen Stirnseite des einen Endes der u-förmigen keramischen Heizvorrichtung (12) und eine zweite Aussparung (22) seitlich an der Außenwand des anderen Endes der u-förmigen keramischen Heizvorrichtung (12) angeordnet ist und wobei im Bereich der zweiten Aussparung (22) zwischen der Außenwand der keramischen Heizvorrichtung (12) und der Innenwand des Metal lgehäuses (10) eine elektrisch leitende Dichtmasse (18) angeordnet ist.
  2. Keramische Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizvorrichtung (12) in dem vom Metallgehäuse (10) umfaßten Abschnitt in einem brennraumfernen Teilbereich (15) einen größeren Durchmesser aufweist, wobei dieser größere Durchmesser so gewählt ist, daß die keramische Heizvorrichtung (12) bei einem Zusammenbau in das Metallgehäuse (10) vom brennraumfernen Ende einschiebbar ist.
  3. Keramische Glühstiftkerze nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (20) mittels Verglasen aufgebracht ist.
  4. Keramische Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (21, 22) in der isolierenden Schicht (20) metallisiert sind.
  5. Keramische Glühstiftkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Dichtmasse (18) ein elektrisch leitfähiges Pulver ist.
  6. Keramische Glühstiftkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Dichtmasse (18) Graphit, ein Metallpulver oder eine Pulvermischung aus Keramik mit leitfähigen Partikeln ist.
  7. Keramische Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Dichtmasse (18) ein aus Graphitfolie gewickelter Hohlzylinder ist.
EP99955813A 1998-09-28 1999-09-25 Keramische glühstiftkerze Expired - Lifetime EP1125475B1 (de)

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Applications Claiming Priority (3)

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DE19844347 1998-09-28
DE19844347A DE19844347A1 (de) 1998-09-28 1998-09-28 Keramische Glühstiftkerze
PCT/DE1999/003098 WO2000019772A2 (de) 1998-09-28 1999-09-25 Keramische glühstiftkerze

Publications (2)

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EP1125475A2 EP1125475A2 (de) 2001-08-22
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EP (1) EP1125475B1 (de)
JP (1) JP2002526737A (de)
KR (1) KR100620262B1 (de)
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DE (2) DE19844347A1 (de)
ES (1) ES2222041T3 (de)
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