WO2017076657A1 - Heating insert for use in a glow tube of an electrically heatable sheathed-element glow plug - Google Patents
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- WO2017076657A1 WO2017076657A1 PCT/EP2016/075239 EP2016075239W WO2017076657A1 WO 2017076657 A1 WO2017076657 A1 WO 2017076657A1 EP 2016075239 W EP2016075239 W EP 2016075239W WO 2017076657 A1 WO2017076657 A1 WO 2017076657A1
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- 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 relates to a heating insert, in particular for an incandescent tube of an electrically heatable glow plug or glow plug, and more precisely a heating insert for a radiator, which has at least one glow tube and the heating insert therein, wherein the heating insert comprises an acting as an electrical resistance element coil, the a single one
- glow plugs also referred to as glow plug or GLP (from the English term “glow plug")
- GLP glow plug
- a cold start aid in a chamber of an internal combustion engine, such as a pre-vortex or combustion chamber of an air-compressing, auto-igniting diesel engine for use, but in other fields of application, such as fuel heaters in a common-rail injection system of a flexible-fuel propulsion system, as a cold-start aid when starting kerosene-powered gas turbines and oil heaters, or the like
- Such glow plugs in self-igniting diesel engines they are used to ignite a fuel-air mixture, wherein they are preheated in the cold state before their temperature is high enough so that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture. Furthermore, it can after the start of the diesel engine to reduce
- Emissions or the like may be required to operate the glow plugs at least for some time to achieve an increase in the temperature inside the combustion chamber.
- the control usually takes over an electrical Glühzeit tenuungs réelle, also known as GCU ("technical term,” glow control unit "), in conjunction with a
- a glow plug usually has a filament as electrical resistance heating, which is inserted into a glow tube of the glow plug and by applying a voltage, the glow tube over a short
- the glow wires that are used as the electrical resistance element are preferably formed as spirals, the term "helix” being understood to mean a helically wound glow wire formation
- the section of the glow tube projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine is usually adjacent to the helix with an electrically insulating filler powder
- the electrical connection is generally made via a connecting bolt, which is electrically connected to the coil, while another end of the coil is electrically connected to the glow tube
- the helix may consist of two interconnected helical parts made of different materials, that is, a heating coil and a control helix connected to it is in such a glow plug a combination of heating and control coil to a common resistance element, wherein the heating coil in the front part of the glow tube is formed a heating zone, and wherein the control coil in the rear part of the glow tube has the property that with increasing temperature, the resistance increases, which means that the control coil has a high positive temperature coefficient PTC (from the English
- the filament may also consist of a single coil, a so-called monovel or Einstoff Listel, which combines the properties of a control and a heating coil in a single helix.
- Such Einstoffhausln are already known inter alia from DE 10 2013 21 1 789 A1 and usually consist of a single material / material with a high resistance temperature coefficient of preferably> 4 x 10 "3 1 / K at 20 ° C, such as tungsten , Molybdenum, their alloys, or other suitable heating element alloys.
- metal glow plugs or metallic glow plugs with a single-material coil often have either too high a heating time or too high a necessary initial flow.
- solutions have already been proposed in which the Einstoff Listel is formed in a special shape design.
- An example of such a metal glow plug with a specially shaped single-material coil is known from DE 10 201 1077 239 A1 and shown in FIGS. 3A and 3B.
- the glow plug 9 shown therein consists of a heating element 91 in the form of a Einstoff mindfull, which is disposed within a metal glow tube 92, wherein the glow tube 92 is held in a housing 93.
- the heating element 91 is embedded within the glow tube 92 in electrically insulating but heat-conductive filling powder 94.
- a helical end of the heating element 91 is connected to the inside of an exposed tip of the glow tube 92, wherein the glow tube 92 may also be referred to as glow plug or heating pin.
- the other coil end of the heating element 91 is connected to a connecting bolt 95, wherein the connection of the connecting bolt 95 with the
- Heating element 91 represents the positive contact of the glow plug 9.
- the negative contact of the heating element 91 that is, the current return to ground, is formed via the glow tube 92 and on through the housing 93 to the engine block.
- the connecting bolt 95 is held opposite the glow tube 92 by an electrically insulating glow tube seal 96 and with respect to the housing 93 with an electrically insulating housing seal 97. Further, a free outside of the housing 93 end of the connecting bolt is arranged as a connection 98 for electrically contacting the positive contact of the heating element 91.
- the heating element 91 is divided into a front-end-side section 91 1 and a rear-end-side section 912. In this case, the winding distances of the two sections 91 1, 912 are adjusted, that is to say that the
- Average apex height of the front-end-side portion 91 1 is made smaller by> 0.9 mm as compared to an average pitch of the tail-end portion 912, so that the average value of the
- Normal temperature resistance of the front end-side portion 91 1 is sufficiently larger compared to an average value of the normal temperature resistance of the entire coil of the heating element 91. In such a distribution of the electrical resistance of the heating element 91 alone by adjusting the pitches of the sections 91 1, 912, however, the possible design of the usable heating element 91 on a
- a heating insert with the features of claim 1 is proposed, in particular for use in a glow tube of an electrically heatable glow plug for a self-igniting
- the heating insert according to the invention is used in a glow tube, preferably made of metal, wherein the heating element is arranged in the glow tube.
- the heating insert according to the invention consists at least of a heating element, which is formed as a helix, and from a
- the insulating powder in which the heating element is embedded and pressed with this, wherein the heating element is formed as Einstoff Listel with a defined resistance temperature coefficient.
- the insulating powder is an electrically insulating and heat-conducting material, preferably magnesium oxide, aluminum oxide or silicon nitride.
- the heating element has at least four different sections with mutually different outer diameters for adapting the respective electrical resistance. Accordingly, the heating element in helical form of four different spiral sections, each having different outer diameter. This makes it possible, the respective electrical resistances of the individual Spiral sections to each other as desired. This not only the total resistance of the helix itself but also the
- Resistance behavior of the individual coil sections to each other can be set as desired, whereby a driving of the helices with power or a Abregein of power can be selectively influenced and aligned with the intended application.
- the object of the present invention to provide a heating insert for a glow plug which can be used for any field of application with a user-defined heating coil is correspondingly fulfilled with the heating insert according to the invention.
- the heating insert according to the invention in particular for use in a glow tube of an electrically heatable glow plug is based on the detection of the electrical resistance of the glow plug, which preferably in an operating temperature range of 20 ° C to 1200 ° C defines a
- the heating element designed as a single-material coil combines the properties of a heating coil and a control coil in a single coil.
- the Einstoff mindfull is made accordingly from a uniform material in one piece.
- Material property is the specific electrical resistance and its dependence on temperature, also referred to as resistance temperature coefficient.
- Suitable materials which exhibit suitable temperature dependence with respect to electrical resistivity are preferably selected from the group of materials consisting of tungsten, molybdenum and their alloys.
- the heating insert according to the invention, its various sections comprise at least one heating section and one pre-section, which have different outer diameters and correspondingly different electrical resistances.
- Outer diameter of the heating section to the outer diameter of the pre-section may preferably be between 1, 1 and 2.5, wherein a ratio of the electrical resistance of the heating section to the
- Total resistance of the heating element is preferably between 0.4 and 0.8.
- the ratio of the outer diameter of the heating section to the outer diameter of the Vorabitess between 0.5 and 0.9, wherein a ratio of the electrical resistance of the heating section to the total resistance of the heating element is preferably between 0.2 and 0.4.
- Heating insert include the various portions of the heating element in addition to the aforementioned heating section and Vorabites further one
- connection section the heating section, the transition section and the
- connection section ensures the electrical connection with the negative pole of the glow plug, such as with the engine block, via a glow tube housing connection.
- the heating section fulfills the actual function of the heating coil and the
- Control coil namely the heating of the glow tube during the conduction of an electric current.
