專利名稱：在熾熱頭引火塞里的加熱棒和熾熱頭引火塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照獨立權(quán)利要求所述類型的、在熾熱頭引火塞里的加熱棒以及熾熱頭引火塞。
背景技術(shù)：
專利DE 100 53 327公開了一種在一個柴油機熾熱頭引火塞里的加熱棒，它具有至少一個基本上靠內(nèi)的絕緣層和至少一個基本上靠外的導(dǎo)電層，這兩個層都具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造。這樣，靠外的導(dǎo)電層在燃燒室側(cè)的加熱棒尖的區(qū)域里具有成U形的縱截面，因而靠外的導(dǎo)電層就在燃燒室側(cè)的加熱棒尖的區(qū)域里將絕緣層包圍住。

發(fā)明內(nèi)容
與之相比，具有獨立權(quán)利要求特征的本發(fā)明加熱棒和本發(fā)明熾熱頭引火塞的優(yōu)點是加熱棒包括一第二導(dǎo)電層，它同樣也具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造；第二導(dǎo)電層在燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域里與第一導(dǎo)電層相連；第二導(dǎo)電層布置在絕緣層之內(nèi)。這樣一來，如果第一導(dǎo)電層作為引出線并因而反正都用來與參照電位相連并且第二導(dǎo)電層作為引入線并由此用來與一個工作電壓電位連接如與汽車電池的正極相連，就可以放棄加熱棒對參照電位如汽車車身的外部電絕緣。第二導(dǎo)電層通過絕緣層并除了燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域外地對外保持電絕緣。因此，可以放棄一個使加熱棒對外保持電絕緣的絕緣層并因此降低制造成本。通過在從屬權(quán)利要求中所述的措施，可以對根據(jù)第一獨立權(quán)利要求的加熱棒進行有利的改進并進一步完善。
尤其有利的是第一導(dǎo)電層接在一個參照電位尤其是汽車車身上，而第二導(dǎo)電層接在工作電壓電位且尤其是一個汽車電池的正極上。這樣，就可以如上所述地放棄加熱棒的外部電絕緣。
尤其有利的是第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和該絕緣層被布置成其橫斷面基本上旋轉(zhuǎn)對稱。這樣，在制造加熱棒時，其中通過加熱使氣態(tài)物質(zhì)從各陶瓷材料中分離出來，這樣就使絕緣層和導(dǎo)電層實現(xiàn)一種各向同性收縮。
另外，當加熱棒在內(nèi)燃機里工作時以及與此相關(guān)的對加熱棒循環(huán)加熱和冷卻時，熱誘導(dǎo)產(chǎn)生的機械應(yīng)力由于絕緣層和導(dǎo)電層的不同熱膨脹而大大減小。
此外，絕緣層和兩個導(dǎo)電層的基本成旋轉(zhuǎn)對稱的布置導(dǎo)致了加熱棒的同心回轉(zhuǎn)性能的提高。
這樣一來，提高了加熱棒的對熱負荷和機械負荷的承載性并因而提高了它的耐疲勞強度。
同樣有利的是，絕緣層的橫斷面具有一個優(yōu)選方向，在該方向上，它與至少另一方向相比更厚。這樣，一方面在很大程度上阻止了在加熱棒制造過程中絕緣層的彎曲，尤其在將絕緣層與第一導(dǎo)電層連接時。加熱棒的機械牢固性因而提高。另外，在優(yōu)選方向上的電阻增大，因而在該方向上，在第一、第二導(dǎo)電層之間的漏損電流較小。
另一個優(yōu)點在于，第二導(dǎo)電層的橫斷面有一個優(yōu)選方向，在該方向上，它與至少另一個方向相比伸展得更長。這樣，在制造加熱棒時以及同時尤其在連接第二導(dǎo)電層與絕緣層時，盡可能地消除了第二導(dǎo)電層的彎曲。因而，同樣也提高了加熱棒的機械堅固性。
