Die Erfindung betrifft eine Glühkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1. Sie bezieht sich auf eine Glühkerze mit einem darin befindlichen Heizelement für einen direkt einspritzenden Dieselmotor.The invention relates to a glow plug according to the preamble of claim 1. It relates to a glow plug with a heating element therein for a direct injection diesel engine.
Glühkerzen mit einem röhrenförmigen Gehäuse, einem Heizelement und einer stabförmigen Mittelelektrode in dem Gehäuse sind bekannt. Ein Ende des Gehäuses ist elektrisch mit einem Ende des Heizelements verbunden. Das andere Ende des Gehäuses ist elektrisch mit einem Ende der stabförmigen Mittelelektrode verbunden. Das andere Ende der stabförmigen Mittelelektrode ist mit einem elektrisch leitenden Anschluss verbunden. Zwischen dem Gehäuse und dem Anschluss wird Strom zugeführt.Glow plugs with a tubular housing, a heating element and a rod-shaped center electrode in the housing are known. One end of the housing is electrically connected to one end of the heating element. The other end of the housing is electrically connected to one end of the rod-shaped center electrode. The other end of the rod-shaped center electrode is connected to an electrically conductive terminal. Power is supplied between the housing and the connector.
Mit der Einführung der Direkteinspritzung bei Dieselmotoren ergab sich in letzter Zeit die Tendenz, die Glühkerze länger und den Gehäusedurchmesser schlanker zu machen.With the introduction of direct injection in diesel engines, there has recently been a tendency to make the glow plug longer and the case diameter slimmer.
Um das Gehäuse in Längsrichtung zu verlängern, kann der Aufbau der stabförmigen Mittelelektrode so gestaltet werden, dass zwei Stabbauteile durch Schweißen in Serie verbunden werden. Eine solche herkömmliche Glühkerze ist beispielsweise in der JP 04-15407 A offenbart. Bei dieser herkömmlichen Glühkerze wird die stabförmige Mittelelektrode durch ein in Serie mit einem zweiten Stabbauteil verschweißtes erstes Stabbauteil gebildet. Das eine Ende des ersten Stabbauteils ist mit einem Heizelement und das andere Ende mit einem Ende des zweiten Stabbauteils verbunden. Das andere Ende des zweiten Stabbauteils weist einen Schraubanschluss auf. Der Schraubanschluss wird mit einer Mutter festgeschraubt. Der Schraubanschluss sollte das Erfordernis nach einem Gewindebefestigungsmoment von etwa 3 Nm (laut ISO 2,5 Nm) erfüllen.To lengthen the housing in the longitudinal direction, the structure of the rod-shaped center electrode can be designed so that two rod members are connected in series by welding. Such a conventional glow plug is for example in the JP 04-15407 A disclosed. In this conventional glow plug, the rod-shaped center electrode is formed by a first rod member welded in series with a second rod member. One end of the first rod member is connected to a heating element and the other end is connected to one end of the second rod member. The other end of the second rod component has a screw connection. The screw connection is screwed tight with a nut. The screw connection should meet the requirement for a thread tightening torque of about 3 Nm (according to ISO 2.5 Nm).
Damit dieses Befestigungsmoment am Schraubanschluss der stabförmigen Mittelelektrode realisiert werden kann, wurde bei den jüngeren Zündkerzen einfach der Kohlenstoffgehalt im Kohlenstoffstahl erhöht. In diesem Fall verschlechtert sich jedoch das Schweißverhalten.So that this fastening torque can be realized at the screw connection of the rod-shaped central electrode, the carbon content in the carbon steel was simply increased in the younger spark plugs. In this case, however, the welding performance deteriorates.
Darüber hinaus ist eine weitere herkömmliche Glühkerze bekannt, die ein Gehäuse und eine Heizelementröhre umfasst, die in ein Loch in dem Gehäuse presseingepasst ist. Eine solche herkömmliche Glühkerze ist in der JP 04-80521 A offenbart. Da sich bei den jüngeren Glühkerzen mit der Einführung der Direkteinspritzung bei Dieselmotoren die Tendenz zeigt, die Glühkerze zu verlängern und den Durchmesser klein zu halten, sollten der Außendurchmesser des Gehäuses und der Außendurchmesser des Heizelements schlank gestaltet werden. Aufgrund dessen kann es zu einem Herausziehen der Heizelementröhre und einem Auslecken von Verbrennungsgas kommen.In addition, another conventional glow plug is known which comprises a housing and a heating element tube press-fitted into a hole in the housing. Such a conventional glow plug is in the JP 04-80521 A disclosed. As the recent glow plugs with the introduction of direct injection in diesel engines tend to elongate the glow plug and keep the diameter small, the outer diameter of the casing and the outer diameter of the heating element should be made slender. Due to this, extraction of the heater tube and leakage of combustion gas may occur.
Schließlich ist aus der DE 76 24 502 U1 eine Flammglühkerze mit einer aus Automatenstahl bestehenden Elektrodenhülse bekannt.Finally, out of the DE 76 24 502 U1 a flame glow plug with an existing free-cutting steel electrode sleeve known.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Glühkerze zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide an improved glow plug available.
Die Aufgabe wird durch eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by a glow plug according to claim 1.
Die Unteransprüche geben Weiterbildungen der Erfindung an.The subclaims specify further developments of the invention.