- the transition section has the task spatially to separate the heating section from the pre-section and serves both to adapt the different outer diameter of these sections as well as the adjustment of the total helical resistance.
- the preliminary section has the task of
- the outer envelope can assume a constant value over the length of the respective section, which is the case with sections of constant outside diameter, as is usual, for example, in the heating section or the pre-section.
- the outer envelope may also assume a varying value over the length of the respective section, which may be in a changing section
- Outside diameter is the case, for example, at sections with it tapered outer diameter, where the outer diameter decreases over the length of the portion, or at portions with expanding outer diameter, where the outer diameter increases along the length of the portion, as may be the case at the transition portion, for example.
- the outer diameter of the transition section starting from the outer diameter of the
- Heating portion tapers or widened to the outer diameter of the pre-section, depending on the ratio of the outer diameter of the heating section to the outer diameter of the pre-section. This means that the outer diameter of the transition section, which is located between the heating section and the pre-section, starting from the
- Pre-section preferably uniformly tapered when the
- Preliminary section is, or that the outer diameter of the
- Transitional section extending between the heating section and the
- Pre-section is, starting from the outer diameter of the
- the heating section when the outer diameter of the heating section is smaller than the outer diameter of the preliminary section, the heating section preferably expands uniformly toward the outer diameter of the preliminary section. Furthermore, the
- Be outside diameter of the heating section for example, between 0.4 and 1 x the outer diameter of the heating section.
- the diameter of the filament itself may remain the same for the heating insert according to the invention over the entire length of the coil, but may alternatively be different depending on the needs.
- the diameter of the filament may be thinner in the heating region than in the control region to achieve a faster heating of the heating region, but the mechanical strength of the wire must be taken into account in the respective area, since a thin wire has a lower resistance to a Has stress in creep fatigue as a thick wire.
- Glow wire includes an average of a distance between the centers of cross sections of adjacent filament sections along the central axis. It is true that the temperature resistance of the filament with decreasing
- Average aisle height is greater. Accordingly, in addition to the
- Outer diameter of the respective coil portion further with the thickness of the filament and the average pitch of the respective filament portion of the electrical resistance can be further influenced. It is true that the heating section usually has a lower average pitch than the
- Pre-section in order to achieve a greater heating effect in the heating section, ie in the pre-section.
- Heating insert shows the material or the material of the
- the material of the heating element is preferably selected from a material group comprising tungsten, molybdenum, or one of their alloys, such as for example Molybdenum-titanium-zirconium alloys Another example includes molybdenum or tungsten with proportions of copper, lanthana, thoria, ceria, yttria, and rhenium.
- a heater for an electrically heatable glow plug having a glow tube and a heater insert as described above, wherein the heater is disposed in the glow tube.
- an electrically heatable glow plug is provided which is such
- the glow plug according to the invention shows in one
- the measured electrical resistance increases with the temperature of the single-material coil, wherein a control by means of the drive voltage in response to the rising measured resistance occurs. Accordingly, the PTC behavior complements the
- the solution according to the invention provides a heating insert for a radiator for regulating or controlling the temperature in an internal combustion engine, which reliably protects the heating element, ie the heating coil, against overheating.
- the heating element ie the heating coil
- the robustness of the glow plug can be increased without being fixed to a minimum wire diameter or a maximum average pitch.
- a controlled and freely adjustable glow behavior of the glow plug generally offers increased protection of
- Fig. 2 shows a second preferred embodiment of a heating element of a heating insert according to the invention in a perspective
- Fig. 3A shows a glow plug according to the prior art in a
- FIG. 3B shows the radiator of the glow plug shown in FIG. 3A in a schematic cross-sectional representation.
- FIG. 1 shows a first preferred embodiment of a heating element 1 of a heating insert according to the invention in a perspective side view.
- the heating element 1 is formed as a Einstoff mindfull with four sections, which in the figure from left to right shown in one another.
- the first section on the left side of the illustration is a connection section 1 1, which merges into a heating section 12, which in turn via a
- Transition section 13 merges into a pre-section 14.
- the pre-section 14 follows with a length 141 and an outer diameter 142, wherein the outer diameter 142 of the pre-section 14 is smaller than the outer diameter 122 of
- Heating section 12 is, which in turn is the tapered
- Resistance of the heating section 12 to the total resistance of the heating element 1 is between 0.4 and 0.8, wherein the total resistance of the
- Heating element 1 among other things from the ratio of the outer diameter 122 of the heating section 12 to the outer diameter 142 of the pre-section 14, from the selected pitch of each of the heating section 12 and the
- the pitch of the heating section 12 is very small or narrow compared to the pitch of the pre-section 14 is selected and the
- heating insert according to the invention is uniformly thick.
- FIG. 2 shows a second preferred embodiment of a heating element 2 of a heating insert according to the invention in a perspective side view.
- the heating element 2 is similar to the heating element 1 shown in Figure 1 a Einstoffhausl with four sections, which in the figure from left to right shown merge into each other.
- the first section on the left side of the illustration is a connection section 21, which merges into a heating section 22, which in turn via a transition section 23 in a
- the connecting portion 21 is for connection to a (not shown) glow tube of a glow plug, as it is known from Figure 3A, wherein the length of the connecting portion 21 and the
- the heating portion 22 following the terminal portion 21 has a certain length 221 and a certain outer diameter 222, which are set as needed in the manufacture of the heating element 2.
- the next following transition portion 23 has a length 231 which is larger than the length of the heating portion 221, and shows a
- the pre-section 24 follows with a length 241 and an outer diameter 242, wherein the outer diameter 242 of the pre-section 24 in the second preferred embodiment is greater than the outer diameter 222 of the heating section 22, which in turn results in the increasing outer diameter of the transition section 23.
- the ratio of the outer diameter 222 of the heating section 22 to the outer diameter 242 of the pre-section 24 in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention in a range of 0.5 to 0.9, which means that the outer diameter 222 of the heating section 22 minimally 0.5x and a maximum of 0.9x the size of the
- Pre-section 24 is. Furthermore, in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention, a ratio of the electrical
- the pitch of the heating section 22 is very small or narrow compared to the pitch of the pre-section 24 is selected and the
- Wire diameter is uniform in thickness in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention.
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Abstract
Description
Heizeinsatz zum Einsatz in einem Glührohr einer elektrisch beheizbare Heating insert for use in a glow tube of an electrically heated
Glühstiftkerze glow plug
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft einen Heizeinsatz, insbesondere für ein Glührohr einer elektrisch beheizbaren Glühkerze oder Glühstiftkerze, und genauer gesagt einen Heizeinsatz für einen Heizkörper, der zumindest ein Glührohr und den darin vorgesehenen Heizeinsatz aufweist, wobei der Heizeinsatz eine als elektrisches Widerstandselement wirkenden Wendel umfasst, die aus einem einzelnenThe invention relates to a heating insert, in particular for an incandescent tube of an electrically heatable glow plug or glow plug, and more precisely a heating insert for a radiator, which has at least one glow tube and the heating insert therein, wherein the heating insert comprises an acting as an electrical resistance element coil, the a single one
Material besteht. Material exists.
