DE69800508T2 - Glow plug with socket and mounting sleeve, especially for diesel engines with deep holes - Google Patents
Glow plug with socket and mounting sleeve, especially for diesel engines with deep holesInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren des Typs, der umfasst:The present invention relates to a glow plug for diesel engines of the type comprising:
- einen Körper aus Metall mit einem Gewindeabschnitt, der in einen Gewindeabschnitt eines Motorkopfes eingreift,- a metal body with a threaded portion engaging a threaded portion of a motor head,
- ein Mantelelement aus Metall, das von einem Ende des Körpers vorsteht, und- a metal jacket member projecting from one end of the body, and
- einen Heizwiderstand, der sich in dem Mantelelement erstreckt und ein erstes Ende aufweist, das mit einem Spannungsversorgungselement verbunden ist, das sich durch den Körper hindurch erstreckt, und ein zweites Ende, das elektrisch mit dem Mantelelement verbunden ist.- a heating resistor extending within the casing member and having a first end connected to a power supply element extending through the body and a second end electrically connected to the casing member.
Für die neuen Direkteinspritzdieselmotoren sind Glühkerzen mit immer längeren Körpern erforderlich. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Achse der Glühkerze bei diesen Motoren parallel zu der Einspritzdüse ist und die Glühkerze sich im Wesentlichen durch die gesamte Dicke des Motorkopfes hindurch erstrecken muss. Bei den Glühkerzen für die am weitesten entwickelten Vorkammermotoren machen die Kosten für den Körper ungefähr 20 Prozent der Gesamtkosten der Glühkerze aus. Die Zunahme der Kosten für den Körper der Glühkerze ist proportional zu ihrer Länge, und bei dem neuesten Typ Kerzen für Direkteinspritz-Dieselmotoren mit tiefen Bohrungen (wells) machen die Kosten für den Körper ungefähr 50 Prozent der Gesamtkosten der Glühkerze aus.The new direct injection diesel engines require glow plugs with increasingly longer bodies. This is due to the fact that the axis of the glow plug in these engines is parallel to the injector nozzle and the glow plug must extend essentially through the entire thickness of the engine head. In the glow plugs for the most advanced pre-chamber engines, the cost of the body is approximately 20 percent of the total cost of the glow plug. The increase in the cost of the glow plug body is proportional to its length and in the latest type of plugs for direct injection diesel engines with deep wells, the cost of the body is approximately 50 percent of the total cost of the glow plug.
Des weiteren treten durch die größere Länge des Körpers stets zunehmende Probleme bei der Beibehaltung der Konzentrizitäts- und der Koaxialitätstoleranzen innerhalb der Grenzwerte auf, die von den Automobilherstellern gefordert werden.Furthermore, the increased length of the body causes increasing problems in maintaining the concentricity and coaxiality tolerances within the limits required by the automobile manufacturers.