Die Aufgabe und die Merkmale der Erfindung werden nun ausführlicher anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The object and features of the invention will now be explained in more detail with reference to the following description of the invention taken in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings show:
1 eine Querschnittansicht einer Glühkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a cross-sectional view of a glow plug according to an embodiment of the invention;
2A und 2B in Querschnittansicht den Schweißvorgang beim Ausführungsbeispiel; 2A and 2 B in cross-sectional view of the welding process in the embodiment;
3 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Vickershärte HV des Anschlussstifts und dem auf den Anschlussschraubabschnitt wirkenden Befestigungsmoment beim Ausführungsbeispiel; 3 a graphical representation of the relationship between the Vickers hardness HV of the terminal pin and acting on the Anschlussschraubabschnitt fastening torque in the embodiment;
4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Gewichtsanteil an Kohlenstoff und der Vickershärte HV beim Ausführungsbeispiel; 4 a graphical representation of the relationship between the weight fraction of carbon and the Vickers hardness HV in the embodiment;
5 eine grafische Darstellung des Schweißverhaltens zwischen dem Heizelementstift und dem Anschlussstift beim Ausführungsbeispiel unter Änderung des Kohlenstoffgehalts; und 5 a graphical representation of the welding behavior between the Heizelementstift and the pin in the embodiment with changing the carbon content; and
6 eine Tabelle dieser Kombinationen und Ergebnisse für das Ausführungsbeispiel. 6 a table of these combinations and results for the embodiment.
In den Zeichnungen sind gleiche oder sich entsprechende Elemente oder Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.In the drawings, the same or corresponding elements or parts are designated by the same reference numerals.
Ausführungsbeispielembodiment
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Glühkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Glühkerze 1 ist an mehreren (z. B. vier) (nicht gezeigten) Zylindern eines Dieselmotors angebracht, um beispielsweise beim Motorstart die Zündung zu unterstützen und die Kraftstoffverbrennung zu beschleunigen. 1 shows a cross-sectional view of a glow plug according to an embodiment of the invention. The glow plug 1 is attached to a plurality of (eg four) (not shown) cylinders of a diesel engine, for example, at engine start the Support ignition and accelerate fuel combustion.
Die Glühkerze 1 weist ein röhrenförmiges Gehäuse 2 aus einem elektrisch leitfähigen Material wie etwa einem Eisengruppenmetall auf. Das Gehäuse 2 weist an seiner Außenfläche einen Schraubabschnitt 21 auf, um die Glühkerze 1 an dem Zylinderkopf eines Dieselmotors anbringen und wieder davon lösen zu können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Eisengruppenmetall verwendet, dessen Innen- und Außenfläche kaltgeschmiedet wurden, wobei der Schraubabschnitt 21 dann durch Schneiden oder dergleichen ausgebildet wurde.The glow plug 1 has a tubular housing 2 of an electrically conductive material such as an iron group metal. The housing 2 has on its outer surface a screw portion 21 on to the glow plug 1 attach to the cylinder head of a diesel engine and to be able to solve it again. In this embodiment, an iron group metal was used whose inner and outer surfaces were cold-forged, the screw portion 21 then formed by cutting or the like.
Das Gehäuse 2 trägt an seinem einen Ende 2a innen ein Heizelementbauteil 3, das an einem Ende geschlossen ist und bei Zuführung von Strom zur Wärme erzeugt. Die Seite des geschlossenen Endes 3a des Heizelements ragt aus dem angesprochenen Ende 2a des Gehäuses vor, so dass das geschlossene Ende 3a des Heizelementsbauteils 3 zur Verbrennungskammer des Motors frei liegt, wenn die Glühkerze 1 am Zylinderkopf angebracht ist.The housing 2 carries at one end 2a inside a heating element 3 which is closed at one end and generates electricity when heat is applied. The side of the closed end 3a of the heating element protrudes from the addressed end 2a of the housing in front, leaving the closed end 3a the heating element component 3 to the combustion chamber of the engine is exposed when the glow plug 1 attached to the cylinder head.
Das Gehäuse 2 trägt innen an seinem anderen Ende 2b, d. h. an dem zu dem Heizelement entgegengesetzten Ende, eine stabförmige Mittelelektrode 4 aus einem elektrisch leitfähigen Material.The housing 2 carries inside at his other end 2 B that is, at the opposite end to the heating element, a rod-shaped center electrode 4 made of an electrically conductive material.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die stabförmige Mittelelektrode 4 eine kreisförmige Zylinderform mit Stufen in der Mitte und ist ein Ende 4a der stabförmigen Mittelelektrode elektrisch mit einem Ende 7b eines Heizelements in dem Heizelementbauteil 3 verbunden. Das andere Ende 6a des Heizelements in dem Heizelementbauteil 3 ist elektrisch mit dem geschlossenen Ende 3a des Heizelementbauteils 3 verbunden. Das andere Ende 4b der stabförmigen Mittelelektrode 4 ragt aus dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 aus nach außen vor.In this embodiment, the rod-shaped center electrode 4 a circular cylindrical shape with steps in the middle and is one end 4a the rod-shaped center electrode electrically with one end 7b a heating element in the heating element component 3 connected. The other end 6a of the heating element in the heating element component 3 is electric with the closed end 3a the heating element component 3 connected. The other end 4b the rod-shaped center electrode 4 sticks out from the other end 2 B of the housing 2 out to the outside.
