用于能夠調(diào)節(jié)的預(yù)熱塞的預(yù)熱管的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]預(yù)熱塞(GlUhstiftkerze)還稱為電熱塞或基于英語名稱“glow plug”縮寫為GLP，所述預(yù)熱塞被插入到燃燒發(fā)動機中以用于點燃燃料-空氣-混合物，所述預(yù)熱塞在其溫度足夠高之前，在冷狀態(tài)下對其預(yù)熱，從而所述預(yù)熱塞足夠用于點燃所述燃料-空氣-混合物。此外為了降低排放在起動后可能需要，所述預(yù)熱塞至少還繼續(xù)運行若干時間，以便實現(xiàn)在燃燒室內(nèi)部中升高溫度。
[0002]預(yù)熱塞通常包括也稱為加熱電阻的電阻元件，所述電阻元件構(gòu)造為燃燒室側(cè)的加熱螺旋線和與加熱螺旋線焊接的調(diào)節(jié)螺旋線。在預(yù)熱塞中電阻元件被作為外部封套的、例如金屬的預(yù)熱管或保護管同軸地包圍。預(yù)熱管的插入到內(nèi)燃機的燃燒室中的區(qū)段通常被填充有電絕緣的填充粉末、例如氧化鎂，電阻元件被埋入到所述填充粉末中。所述電連接通常通過連接螺栓來實現(xiàn)，所述連接螺栓與調(diào)節(jié)螺旋線和加熱螺旋線導(dǎo)電連接。所述加熱螺旋線的一個端部與預(yù)熱管電接觸，通過所述預(yù)熱管實現(xiàn)了接地。連接插頭例如可以固定到所述連接螺栓上。
[0003]因此在預(yù)熱塞中實現(xiàn)了加熱螺旋線和調(diào)節(jié)螺旋線的組合，所述組合具有一共同的電阻值。加熱電阻由合適的材料制成，所述材料包括一合金，所述合金包含鉻、鋁或類似物作為主要組分一一鐵和鎳的附加。所述管通常由合金制成，所述合金包含作為主要組分的鐵和鎳，其中加熱電阻接納在所述管內(nèi)。
[0004]通常，所述加熱螺旋線形成預(yù)熱管的前部分、加熱區(qū)。后部分、即調(diào)節(jié)螺旋線具有下述特性:所述電阻隨著溫度的逐漸升高而增高，這就是說所述調(diào)節(jié)螺旋線具有高的正溫度系數(shù)(PTC“正溫度系數(shù)”特性)。在溫度升高并且因此電阻值逐漸增加時出現(xiàn)了電流的下調(diào)(Abregeln)，其中設(shè)定了限定的端部溫度。加熱螺旋線和調(diào)節(jié)螺旋線電串聯(lián)，其中兩種螺旋線具有正的但是不同大小的電阻-溫度系數(shù)。
[0005]加熱螺旋線在室溫時具有高的電阻，所述電阻幾乎恒定地保持在運行溫度范圍內(nèi)。
[0006]而所述調(diào)節(jié)螺旋線在室溫時具有非常低的電阻，所述電阻較陡地隨著溫度升高而增高。所述調(diào)節(jié)螺旋線的通常合適的材料是高純鎳或鈷-鐵-合金或鈷-鐵-鎳-合金。
[0007]在DE 10 2011 077 239 A1中已知一種預(yù)熱塞，所述預(yù)熱塞具有由金屬材料制成的加熱線圈，所述金屬材料包含鎢或鉬作為主要成分，并且所述加熱線圈接納在管中，所述管由包含重量百分比為0.5至5.0%的鋁和重量百分比為20至40%的鉻的合金組成，以便因此能夠?qū)崿F(xiàn)加熱電阻盡可能高的溫度，而該加熱電阻不達(dá)到其熔化溫度并且還保證了所述管的熱穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明提出了一種用于布置在機動車的內(nèi)燃機的燃燒室中的預(yù)熱塞，其中包括電阻元件，所述電阻元件構(gòu)造為具有限定的電阻-溫度系數(shù)的單組分螺旋線并且接納在預(yù)熱管中。所述電阻元件借助于動態(tài)變化的操控電壓來加熱并且/或者保持在一預(yù)先給定的溫度上，其中，所述預(yù)熱塞的溫度調(diào)節(jié)通過獲知的電阻值來實現(xiàn)。此外，所述電阻元件包括至少一種難熔金屬并且與所述預(yù)熱管氣密地且抗腐蝕地焊接。
[0009]對于相應(yīng)的電阻元件合適的材料包括鉻、鈮、鉬、鉭、鎢、但也包括鎳、鈦、錸、銅以及它們的合金，其中所述合適的材料在特定的電阻方面是合適的并且此外展示了較高的穩(wěn)定性。所述電加熱元件包含至少一種難熔金屬作為主要成分，例如鉬或鎢或它們的合金。
[0010]其他的實施方式包括鎳-絡(luò)-鐵合金連同重量百分比超過10%的鎳，重量百分比超過10 %的鉻，重量百分比超過1 %的鋁和/或重量百分比超過0.5 %的硅。此外，存在以下可行方案:使用鎳-鉻-鐵-合金，其具有重量百分比為15至60%的鎳和/或重量百分比為12至27%的鉻和/或重量百分比為24至58%的鐵和/或重量百分比為0.1至10%的招Ο
[0011]在一種替代的實施方式中鉬或者鎢連同三氧化二鑭(La203)和/或二氧化釷(Th02)和/或二氧化鈰(Ce02)和/或三氧化二釔(Y203)被證實為合適的材料成分。此外，鉬-鈦-鋯合金也是合適的。
