DE3915224A1 - Gluehstiftkerze - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung im Verbrennungsraum einer Dieselbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der deutschen Patentschrift Nr. 28 02 625 ist der prinzipielle Aufbau einer Glühstiftkerze bekanntgeworden. Diese werden zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens sowie der Kaltlaufeigenschaften von Dieselmotoren eingesetzt. An der heißen Glühstiftoberfläche verdampft ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes und entzündet sich. Die freiwerdende Wärme trägt zur Einleitung der Verbrennung bei.

Eine Glühstiftkerze besteht aus einem mit dem Kerzengehäuse verbundenen Glühstift, der seinerseits aus einem als Heizkörper dienenden Glührohr besteht, in dessen Inneren eine in einem Isolierpulver eingebettete Widerstandswendel angeordnet ist. Die Widerstandswendel besteht aus einer vorderen, brennraumseitigen Heizwendel mit konstantem Widerstand und einer hiermit in Reihe geschalteten Regelwendel mit einem hohen positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (PTC) zur Temperaturregelung bzw. Temperaturbegrenzung der Heizwendel. Das anschlußseitige Ende der Regelwendel ist mit einem Anschlußbolzen verbunden, der durch das Kerzengehäuse hindurchgeführt ist und zur Stromzuführung dient. Das brennraumseitige Ende der Heizwendel ist mit der Spitze des Glührohrs verschweißt. Die Heizwendel an der brennraumseitigen Spitze des Glührohrs hat die Aufgabe, eine möglichst rasche Aufheizung der Glührohrspitze vorzunehmen, wobei nach üblichen Vorglühzeiten von 5 bis 10 s eine Glühstifttemperatur von ca. 850 bis 900°C erzielt wird. Um eine Überhitzung und damit eine Zerstörung sowohl der Heizwendel als auch des gesamten Glühstiftes zu vermeiden, erhöht sich der variable Widerstand der Regelwendel mit wachsender Temperatur, so daß eine Strombegrenzung für die Heizwendel eintritt. Durch geeignete Auslegung und Dimensionierung von Heiz- und Regelwendel wird die Glühstiftkerze schnell auf die für den Start erforderliche Temperatur erwärmt, ohne jedoch die noch zulässige Höchsttemperatur zu überschreiten. Dabei dient das im Glührohr angeordnete Isolierpulver, im allgemeinen Magnesiumoxyd, als guter Wärmeleiter, um die Wärme von der Heizwendel auf das Glührohr zu übertragen, aber auch als elektrischer Isolator zwischen den einzelnen Windungen der Widerstandswendel und zwischen der Widerstandswendel und dem Glührohr.

Bei bekannten Glühstiftkerzen weist die Regelwendel Windungen von im wesentlichen gleichen Durchmesser auf. Dabei muß der Widerstand der Regelwendel sowie die sonstige Dimensionierung genau auf die gewünschten Verhältnisse angepaßt werden. Hierbei bestimmt das Ausgangsmaterial, der Drahtdurchmesser, der Windungsdurchmesser sowie die Anzahl der Windungen den Gesamtwiderstand der Regelwendel. Je größer die Anzahl der Windungen, d.h., je länger die Gesamtlänge der Regelwendel, um so größer ist der hiermit verbundene Widerstandswert der Regelwendel. Gleichermaßen vergrößert sich der Widerstand mit der Verkleinerung des Drahtdurchmessers, was jedoch die Handhabung bei der Montage erschwert.

Zur Erzielung der gebräuchlichen Widerstandswerte ist es häufig erforderlich, die Regelwendel mit beispielsweise ca. 30 Windungen zu versehen, während die Heizwendel lediglich z.B. nur ca. 6 Windungen aufweist. Dies hat zur Folge, daß die Regelwendel die bauliche Länge des Glühstiftes bzw. des Glührohres im wesentlichen mitbestimmt, da die große Anzahl von Windungen einschließlich deren Zwischenräume auch eine ausreichend große Baulänge bewirken. Um diese Baulänge nicht allzu groß werden zu lassen, wird deshalb ein Teil der Windungen der Regelwendel bereits in den vom Kerzengehäuse umgebenen Bereich des Glührohres verlegt. Außerdem ordnet man Heizwendel und Regelwendel sehr eng zusammen, um die Baulänge klein zu halten.