同樣有利的是，第一導(dǎo)電層在燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域中具有第一種陶瓷材料；而第一導(dǎo)電層還具有第二種陶瓷材料；所述第一種陶瓷材料比第二種陶瓷材料具有更高的比電阻。這樣，對第一導(dǎo)電層來說，可以在燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)比在燃燒室側(cè)頂尖之外更高的電阻。因此，加熱棒的加熱可以集中到燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域。
若絕緣層占總橫截面的份量在燃燒室側(cè)的加熱棒尖區(qū)域里增大，而這兩個導(dǎo)電層占總橫截面的份量減小，那么也得到這種優(yōu)點。


本發(fā)明的實施例表示于附圖中并在以下的說明中對之詳細加以敘述。所示為圖1表示按照第一實施形式的熾熱頭引火塞的一加熱棒的縱截面；圖2表示按照第一實施形式的該加熱棒的一個橫斷面；圖3表示按照第二實施形式的熾熱頭引火塞的一加熱棒的縱斷面；圖4表示按照第二實施形式的該加熱棒的一個橫斷面。
具體實施例方式
在圖1中，5表示一個熾熱頭引火塞，它用于裝入在一內(nèi)燃機如柴油機的一個氣缸頭里。熾熱頭引火塞5有一個加熱棒1。為了一目了然起見，熾熱頭引火塞5的其它部分，如涉及加熱棒1在一個外殼里的固定或熾熱頭點火塞5在一個內(nèi)燃機汽缸頭里的固定的部分，就沒有表示出來。圖1表示加熱棒1的縱截面。加熱棒1包括一個基本靠外的絕緣層10，它一方面被一個基本靠外的第一導(dǎo)電層15、16包圍，另一方面，它包圍第二導(dǎo)電層20。第二導(dǎo)電層20因此就布置在絕緣層10之中。同時，第一導(dǎo)電層15、16成管狀并且按圖2所示地具有一個基本呈環(huán)形的橫斷面。同樣，由第一導(dǎo)電層15、16包圍的絕緣層10成管狀并且如圖2所示地具有一個基本成環(huán)狀的橫斷面。在絕緣層10內(nèi)，布置有第二導(dǎo)電層20，它被絕緣層10包圍住并成圓柱形，因而，如圖2所示地，它的橫斷面基本成圓形面。在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域里，絕緣層10使第二導(dǎo)電層20露出，在該區(qū)域位里，第二導(dǎo)電層20與第一導(dǎo)電層15、16導(dǎo)電連接，其中第一導(dǎo)電層15、16在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域里如圖1所示地具有大致為U形的縱斷面并包圍住絕緣層10和第二導(dǎo)電層20。
第一導(dǎo)電層15、16、第二導(dǎo)電層20和絕緣層10各自由一種陶瓷復(fù)合構(gòu)造構(gòu)成。用于絕緣層10的陶瓷復(fù)合構(gòu)造與用于導(dǎo)電層15、16、20的陶瓷復(fù)合構(gòu)造相比具有高得多的比電阻。這樣，明顯抑制了在第一導(dǎo)電層15、16和第二導(dǎo)電層20之間的漏電電流，除燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40區(qū)域外，在該區(qū)域里，第一導(dǎo)電層15、16與第二導(dǎo)電層20相連。
例如，可以使第一導(dǎo)電層15、16與一個工作電壓電位30如汽車電池的一正極相連，使第二導(dǎo)電層20與一個參照電位25如汽車車身連接。在這種情況下第一導(dǎo)電層15、16是加熱電流的引入線，第二導(dǎo)電層20是引出線。但是，如圖1所示，第二導(dǎo)電層20以特別有利的方式與工作電壓電位30相連，第一導(dǎo)電層15、16與參照電位25相連。在這種情況下，第二導(dǎo)電層20是加熱電流的引入線，而第一導(dǎo)電層15、16是引出線。此時，第二導(dǎo)電層20作為引入線已通過絕緣層10對外絕緣。由于第一導(dǎo)電層15、16總是用于連接參照電位25，所以以下措施就不重要里，即它與汽車車身或者說參照電位25接觸，因而第一導(dǎo)電層15、16不必再對外保持絕緣。加熱棒1的直徑在此例如可達到3.3mm。