Das Heizelementbauteil 3 umfasst eine Röhre 5, deren eines Ende 3a geschlossen ist und deren anderes Ende 3b eine Öffnung hat. Die Röhre 5 besteht aus einem leitfähigen Material mit hervorragender Wärmebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit, wie etwa rostfreiem Stahl als einem rostfreien Material, und ist an dem einen Ende 2a des Gehäuses 2 in das Innere des Gehäuses 2 eingepasst, so dass es an dem Gehäuse 2 befestigt und mit ihm elektrisch verbunden ist. Die Röhre 5 weist auf der Seite ihres geschlossenen Endes einen röhrenförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 51 und auf der Seite ihrer Öffnung einen röhrenförmigen Abschnitt großen Durchmessers 52 auf.The heating element component 3 includes a tube 5 whose one end 3a is closed and the other end 3b has an opening. The tube 5 is made of a conductive material excellent in heat resistance and oxidation resistance, such as stainless steel as a stainless material, and is at one end 2a of the housing 2 in the interior of the case 2 fitted, leaving it on the case 2 attached and electrically connected to it. The tube 5 has a tubular section of small diameter on the side of its closed end 51 and on the side of its opening, a tubular section of large diameter 52 on.
Der röhrenförmige Abschnitt großen Durchmessers 52 ist wie vorstehend erwähnt in das Loch des Gehäuses 2 eingepasst, während der röhrenförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 51 wie vorstehend erwähnt von dem röhrenförmigen Abschnitt großen Durchmessers 52 aus vorragt. Zwischen dem röhrenförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 51 und dem röhrenförmigen Abschnitt großen Durchmessers 52 befindet sich ein (im Durchmesser zunehmender) röhrenförmiger Verjüngungsabschnitt. Eine den Durchmesser der Röhre 5 verringernde Gesenkarbeit führt zu dem Abschnitt kleinen Durchmessers 51.The tubular section of large diameter 52 is as mentioned above in the hole of the housing 2 fitted while the tubular portion of small diameter 51 as mentioned above, of the large-diameter tubular portion 52 protrudes. Between the tubular section of small diameter 51 and the tubular portion of large diameter 52 There is a (in diameter increasing) tubular taper section. A the diameter of the tube 5 reducing die work leads to the small diameter section 51 ,
Das Heizelement in der Röhre 5 umfasst entlang der Achse der Röhre 5 einen ersten Widerstand 6 und einen zweiten Widerstand 7. Der erste Widerstand 6 befindet sich in dem röhrenförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 51, während sich der Widerstand 7 auf der Seite der Öffnung der Röhre 5 befindet, wobei sich ein Teilabschnitt des zweiten Widerstands 7 in dem Verjüngungsabschnitt befindet.The heating element in the tube 5 includes along the axis of the tube 5 a first resistance 6 and a second resistor 7 , The first resistance 6 is located in the tubular section of small diameter 51 while the resistance 7 on the side of the opening of the tube 5 is located, wherein a portion of the second resistor 7 located in the rejuvenation section.
Ein Ende 6a des ersten Widerstands 6 ist mit dem Bodenabschnitt (geschlossenen Abschnitt) der Röhre 5 verschweißt, so dass er elektrisch mit der Röhre 5 verbunden ist. Das andere Ende 6b des ersten Widerstands ist elektrisch mit dem Ende 7b des zweiten Widerstands 7 verbunden. Die Verschweißung des einen Endes 4a der stabförmigen Mittelelektrode 4 schafft wie vorstehend erwähnt eine elektrische Verbindung mit dem anderen Ende 7b des zweiten Widerstands 7.An end 6a of the first resistance 6 is with the bottom portion (closed portion) of the tube 5 welded so that it electrically connected to the tube 5 connected is. The other end 6b of the first resistor is electrical to the end 7b of the second resistor 7 connected. The welding of one end 4a the rod-shaped center electrode 4 creates an electrical connection with the other end as mentioned above 7b of the second resistor 7 ,
Der Heizelement ergibt sich, indem das andere Ende 6b des ersten Widerstands 6 und das eine Ende 7a des zweiten Widerstands 7 zum Überlappen gebracht werden und die sich überlappenden Abschnitte verschweißt werden.The heating element is obtained by the other end 6b of the first resistance 6 and one end 7a of the second resistor 7 are overlapped and the overlapping sections are welded together.
Das Innere der Röhre 5 ist mit Isolationspulver 8 gefüllt, das aus einem wärmebeständigen elektrischen Isolator (beispielsweise Magnesiumoxid) besteht. Das heißt, dass die stabförmige Mittelelektrode 4 auf der Seite ihres einen Endes 4a und der erste und zweite Widerstand 6 und 7 in dem Magnesiumoxid eingebettet sind.The interior of the tube 5 is with insulation powder 8th filled, which consists of a heat-resistant electrical insulator (for example, magnesium oxide). That is, the rod-shaped center electrode 4 on the side of her one end 4a and the first and second resistance 6 and 7 embedded in the magnesium oxide.
Dabei wird das Isolationspulver 8 mit hoher Dichte in die Röhre 5 gepackt, die anschließend dem Gesenkarbeitsschritt unterzogen wird. Die stabförmige Mittelelektrode 4 und der erste und zweite Widerstand 6 und 7 werden dadurch fest in dem Isolationspulver 8 in der Röhre 5 fixiert. Die stabförmige Mittelelektrode 4 auf der Seite ihres einen Endes 4a, der erste Widerstad Wicklungswiderstand 6 (mit Ausnahme des einen Endes 6a) und der zweite Widerstand 7 sind daher elektrisch gegen die Röhre 5 isoliert.This is the insulation powder 8th high density in the tube 5 packed, which is then subjected to the Gesenktarbeitsschritt. The rod-shaped center electrode 4 and the first and second resistance 6 and 7 become solid in the insulation powder 8th in the tube 5 fixed. The rod-shaped center electrode 4 on the side of her one end 4a , the first Widerstad winding resistance 6 (except one end 6a ) and the second resistor 7 are therefore electrically against the tube 5 isolated.