Eine große bauliche Länge des Glühstiftes setzt aber voraus, daß dessen Abmessungen auch im Verbrennungsraum unterbringbar sind und seine Zone größter Hitzeentwicklung, d.h. die Glühstiftspitze an demjenigen Ort im Verbrennungsraum angeordnet werden kann, an dem eine optimale Zündung der Dieselbrennkraftmaschine zu erzielen ist. Eine große bauliche Länge des Glühstiftes schränkt also die Anwendbarkeit einer Glühkerze hinsichtlich unterschiedlicher Dieselmotoren erheblich ein.

Die enge Zusammenlegung von Heizwendel und Regelwendel zur Platzeinsparung hat weiterhin den Nachteil, daß eine rasche Wärmezufuhr durch Wärmeleitung von der Heizwendel zur Regelwendel erfolgt, wodurch die Regelwendel ggf. zu frühzeitig den Stromfluß zur Heizwendel herunterregelt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Baulänge des Glühstiftes bzw. des Glührohres variiert und insbesondere verkleinert werden kann, hervorgerufen durch eine Verkürzung der Gesamtlänge der Regelwendel. Diese Verkürzung wird erfindungsgemäß durch eine doppellagige oder zweilagige Anordnung der Regelwendel erzielt. Das anschlußseitige Ende der Regelwendel wird mit verkleinertem Außendurchmesser in das Innere des äußeren Wendelabschnittes eingeführt und in Richtung zur Heizwendel fortgesetzt. Dieser innere Wendelabschnitt kann in seiner Länge wiederum variiert werden, um den Widerstand der Regelwendel zu beeinflussen. Brennraumseitig wird dann der innere Wendelabschnitt durch einen Anschlußwendelabschnitt begrenzt, der zur Befestigung des Anschlußbolzens und damit zur Stromzufuhr dient.

Durch diese Maßnahmen kann die Lage der Glühstiftspitze im Verbrennungsraum beeinflußt und demzufolge das Arbeitsergebnis der Glühstiftkerze zur Erzielung optimaler Arbeitsbedingungen entscheidend verbessert werden.

Gleichermaßen kann mit der Verkürzung der Regelwendel der Abstand zwischen Heizwendel und Regelwendel vergrößert werden, wodurch die unmittelbare Wärmebeeinflussung der Heizwendel auf die Regelwendel verzögert werden kann. Hierdurch regelt die Regelwendel die Heizwendel in zeitlich verzögertem Maße.

Die Verkürzung der Baulänge der Regelwendel hat weiterhin den Vorteil, daß durch die doppellagige Anordnung trotzdem die notwendige Gesamtlänge zur Erzielung des notwendigen Widerstandes der Regelwendel beibehalten werden kann. Andernfalls müßte beispielsweise der Drahtquerschnitt stark verkleinert werden, um bei Verkürzung der Regelwendel einen Widerstand gleicher Größe zu erhalten. Die Regelwendel kann demnach einen relativ dicken Drahtquerschnitt aufweisen, was der Handhabung der Regelwendel bei der Montage und der Bruchempfindlichkeit beim Streckvorgang wesentlich zugute kommt.

Schließlich eröffnet eine kürzere Baulänge des in den Verbrennungsraum hineinragenden Glühstiftes konstruktive Änderungsmöglichkeiten der geometrischen Ausbildung des Verbrennungsraumes, was zu verbesserten Laufeigenschaften des Motors führen kann.

Mittels den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind weitere vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze möglich. Durch die angegebenen Werte und Verhältniszahlen lassen sich bezüglich der Erfindung besonders günstige Ergebnisse erzielen.

