DE4133046C2

DE4133046C2 - Selbstregelnde Glühkerze

Info

Publication number: DE4133046C2
Application number: DE4133046A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kimata
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2011-10-05
Also published as: JPH04143518A; DE4133046A1; US5218183A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstregelnde bzw. temperaturkompensierende Glühkerze entsprechend den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Anspruchs 1.

In einem Dieselmotor verbrennt die unter Spannung stehende bzw. erregte Glühkerze einen Teil eines in eine Hilfsbrenn kammer des Dieselmotorzylinders gespritzten verdampften bzw. vernebelten Kraftstoffs, um einen Kaltstart zu ermöglichen.

Da eine solche Glühkerze einer schnellen Temperaturanstiegs charakteristik bedarf und neuerdings auch längere Zeit nach dem Start des Motors erregt wird, ist ein keramischer Heiz körper mit einem eingebetteten Glühwiderstand vorgeschlagen worden. Es besteht jedoch die Gefahr, daß der Widerstand aufgrund schnellen Erhitzens durchschmilzt während der kera mische Widerstand aufgrund eines thermischen Schocks geschä digt oder zerstört wird, wenn der Glühwiderstand schnell er regt wird, da der Glühwiderstand grundsätzlich einen hohen elektrischen Widerstand aufweist.

Gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 55 369/89 ist ein temperaturregelnder Widerstand mit einem Glühwider stand in Serie verbunden, um einen Schaden bzw. eine Zer störung und ein Durchschmelzen zu vermeiden. Somit wird eine selbstregelnde Glühkerze bereitgestellt, bei der der temperaturregelnde Widerstand den durch den Glühwider stand fließenden elektrischen Strom anpaßt.

Die in der japanischen Patentveröffentlichung 55 369/89 ge zeigte Glühkerze hat jedoch die Nachteile, daß abhängig vom elektrischen Widerstandsverhältnis des temperaturregeln den Widerstands zum Glühwiderstand die selbstregelnde Funktion erheblich reduziert werden kann, was die Funktions zeit ihrer Lebensdauer verkürzt.

Aus der US-PS 4 636 614 ist eine selbstregelnde Glühkerze bekannt, wobei in einem metallischen Mantel ein keramischer Heizkörper angeordnet ist, der über das Vorderende des metallischen Mantels hervorsteht und an dieser Stelle von einem zusätzlichen Metallansatz des Mantels gehalten wird. In den keramischen Heizkörper ist ein Glühwiderstand eingebettet, der in Serie mit einem innerhalb des metallischen Mantels angeordneten temperaturregeln den Widerstand geschaltet ist. Jeder Widerstand weist einen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten auf, wobei der Temperaturwiderstandskoeffizient des Glühwider standes kleiner ist als der des temperaturregelnden Widerstandes.

Eine weitere Glühkerze ist aus der US-PS 4 725 711 bekannt, wobei der positive Temperaturwiderstandskoeffizient des temperaturregelnden Widerstandes mindestens gleich und die Heizkapazität größer als die des keramischen Heizkörpers ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten Nachteile zu beseitigen und eine selbstregeln de Glühkerze bereitzustellen, deren Selbstregelung verbessert ist und die bei einem einfachen Aufbau eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einer Glühkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevor zugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Die erfin dungsgemäße selbstregelnde Glühkerze weist insbesondere auf:
einen metallischen Mantel, in dem ein keramischer Heizkör per so angeordnet ist, daß er über ein Vorderende des metal lischen Mantels vorsteht, wobei der keramische Heizkörper einen darin eingebetteten Glühwiderstand aufweist,
einen innerhalb des metallischen Mantels in Serie mit dem Glühwiderstand angeordneten temperaturregelnden Wider stand,
wobei jeder der Widerstände einen positiven Temperaturkoef fizienten aufweist und der positive Temperaturkoeffizient des Glühwiderstands kleiner ist als der des temperaturregelnden Widerstandes, und ein elektrisches Widerstandsverhältnis des temperaturregelnden Widerstandes zum Glühwiderstand von etwa 0,35 bis 0,60 (einschließlich der genannten Werte) bei der Betriebs temperatur.

Ein elektrisches Widerstandsverhältnis von mehr als 0,35 ge währleistet eine gute selbstregelnde Funktion und ver hindert, daß die Temperatur des keramischen Heizkörpers in nicht angemessener Weise steigt, so daß der keramische Heiz körper gegen Schäden (Bruch) geschützt ist, selbst wenn die Glühkerze eine längere Zeitdauer nach dem Start des Motors erregt wird.