Der erste Widerstand 6 umfasst ein erstes leitfähiges Material (z. B. Nickel-Chrom-Stahl) mit einem Widerstandsänderungswert von etwa 1 zwischen Zimmertemperatur (20°C) und 1000°C (Temperatur des ersten Widerstands 6 nach dem Vorheizen). Der zweite Widerstand 7 umfasst ein zweites leitfähiges Material (z. B. eine Kobalt-Eisen-Legierung) mit einem verhältnismäßig hohen Widerstandsänderungsverhältnis von beispielsweise 5 bis 14. Diese Eigenschaft lässt sich auch über den Widerstandstemperaturkoeffizienten darstellen. Das Material des zweiten Widerstands 7 hat somit einen höheren positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten als der erste Widerstand 6.The first resistance 6 comprises a first conductive material (eg, nickel-chromium steel) having a resistance change value of about 1 between room temperature (20 ° C) and 1000 ° C ( Temperature of the first resistor 6 after preheating). The second resistance 7 comprises a second conductive material (eg, a cobalt-iron alloy) having a relatively high resistance change ratio of, for example, 5 to 14. This property can also be represented by the resistance temperature coefficient. The material of the second resistor 7 thus has a higher positive temperature coefficient of resistance than the first resistance 6 ,
Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich die stabförmige Mittelelektrode 4, indem zwei Stabbauteile in Serie verbunden werden (so dass ihre Längsrichtungen miteinander übereinstimmen). Das erste Stabbauteil ist ein Heizelementstift 41, der wie vorstehend erwähnt auf der Seite des einen Endes 4a der stabförmigen Mittelelektrode 4 elektrisch mit dem zweiten Widerstand in dem Heizelementbauteil 3 verbunden ist. Das zweite Stabbauteil auf der Seite des anderen Endes 4b der stabförmigen Mittelelektrode 4 ist ein Anschlussstift 42, der ein aus dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 vorragenden Anschlussschraubabschnitt 42a aufweist, der mit einem Drahtkabel zur elektrischen Verbindung mit einer Stromversorgung versehen ist.In this embodiment, the rod-shaped center electrode results 4 by connecting two rod components in series (so that their longitudinal directions coincide with each other). The first rod member is a heater pin 41 as mentioned above on the side of one end 4a the rod-shaped center electrode 4 electrically with the second resistor in the heater element 3 connected is. The second rod component on the side of the other end 4b the rod-shaped center electrode 4 is a pin 42 , the one from the other end 2 B of the housing 2 protruding connecting screw section 42a which is provided with a wire cable for electrical connection to a power supply.
Das andere Ende des Heizelementstifts 41 ist mit dem anderen Ende des Anschlussstifts 42 durch Plasmaschweißen verschweißt. Daher ist zwischen dem Heizelementstift 41 und dem Anschlussstift 42 ein Schweißabschnitt 43 ausgebildet.The other end of the heating element pin 41 is with the other end of the pin 42 welded by plasma welding. Therefore, between the heating element pin 41 and the pin 42 a welding section 43 educated.
2A und 2B zeigen in Querschnittansicht einen Schweißvorgang für den Heizelementstift 41 und den Anschlussstift 42 beim Ausführungsbeispiel. 2A and 2 B show in cross-sectional view a welding process for the Heizelementstift 41 and the pin 42 in the embodiment.
Wie in 2A gezeigt ist, weist die Spitze entweder des Heizelementstifts 41 oder des Anschlussstifts 42 einen Hohlabschnitt 44 auf und wird die Spitze des anderen Stifts in den Hohlabschnitt 44 eingepasst. Wie in 2B gezeigt ist, wird als nächstes auf den Umfang des Einpassabschnitts zwischen dem Stabbauteil 41 und 42 zum Schweißen ein Plasmabogen K aufgebracht, um die stabförmige Mittelelektrode 4 zu bilden.As in 2A is shown, the tip points either the Heizelementstifts 41 or the pin 42 a hollow section 44 on and becomes the tip of the other pin in the hollow section 44 fitted. As in 2 B is shown next to the periphery of the fitting portion between the rod member 41 and 42 for welding a plasma arc K applied to the rod-shaped center electrode 4 to build.
Der Heizelementstift (erstes Stabbauteil) 41 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel einen Kohlenstoffstahl mit 0,08 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff und hat eine Vickershärte von größer oder gleich 180 HV. Der Anschlussstift (zweites Stabbauteil) 42 umfasst einen Kohlenstoffstahl mit 0,08 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff und hat eine Vickershärte von größer oder gleich 180 HV.The heating element pin (first rod component) 41 in this embodiment comprises a carbon steel with 0.08 to 0.3 wt% carbon and has a Vickers hardness greater than or equal to 180 HV. The connecting pin (second rod component) 42 comprises a carbon steel with 0.08 to 0.15 wt.% carbon and has a Vickers hardness greater than or equal to 180 HV.