Zeichnung

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Einzelheiten der Erfindung sind im Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Dies ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung des Glühstiftes mit Glührohr, Anschlußbolzen sowie Regelwendel und Heizwendel.

Beschreibung der Erfindung

Die in der Figur dargestellte Glühstiftkerze 1 besteht aus einem lediglich angedeuteten Kerzengehäuse 2 und einem darin fest und gasdicht befestigten Glühstift 3. Der Glühstift 3 besteht seinerseits aus einem korrosionsfesten Glührohr 4, in welchem eine 2-Stoff-Wendel 5 in einem Isolierpulver 6, insbesondere Magnesiumoxyd, eingebettet ist; das Isolierpulver 6 aus Magnesiumoxyd weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute elektrische Isolierfähigkeit auf. Die 2-Stoff-Wendel 5 besteht aus einer brennraumseitigen Heizwendel 7 mit konstantem Widerstand und einer hiermit in Reihe geschalteten, anschlußseitigen Regelwendel 8. Zur Temperaturregelung bzw. Temperaturbegrenzung weist die Regelwendel 8 in bekannter Weise einen hohen positiven Widerstands- Temperatur-Koeffizienten (PTC) auf. Die Regelwendel 8 ist anschlußseitig mit einem Anschlußbolzen 9 zur Stromzuführung verbunden. Die Heizwendel 7 ist an ihrem brennraumseitigen Ende 10 mit dem Glührohr 4 über eine Schweißverbindung 11 verbunden.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Heizwendel 7 eine Länge l ₁ mit ca. 6 bis 9 Einzelwindungen auf. Zur Anpassung an die brennraumseitige, sich verjüngende Glühstiftspitze 12 ist die Heizwendel 7 ebenfalls sich verjüngend ausgebildet.

Die Heizwendel 7 ist mit der Regelwendel 8 über eine Laser-Schweißverbindung 13 verbunden, wobei ein Zwischenraum l ₂ zwischen Heizwendel 7 und Regelwendel 8 überbrückt wird. Die Regelwendel 8 weist eine bauliche Länge l ₃ auf; sie besteht aus einem äußeren, ersten Wendelabschnitt 14 mit der Länge l ₃ und hat ca. zwanzig Einzelwindungen mit einem Außendurchmesser d ₁. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser d ₁ dieses Wendelabschnittes 14 ca. 4,85 mm; der Wendelabschnitt 14 hat ca. zwanzig Windungen und einen Drahtdurchmesser von 0,4 mm.

Erfindungsgemäß folgt dem anschlußseitigen Ende des ersten Wendelabschnitts 14 ein zweiter Wendelabschnitt 15, der auf seiner Länge l ₄ ca. fünf Windungen hat und im freien Innenraum des ersten Wendelabschnitts 14 koaxial und mit Abstand zum Wendelabschnitt 14 angeordnet ist. Hierfür weist der zweite Wendelabschnitt 15 im Vergleich zum Innendurchmesser des ersten Wendelabschnittes 14 einen kleineren Wendeldurchmesser d ₂ auf. Im Ausführungsbeispiel weist der innere, zweite Wendelabschnitt 15 einen Durchmesser d ₂ = 3,65 mm auf und hat einen Drahtdurchmesser von 0,4 mm. Die Länge l ₃ des äußeren Wendelabschnitts 14 und die Länge l ₄ des zweiten Wendelabschnitts 15 kann jeweils der gewünschten Ausführungsform des Glühstiftes entsprechend variiert werden.