為提高在加熱棒1尖40區(qū)域中的電阻，可以如圖1所示地規(guī)定，第一導(dǎo)電層15、16在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域里具有第一種陶瓷材料16，而第一導(dǎo)電層15、16在其它情況下具有第二種陶瓷材料15。在加熱棒1工作時出現(xiàn)的溫度下，第一種陶瓷材料16與第二種陶瓷材料15和第二導(dǎo)電層20相比具有更高的比電阻。第一種陶瓷材料16在如圖1所示的縱截面里呈U形地包圍了絕緣層10和第二導(dǎo)電層20。通過由此實現(xiàn)的在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40區(qū)域里的增大電阻，使得加熱棒1的加熱集中在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40區(qū)域里并因此很可能移入內(nèi)燃機燃燒室里。這樣，可以實現(xiàn)2秒數(shù)量級的從-20℃到1000℃的短暫加熱時間和超過1200℃的溫度。
沿圖1所標的剖面線A-A，可以看到圖2所示的加熱棒1的橫斷面，在加熱棒1的第一實施形式中，第一導(dǎo)電層15、16、絕緣層10和第二導(dǎo)電層20基本為相互同軸線地布置。同時，第一導(dǎo)電層15、16和絕緣層10的橫斷面基本上各自成圓環(huán)狀。第二導(dǎo)電層20的橫斷面基本成圓面形狀。因此，第一導(dǎo)電層15、16、第二導(dǎo)電層20和絕緣層10被布置成其橫斷面里基本上旋轉(zhuǎn)對稱。在制造時，加熱棒1被加熱，其中氣態(tài)物質(zhì)從第一導(dǎo)電層15、16、絕緣層10和第二導(dǎo)電層20中分離出來。這就使這些層產(chǎn)生收縮。若加熱棒1借助燒結(jié)法、熱壓法、熱等靜壓法或類似工藝制成，則也會出現(xiàn)這樣的收縮。由于絕緣層10的與第一導(dǎo)電層15、16和與第二導(dǎo)電層20有不同的成分，因而絕緣層10與這兩個導(dǎo)電層的收縮就各不相同。由于所有層10、15、16、20被布置成旋轉(zhuǎn)對稱，因而所有層10、15、16、20各向同性收縮，由收縮不同引起較小的機械應(yīng)力。
當加熱棒1在汽缸頭里工作時，產(chǎn)生了對加熱棒1的循環(huán)加熱和冷卻。由于絕緣層10的材料與第一導(dǎo)電層15、16和第二導(dǎo)電層20相比是不同的，因而絕緣層10與第一導(dǎo)電層15、16和第二導(dǎo)電層20相比引起了不同的熱膨脹。這時形成的熱引發(fā)機械應(yīng)力因旋轉(zhuǎn)對稱布置而大大減小了。
加熱棒1的層10、15、16、20被布置成基本同軸線且旋轉(zhuǎn)對稱，這樣做的另一個優(yōu)點是使加熱棒1更好地同心回轉(zhuǎn)，即使這些層因制造公差而并不是精確地保持同心。
圖2所示的加熱棒1的這些層10、15、16、20被布置成基本旋轉(zhuǎn)對稱，這樣做的一個優(yōu)點是，絕緣層10的因制造公差而略有偏心的位置使加熱棒1的電阻特性沒有什么變化，這是由于無論是第二導(dǎo)電層20的橫斷面面積，還是第一導(dǎo)電層15、16的橫斷面面積都不改變。
在如圖3、4所示的第二實施例中，對相同的元件采用了與在圖1、2所示的第一實施例中一樣的附圖標記，在這里，在圖3中又示出了加熱棒的縱截面。圖4表示加熱棒1的沿圖3所示剖面線B-B的橫斷面。