Bekannte Glühstiftkerzen, auch als Glühkerze oder GLP (von dem englischen Fachbegriff„glow plug") bezeichnet, kommen derzeit nicht nur als Kaltstarthilfe in einer Kammer einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbeloder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors zur Anwendung, sondern auch auf anderen Anwendungsgebieten, wie zum Beispiel als Treibstofferwärmungsmittel in einem Common-Rail-Einspritzsystem eines Flexible-Fuel-Antriebssystems, als Kaltstarthilfe beim Anlassen von mit Kerosin betriebenen Gasturbinen und Ölheizungen, oder dergleichen. Bei der Known glow plugs, also referred to as glow plug or GLP (from the English term "glow plug"), currently not only come as a cold start aid in a chamber of an internal combustion engine, such as a pre-vortex or combustion chamber of an air-compressing, auto-igniting diesel engine for use, but in other fields of application, such as fuel heaters in a common-rail injection system of a flexible-fuel propulsion system, as a cold-start aid when starting kerosene-powered gas turbines and oil heaters, or the like
Verwendung derartiger Glühstiftkerzen bei selbstzündenden Dieselmotoren kommen diese zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zum Einsatz, wobei sie im kalten Zustand vorgeglüht werden, bevor ihre Temperatur ausreichend hoch ist, so dass sie für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausreicht. Ferner kann es nach dem Start des Dieselmotors zur Verringerung von Use of such glow plugs in self-igniting diesel engines they are used to ignite a fuel-air mixture, wherein they are preheated in the cold state before their temperature is high enough so that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture. Furthermore, it can after the start of the diesel engine to reduce
Emissionen oder dergleichen erforderlich sein, die Glühstiftkerzen zumindest noch einige Zeit weiter zu betreiben, um eine Anhebung der Temperatur im Inneren des Brennraumes zu erreichen. Die Steuerung übernimmt dabei üblicherweise ein elektrisches Glühzeitsteuerungsgerät, auch als GCU (von dem englischen Fachbegriff,„glow control unit") bezeichnet, in Verbindung mit einem Emissions or the like may be required to operate the glow plugs at least for some time to achieve an increase in the temperature inside the combustion chamber. The control usually takes over an electrical Glühzeitsteuerungsgerät, also known as GCU ("technical term," glow control unit "), in conjunction with a
Motorsteuerungsgerät, wobei eine kurze Aufheizzeit und ein kontrolliertes Nachglühen der Glühstiftkerze angestrebt werden, um eine kontrollierte Motor control unit, with a short heat-up time and a controlled Afterglow of the glow plug are aimed at a controlled
Glühtemperaturregelung zu erzielen. To achieve glow temperature control.
Eine Glühstiftkerze weist dazu üblicherweise einen Glühdraht als elektrische Widerstandsheizung auf, der in einem Glührohr der Glühstiftkerze eingesetzt ist und der durch Anlegen einer Spannung das Glührohr über eine kurzen For this purpose, a glow plug usually has a filament as electrical resistance heating, which is inserted into a glow tube of the glow plug and by applying a voltage, the glow tube over a short
Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden derart erhitzt, dass an der Spitze des Period of 1 to 2 seconds heated so that at the top of
Glührohrs eine Temperatur von teilweise über 1000°C erreicht wird. Die als elektrisches Widerstandselement zum Einsatz kommenden Glühdrähte sind dabei vorzugsweise als Wendel ausgebildet, wobei unter dem Begriff„Wendel" ein schraubenförmig gewundenes Glühdrahtgebilde zu verstehen ist. Der in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragende Abschnitt des Glührohres ist üblicherweise neben der Wendel mit einem elektrisch isolierenden Füllpulver gefüllt, beispielsweise Magnesiumoxid, in das die Wendel eingebettet ist. Der elektrische Anschluss erfolgt im Allgemeinen über einen Anschlussbolzen, der mit der Wendel elektrisch leitend verbunden ist. Ein anderes Ende der Wendel ist mit dem Glührohr elektrisch verbunden. An den Anschlussbolzen kann beispielsweise ein Anschlussstecker oder dergleichen aufgeschraubt werden. Gemäß einer bekannten Ausführung kann die Wendel aus zwei miteinander verbundenen Wendelteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, das heißt aus einer Heizwendel und einer mit dieser verbundenen Regelwendel. Demnach liegt bei derartigen Glühstiftkerzen eine Kombination von Heiz- und Regelwendel zu einem gemeinsamen Widerstandselement vor, wobei die Heizwendel in dem vorderen Teil des Glührohres eine Heizzone ausbildet ist, und wobei die Regelwendel im hinteren Teil des Glührohrs die Eigenschaft besitzt, dass mit zunehmender Temperatur der Widerstand steigt, was bedeutet, dass die Regelwendel einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten PTC (von dem englischen Fachbegriff„Positive Temperature Coefficient") besitzt. Bei zunehmendem Widerstandwert kommt es zu einem Abregein von Strom und es stellt sich eine definierte Endtemperatur ein. Heiz- und Regelwendel sind dabei elektrisch in Reihe geschaltet, wobei beide Wendeln positive aber verschieden hohe Temperatur-Widerstandkoeffizienten haben, und zwar zeigt die Heizwendel bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand, der nahezu konstant über den Betriebstemperaturbereich bleibt, wohingegen die Regelwendel einen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur hat, der sehr niedrig ist und sehr steil mit ansteigender Temperatur ansteigt. Alternativ kann der Glühdraht aber auch aus einer einzigen Wendel bestehen, einer sogenannten Monowendel oder Einstoffwendel, welche die Eigenschaften einer Regel- und einer Heizwendel in einer einzigen Wendel vereint. Derartige Einstoffwendeln sind bereits unter anderem aus DE 10 2013 21 1 789 A1 bekannt und bestehen üblicherweise aus einem einzigen Material/Werkstoff mit einem hohem Widerstands- Temperaturkoeffizienten von vorzugsweise > 4 x 10"3 1/K bei 20°C, wie zum Beispiel Wolfram, Molybdän, deren Legierungen, oder aus anderen geeigneten Heizleiterlegierungen. Glow a temperature of more than 1000 ° C is reached. The glow wires that are used as the electrical resistance element are preferably formed as spirals, the term "helix" being understood to mean a helically wound glow wire formation The section of the glow tube projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine is usually adjacent to the helix with an electrically insulating filler powder The electrical connection is generally made via a connecting bolt, which is electrically connected to the coil, while another end of the coil is electrically connected to the glow tube According to a known embodiment, the helix may consist of two interconnected helical parts made of different materials, that is, a heating coil and a control helix connected to it is in such a glow plug a combination of heating and control coil to a common resistance element, wherein the heating coil in the front part of the glow tube is formed a heating zone, and wherein the control coil in the rear part of the glow tube has the property that with increasing temperature, the resistance increases, which means that the control coil has a high positive temperature coefficient PTC (from the English term "Positive Temperature Coefficient"). As the resistance value increases, there is a decrease in the current and a defined end temperature is established. Heating and control coil are electrically connected in series, both coils have positive but different high temperature-resistance coefficients, and indeed shows the heating coil at room temperature a high electrical resistance, which remains almost constant over the operating temperature range, whereas the control coil at an electrical resistance Room temperature is very low and very low rises steeply with increasing temperature. Alternatively, the filament may also consist of a single coil, a so-called monovel or Einstoffwendel, which combines the properties of a control and a heating coil in a single helix. Such Einstoffwendeln are already known inter alia from DE 10 2013 21 1 789 A1 and usually consist of a single material / material with a high resistance temperature coefficient of preferably> 4 x 10 "3 1 / K at 20 ° C, such as tungsten , Molybdenum, their alloys, or other suitable heating element alloys.