Der Heizelementstift 41 besteht aus einem Kohlenstoffstahl wie S25C, SWCH25K oder dergleichen. Der Anschlussstift 42 besteht aus einem Kohlenstoffstahl wie etwa S8C, S10C, SWCH10R oder dergleichen. Diese Kohlenstoffstahlmaterialien werden unter Kaltschmieden verarbeitet, um gehärtet zu werden.The heating element pin 41 consists of a carbon steel such as S25C, SWCH25K or the like. The pin 42 is made of a carbon steel such as S8C, S10C, SWCH10R or the like. These carbon steel materials are cold worked to be hardened.
Der an dem anderen Ende der stabförmigen Mittelelektrode 4 ausgebildete Anschlussschraubabschnitt 42a wird an dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 festgemacht, indem eine Mutter 12 so zum Gehäuse 2 hin festgeschraubt wird, dass zwischen der Mutter 12 und dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 eine Dichtung 10, wie etwa ein O-Ring aus einem Isolationsmaterial wie fluorhaltigem Gummi, und ein Kunststoffisolationsüberwurf 11 zusammengepresst werden.The at the other end of the rod-shaped center electrode 4 trained Anschlussschraubabschnitt 42a will be at the other end 2 B of the housing 2 moored by a mother 12 so to the case 2 screwed down that between the mother 12 and the other end 2 B of the housing 2 a seal 10 such as an O-ring made of an insulating material such as fluorine-containing rubber, and a Kunststoffisolationsüberwurf 11 be pressed together.
Darüber hinaus wird eine Mutter 14 festgezogen, um einen Anschluss 13 zu befestigen, der über ein Drahtkabel mit einer externen Stromversorgung verbunden ist.In addition, a mother 14 tightened to a connection 13 To attach, which is connected via a wire cable to an external power supply.
Bei der Glühkerze 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat die stabförmige Mittelelektrode 4 einen kleinsten Außendurchmesser D von kleiner oder gleich 3 mm (beispielsweise 2,9 mm) und eine die Länge der stabförmigen Mittelelektrode 4 und des Heizelements (ersten und zweiten Widerstands 6 und 7) einschließende Gesamtlänge L von größer oder gleich 120 mm, um die Glühkerze länger und schlanker zu machen.At the glow plug 1 According to this embodiment, the rod-shaped center electrode 4 a minimum outer diameter D of less than or equal to 3 mm (for example, 2.9 mm) and a length of the rod-shaped center electrode 4 and the heating element (first and second resistance 6 and 7 ) total length L of greater than or equal to 120 mm to make the glow plug longer and slimmer.
Dabei wird der erste Widerstand 6 an einem Ende der Röhre 5 in einem (nicht gezeigten) Durchgangsloch am Boden der Röhre 5 eingebettet und mit dem Boden der Röhre 5 verschweißt, um ihn mit der Röhre 5 zu verbinden, wonach das Durchgangsloch geschlossen wird.This is the first resistance 6 at one end of the tube 5 in a through hole (not shown) at the bottom of the tube 5 embedded and with the bottom of the tube 5 welded to him with the tube 5 after which the through hole is closed.
Die Glühkerze 1 wird ausgebildet, indem die vorstehend genannten Elemente wie folgt zusammengebaut werden.The glow plug 1 is formed by assembling the above-mentioned elements as follows.
Die Anordnung aus dem Heizelementbauteil 3 und der stabförmigen Mittelelektrode 4 wird in das Gehäuse 2 eingeschoben. Als nächstes wird der Abschnitt großen Durchmessers 52 durch Einpassen in das Loch des Gehäuses 2 an dem Gehäuse 2 befestigt, oder der Abschnitt großen Durchmessers 52 wird in das Loch des Gehäuses 2 eingeschoben dann verlötet, so dass sich ein eine Einheit bildender Körper ergibt.The arrangement of the Heizelementbauteil 3 and the rod-shaped center electrode 4 gets into the case 2 inserted. Next is the large diameter section 52 by fitting into the hole of the housing 2 on the housing 2 attached, or the section of large diameter 52 gets into the hole of the case 2 then soldered inserted, so that there is a unit forming body.
Als nächstes werden die Dichtung 10 und der Überwurf 11 auf das andere Ende 4b der stabförmigen Mittelelektrode 4 gesetzt und die Mutter 12 entlang dem Anschlussschraubabschnitt 42a festgeschraubt, so dass sich die Glühkerze 1 ergibt. Die Glühkerze 1 wird mit dem Befestigungsschraubabschnitt 21 am Zylinderkopf angebracht.Next will be the seal 10 and the throw-over 11 to the other end 4b the rod-shaped center electrode 4 set and the mother 12 along the connecting screw section 42a screwed down, so that the glow plug 1 results. The glow plug 1 comes with the Befestigungsschraubabschnitt 21 attached to the cylinder head.
An dem Anschlussschraubabschnitt 42a der Glühkerze 1 wird mit der Anschlussmutter 14 ein Drahtkabel festgeschraubt, das elektrisch mit einer Stromversorgung verbunden ist. Der erste und zweite Widerstand 6 und 7 werden daher von dem Drahtkabel und dem Gehäuse 2 im Zylinderkopf aus über die stabförmige Mittelelektrode 4 mit Strom versorgt. At the connecting screw section 42a the glow plug 1 comes with the connecting nut 14 screwed a wire cable that is electrically connected to a power supply. The first and second resistance 6 and 7 are therefore of the wire cable and the housing 2 in the cylinder head over the rod-shaped center electrode 4 powered.