同樣，在圖3所示的第二實施例中，第一導(dǎo)電層15、16在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40區(qū)域中具有第一種陶瓷材料16，在其它情況下就是第二種陶瓷材料15，其中第一種陶瓷材料16比第二種陶瓷材料16具有更高的比電阻。作為替換方式，或如圖3所示，還可以規(guī)定，在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域里，絕緣層10占總橫斷面的份量增大，而兩個導(dǎo)電層15、16、20占總橫斷面的比重減小。如圖3所示，這是如此實現(xiàn)的，即絕緣層10和第二導(dǎo)電層20的橫斷面保持相等，而第一導(dǎo)電層15、16的橫截面在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域里向著燃燒室側(cè)尖40減小。絕緣層10的橫斷面面積各如圖3所示可以保持相同。第二導(dǎo)電層20的橫斷面面積則如圖3所示同樣保持不變。在這種情況下，如圖3所示，總橫斷面向著在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的方向減小?；蛘撸沟谝粚?dǎo)電層15、16的橫斷面向著在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的方向減小，同時使絕緣層10的橫斷面在向燃燒室側(cè)尖40的方向加大，因而加熱棒1的總橫斷面基本上在總長范圍里保持不變。該項措施的目的是也和在第二實施例中那樣，在燃燒室側(cè)的加熱棒1尖40的區(qū)域中增大電阻，以便在那里集中加熱功率。
圖4所示的沿剖面線B-B的橫斷面位于加熱棒1橫斷面縮小區(qū)域之外，但從本質(zhì)上講這也針對在燃燒室側(cè)尖40區(qū)域中的圖3所示的橫斷面縮小區(qū)域。第一導(dǎo)電層15、16、第二導(dǎo)電層20和絕緣層10雖然基本上相互同軸線地布置，但不再旋轉(zhuǎn)對稱。這是由于，在第二實施型式中的絕緣層10與第一實施形式中的絕緣層10相比，絕緣層橫斷面具有一個優(yōu)選方向35，在該方向上，與至少另一個方向相比絕緣層的伸展更大。因而，圖4所示的絕緣層10在優(yōu)選方向35上一直伸展到加熱棒1的外邊緣，從而使第一導(dǎo)電層15、16在燃燒室側(cè)的尖40的區(qū)域里被分成兩部分。但絕緣層10在優(yōu)選方向35上不一定要伸展至加熱棒1的邊緣，因而，將第一導(dǎo)電層15、16分成兩部分不一定是必要的。絕緣層10的優(yōu)選方向35的使用帶來以下優(yōu)點，即可以在制造加熱棒1的過程中盡可能避免在絕緣層10與第一導(dǎo)電層15、16連接時的絕緣層10彎曲，從而使加熱棒1可以被設(shè)計得具有比在第一實施例的旋轉(zhuǎn)對稱布置時總體更高的機械強度。雖然在圖4中未示出，但第二導(dǎo)電層20的橫截面可供選地或除絕緣層10外地也有一個優(yōu)選方向45，它在該方向上與至少另一個方向相比伸展更大。這樣，在制造加熱棒1時，同樣可以盡可能阻止與絕緣層10連接時的第二導(dǎo)電層20的彎曲。同樣，通過這些措施，與如第一實施例所述的旋轉(zhuǎn)對稱布置相比，提高加熱棒1的機械強度。在制造加熱棒1時，無論是第二導(dǎo)電層20的彎曲，還是絕緣層10的彎曲都得以避免，因此不管是絕緣層10，還是第二導(dǎo)電層20，它們的橫斷面都有一個優(yōu)選方向，它在此方向上與至少另一個方向相比伸展更大。
如圖4所示，若絕緣層10具有優(yōu)選方向35，那么在該方向上就可以加強電絕緣作用且顯著減小在第二導(dǎo)電層20和第一導(dǎo)電層15、16之間的漏電。
加熱棒1的成型可以借助作為成本顛連的大批量生產(chǎn)方法的注塑法、傳遞模塑法或沉積澆注法來實現(xiàn)。對第一導(dǎo)電層15、16、第二導(dǎo)電層20和絕緣層10來說，可以分別使用一種合成陶瓷，在兩個導(dǎo)電層15、16、20的情況下，該合成陶瓷成具有導(dǎo)電填料的基質(zhì)的形式。因而，可以實現(xiàn)較高的使用溫度、較高的耐蝕性和較長的使用壽命。
由于用第一導(dǎo)電層15、16實現(xiàn)了一種靠外面的加熱棒，因而可以縮短加熱棒的加熱時間，而且例如即使在-20℃時，幾乎也能立即起動內(nèi)燃機。由于設(shè)有通過絕緣層10絕緣的并與工作電壓電位30相連的第二導(dǎo)電層20而取消了加熱棒1的外部電絕緣，所以，可以降低制造成本。加熱棒1的直徑例如可以約為3.3mm。具有這里所介紹的加熱棒1的熾熱頭引火塞5例如就可以裝入在汽缸頭的一個M8外殼里。