Metallglühstiftkerzen oder metallische Glühstiftkerzen mit einer Einstoffwendel, wie oben genannt, weisen jedoch oft entweder eine zu hohe Aufheizzeit oder zu hohe notwendige Anfangsströme auf. Um dieser Problematik zu begegnen wurden bereits Lösungen vorgeschlagen, bei denen die Einstoffwendel in einer speziellen Formausgestaltung ausgebildet ist. Ein Beispiel einer derartigen metallenen Glühstiftkerze mit einer speziell geformten Einstoffwendel ist aus DE 10 201 1 077 239 A1 bekannt und in Figuren 3A und 3B dargestellt. Die darin gezeigte Glühstiftkerze 9 besteht aus einem Heizelement 91 in form einer Einstoffwendel, die innerhalb eines metallenen Glührohrs 92 angeordnet ist, wobei das Glührohr 92 in einem Gehäuse 93 gehalten ist. Das Heizelement 91 ist innerhalb des Glührohrs 92 in elektrisch isolierendes aber wärmeleitendes Füllpulver 94 eingebettet. Ein Wendelende des Heizelements 91 ist dabei mit der Innenseite einer freiliegenden Spitze des Glührohrs 92 verbunden, wobei das Glührohr 92 auch als Glühstift oder Heizstift bezeichnet werden kann. Das andere Wendelende des Heizelements 91 ist mit einem Anschlussbolzen 95 verbunden, wobei die Verbindung des Anschlussbolzens 95 mit dem However, metal glow plugs or metallic glow plugs with a single-material coil, as mentioned above, often have either too high a heating time or too high a necessary initial flow. To address this problem, solutions have already been proposed in which the Einstoffwendel is formed in a special shape design. An example of such a metal glow plug with a specially shaped single-material coil is known from DE 10 201 1077 239 A1 and shown in FIGS. 3A and 3B. The glow plug 9 shown therein consists of a heating element 91 in the form of a Einstoffwendel, which is disposed within a metal glow tube 92, wherein the glow tube 92 is held in a housing 93. The heating element 91 is embedded within the glow tube 92 in electrically insulating but heat-conductive filling powder 94. A helical end of the heating element 91 is connected to the inside of an exposed tip of the glow tube 92, wherein the glow tube 92 may also be referred to as glow plug or heating pin. The other coil end of the heating element 91 is connected to a connecting bolt 95, wherein the connection of the connecting bolt 95 with the
Heizelement 91 den Pluskontakt der Glühstiftkerze 9 darstellt. Der Minuskontakt des Heizelements 91 , das heißt die Stromrückführung nach Masse, wird über das Glührohr 92 und weiter über das Gehäuse 93 zum Motorblock hin ausgebildet. Der Anschlussbolzen 95 ist gegenüber dem Glührohr 92 durch eine elektrisch isolierende Glührohrdichtung 96 und gegenüber dem Gehäuse 93 mit einer elektrisch isolierenden Gehäusedichtung 97 gehalten. Ferner ist ein außerhalb des Gehäuses 93 freies Ende des Anschlussbolzens als Anschluss 98 zum elektrischen Kontaktieren des Pluskontakts des Heizelements 91 angeordnet. Das Heizelement 91 , das Glührohr 92, das Isolierpulver 94, derHeating element 91 represents the positive contact of the glow plug 9. The negative contact of the heating element 91, that is, the current return to ground, is formed via the glow tube 92 and on through the housing 93 to the engine block. The connecting bolt 95 is held opposite the glow tube 92 by an electrically insulating glow tube seal 96 and with respect to the housing 93 with an electrically insulating housing seal 97. Further, a free outside of the housing 93 end of the connecting bolt is arranged as a connection 98 for electrically contacting the positive contact of the heating element 91. The heating element 91, the glow tube 92, the insulating powder 94, the
Anschlussbolzen 95 und die Glührohrdichtung 96 stellen dabei einen sogenannten Heizkörper der Glühstiftkerze dar. Wie es in Figur 3B zu sehen ist, ist das Heizelement 91 in einen vorderendseitigen Abschnitt 91 1 und einen hinterendseitigen Abschnitt 912 aufgeteilt. Dabei werden die Windungsabstände der beiden Abschnitte 91 1 , 912 angepasst, das heißt dass die Connecting bolt 95 and the glow tube seal 96 thereby make a As can be seen in FIG. 3B, the heating element 91 is divided into a front-end-side section 91 1 and a rear-end-side section 912. In this case, the winding distances of the two sections 91 1, 912 are adjusted, that is to say that the
Durchschnittsganghöhe des vorderendseitigen Abschnitts 91 1 im Vergleich zu einer Durchschnittsganghöhe des hinterendseitigen Abschnitts 912 um >0,9mm kleiner gewählt wird, so dass der Durchschnittswert des Average apex height of the front-end-side portion 91 1 is made smaller by> 0.9 mm as compared to an average pitch of the tail-end portion 912, so that the average value of the
Normaltemperaturwiderstandes des vorderendseitigen Abschnitts 91 1 im Vergleich zu einem Durchschnittswert des Normaltemperaturwiderstandes der gesamten Wendel des Heizelements 91 ausreichend größer wird. Bei einer derartigen Verteilung des elektrischen Widerstands des Heizelements 91 allein durch einer Anpassung der Ganghöhen der Abschnitte 91 1 , 912 wird jedoch die mögliche Auslegung des verwendbaren Heizelements 91 auf einem Normal temperature resistance of the front end-side portion 91 1 is sufficiently larger compared to an average value of the normal temperature resistance of the entire coil of the heating element 91. In such a distribution of the electrical resistance of the heating element 91 alone by adjusting the pitches of the sections 91 1, 912, however, the possible design of the usable heating element 91 on a
Drahtdurchmesser von >0,2 mm und auf einen Windungsabstand von < 0,9 mm festgelegt, wodurch ein Einsatzbereich der Glühstiftkerze 9 eingeschränkt wird. Wire diameter of> 0.2 mm and set to a winding spacing of <0.9 mm, whereby a range of use of the glow plug 9 is limited.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heizeinsatz mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, insbesondere zum Einsatz in einem Glührohr einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze für eine selbstzündende According to the present invention, a heating insert with the features of claim 1 is proposed, in particular for use in a glow tube of an electrically heatable glow plug for a self-igniting
Brennkraftmaschine. Der erfindungsgemäße Heizeinsatz kommt dabei in einem Glührohr zum Einsatz, vorzugsweise aus Metall, wobei der Heizeinsatz in dem Glührohr angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Heizeinsatz besteht zumindest aus einem Heizelement, das als Wendel ausgebildet ist, und aus einem Internal combustion engine. The heating insert according to the invention is used in a glow tube, preferably made of metal, wherein the heating element is arranged in the glow tube. The heating insert according to the invention consists at least of a heating element, which is formed as a helix, and from a
Isolierpulver, in das das Heizelement eingebettet und mit diesem verpresst ist, wobei das Heizelement als Einstoffwendel mit einem definierten Widerstands- Temperaturkoeffizienten ausgebildet ist. Das Isolierpulver ist dabei ein elektrisch isolierender und wärmeleitender Werkstoff, vorzugsweise Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid. Ferner hat das Heizelement zumindest vier verschiedene Abschnitte mit zueinander unterschiedlichen Außendurchmessern zur Anpassung des jeweiligen elektrischen Widerstands. Entsprechend besteht das Heizelement in Wendelform aus vier unterschiedlichen Wendelabschnitten, die jeweils unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Dadurch wird es ermöglicht, die jeweiligen elektrischen Widerstände der einzelnen Wendelabschnitte zueinander wie gewünscht anzupassen. Damit kann nicht nur der Gesamtwiderstand der Wendel an sich sondern auch das Insulating powder, in which the heating element is embedded and pressed with this, wherein the heating element is formed as Einstoffwendel with a defined resistance temperature coefficient. The insulating powder is an electrically insulating and heat-conducting material, preferably magnesium oxide, aluminum oxide or silicon nitride. Furthermore, the heating element has at least four different sections with mutually different outer diameters for adapting the respective electrical resistance. Accordingly, the heating element in helical form of four different spiral sections, each having different outer diameter. This makes it possible, the respective electrical resistances of the individual Spiral sections to each other as desired. This not only the total resistance of the helix itself but also the
Widerstandsverhalten der einzelnen Wendelabschnitte zueinander wie gewünscht eingestellt werden, wodurch ein Ansteuern der Wendeln mit Strom beziehungsweise ein Abregein von Strom gezielt beeinflusst und auf das angedachte Einsatzgebiet ausgerichtet werden kann. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizeinsatz für eine für jedes Einsatzgebiet verwendbare Glühstiftkerze mit einer benutzungsdefinierten Heizwendel bereitzustellen, wird entsprechend mit dem erfindungsgemäßen Heizeinsatz erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich. Resistance behavior of the individual coil sections to each other can be set as desired, whereby a driving of the helices with power or a Abregein of power can be selectively influenced and aligned with the intended application. The object of the present invention to provide a heating insert for a glow plug which can be used for any field of application with a user-defined heating coil is correspondingly fulfilled with the heating insert according to the invention. Advantageous developments of the invention are possible by the features of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Heizeinsatz insbesondere zum Einsatz in einem Glührohr einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze basiert auf der Erfassung des elektrischen Widerstands der Glühstiftkerze, welcher vorzugsweise in einem Betriebstemperaturbereich von 20°C bis 1200°C eine definierte The heating insert according to the invention in particular for use in a glow tube of an electrically heatable glow plug is based on the detection of the electrical resistance of the glow plug, which preferably in an operating temperature range of 20 ° C to 1200 ° C defines a