DE-A-196 30 208 offenbart eine Glühkerze mit einem ummantelten Element, die die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 aufweist und ein Kerzengehäuse, ein Verbindungselement für den Glühstrom sowie eine Röhre umfasst, die an dem Kerzengehäuse befestigt und an ihrem Ende verschlossen ist, das von dem Kerzengehäuse weggewandt ist. Das Kerzengehäuse umfasst zwei Abschnitte und je nach der gewünschten Gesamtlänge der Glühkerze mit ummantelten Element ein Zwischenelement einer auszuwählenden Länge, das einen ersten Teil und einen zweiten Teil des Kerzengehäuses miteinander verbindet.DE-A-196 30 208 discloses a glow plug with a sheathed element, which has the features of the preamble of claim 1 and comprises a plug housing, a connecting element for the glow current and a tube which is attached to the plug housing and closed at its end facing away from the plug housing. The plug housing comprises two sections and, depending on the desired overall length of the glow plug with encased element, an intermediate element of a length to be selected which connects a first part and a second part of the plug housing to one another.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Glühkerze zu schaffen, die für den Einsatz in Dieselmotoren mit tiefen Bohrungen bestimmt ist und die wirtschaftlicher ist als eine herkömmliche Glühkerze und bei der die Herstellungstoleranzen innerhalb eingeschränkterer Grenzwerte als bei den Glühkerzen mit herkömmlichen Aufbau aufrecht erhalten werden können.The object of the present invention is to provide a glow plug which is intended for use in diesel engines with deep bores and which is more economical than a conventional glow plug and in which the manufacturing tolerances can be maintained within more restricted limits than in the case of glow plugs with a conventional design.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Glühkerze mit dem Merkmalen erfüllt, die den Gegenstand des Hauptanspruchs bilden.According to the present invention, this object is achieved with a glow plug having the features which form the subject matter of the main claim.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, den Körper der Kerze in zwei Teile zu unterteilen. Ein erstes Teil bzw. unteres Teil (Kapsel) dient dazu, das Mantelelement zu tragen und das Austreten von Gas aus der Brennkammer zu verhindern. Das zweite Teil bzw. obere Teil (Befestigungsbuchse) trägt den Gewindeabschnitt, der für den Eingriff mit dem Gewindeabschnitt der Bohrung erforderlich ist, und dient lediglich dazu, den unteren Abschnitt an das konische Dichtungsende der Bohrung zu schieben und das Element für die Spannungszufuhr des Widerstandes aufzunehmen, der in dem unteren Abschnitt aufgenommen ist.The present invention proposes to divide the body of the candle into two parts. A first part or lower part (capsule) serves to support the casing element and prevent the escape of gas from the combustion chamber. The second part or upper part (fixing bush) carries the threaded portion required to engage the threaded portion of the bore and serves only to push the lower portion against the conical sealing end of the bore and to accommodate the element for supplying voltage to the resistor housed in the lower portion.
Die Lösung gemäß der Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Kosten sehr langer Körper von Glühkerzen auf Einsatzgebieten, bei denen die Kerze in einer sehr tiefen Bohrung angebracht werden muss.The solution according to the invention enables a reduction in the cost of very long glow plug bodies in applications where the plug must be installed in a very deep bore.
Des weiteren ermöglicht die Erfindung die Standardisierung des unteren Abschnitts, der zusammen mit dem Mantelelement aus Metall eine Kapsel formt, die mit oberen Abschnitten unterschiedlicher Abmessungen verbunden werden kann. Mit lediglich fünf oder sechs verschiedenen Typen von Kapseln ist es möglich, die Funktions- und Formanforderungen der meisten Motoren zu erfüllen. Die Glühkerze kann an den jeweiligen Typ Motor angepasst werden, indem lediglich der obere Abschnitt ausgewechselt wird.Furthermore, the invention enables the standardization of the lower section, which together with the metal casing element forms a capsule that can be connected to upper sections of different dimensions. With only five or six different types of capsules, it is possible to meet the functional and shape requirements of most engines. The glow plug can be adapted to the specific engine type by simply replacing the upper section.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Verringerung der Kosten für das Widerstands-Spannungszuführelement, das vorteilhafterweise aus einem einfachen Draht bestehen kann, der sich durch den oberen Abschnitt des Körpers hindurch erstreckt.Another advantage of the present invention is the reduction in the cost of the resistive voltage supply element, which can advantageously consist of a simple wire extending through the upper portion of the body.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der ausführlichen Beschreibung, die lediglich als Beispiel dient, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, wobei:Further features and advantages of the present invention will become apparent in the course of the detailed description, given by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer ersten Ausführung einer Glühkerze gemäß der Erfindung ist, die in einer Bohrung eines Motors angebracht ist,Fig. 1 is a partially sectioned side view of a first embodiment of a glow plug according to the invention mounted in a bore of an engine,
Fig. 2 und 3 teilweise als Schnitt ausgeführten Seitenansichten der beiden Teile sind, die die Glühkerze in Fig. 1 bilden,Fig. 2 and 3 are partially sectioned side views of the two parts that make up the glow plug in Fig. 1,
Fig. 4 eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer zweiten Ausführung einer Kerze gemäß der Erfindung ist, undFig. 4 is a partially sectioned side view of a second embodiment of a candle according to the invention, and
Fig. 5 und 6 teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansichten der beiden Teile sind, die die Kerze in Fig. 4 bilden.Fig. 5 and 6 are side views, partly in section, of the two parts which make up the candle in Fig. 4.