Das elektrische Widerstandsverhältnis von weniger als 0,60 verhindert, daß eine übermäßige selbstregelnde Funktion stattfindet, so daß eine Überhitzung des temperaturregeln den Widerstands vermieden wird, wodurch der Temperaturan stieg des keramischen Heizkörpers erleichtert wird, um den Kaltstart des Dieselmotors zu verbessern.

Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform einer selbstregelnden Glühkerze,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur eines keramischen Heizkörpers (in °C) und der Erregungszeit (t in s) bei unterschiedlichen elektrischen Widerstandsverhältnissen eines tempera turregelnden Widerstands zu einem Glühwiderstand und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer selbstregelnden Glühkerze.

Die erfindungsgemäße Glühkerze 1 gemäß Fig. 1 weist einen metallischen Mantel 2 mit einem keramischen Heizkörper 4 auf, der über ein Vorderende des metallischen Mantels 2 durch eine metallische Büchse 5 vorsteht. Der keramische Heizkörper 4 weist einen hitzebeständigen Isolator mit Sili kon-Nitrid (Si₃N₄) als Hauptbestandteil. In dem keramischen Heizkörper 4 ist ein Glühwiderstand 3 einteilig bzw. ein stückig eingebettet, der aus einer Legierung aus Wolfram (W) und Rhenium (Re) besteht und eine positive Temperaturcharak teristik aufweist. Ein Ende des Glühwiderstands 3 ist über die metallische Büchse 5 mit dem metallischen Mantel 2 elek trisch verbunden, während das andere Ende des Glühwider stands 3 mit einer Metallkappe 7 verbunden ist, die am Rück ende des keramischen Heizkörpers 4 befestigt ist.

Innerhalb des metallischen Mantels 2 ist ein metallisches Rohr 13 angeordnet, das mit einem thermisch isolierenden Material 6 gefüllt ist. Im metallischen Rohr 13 befindet sich beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) und der temperatur regelnde Widerstand 9, der aus Wicklungen aus Nickel (Ni), Eisen (Fe) oder einer Nickeleisenlegierung (Ni-Fe (30%)) hergestellt ist und eine positive Temperaturcharakte ristik wie der Glühwiderstand 3 gewährleistet. Der material bezogene positive Temperaturkoeffizient des Glühwiderstands 3 ist kleiner als der des temperaturregelnden Wider stands 9, was sich durch einen Vergleich des Materials des Glühwiderstands 3 mit dem des temperaturregelnden Wider stands ergibt. Ein Ende des temperaturregelnden Wider stands 9 ist elektrisch über eine Anschlußelektrode 8 (gegebenenfalls aus Blei) mit der Metallkappe 7 verbunden, und somit mit dem Glühwiderstand 3 in Serie verbunden. Das andere Ende des temperaturregelnden Widerstands 9 ist mit einer Anschlußelektrode 12 verbunden, auf der an dem Rückende des metallischen Mantels 2 eine Mutter 11 einen O-Ring 10a und eine Isolierkappe 10 befestigt.

Bei diesem Beispiel ist das elektrische Widerstandsverhält nis des temperaturregelnden Widerstands 9 zum Glühwider stand 3 0,35. Deshalb ist (fällt) der elektrische Widerstand des Glühwiderstands (auf) etwa 300 mΩ, wenn der elektrische Widerstand des temperaturregelnden Widerstands 9 105 mΩ beträgt. Das elektrische Widerstandsverhältnis des tempera turregelnden Widerstands 9 zum Glühwiderstand 3 beträgt etwa 0,35 bis 0,60 (einschließlich der genannten Werte) bei der Betriebstemperatur. Wird die Glühkerze 1 unter prakti schen Bedingungen eingesetzt, beträgt der elektrische Wider stand des Glühwiderstands 3 etwa 300 mΩ bis 380 mΩ. Das führt zu einem elektrischen Widerstand des temperaturregeln den Widerstands 9 von etwa 105 mΩ bis 228 mΩ.

Wird die Glühkerze 1 beim Starten des Dieselmotors erregt, wird der keramische Heizkörper 4 durch den an den Glühwider stand 3 durch die Anschlußelektrode 12, den temperaturregu lierenden Widerstand 9 und die Anschlußelektrode 8 geleite ten Strom glühend rot. Der Heizkörper verbrennt auf diese Weise einen Teil eines in eine Hilfsbrennkammer (nicht dargestellt) des Dieselmotorzylinders eingespritzten verga sten Kraftstoffs, um den Kaltstart zu ermöglichen.