Temperaturabhängigkeit zeigt. Das als Einstoffwendel ausgebildete Heizelement vereint dabei die Eigenschaften einer Heizwendel und einer Regelwendel in einer einzigen Wendel. Die Einstoffwendel ist entsprechend aus einem uniformen Material am Stück gefertigt. Eine für die Einstoffwendel wichtige Temperature dependence shows. The heating element designed as a single-material coil combines the properties of a heating coil and a control coil in a single coil. The Einstoffwendel is made accordingly from a uniform material in one piece. One important for the single-material coil
Materialeigenschaft ist der spezifische elektrische Widerstand und dessen Abhängigkeit von der Temperatur, auch als Widerstands-Temperaturkoeffizient bezeichnet. Geeignete Materialien, welche hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstands geeignete Temperaturabhängigkeiten zeigen, sind vorzugsweise aus der Materialgruppe ausgewählt, die aus Wolfram, Molybdän und deren Legierungen besteht. Material property is the specific electrical resistance and its dependence on temperature, also referred to as resistance temperature coefficient. Suitable materials which exhibit suitable temperature dependence with respect to electrical resistivity are preferably selected from the group of materials consisting of tungsten, molybdenum and their alloys.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes umfassen dessen verschiedene Abschnitte zumindest einen Heizabschnitt und einen Vorabschnitt, die unterschiedliche Außendurchmesser und entsprechend unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen. Das Verhältnis des According to a preferred embodiment of the heating insert according to the invention, its various sections comprise at least one heating section and one pre-section, which have different outer diameters and correspondingly different electrical resistances. The ratio of
Außendurchmessers des Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Vorabschnitts kann dabei vorzugsweise zwischen 1 ,1 und 2,5 liegen, wobei ein Verhältnis des elektrischen Widerstands des Heizabschnitts zu dem Outer diameter of the heating section to the outer diameter of the pre-section may preferably be between 1, 1 and 2.5, wherein a ratio of the electrical resistance of the heating section to the
Gesamtwiderstand des Heizelements vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,8 liegt. Gemäß einer dazu alternativen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes kann das Verhältnis des Außendurchmessers des Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Vorabschnitts zwischen 0,5 und 0,9 liegen, wobei ein Verhältnis des elektrischen Widerstands des Heizabschnitts zu dem Gesamtwiderstand des Heizelements vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,4 liegt. Total resistance of the heating element is preferably between 0.4 and 0.8. According to an alternative preferred embodiment of the invention Heating insert, the ratio of the outer diameter of the heating section to the outer diameter of the Vorabschnitts between 0.5 and 0.9, wherein a ratio of the electrical resistance of the heating section to the total resistance of the heating element is preferably between 0.2 and 0.4.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen According to another preferred embodiment of the invention
Heizeinsatzes umfassen die verschiedene Abschnitte des Heizelements neben dem bereits genannten Heizabschnitt und Vorabschnitt ferner einen Heating insert include the various portions of the heating element in addition to the aforementioned heating section and Vorabschnitt further one
Anschlussabschnitt und einen Übergangsabschnitt, wobei der Connection portion and a transition section, wherein the
Anschlussabschnitt, der Heizabschnitt, der Übergangsabschnitt und der Connection section, the heating section, the transition section and the
Vorabschnitt in dieser Reihenfolge von der Spitze des Glührohrs ausgehend hin zu dem Anschlussbolzen angeordnet sind. Der Anschlussabschnitt stellt dabei die elektrische Verbindung mit dem Minuspol der Glühstiftkerze sicher, wie zum Beispiel mit dem Motorblock, über eine Glührohr-Gehäuse-Verbindung. Der Heizabschnitt erfüllt die eigentliche Funktion der Heizwendel und der Pre-section are arranged in this order from the tip of the glow tube out to the terminal bolt. The connection section ensures the electrical connection with the negative pole of the glow plug, such as with the engine block, via a glow tube housing connection. The heating section fulfills the actual function of the heating coil and the
Regelwendel, und zwar das Aufheizen des Glührohrs während des Leitens eines elektrischen Stroms. Der Übergangsabschnitt hat die Aufgabe, den Heizabschnitt vom Vorabschnitt räumlich zu trennen und dient sowohl der Anpassung der unterschiedlichen Außendurchmesser dieser Abschnitte als auch dem Einstellen des Wendelgesamtwiderstands. Schließlich hat der Vorabschnitt die Aufgabe, die Control coil, namely the heating of the glow tube during the conduction of an electric current. The transition section has the task spatially to separate the heating section from the pre-section and serves both to adapt the different outer diameter of these sections as well as the adjustment of the total helical resistance. Finally, the preliminary section has the task of
Wendel und damit die GLP-Außentemperatur durch die zum Heizabschnitt zeitverzögerte Zunahme des elektrischen Wiederstandes zu stabilisieren, was wiederum zur Anpassung des Gesamtwiderstandes der Wendel dient. Unter dem Außendurchmesser der Wendel ist der Durchmesser der Spiral and thus the GLP outside temperature to stabilize by the time delay to the heating section increase in electrical resistance, which in turn is used to adjust the total resistance of the coil. Below the outer diameter of the helix is the diameter of the
Außenumhüllenden der schraubenförmig gewundenen Gestalt des Glühdrahts zu verstehen, wobei unter dem Außendurchmesser der jeweiligen Wendelabschnitte entsprechend der Durchmesser der jeweiligen Außenumhüllenden der entsprechenden Abschnitte der schraubenförmig gewundenen Glühdrahtgestalt zu verstehen ist. Die Außenumhüllende kann dabei über die Länge des jeweiligen Abschnitts einen konstanten Wert annehmen, was bei Abschnitten mit gleich bleibendem Außendurchmesser der Fall ist, wie zum Beispiel bei dem Heizabschnitt oder dem Vorabschnitt üblich. Die Außenumhüllende kann aber auch über die Länge des jeweiligen Abschnitts einen sich verändernden Wert annehmen, was bei Abschnitten mit einem sich verändernden Outer envelope of the helically wound shape of the filament to understand, wherein the outer diameter of the respective coil sections corresponding to the diameter of the respective outer sheaths of the corresponding portions of the helically wound filament shape to understand. In this case, the outer envelope can assume a constant value over the length of the respective section, which is the case with sections of constant outside diameter, as is usual, for example, in the heating section or the pre-section. However, the outer envelope may also assume a varying value over the length of the respective section, which may be in a changing section
Außendurchmesser der Fall ist, beispielsweise bei Abschnitten mit sich verjüngendem beziehungsweise sich verkleinerndem Außendurchmesser, bei denen der Außendurchmesser über die Länge des Abschnitts abnimmt, oder bei Abschnitten mit sich ausweitendem beziehungsweise sich vergrößerndem Außendurchmesser, bei denen der Außendurchmesser über die Länge des Abschnitts zunimmt, wie es beispielsweise bei dem Übergangsabschnitt der Fall sein kann. Hierbei ist es vorzuziehen, dass sich der Außendurchmesser des Übergangsabschnitts ausgehend von dem Außendurchmesser des Outside diameter is the case, for example, at sections with it tapered outer diameter, where the outer diameter decreases over the length of the portion, or at portions with expanding outer diameter, where the outer diameter increases along the length of the portion, as may be the case at the transition portion, for example. In this case, it is preferable that the outer diameter of the transition section, starting from the outer diameter of the
Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Vorabschnitts hin verjüngt oder ausweitet, in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Außendurchmessers des Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Vorabschnitts. Das bedeutet, dass sich der Außendurchmesser des Übergangsabschnitts, der sich zwischen dem Heizabschnitt und dem Vorabschnitt befindet, ausgehend von dem Heating portion tapers or widened to the outer diameter of the pre-section, depending on the ratio of the outer diameter of the heating section to the outer diameter of the pre-section. This means that the outer diameter of the transition section, which is located between the heating section and the pre-section, starting from the
Außendurchmesser des Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Outer diameter of the heating section to the outer diameter of the
Vorabschnitts hin vorzugsweise gleichmäßig verjüngt, wenn der Pre-section preferably uniformly tapered when the
Außendurchmesser des Heizabschnitts größer als der Außendurchmesser desOuter diameter of the heating section larger than the outer diameter of the
Vorabschnitts ist, oder aber dass sich der Außendurchmesser des Preliminary section is, or that the outer diameter of the
Übergangsabschnitts, der sich zwischen dem Heizabschnitt und dem Transitional section extending between the heating section and the
Vorabschnitt befindet, ausgehend von dem Außendurchmesser des Pre-section is, starting from the outer diameter of the
Heizabschnitts zu dem Außendurchmesser des Vorabschnitts hin vorzugsweise gleichmäßig ausweitet, wenn der Außendurchmesser des Heizabschnitts kleiner als der Außendurchmesser des Vorabschnitts ist. Ferner kann der Preferably, when the outer diameter of the heating section is smaller than the outer diameter of the preliminary section, the heating section preferably expands uniformly toward the outer diameter of the preliminary section. Furthermore, the
Außendurchmesser des Anschlussabschnitts kleiner als oder gleich dem Outer diameter of the connection section less than or equal to
Außendurchmesser des Heizabschnitts sein, beispielsweise zwischen 0,4 und 1 x dem Außendurchmesser des Heizabschnitts. Be outside diameter of the heating section, for example, between 0.4 and 1 x the outer diameter of the heating section.