In Fig. 1 bis 3 ist eine Glühkerze für Dieselmotoren mit 10 gekennzeichnet. Die Kerze 10 wird in einer Bohrung 12 angebracht, die in einem Kopf 14 eines Dieselmotors ausgebildet ist. Die Bohrung 12 weist zwei koaxiale zylindrische Abschnitte 12a, 12b mit unterschiedlichem Durchmesser auf, die über eine kegelstumpfförmige Dichtungsfläche 16 miteinander verbunden sind. Der zylindrische Abschnitt 12a mit dem größeren Durchmesser weist einen Gewindeabschnitt 18 beispielweise am oberen Ende der Bohrung 12 auf.In Fig. 1 to 3, a glow plug for diesel engines is marked with 10. The plug 10 is mounted in a bore 12 formed in a head 14 of a diesel engine. The bore 12 has two coaxial cylindrical sections 12a, 12b with different diameters, which are connected to one another via a frustoconical sealing surface 16. The cylindrical section 12a with the larger diameter has a threaded section 18, for example at the upper end of the bore 12.
Die Zündkerze 10 besteht aus zwei einzelnen und separaten Teilen. Das untere Teil 20 ist eine Kapsel, die ein röhrenförmiges Gehäuse 22 und ein Mantelelement 24 enthält. In dem Mantelelement 24 befindet sich ein spiralförmiger elektrischer Widerstand 26, dessen unteres Ende an dem geschlossenen Ende 28 des Mantelelementes angeschweißt ist. Der Widerstand 26 kann beispielsweise aus zwei Spiralen unterschiedlicher Materialien bestehen, die in Reihe miteinander verbunden sind, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Der obere Abschnitt des Widerstandes 26 ist mit einem Anschluss 30 verbunden, der aus einem in kleinen Metallstift besteht, der vom oberen Ende des Mantelelementes über eine Dichtung 32 aus Elastomermaterial vorsteht. Das Mantelelement 24 ist auf bekannte Weise mit einem isolierenden Pulver gefüllt, so beispielsweise mit Magnesiumoxyd.The spark plug 10 consists of two individual and separate parts. The lower part 20 is a capsule containing a tubular housing 22 and a shell element 24. In the shell element 24 there is a spiral electrical resistor 26, the lower end of which is welded to the closed end 28 of the shell element. The resistor 26 can, for example, consist of two spirals of different materials connected in series, as is known to those skilled in the art. The upper portion of the resistor 26 is connected to a terminal 30 which consists of a small metal pin protruding from the upper end of the shell element through a seal 32 of elastomeric material. The shell element 24 is filled in a known manner with an insulating powder, such as magnesium oxide.
Bei dem in den Figuren dargestellten Beispiel sind das Mantelelement 24 und das röhrenförmige Gehäuse 22 zwei separate Teile aus unterschiedlichen Materialien, die aneinander befestigt werden, indem das Mantelelement 24 über den Hohlraum 34 des röhrenförmigen Gehäuses 22 eingedrückt wird. Das Mantelelement 24 besteht aus einer Metalllegierung, die gegenüber Wärme und korrodierendem Gas beständig ist, so beispielsweise aus INCONEL, während das röhrenförmige Gehäuse 22 beispielsweise aus Stahl besteht. Bei einer Variante der vorliegenden Erfindung kann die Kapsel 20 in monolithischer Form hergestellt werden, wie dies in der europäischen Patentanmeldung Nr. 97830307.1 des gleichen Anmelders offenbart ist. In diesem Fall bestehen das röhrenförmige Gehäuse 23 und das Mantelelement 24 aus dem gleichen Material und werden von einem monolithischen Teil ausgehend mit Formvorgängen hergestellt, so beispielsweise durch Schmieden.In the example shown in the figures, the shell element 24 and the tubular housing 22 are two separate parts made of different materials which are secured together by pressing the shell element 24 through the cavity 34 of the tubular housing 22. The shell element 24 is made of a metal alloy resistant to heat and corrosive gas, such as INCONEL, while the tubular housing 22 is made of steel, for example. In a variant of the present invention, the capsule 20 can be made in monolithic form, as disclosed in European patent application No. 97830307.1 of the same applicant. In this case, the tubular housing 23 and the shell element 24 are made of the same material and are made from a monolithic part by forming operations, such as forging.