Mit Beginn der Stromzuführung zu dem Heizelement wird dem Heizelementbauteil 3 bei dieser Glühkerze 1 ein verhältnismäßig großer Strom zugeführt, so dass der erste Widerstand 6 wegen des zu Anfang verhältnismäßig geringen Widerstands des zweiten Widerstands 7 aufgeheizt wird. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer erhöht die vornehmlich von dem ersten Widerstand 6 erzeugte Wärme die Temperatur des zweiten Widerstands 7, wodurch sich der Widerstand des zweiten Widerstands 7 erhöht. Dadurch verringert sich der durch das Heizelement fließende Strom. Auf diese Weise wird eine Trennung des ersten Widerstands 6 durch Überhitzung verhindert. Durch diesen Vorgang wird die Zündung beim Motorstart unterstützt und die Kraftstoffverbrennung beschleunigt.With the beginning of the power supply to the heating element, the heating element component 3 at this glow plug 1 supplied a relatively large current, so that the first resistor 6 because of the initially relatively low resistance of the second resistor 7 is heated. After a predetermined period of time, this increases primarily from the first resistor 6 generated heat the temperature of the second resistor 7 , which increases the resistance of the second resistor 7 elevated. This reduces the current flowing through the heating element. In this way, a separation of the first resistor 6 prevented by overheating. This process helps the ignition during engine startup and accelerates fuel combustion.
Indem bei diesem Ausführungsbeispiel der Kohlenstoffgehalt in dem Heizelementstift 41 und dem Anschlussstift 42 und die Vickershärte des Heizelementstifts 41 und des Anschlussstifts 42 innerhalb der genannten Bereiche eingestellt werden, ergibt sich für die stabförmige Mittelelektrode 4 eine vorteilhafte Festigkeit und Lötfähigkeit. Der Kohlenstoffgehalt wird wie erwähnt in dem Kohlenstoffstahl für den Heizelementstift 41 auf 0,08% bis 0,3% und die Vickershärte auf größer oder gleich 180 HV und der Kohlenstoffgehalt in dem Kohlenstoffstahl für den Anschlussstift 42 auf 0,08% bis 0,15% und die Vickershärte auf größer oder gleich 180 HV eingestellt. Die Gründe dafür sind wie folgt:
3 zeigt eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Vickershärte HV des Anschlussstifts 42 und dem Befestigungsmoment des Anschlussschraubabschnitts 42a in Bezug auf Bruchversuchsergebnisse, bei denen für die Vickershärten 160 HV, 180 HV und 200 HV jeweils vier Probekörper bereitgestellt wurden und das Befestigungsmoment so lange erhöht wurde, bis es zum Bruch kam.In this embodiment, the carbon content in the heater pin 41 and the pin 42 and the Vickers hardness of the heating element pin 41 and the pin 42 be set within the above ranges, results for the rod-shaped center electrode 4 an advantageous strength and solderability. The carbon content becomes as mentioned in the carbon steel for the heating element pin 41 to 0.08% to 0.3% and the Vickers hardness greater than or equal to 180 HV and the carbon content in the carbon steel for the terminal pin 42 to 0.08% to 0.15% and the Vickers hardness set to greater than or equal to 180 HV. The reasons are as follows:
3 shows a graphical representation of the relationship between the Vickers hardness HV of the pin 42 and the fastening torque of the Anschlussschraubabschnitts 42a with regard to fracture test results in which four specimens were provided for each of the Vickers hardnesses 160 HV, 180 HV and 200 HV and the fastening moment was increased until fracture occurred.
Die Vickershärte HV wurde an mehreren verschiedenen Punkten in einem Querschnitt gemessen, der durch Durchtrennen des Anschlussstifts 42 in Axialrichtung erhalten wurde, wobei die Messwerte gemittelt wurden. In 3 steht x für einen Bruch des Anschlussschraubabschnitts 42a, Δ für eine Verformung des Anschlussschraubabschnitts 42a und O für den Normalzustand ohne Bruch und Verformung.The Vickers hardness HV was measured at several different points in a cross-section, by severing the terminal pin 42 in the axial direction, the measured values being averaged. In 3 x stands for a break of the connecting screw section 42a , Δ for a deformation of the Anschlußschraubabschnitts 42a and O for the normal state without breakage and deformation.
Da das Befestigungsmoment für den Anschlussschraubabschnitt 42a größer als 3 Nm sein muss, muss die Vickershärte des Anschlussstifts 42 größer oder gleich 180 HV sein. Darüber hinaus muss auch die Härte des Heizelementstifts 41 eine Vickershärte von größer oder gleich 180 HV aufweisen, da der Heizelementstift 41 mit dem Anschlussstift 42 verschweißt wird, um als ein eine Einheit bildender Körper die stabförmige Mittelelektrode 4 zu bilden.Since the fastening torque for the Anschlussschraubabschnitt 42a must be greater than 3 Nm, the Vickers hardness of the pin 42 greater than or equal to 180 HV. In addition, the hardness of the heating element pin must also be 41 have a Vickers hardness greater than or equal to 180 HV, since the Heizelementstift 41 with the pin 42 is welded to form a unitary body, the rod-shaped center electrode 4 to build.