Der Durchmesser des Glühdrahts selbst, also die Dicke des Glühdrahts kann bei dem erfindungsgemäßen Heizeinsatz über die gesamte Länge der Wendel gleich bleiben, kann aber auch alternativ dazu je nach Bedarf unterschiedlich sein. Beispielsweise kann der Durchmesser des Glühdrahts im Heizbereich dünner als im Regelbereich sein, um ein schnelleres Aufheizen des Heizbereichs zu erzielen, wobei jedoch die mechanische Festigkeit des Drahts in dem jeweiligen Bereich mit in Betracht gezogen werden muss, da ein dünner Draht eine geringere Beständigkeit gegenüber einer Beanspruchung in Kriechermüdung als ein dicker Draht aufweist. Ferner können die jeweiligen Abschnitte The diameter of the filament itself, so the thickness of the filament may remain the same for the heating insert according to the invention over the entire length of the coil, but may alternatively be different depending on the needs. For example, the diameter of the filament may be thinner in the heating region than in the control region to achieve a faster heating of the heating region, but the mechanical strength of the wire must be taken into account in the respective area, since a thin wire has a lower resistance to a Has stress in creep fatigue as a thick wire. Furthermore, the respective sections
unterschiedliche Windungsabstände beziehungsweise Durchschnittsganghöhen der Schraubenform des Glühdrahts aufweisen, wobei der Begriff „Durchschnittsganghöhe" in einem Querschnitt der Schraubenform des have different Windungsabstände or average pitches of the helix of the filament, wherein the term "Average aisle height" in a cross section of the helical shape of the
Glühdrahts, der die Mittelachse beziehungsweise die Wendelachse des Glow wire, the central axis or the helical axis of the
Glühdrahts beinhaltet, einen Durchschnitt eines Abstandes zwischen den Mitten von Querschnitten benachbarter Glühdrahtabschnitte entlang der Mittelachse. Dabei gilt, dass der Temperaturwiderstand des Glühdrahts mit kleiner werdenderGlow wire includes an average of a distance between the centers of cross sections of adjacent filament sections along the central axis. It is true that the temperature resistance of the filament with decreasing
Durchschnittsganghöhe größer wird. Entsprechend kann neben dem Average aisle height is greater. Accordingly, in addition to the
Außendurchmesser des jeweiligen Wendelabschnitts ferner mit der Dicke des Glühdrahtes sowie der Durchschnittsganghöhe des jeweiligen Wendelabschnitts der elektrische Widerstand weiter beeinflusst werden. Hierbei gilt, dass der Heizabschnitt üblicherweise eine geringere Durchschnittsganghöhe als derOuter diameter of the respective coil portion further with the thickness of the filament and the average pitch of the respective filament portion of the electrical resistance can be further influenced. It is true that the heating section usually has a lower average pitch than the
Vorabschnitt aufweist, um eine größere Heizwirkung in dem Heizabschnitt also in dem Vorabschnitt zu erzielen. Pre-section, in order to achieve a greater heating effect in the heating section, ie in the pre-section.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen According to another preferred embodiment of the invention
Heizeinsatzes zeigt das Material beziehungsweise der Werkstoff des Heating insert shows the material or the material of the
Heizelements ein derartiges Verhalten, dass dessen spezifischer elektrischer Widerstand p vorzugsweise mit der Temperatur mit einer Steigung m > 2 x 10"4 μΩ m/K zwischen 800 und 1000°C linear ansteigt, wobei p(T) = po + m*T den lineare Zusammenhang zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand p und der Temperatur T im Bereich von 800°C bis 1000°C beschreibt. Das Material des Heizelements ist dabei vorzugsweise aus einer Materialgruppe ausgewählt, die Wolfram, Molybdän, oder eine deren Legierungen umfasst, wie zum Beispiel Molybdän-Titan-Zirkon-Legierungen. Ein weiteres Beispiel umfasst Molybdän oder Wolfram mit Anteilen von Kupfer, Lanthanoxid, Thoriumdioxid, Cerdioxid, Yttriumoxid und Rhenium. Heating element such a behavior that its specific electrical resistance p preferably increases linearly with temperature with a slope m> 2 x 10 "4 μΩ m / K between 800 and 1000 ° C, where p (T) = po + m * T the describes linear relationship between the specific electrical resistance p and the temperature T in the range from 800 ° C. to 1000 ° C. The material of the heating element is preferably selected from a material group comprising tungsten, molybdenum, or one of their alloys, such as for example Molybdenum-titanium-zirconium alloys Another example includes molybdenum or tungsten with proportions of copper, lanthana, thoria, ceria, yttria, and rhenium.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Heizkörper für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze bereitgestellt, der ein Glührohr sowie einen wie vorhergehend beschriebenen Heizeinsatz aufweist, wobei der Heizeinsatz in dem Glührohr angeordnet ist. Darüber hinaus wird eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze bereitgestellt, die einen derartigen According to another aspect of the present invention, there is provided a heater for an electrically heatable glow plug having a glow tube and a heater insert as described above, wherein the heater is disposed in the glow tube. In addition, an electrically heatable glow plug is provided which is such
Heizkörper hat, wobei die Glühstiftkerze ferner zumindest ein Gehäuse zur Aufnahme des Heizkörpers und zumindest eine elektrisch isolierende Radiator has, wherein the glow plug further comprises at least one housing for receiving the radiator and at least one electrically insulating
Gehäusedichtung zum Isolieren zwischen einem Anschlussbolzen und dem Gehäuse aufweist. Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze zeigt in einem Housing seal for insulating between a terminal bolt and the housing has. The glow plug according to the invention shows in one
Betriebstemperaturbereich von 800°C bis 1200°C vorzugsweise ein lineares Verhalten des definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Glühstiftkerze steigt der gemessene elektrische Widerstand mit der Temperatur der Einstoffwendel an, wobei eine Regelung mittels der Ansteuerspannung in Abhängigkeit des ansteigenden gemessenen Widerstands erfolgt. Demnach ergänzt sich das PTC-Verhalten der Operating temperature range of 800 ° C to 1200 ° C preferably a linear Behavior of the defined resistance temperature coefficient. According to a preferred embodiment of the glow plug, the measured electrical resistance increases with the temperature of the single-material coil, wherein a control by means of the drive voltage in response to the rising measured resistance occurs. Accordingly, the PTC behavior complements the
Einstoffwendel mit einer dynamisch veränderten Ansteuerspannung zur Einstoffwendel with a dynamically changed drive voltage for
Regelung oder Steuerung der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze. Die konstante Überwachung des elektrischen Widerstands der Einstoffwendel ermöglicht eine Regelung der Glühtemperatur des Heizkörpers, welche durch Anpassung der Ansteuerspannung an unterschiedliche Motorzustände der Brennkraftmaschine angepasst werden. Demnach ist es zur exakten Bestimmung der Temperatur im Motorraum nicht notwendig, permanent Werte der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, wie zum Beispiel die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Menge des in die Brennkraftmaschine injizierten Kraftstoffs, die Control or control of the glow plug according to the invention. The constant monitoring of the electrical resistance of Einstoffwendel allows control of the annealing temperature of the radiator, which are adjusted by adjusting the drive voltage to different engine states of the internal combustion engine. Thus, to accurately determine the temperature in the engine compartment, it is not necessary to constantly consider engine values, such as the engine speed, the amount of fuel injected into the engine