Das röhrenförmige Gehäuse 22 weist eine äußere zylindrische Fläche 36 mit einem Durchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Abschnitts 12a der Bohrung 12. Die zylindrische Fläche 36 endet an ihrem unteren Ende in einer kegelstumpfförmigen Fläche 38, die an die entsprechende kegelstumpfförmige Fläche 16 der Bohrung 12 gedrückt wird.The tubular housing 22 has an outer cylindrical surface 36 with a diameter slightly smaller than the diameter of the portion 12a of the bore 12. The cylindrical surface 36 terminates at its lower end in a truncated conical surface 38 which is pressed against the corresponding frustoconical surface 16 of the bore 12.
Der Anschluss 30 ist elektrisch mit einem Spannungszuführelement 40 verbunden, das beispielsweise aus einem massiven oder geflochtenen Draht besteht, der vom oberen Ende der Kapsel 20 hervorsteht. Das Spannungszuführelement 40 wird mittels eines aus Metall bestehenden Zwischenstücks 42, das an dem Element 40 und dem Anschluss 30 befestigt ist, auf bekannte Weise an dem Anschluss 30 angeschlossen, so beispielsweise durch Schweißen oder Walzen. Das Spannungszuführelement 40 wird beispielsweise durch eine Ummantelung aus Kunststoff- oder Textilmaterial isoliert. Das Spannungszuführelement 40 erstreckt sich durch ein Verbindungselement 44 hindurch, das beispielsweise mittels eines Gewindes 46 an dem oberen Ende des röhrenförmigen Gehäuses 22 befestigt ist. Das Verbindungselement 44 drückt eine isolierende Buchse 48, die beispielsweise aus Keramikmaterial oder aus bakelisiertem Gewebe besteht, nach unten, wobei diese wiederum einen O-Ring 50 an die Außenfläche des Zwischenstücks 42 drückt. Der O-Ring 50 dient dazu, zu verhindern, dass Flüssigkeit oder Schmutz mit dem Heizelement 24 in Kontakt kommen. Das Verbindungselement 44 weist ein Loch 52 auf, durch das sich das Spannungszuführelement 40 hindurch erstreckt. Das Verbindungselement 44 weist einen Stift 54 auf, der mit einem oder mehreren Längsschlitzen 56 versehen ist, die eine radiale Verformung des Stiftes 54 ermöglichen. Der Stift 54 hat einen Kopf mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 58 sowie einem Schaft mit einem unterschnittenen Abschnitt 60.The terminal 30 is electrically connected to a voltage supply element 40, which consists for example of a solid or braided wire, which is connected from the upper end of the capsule 20. The voltage supply element 40 is connected to the terminal 30 by means of a metal intermediate piece 42 which is fastened to the element 40 and the terminal 30 in a known manner, such as by welding or rolling. The voltage supply element 40 is insulated, for example, by a sheath of plastic or textile material. The voltage supply element 40 extends through a connecting element 44 which is fastened, for example by means of a thread 46, to the upper end of the tubular housing 22. The connecting element 44 presses downwardly an insulating bushing 48 which is made, for example, of ceramic material or of bakelite fabric, which in turn presses an O-ring 50 against the outer surface of the intermediate piece 42. The O-ring 50 serves to prevent liquid or dirt from coming into contact with the heating element 24. The connecting element 44 has a hole 52 through which the voltage supply element 40 extends. The connecting element 44 has a pin 54 which is provided with one or more longitudinal slots 56 which enable radial deformation of the pin 54. The pin 54 has a head with a frustoconical surface 58 and a shaft with an undercut portion 60.