[0012]在能夠與根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造為單組分螺旋線的電阻元件組合的預(yù)熱管的材料方面，下述材料是合適的，所述材料在爭取到的較高的溫度情況下提高了所述管的穩(wěn)定性并且在較長的時間間隔內(nèi)保持該穩(wěn)定性。合適的材料成分除了鐵和鎳作為主要成分之外還包含鋁份額和鉻份額。在一種優(yōu)選的實施方式中，鎳-鉻-合金特別包括至少重量百分比1至10%的鋁、重量百分比10至30%的鉻和重量百分比0.05至5%的硅。
[0013]預(yù)熱管的材料的其他實施方式包括重量百分比超過5%的鐵和/或重量百分比超過0.05%的鈦和/或重量百分比小于0.2%的銅和/或重量百分比小于0.5%的碳和/或重量百分比小于0.3 %的釔和/或重量百分比小于0.2 %的鋯和/或重量百分比小于0.7 %的錳。
[0014]將相應(yīng)地允許預(yù)熱螺旋線具有較高溫度的難熔金屬用作加熱電阻的材料的這種做法結(jié)合金屬的預(yù)熱管，對加熱元件連接到預(yù)熱管上提出了特別的要求。被構(gòu)造為單組分螺旋線的加熱元件的前端部段根據(jù)本發(fā)明與預(yù)熱管的前端部段相連接。構(gòu)造為單組分螺旋線的加熱元件被插入到預(yù)熱管中，其中構(gòu)造為預(yù)熱管頸的前端部段本身是敞開的。現(xiàn)在關(guān)閉預(yù)熱管的前端部段，其中加熱元件的前端部段至少部分地被埋入。預(yù)熱管的前端部段可以與加熱元件的至少一部分相焊接，從而預(yù)熱管的前端部段與加熱元件以材料方式彼此連接并其因此也以電方式彼此連接。替代地，電阻元件的前端部段能夠與預(yù)熱管材料材料配合地結(jié)合，例如焊接，例如借助于激光焊接，并且接下來在另一材料配合的結(jié)合步驟中進行預(yù)熱管的封閉。在另一變型設(shè)計中能夠借助于釬焊材料封閉接頭。
[0015]因為對于構(gòu)造為單組分螺旋線的電加熱元件來說合適的難熔金屬具有用氧氣進行氧化的特性，其中加熱電阻本身減小，所以重要的是，接頭特別是相對于氮氣和氧氣是盡可能氣密的。
[0016]此外，特別是所述電加熱元件的前端部段相對于所述預(yù)熱管的前端部段的外表面的距離是重要的。所述距離與接頭的構(gòu)造有關(guān)聯(lián)，所述接頭又與所選擇的連接工藝有關(guān)。為了實現(xiàn)所期望的距離，根據(jù)本發(fā)明建議，以預(yù)熱管頸的方式來構(gòu)造預(yù)熱管的前端部段，其中預(yù)熱管頸的長度能夠根據(jù)規(guī)定來選擇。此外，相應(yīng)于被構(gòu)造用于所述單組分螺旋線的預(yù)熱絲的直徑的至少兩倍的所述距離是重要的，以便即使在預(yù)熱塞的使用壽命過程中預(yù)熱管有外部腐蝕的情況下也避免熱的燃燒室氣體與電阻元件相接觸。
[0017]發(fā)明優(yōu)點:
根據(jù)本發(fā)明所提出的解決方案提供了一種預(yù)熱塞，所述預(yù)熱塞允許在極高的溫度情況下發(fā)熱，而不出現(xiàn)電阻元件的熔化過程。根據(jù)本發(fā)明被建議為加熱元件的組成成分的難熔金屬的特征在于在較低的熱膨脹系數(shù)和較高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的情況下極高的熔化溫度。此外，能夠以簡單的方式實現(xiàn)對預(yù)熱塞的溫度進行控制和/或調(diào)節(jié)，因為所使用的難熔金屬允許在預(yù)熱塞的運行溫度的范圍內(nèi)能獲知可測量的電阻和溫度之間的關(guān)系。
[0018]但是，難熔金屬易于被例如存在于預(yù)熱管中的氧氣氧化，其中發(fā)生加熱電阻減小。為了阻礙電加熱電阻的氧化，預(yù)熱管的材料是重要的。因此，在預(yù)熱管的材料組分中需要一定份額的鋁和鉻，以便尤其在預(yù)熱管的內(nèi)部中用作氧清除劑元素。因為預(yù)熱管的內(nèi)部相對于周圍環(huán)境密封，因此能夠有效地降低預(yù)熱管內(nèi)部中的氧氣分壓。此外，構(gòu)造在預(yù)熱管的外表面上的氧化膜防止了氧氣的另外的進入，其中改善了預(yù)熱塞的部件的抗氧化性。
[0019]預(yù)熱管與電加熱元件的材料的敏感協(xié)調(diào)在同時降低成本的情況下允許預(yù)熱塞的較長的使用壽命，因為根據(jù)本發(fā)明的材料選擇提供了節(jié)約潛力。
[0020]此外，以有利的方式得出:通過電阻元件與金屬的預(yù)熱管的機械接觸和電接觸建立了與馬達(dá)的負(fù)極的接觸。特別有利地，在電加熱元件與預(yù)熱管之間的觸點上即使在較高的溫度和較長的使用壽命情況下也不會出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。預(yù)熱管的合金或材料可以被極好地加工并且其特點是具有高的蠕變持久性。
【附圖說明】
[0021]根據(jù)本發(fā)明的主題的其它優(yōu)點和實施方式通過附圖進行說明并且在隨后的說明書中進行詳細(xì)闡述。
[0022]其中:
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)熱塞的示意性的橫