Abgasrückführung, die Zuluft-Temperatur, die Abgastemperatur, der Exhaust gas recirculation, the supply air temperature, the exhaust gas temperature, the
Regenerationsstatus des Partikelfilters oder dergleichen. Regeneration status of the particulate filter or the like.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen Heizeinsatz für einen Heizkörper zur Regelung oder Steuerung der Temperatur in einer Brennkraftmaschine bereit, welche das Heizelement, also die Heizwendel, vor einer Überhitzung zuverlässig schützt. Dabei kann auf eine„separate" Regelwendel verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Heizelements -als Einstoffwendel- deutlich vereinfacht wird.The solution according to the invention provides a heating insert for a radiator for regulating or controlling the temperature in an internal combustion engine, which reliably protects the heating element, ie the heating coil, against overheating. In this case, can be dispensed with a "separate" control coil, whereby the production of the heating element-as Einstoffwendel- is significantly simplified.
Ferner können hohe Aufheizzeiten oder zu hohe notwendige Anfangsströme damit vermieden werden. Furthermore, high heating times or excessively high initial currents can thus be avoided.
Durch das gezielte Einstellen der Widerstände der einzelnen Wendelabschnitte und damit des Wendelgesamtwiderstands kann die Robustheit der Glühstiftkerze erhöht werden, ohne auf einen minimalem Drahtdurchmesser oder eine maximale Durchschnittsganghöhe festgelegt zu sein. Dadurch kann eine maximale Flexibilität bei der Ausgestaltung des Heizeinsatzes für den Heizkörper der Glühstiftkerze ermöglicht werden. Ein geregeltes und frei einstellbares Glühverhalten der Glühstiftkerze bietet allgemein einen erhöhten Schutz derBy selectively adjusting the resistances of the individual filament sections and thus of the filament total resistance, the robustness of the glow plug can be increased without being fixed to a minimum wire diameter or a maximum average pitch. As a result, a maximum flexibility in the design of the heating element for the radiator of the glow plug can be made possible. A controlled and freely adjustable glow behavior of the glow plug generally offers increased protection of
Glühstiftkerze, wobei die Lebensdauer erhöht und die Effizienz der Verbrennung im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine gefördert werden kann. Darüber hinaus kann durch eine konstant einstellbare Temperatur mittels der Glow plug, whereby the life increases and the efficiency of the combustion can be promoted in the combustion chamber of the internal combustion engine. In addition, by means of a constant adjustable temperature by means of
erfindungsgemäßen Glühstiftkerze eine stabilere Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht werden, wobei verbesserte Abgaswerte und ein geringerer Bedarf einer Abgasnachbehandlung erzielt werden können. a more stable combustion in the combustion chamber of the internal combustion engine according to the invention can be achieved, wherein improved exhaust gas values and a lower need for exhaust aftertreatment can be achieved.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Heizelements eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes in einer perspektivischen Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a heating element of a heating insert according to the invention in a perspective
Seitenansicht; Side view;
Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Heizelements eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes in einer perspektivischen Fig. 2 shows a second preferred embodiment of a heating element of a heating insert according to the invention in a perspective
Seitenansicht; Side view;
Fig. 3A zeigt eine Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik in einer Fig. 3A shows a glow plug according to the prior art in a
schematischen Teilquerschnittsdarstellung; und schematic partial cross-sectional representation; and
Fig. 3B zeigt den Heizkörper der in Figur 3A dargestellten Glühstiftkerze in einer schematischen Querschnittsdarstellung. 3B shows the radiator of the glow plug shown in FIG. 3A in a schematic cross-sectional representation.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Heizelements 1 eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes in einer perspektivischen Seitenansicht. Das Heizelement 1 ist als eine Einstoffwendel mit vier Abschnitten ausgebildet, die in der Figur von links nach rechts dargestellt ineinander übergehen. Der erste Abschnitt auf der linken Seite der Darstellung ist ein Anschlussabschnitt 1 1 , der in einen Heizabschnitt 12 übergeht, welcher wiederum über einen FIG. 1 shows a first preferred embodiment of a heating element 1 of a heating insert according to the invention in a perspective side view. The heating element 1 is formed as a Einstoffwendel with four sections, which in the figure from left to right shown in one another. The first section on the left side of the illustration is a connection section 1 1, which merges into a heating section 12, which in turn via a
Übergangsabschnitt 13 in einen Vorabschnitt 14 übergeht. Der Transition section 13 merges into a pre-section 14. Of the
Anschlussabschnitt 1 1 dient dabei zum Anschluss an ein (nicht gezeigtes) Glührohr einer Glühstiftkerze, wie sie aus Figur 3A bekannt ist, wobei sich die Länge des Anschlussabschnitts 1 1 und dessen Außendurchmesser je nach Ausbildung des (nicht gezeigten) Glührohrs anpassen lassen. Der Heizabschnitt 12, der auf den Anschlussabschnitt 1 1 folgt, weist eine bestimmte Länge 121 und einen bestimmten Außendurchmesser 122 auf, die je nach Bedarf bei der Fertigung des Heizelements 1 eingestellt werden. Der als nächstes folgende Übergangsabschnitt 13 weist eine Länge 131 auf und zeigt einen sich Connecting portion 1 1 serves for connection to a (not shown) glow tube of a glow plug, as it is known from Figure 3A, wherein the length of the connecting portion 1 1 and its outer diameter depending on Adjust the training of the (not shown) glow tube. The heating section 12, which follows the connection section 1 1, has a certain length 121 and a certain outer diameter 122, which are set as needed in the manufacture of the heating element 1. The next following transition section 13 has a length 131 and shows a
verjüngenden Außendurchmesser. Schließlich folgt der Vorabschnitt 14 mit einer Länge 141 und einem Außendurchmesser 142, wobei der Außendurchmesser 142 des Vorabschnitts 14 kleiner als der Außendurchmesser 122 des tapered outer diameter. Finally, the pre-section 14 follows with a length 141 and an outer diameter 142, wherein the outer diameter 142 of the pre-section 14 is smaller than the outer diameter 122 of
Heizabschnitts 12 ist, wodurch sich wiederum der sich verjüngende Heating section 12 is, which in turn is the tapered
Außendurchmesser des Übergangsabschnitts 13 ergibt. Das Verhältnis desOutside diameter of the transition section 13 results. The ratio of