Die Glühkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst des weiteren einen oberen Abschnitt, der durch eine Fixierbuchse 62 mit einem Gewindeabschnitt 64 gebildet wird, der mit dem Gewindeabschnitt 18 in der Bohrung 12 in Eingriff kommt. Die Fixierbuchse 62 weist einen Sechskantkopf 66 auf, der mit einem Schlüssel in Eingriff kommen kann, um die Kerze anzuziehen oder von dem Motorkopf zu entfernen. Die Fixierbuchse 62 weist ein Loch 67 auf, durch das sich das Spannungszuführelement 40 hindurch erstreckt. Am oberen Ende der Fixierbuchse 62 ist vorzugsweise ein Dichtungselement 68 eingeführt, das auf die Außenfläche des Spannungszuführelementes 40 einwirkt. Das Ende des Spannungszuführelementes 40, das aus der Fixierbuchse 62 austritt, ist mit einem elektrischen Verbinder (nicht dargestellt) verbunden, der dazu dient, die Glühkerze 10 mit einem Spannungsversorgungskabel zu verbinden.The glow plug 10 according to the present invention further comprises an upper portion formed by a locating bushing 62 having a threaded portion 64 that engages the threaded portion 18 in the bore 12. The locating bushing 62 has a hexagon head 66 that can be engaged with a wrench to tighten or remove the plug from the engine head. The locating bushing 62 has a hole 67 through which the voltage supply element 40 extends. At the upper end of the locating bushing 62, a sealing element 68 is preferably inserted that acts on the outer surface of the voltage supply element 40. The end of the voltage supply element 40 that exits from the locating bushing 62 is connected to an electrical connector (not shown) that serves to connect the glow plug 10 to a voltage supply cable.
Das untere Ende der Fixierbuchse 62 weist einen Eingriffssitz 17 mit einer unterschnittenen Form auf, der eine Eintrittsöffnung 72 hat, die kleiner ist als der Kopf des Stiftes 54 und etwas größer als der Durchmesser des Schaftes des Stiftes. Der Kopf des Stiftes 74 schnappt in den Sitz 70 ein, um die beiden Teile der Kerze 10 in axialer Richtung miteinander zu verbinden.The lower end of the fixing bushing 62 has an engagement seat 17 with an undercut shape, which has an entry opening 72 which is smaller than the head of the pin 54 and slightly larger than the diameter of the shaft of the pin. The head of the pin 74 snaps into the seat 70 to connect the two parts of the spark plug 10 in the axial direction.
Die Fixierbuchse 62 und das röhrenförmige Gehäuse 22 bilden zusammen den Körper der Kerze 10, die bei der herkömmlichen Lösung aus einem Teil besteht.The fixing bushing 62 and the tubular housing 22 together form the body of the candle 10, which in the conventional solution consists of one part.