Wie vorstehend erwähnt wurde, nimmt die Vickershärte vereinfacht ausgedrückt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Kohlenstoffstahl zu. Zuviel Kohlenstoff verschlechtert jedoch die Schweißfähigkeit des Heizelementstifts 41 und des Anschlussstift 42. Der Heizelementstift 41 und der Anschlussstift 42 werden daher einem Kaltschmieden unterzogen, um bei geringem Kohlenstoffgehalt das Erfordernis nach einer Vickershärte von größer oder gleich 180 HV zu erfüllen.As mentioned above, the Vickers hardness increases in simplified terms with increasing carbon content in the carbon steel. However, too much carbon deteriorates the weldability of the heater pin 41 and the pin 42 , The heating element pin 41 and the pin 42 are therefore subjected to cold forging in order to meet the requirement for a Vickers hardness greater than or equal to 180 HV at low carbon content.
4 zeigt eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Gewichtsanteil an Kohlenstoff und der Vickershärte HV. In 4 steht die Strichellinie für den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Vickershärte ohne Härtungsvorgang, der aus dem Stand der Technik bekannt ist (siehe ”JSM Mechanical Engineer's Handbook”, The Japan Society of Mechanical Engineers). 4 shows a graphical representation of the relationship between the weight fraction of carbon and the Vickers hardness HV. In 4 The broken line represents the relationship between the carbon content and the Vickers hardness without curing process known in the art (see "JSM Mechanical Engineers Handbook," The Japan Society of Mechanical Engineers).
Die Zeichnung zeigt, dass eine Vickershärte von größer oder gleich 180 HV einen Kohlenstoffgehalt im Kohlenstoffstahl von größer oder gleich 0,08% erforderlich macht.The figure shows that a Vickers hardness greater than or equal to 180 HV requires a carbon content in the carbon steel greater than or equal to 0.08%.
5 zeigt eine grafische Darstellung zum Schweißverhalten zwischen dem Heizelementstift 41 und dem Anschlussstift 42 bei sich änderndem Kohlenstoffgehalt im Heizelementstift 41 und im Anschlussstift 42. 5 shows a graphical representation of the welding behavior between the Heizelementstift 41 and the pin 42 with changing carbon content in the heating element pin 41 and in the connection pin 42 ,
Im Heizelementstift 41 wurde der Kohlenstoffgehalt von 0,1%, 0,25% und 0,3% auf 0,35% und im Anschlussstift 42 von 0,08%, 0,1%, 0,15%, 0,2%, und 0,25% auf 0,35% geändert. 5 zeigt die Ergebnisse für die neun Kombinationen (1) bis (9). 6 zeigt in einer Tabelle die Kombinationen und Ergebnisse für dieses Ausführungsbeispiel.In the heating element pin 41 the carbon content became 0.1%, 0.25% and 0.3% to 0.35% and in the pin 42 changed from 0.08%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, and 0.25% to 0.35%. 5 shows the results for the nine combinations (1) to (9). 6 shows in a table the combinations and results for this embodiment.
In 5 und 6 bezeichnet die Markierung Δ einen Riss (verzögerten Bruch) am Schweißabschnitt 43 während eines Vibrationsversuchs, der für den tatsächlichen Gebrauchszustand herangezogen wurde, die Markierung x einen Riss beim Verschweißen des Heizelementstifts 41 mit dem Anschlussstift 42 (Schweißriss) und die Markierung O weder einen verzögerten Bruch noch einen Schweißriss.In 5 and 6 the mark Δ denotes a crack (delayed breakage) at the welding portion 43 during a vibration test that was used for the actual condition of use, the mark x a crack when welding the Heizelementstifts 41 with the pin 42 (Welding crack) and the mark O neither a delayed break nor a welding crack.
Das Ergebnis in 5 wurde erzielt, indem für jede der neun Kohlenstoffgehaltkombinationen im Heizelementstift 41. und im Anschlussstift 42 vier Probekörper vorbereitet wurden. In den Zeichnungen sind die jeweiligen Markierungen leicht voneinander versetzt aufgetragen, um ein Überlappen zu vermeiden.The result in 5 was achieved by adding, for each of the nine carbon content combinations in the heater pin 41 , and in the connection pin 42 four specimens were prepared. In the drawings, the respective markings are slightly offset from each other to avoid overlap.
Aus 5 ergibt sich, dass der Kohlenstoffgehalt des Heizelementstifts 41 kleiner oder gleich 0,3% sein sollte, um ein günstiges Schweißvermögen ohne Schweißfehler wie verzögerten Bruch oder Schweißrisse zu erzielen, und dass der Kohlenstoffgehalt für den Anschlussstift 42 kleiner oder gleich 0,15% sein sollte. Wie vorstehend erwähnt wurde, ergibt sich aus der Auswertung der Ergebnisse in den 2 bis 5, dass die Vickershärte sowohl des Heizelementstifts 41 als auch des Anschlussstifts 42 größer oder gleich 180 HV sein sollte und dass der Kohlenstoffgehalt des Heizelementstifts 41 auf das Gewicht bezogen 0,08% bis 0,3% und der des Anschlussstifts 42 0,08% bis 0,15% betragen sollte.Out 5 it turns out that the carbon content of the heating element pin 41 should be less than or equal to 0.3% to achieve a favorable weldability without welding defects such as delayed breakage or weld cracks, and that the carbon content for the terminal pin 42 should be less than or equal to 0.15%. As mentioned above, results from the evaluation of the results in the 2 to 5 that the Vickers hardness of both the heating element pin 41 as well as the connection pin 42 should be greater than or equal to 180 HV and that the carbon content of the heating element pin 41 by weight, 0.08% to 0.3% and that of the terminal pin 42 0.08% to 0.15%.