Gemäß Fig. 2, die eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur (in °C) des keramischen Heizkörpers 4 und der Erregungszeit (t in s) bei unterschiedlichen elektrischen Widerstandsverhältnissen eines temperaturregelnden Widerstands 9 (Ni-Fe-Legierung) zu einem Glühwi derstand 3 (W-Re-Legierung) zeigt, behält das elektrische Widerstandsverhältnis von mehr als 0,35 seine gute Selbst- Regelung, um die Temperatur des keramischen Heizkörpers 4 im wesentlichen zwischen 900 bis 1200°C während 180 Sekun den nach dem Start des Dieselmotors zu halten. Dadurch kann verhindert werden, daß die Temperatur des keramischen Heiz körpers 4 abnormal steigt, wodurch der keramische Heizkörper 4 gegen einen Schaden selbst dann geschützt wird, wenn die Glühkerze 1 auch längere Zeit nach dem Motorstart erregt bleibt.

Ebenso macht Fig. 2 deutlich, daß ein elektrisches Wider standsverhältnis von weniger als 0,60 die übermäßige Selbst- regelung und damit ein Überhitzen des temperaturregelnden Widerstands 9 verhindert, wodurch der Temperaturan stieg des keramischen Heizkörpers 4 erleichtert wird, um den Kaltstart des Dieselmotors zu ermöglichen bzw. zu erleich tern.

Da sich das elektrische Widerstandsverhältnis des tempera turregelnden Widerstands zum Glühwiderstand im Bereich von etwa einschließlich 0,35 bis einschließlich 0,60 bewegt, kann ein abnormer Temperaturanstieg des keramischen Heizkör pers und damit seine Beschädigung bzw. sein Totalausfall verhindert werden, auch wenn die Glühkerze 1 noch lange nach dem Starten des Motors unter Spannung steht. Gleichzeitig wird eine übermäßige Selbstregelung und damit ein Über hitzen des temperaturregelnden Widerstands verhindert, wodurch der Temperaturanstieg des keramischen Heizkörpers und ein Kaltstart des Dieselmotors verbessert wird.

Mit Bezug auf Fig. 3 wird eine Modifikation der zuvor be schriebenen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Darin sind zwei Widerstände 9a, 9b mit unterschiedlichen positiven Temperaturkoeffizienten in Serie über einen Anschlußdraht 14 (gegebenenfalls aus Blei) anstelle eines temperaturregelnden Widerstands 9 miteinander verbunden. Das ermöglicht einen höheren vorbestimmten positiven Temperaturkoeffizien ten mit kombinierten Widerständen, die geringere positive Temperaturkoeffizienten aufweisen.

In bevorzugter Ausführungsform sind der Glühwiderstand und der temperaturregelnde Widerstand doppelt spiral- bzw. schraubenförmig ausgebildet.

Ferner kann die Isolierkappe 10 aus einem elastischem Kautschuk bestehen.

Der keramische Heizkörper 4 kann einen kreisförmigen, ellip tischen oder polygonen Querschnitt aufweisen.

Weiterhin besteht der Glühwiderstand 3 aus einer Wolfram- Rhenium-Legierung (W-Re-Legierung), wobei 10 bis 30 Gew.-% Rhenium enthalten sind.

Claims

1. Selbstregelnde Glühkerze mit:
einem metallischen Mantel (2), in dem ein keramischer Heizkörper (4) so angeordnet ist, daß er über ein Vorder ende des metallischen Mantels (2) vorsteht, wobei der ke ramische Heizkörper (4) einen darin eingebetteten Glühwi derstand (3) aufweist,
einem innerhalb des metallischen Mantels (2) in Serie mit dem Glühwiderstand (3) angeordneten temperaturregeln den Widerstand (9),
wobei jeder der Widerstände (3, 9) einen positiven Tempe raturkoeffizienten aufweist und der positive Temperatur koeffizient des Glühwiderstands (3) kleiner ist als der des temperaturregelnden Widerstandes (9), und
einem elektrischen Widerstandsverhältnis des temperatur regelnden Widerstandes (9) zum Glühwiderstand (3) von 0,35 bis 0,60 bei der Betriebstemperatur.

2. Selbstregelnde Glühkerze nach Anspruch 1, wobei der Glühwiderstand (3) aus einer auf Wolfram basierenden Le gierung und/oder der temperaturregelnde Widerstand (9) aus Nickel, Eisen oder einer Nickel-Eisen-Legierung hergestellt ist.

3. Selbstregelnde Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, wo bei der keramische Heizkörper (4) aus einem hitzebestän digen Isolator mit Siliziumnitrid (Si₃N₄) als Hauptkompo nente hergestellt ist.

4. Selbstregelnde Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Widerstand des Glühwider stands (3) etwa 300 mΩ bis 380 mΩ und der elektrische Wi derstand des temperaturregelnden Widerstandes (9) etwa 105 mΩ bis 228 mΩ beträgt.