Die Glühkerze gemäß der vorliegenden Erfindung kann dem Endverbraucher in zusammengesetztem Zustand geliefert werden, oder in die beiden Teile 20, 62 zerlegt. Wenn die Kerze zusammengesetzt wird, hat sie den in Fig. 1 dargestellten Aufbau, wobei der Stift 54 in den Sitz 70 eingreift. Wenn die Zündkerze bereits zusammengesetzt geliefert wird, wird sie auf gleiche Weise wie jede andere bekannte Kerze eingesetzt oder entfernt. Wenn die beiden Teile 20, 62 separat geliefert werden, muss der Benutzer das Spannungszuführelement 40 über das Loch 67 der Fixierbuchse 62 einführen. Die beiden Teile werden dann in die Bohrung 12 eingeführt, und das Element 62 wird mit einem normalen Schlüssel festgeschraubt. Der nach unten wirkende Druck der Fixierbuchse 62 bewirkt das Einschnappen des Stiftes 54 in der Aufnahme 70 sowie einen axialen Schub, durch den die Kapsel 20 an der dichtenden konischen Fläche 16 anschlägt, die in der Bohrung 12 ausgebildet ist. Wenn die Kerze aus der Bohrung entfernt wird, wird durch Losschrauben der Fixierbuchse 62 die Kapsel 20 auf Grund des Eingriffs des Stiftes 54 in dem Sitz 70 aus der Bohrung 12 entfernt. In Fig. 4 bis 6 ist eine Variante der Glühkerze gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Elemente, die mit den oben offenbarten identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The glow plug according to the present invention can be supplied to the end user in an assembled state or disassembled into the two parts 20, 62. When the plug is assembled, it has the structure shown in Fig. 1, with the pin 54 engaging the seat 70. When the spark plug is supplied already assembled, it is inserted or removed in the same way as any other known plug. When the two parts 20, 62 are supplied separately, the user must insert the voltage supply element 40 through the hole 67 of the fixing bush 62. The two parts are then inserted into the bore 12 and the element 62 is screwed tight with a normal wrench. The downward pressure of the fixing sleeve 62 causes the pin 54 to snap into the seat 70 and an axial thrust by which the capsule 20 abuts against the sealing conical surface 16 formed in the bore 12. When the plug is removed from the bore, by unscrewing the fixing sleeve 62 the capsule 20 is removed from the bore 12 due to the engagement of the pin 54 in the seat 70. In Figs. 4 to 6 a variant of the glow plug according to the present invention is shown. The elements which are identical to those disclosed above are identified by the same reference numerals.
Der Hauptunterschied zu den bereits offenbarten Ausführungen besteht darin, dass der Stift 54 von der Fixierbuchse 62 getragen wird, während der Eingriffssitz 70 in dem röhrenförmigen Gehäuse 22 der Kapsel 20 ausgebildet ist. Der Stift 54 kann in integraler Form mit der Fixierbuchse 62 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 4 und 6 dargestellt ist. Das röhrenförmige Gehäuse 22 der Kapsel 20 weist einen Gewindeabschnitt 74 auf, in den eine Buchse 76 eingreift, die dazu dient, den O-Ring 50 an den Verbinder 42 zu drücken. Bei der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführung wird der Draht, der das Spannungszuführelement 40 bildet, an dem Verbinder 42 angeschweißt. Bei einer weiteren Variante (nicht dargestellt) könnten andere Systeme zum Befestigen des Spannungszuführdrahtes an dem Anschluss 30 eingesetzt werden. So könnte diese Verbindung beispielsweise mittels eines Verbinders ausgeführt werden, der an der Elektrode 30 angeschweißt ist, sowie mittels eines elektrischen Steckers, der mit dem Draht 40 verbunden ist, und mittels eines Steckers, der elektrisch mit dem Draht 40 verbunden ist und von der Fixierbuchse 62 getragen wird.The main difference with the embodiments already disclosed is that the pin 54 is carried by the fixing bush 62, while the engagement seat 70 is formed in the tubular housing 22 of the capsule 20. The pin 54 can be formed in an integral form with the fixing bush 62, as shown in Figs. 4 and 6. The tubular housing 22 of the capsule 20 has a threaded portion 74 into which a bush 76 engages, which serves to press the O-ring 50 against the connector 42. In the embodiment shown in Figs. 4 to 6, the wire forming the voltage supply element 40 is welded to the connector 42. In a further variant (not shown), other systems for fastening the voltage supply wire to the terminal 30 could be used. For example, this connection could be made by means of a connector which is attached to the electrode 30. welded thereto, as well as by means of an electrical plug connected to the wire 40, and by means of a plug electrically connected to the wire 40 and carried by the fixing bushing 62.
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