Außendurchmessers 122 des Heizabschnitts 12 zu dem Außendurchmesser 142 des Vorabschnitts 14 entspricht bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes einem Verhältnis in einem Bereich von 1 ,1 bis 2,5, was bedeutet, dass der Außendurchmesser 122 des Heizabschnitts 12 mindestens 1 ,1 x und maximal 2,5x so groß wie der Außendurchmesser 142 desOuter diameter 122 of the heating section 12 to the outer diameter 142 of the pre-section 14 in the first preferred embodiment of the heater according to the invention in a ratio in the range of 1, 1 to 2.5, which means that the outer diameter 122 of the heating section 12 at least 1, 1 x and at most 2.5x as large as the outer diameter 142 of
Vorabschnitts 14 ist. Ferner beträgt bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes ein Verhältnis des elektrischen Pre-section 14 is. Furthermore, in the first preferred embodiment of the heating insert according to the invention, a ratio of the electrical
Widerstands des Heizabschnitts 12 zu dem Gesamtwiderstand des Heizelements 1 zwischen 0,4 und 0,8 liegt, wobei sich der Gesamtwiderstand des Resistance of the heating section 12 to the total resistance of the heating element 1 is between 0.4 and 0.8, wherein the total resistance of the
Heizelements 1 unter anderem aus dem Verhältnis des Außendurchmessers 122 des Heizabschnitts 12 zu dem Außendurchmesser 142 des Vorabschnitts 14, aus der gewählten Ganghöhe jeweils des Heizabschnitts 12 sowie des Heating element 1 among other things from the ratio of the outer diameter 122 of the heating section 12 to the outer diameter 142 of the pre-section 14, from the selected pitch of each of the heating section 12 and the
Vorabschnitts 14, sowie aus der Dicke des gewählten Drahtdurchmessers ergibt, wobei die Ganghöhe des Heizabschnitts 12 sehr klein beziehungsweise eng im Vergleich zu der Ganghöhe des Vorabschnitts 14 gewählt ist und der Pre-section 14, as well as from the thickness of the selected wire diameter results, the pitch of the heating section 12 is very small or narrow compared to the pitch of the pre-section 14 is selected and the
Drahtdurchmesser bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des Wire diameter in the first preferred embodiment of the
erfindungsgemäßen Heizeinsatzes gleichmäßig dick ist. heating insert according to the invention is uniformly thick.
Figur 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Heizelements 2 eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes in einer perspektivischen Seitenansicht.FIG. 2 shows a second preferred embodiment of a heating element 2 of a heating insert according to the invention in a perspective side view.
Das Heizelement 2 ist ähnlich zu dem in Figur 1 gezeigten Heizelement 1 eine Einstoffwendel mit vier Abschnitten, die in der Figur von links nach rechts dargestellt ineinander übergehen. Der erste Abschnitt auf der linken Seite der Darstellung ist ein Anschlussabschnitt 21 , der in einen Heizabschnitt 22 übergeht, welcher wiederum über einen Übergangsabschnitt 23 in einen The heating element 2 is similar to the heating element 1 shown in Figure 1 a Einstoffwendel with four sections, which in the figure from left to right shown merge into each other. The first section on the left side of the illustration is a connection section 21, which merges into a heating section 22, which in turn via a transition section 23 in a
Vorabschnitt 24 übergeht. Der Anschlussabschnitt 21 dient zum Anschluss an ein (nicht gezeigtes) Glührohr einer Glühstiftkerze, wie sie aus Figur 3A bekannt ist, wobei sich die Länge des Anschlussabschnitts 21 und dessen Pre-section 24 passes. The connecting portion 21 is for connection to a (not shown) glow tube of a glow plug, as it is known from Figure 3A, wherein the length of the connecting portion 21 and the
Außendurchmesser je nach Ausbildung des (nicht gezeigten) Glührohrs anpassen lassen. Der Heizabschnitt 22, der auf den Anschlussabschnitt 21 folgt, weist eine bestimmte Länge 221 und einen bestimmten Außendurchmesser 222 auf, die je nach Bedarf bei der Fertigung des Heizelements 2 eingestellt werden. Der als nächstes folgende Übergangsabschnitt 23 weist eine Länge 231 auf, die größer als die Länge des Heizabschnitts 221 ist, und zeigt einen sich Adjust the outer diameter according to the design of the glow tube (not shown). The heating portion 22 following the terminal portion 21 has a certain length 221 and a certain outer diameter 222, which are set as needed in the manufacture of the heating element 2. The next following transition portion 23 has a length 231 which is larger than the length of the heating portion 221, and shows a
ausweitenden Außendurchmesser. Schließlich folgt der Vorabschnitt 24 mit einer Länge 241 und einem Außendurchmesser 242, wobei der Außendurchmesser 242 des Vorabschnitts 24 bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform größer als der Außendurchmesser 222 des Heizabschnitts 22 ist, wodurch sich wiederum der sich vergrößernde Außendurchmesser des Übergangsabschnitts 23 ergibt. Das Verhältnis des Außendurchmessers 222 des Heizabschnitts 22 zu dem Außendurchmesser 242 des Vorabschnitts 24 liegt bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes in einem Bereich von 0,5 bis 0,9, was bedeutet, dass der Außendurchmesser 222 des Heizabschnitts 22 minimal 0,5x und maximal 0,9x so groß wie der expanding outer diameter. Finally, the pre-section 24 follows with a length 241 and an outer diameter 242, wherein the outer diameter 242 of the pre-section 24 in the second preferred embodiment is greater than the outer diameter 222 of the heating section 22, which in turn results in the increasing outer diameter of the transition section 23. The ratio of the outer diameter 222 of the heating section 22 to the outer diameter 242 of the pre-section 24 in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention in a range of 0.5 to 0.9, which means that the outer diameter 222 of the heating section 22 minimally 0.5x and a maximum of 0.9x the size of the
Außendurchmesser 242 des Vorabschnitts 24 ist, der Außendurchmesser 222 des Heizabschnitts 22 also kleiner als der Außendurchmesser 242 des Outer diameter 242 of the pre-section 24, the outer diameter 222 of the heating section 22 is thus smaller than the outer diameter 242 of
Vorabschnitts 24 ist. Ferner liegt bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes ein Verhältnis des elektrischen Pre-section 24 is. Furthermore, in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention, a ratio of the electrical
Widerstands des Heizabschnitts 22 zu dem Gesamtwiderstand des Heizelements 2 in einem Bereich von 0,2 bis 0,4, wobei sich der Gesamtwiderstand des Heizelements 2 unter anderem aus dem Verhältnis des Außendurchmessers 222 des Heizabschnitts 22 zu dem Außendurchmesser 242 des Vorabschnitts 24, aus der gewählten Ganghöhe jeweils des Heizabschnitts 22 sowie des Resistance of the heating section 22 to the total resistance of the heating element 2 in a range of 0.2 to 0.4, wherein the total resistance of the heating element 2 among other things from the ratio of the outer diameter 222 of the heating section 22 to the outer diameter 242 of the pre-section 24, from the selected pitch each of the heating section 22 and the
Vorabschnitts 24, sowie aus der Dicke des gewählten Drahtdurchmessers ergibt, wobei die Ganghöhe des Heizabschnitts 22 sehr klein beziehungsweise eng im Vergleich zu der Ganghöhe des Vorabschnitts 24 gewählt ist und der Pre-section 24, as well as from the thickness of the selected wire diameter results, the pitch of the heating section 22 is very small or narrow compared to the pitch of the pre-section 24 is selected and the
Drahtdurchmesser bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes gleichmäßig dick ist. Wire diameter is uniform in thickness in the second preferred embodiment of the heating insert according to the invention.
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Also Published As
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