In 6 sind darüber hinaus die für jede der Kombinationen (1) bis (9) gemessenen Vickershärten des Schweißabschnitts 43 angegeben. Die Ergebnisse in 6 zeigen, dass Schweißfehler auftreten, wenn die Vickershärte des Schweißabschnitts 43 größer oder gleich 420 HV ist. In Anbetracht der Schwankungen bei Herstellung und Materialqualität sollte die Vickershärte der Schweißung 43 vorzugsweise kleiner oder gleich 400 HV sein.In 6 moreover, are the Vickers hardnesses of the welding section measured for each of the combinations (1) to (9) 43 specified. The results in 6 show that welding defects occur when the Vickers hardness of the welding section 43 greater than or equal to 420 HV. Given the variation in manufacturing and material quality, the Vickers hardness of the weld should be 43 preferably less than or equal to 400 HV.
Indem die Vickershärte sowohl des Heizelementstifts 41 als auch des Anschlussstift 42 auf größer oder gleich 180 HV, der Kohlenstoffgehalt in dem Heizelementstift 41 auf 0,08% bis 0,3% und der Kohlenstoffgehalt in dem Anschlussstift 42 auf 0,08% bis 0,15% eingestellt wird, ergibt sich im Schweißabschnitt 43 eine Vickershärte von kleiner oder gleich 400 HV.By the Vickers hardness of both the heating element pin 41 as well as the pin 42 greater than or equal to 180 HV, the carbon content in the heater pin 41 to 0.08% to 0.3% and the carbon content in the pin 42 is set to 0.08% to 0.15%, results in the weld section 43 a Vickers hardness of less than or equal to 400 HV.
Wie darüber hinaus klar aus 3 zu erkennen ist, ist es günstig, wenn die Vickershärte sowohl des Heizelementstifts 41 als auch des Anschlussstifts 42 größer oder gleich 200 HV ist, da sich dadurch ein günstiges Schweißverhalten wie auch eine hohe Festigkeit ergibt. Abgesehen davon sollte in sowohl dem Heizelementstift 41 als auch dem Anschlussstift 42 eine übermäßige Vickershärte vermieden werden, um zu verhindern, dass die Vickershärte des Schweißabschnitts 43 400 HV übersteigt.As well as clear 3 It can be seen that it is beneficial if the Vickers hardness of both the Heizelementstifts 41 as well as the connection pin 42 greater than or equal to 200 HV, since this results in a favorable welding behavior as well as a high strength. Apart from that should be in both the heating element pin 41 as well as the pin 42 An excessive Vickers hardness can be avoided to prevent the Vickers hardness of the weld section 43 Exceeds 400 HV.
Indem der Kohlenstoffgehalt und die Vickershärte bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl im Heizelementstift 41 als auch im Anschlussstift 42 auf die genannten Bereiche eingestellt werden, ergibt sich wie vorstehend erwähnt eine günstige Festigkeit und eingünstiges Schweißverhalten für die stabförmige Mittelelektrode 4. Dies wiederum führt zu einer Zündkerze 1, die angesichts der jüngsten Tendenz, sie länger und in ihrer Formgebung schlanker zu machen, günstig ist.By the carbon content and the Vickers hardness in this embodiment, both in the Heizelementstift 41 as well as in the connection pin 42 be set to the above ranges, results as mentioned above, a favorable strength and favorable welding behavior for the rod-shaped center electrode 4 , This in turn leads to a spark plug 1 which is favorable given the recent tendency to make it longer and leaner in shape.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zur Anschlussbefestigung mit einer Mutter der Anschlussschraubabschnitt 42a vorgesehen. Allerdings kann das Ende 42a der stabförmigen Mittelelektrode 4 auch mit einem Einpassverbindungsglied versehen werden und ein Draht mit einem Verbindungsglied zur Aufnahme des Einpassverbindungsglieds der stabförmigen Mittelelektrode 4 verwendet werden.In this embodiment, the Anschlussschraubabschnitt is for connection attachment with a nut 42a intended. However, the end may be 42a the rod-shaped center electrode 4 also be provided with a Einpassverbindungsglied and a wire with a connecting member for receiving the Einpassverbindungsglieds the rod-shaped center electrode 4 be used.
Darüber hinaus werden bei diesem Ausführungsbeispiel metallische Widerstände 6 und 7 für das Heizelementbauteil 3 verwendet. Allerdings ist es auch möglich, ein keramisches Heizelement aus Siliziumnitrid oder dergleichen zu verwenden.In addition, in this embodiment, metallic resistors 6 and 7 for the heating element component 3 used. However, it is also possible to use a ceramic heater of silicon nitride or the like.
Bei dem oben genannten Ausführungsbeispiel sind die Materialien S25C, S8C und S10C nach JIS (Japanischer Industriestandard) definiert. Das Material SWCH25K enthält neben Eisen 0,22–0,28% C, 0,10–0,35% Si, 0,30–0,60% Mn, höchstens 0,03% P und höchstens 0,035% S. Das Material SWCH10R enthält neben Eisen 0,08–0,13% C, 0,30–0,60% Mn, höchstens 0,040% P und höchstens 0,040% S.In the above embodiment, the materials S25C, S8C and S10C are defined according to JIS (Japanese Industrial Standard). In addition to iron, the material SWCH25K contains 0.22-0.28% C, 0.10-0.35% Si, 0.30-0.60% Mn, at most 0.03% P and at most 0.035% S. The material In addition to iron, SWCH10R contains 0.08-0.13% C, 0.30-0.60% Mn, at most 0.040% P and at most 0.040% S.