Brennraumseitig endet der zweite Wendelabschnitt mit einem Anschlußwendelabschnitt 16, der ebenfalls wie der zweite Wendelabschnitt 15 konzentrisch im freien Innenraum des ersten Wendelabschnitts 14 und mit Abstand von diesem Wendelabschnitt 14 angeordnet ist und einen äußeren Durchmesser d ₃ aufweist. Dieser Anschlußwendelabschnitt 16 mit einer Länge l ₅ dient als Anschluß zum Anschlußbolzen 9. Hierfür weist das brennraumseitige Ende des Anschlußbolzens 9 ein Gewinde 19 auf, auf welches die z.B. fünf Windungen des Anschlußwendelabschnitts 16 aufgeschraubt sind. Das brennraumseitige Ende des Anschlußbolzens 9 ist mit Bezugszeichen 17 gekennzeichnet und kann etwas über die Länge l ₅ des Anschlußwendelabschnitts 16 hinausragen. Der Anschlußbolzen 9 ragt demnach mit der Länge l ₄ + l ₅ in den freien Innenraum des Regelwendel-Abschnitts 14 hinein. Der Anschlußbolzen 9 ist an seinem vorderen, brennraumseitigen Abschnitt 18 mit einem Durchmesser d ₄ versehen, der kleiner ist als der anschlußseitige Durchmesser d ₅ des Anschlußbolzens 9 und auch kleiner ist als der Innendurchmesser d ₃ des zweiten Wendelabschnitts 15; der vordere Abschnitt 18 kann somit in diesen zweiten Wendelabschnitt 15 eingeführt werden und kommt nicht mit diesem Wendelabschnitt 15 in Berührung. Der Außendurchmesser des auf dem brennraumseitigen Endabschnitt des Anschlußbolzens-Abschnitts 18 befindlichen Gewindes 19 ist nicht größer als der Durchmesser des Abschnitts 18.

Der Abstand l ₂ zwischen der Heizwendel 7 und der erfindungsgemäß ausgebildeten Regelwendel 8 kann aufgrund der Verkürzung der Regelwendel 8 durch die doppellagige Anordnung größer als üblich ausgebildet werden. Er kann jedoch auch in den sonst üblichen Abmessungen ausgebildet werden, um die Gesamtlänge l ₆ des aus dem Kerzengehäuse 2 herausragenden Glühstifts noch weiter zu verkürzen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt insbesondere auch alle fachmännischen Abwandlungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt. Weiterhin sind die angegebenen zahlenmäßigen Angaben nur als beispielhaft anzusehen. Durch Optimierung der Drahtdurchmesser, der Aufteilung und Anordnung der Wendeln und deren Abschnitte und der Steigungen der Wendeln können die Eigenschaften der Glühstiftkerze insgesamt verbessert werden.

Claims (3)

1. Glühstiftkerze zur Anordnung im Verbrennungsraum einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse und einem hiermit verbundenen Glühstift, der aus einem Glührohr mit darin in einem Isolierpulver eingebetteter 2-Stoff-Widerstandswendel mit gehäuseseitigem Anschlußbolzen besteht, wobei die 2-Stoff-Widerstandswendel aus einer vorderen, brennraumseitigen Heizwendel mit im wesentlichen konstantem Widerstand und einer hiermit in Reihe geschalteten Regelwendel mit einem hohen positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (PTC) zur Temperaturregelung bzw. Temperaturbegrenzung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (8) doppellagig ausgebildet ist, wobei ihrem äußeren, ersten Wendelabschnitt (14) an seinem gehäuseseitigen Ende ein mit koaxialem Abstand zu dem ersten Wendelabschnitt (14) angeordneter innenliegender, zweiter Wendelabschnitt (15) folgt, an dessen brennraumseitigem Ende ein Befestigungsanschluß (16) für den Anschlußbolzen (9) vorgesehen ist.

2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am brennraumseitigen Ende des zweiten, inneren Wendelabschnitts (15) ein Anschlußwendelabschnitt (16) zur Befestigung mit dem Anschlußbolzen (9) vorgesehen ist.

3. Glühstiftkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußwendelabschnitt (16) aus mehreren aneinanderliegenden Windungen besteht, die auf ein angepaßtes Anschlußgewinde (19) am brennraumseitigen Ende des Anschlußbolzens (9) aufschraubbar sind.