基于由第一導(dǎo)電層15、16實現(xiàn)的靠外的加熱棒，可以從-20℃開始在短短幾秒內(nèi)使溫度達到1000℃并使穩(wěn)定工況溫度超過1200℃。如前所述，若第一種陶瓷材料16的電阻與第二種陶瓷材料15的電阻和第二導(dǎo)電層20的電阻相比都高，就可以減少加熱時間。通過這些措施，也可以實現(xiàn)穩(wěn)定工況溫度的提高。同樣，在第二實施例中，第二導(dǎo)電層20也在絕緣層10的里面，就象在第一實施例中那樣。
權(quán)利要求
1.在一個用于內(nèi)燃機熾熱頭引火塞(5)里的加熱棒(1)，它具有至少一個基本靠內(nèi)的絕緣層(10)和一個基本靠外的第一導(dǎo)電層(15，16)，其中這兩個層(10；15，16)都具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造，其特征在于，該加熱棒(1)包括一個第二導(dǎo)電層(20)，該第二導(dǎo)電層也具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造；第二導(dǎo)電層(20)在燃燒室側(cè)的加熱棒(1)尖(40)的區(qū)域中與第一導(dǎo)電層(15，16)相連；第二導(dǎo)電層(20)布置在絕緣層(10)之內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的加熱棒(1)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(15，16)接在一個參照電位(25)且尤其是汽車車身上，第二導(dǎo)電層(20)接在一工作電壓電位(30)且尤其是一個汽車電池的正極上。
3.按權(quán)利要求1或2所述的加熱棒(1)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(15，16)、第二導(dǎo)電層(20)和絕緣層(10)基本上相互同軸線地布置。
4.按權(quán)利要求1、2或3所述的加熱棒(1)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(15，16)、第二導(dǎo)電層(20)和絕緣層(10)被布置成它們的橫斷面基本旋轉(zhuǎn)對稱。
5.按上述權(quán)利要求之一所述的加熱棒(1)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(15，16)和絕緣層(10)的橫斷面基本成圓環(huán)形；第二導(dǎo)電層(20)的橫斷面基本成一個圓面。
6.按權(quán)利要求1、2或3所述的加熱棒(1)，其特征在于，絕緣層(10)的橫斷面具有一個優(yōu)選方向(35)，該絕緣層在此方向上與至少另一個方向相比伸展得更大。
7.按權(quán)利要求1、2、3或6所述的加熱棒(1)，其特征在于，第二導(dǎo)電層(20)的橫斷面具有一個優(yōu)選方向(45)，該第二導(dǎo)電層在此方向上與至少另一個方向相比要伸展得更大。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的加熱棒(1)，其特征在于，第一導(dǎo)電層(15，16)在燃燒室側(cè)的加熱棒(1)尖(40)的區(qū)域里具有第一種陶瓷材料(16)；第一導(dǎo)電層(15，16)在其它情況下具有第二種陶瓷材料(15)；第一種陶瓷材料(16)的比電阻大于第二種陶瓷材料(15)。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的加熱棒(1)，其特征在于，在燃燒室側(cè)的加熱棒(1)尖(40)的區(qū)域里，絕緣層(10)占總橫斷面的份量加大，而這兩個導(dǎo)電層(15，16)占總橫斷面的份量減小。
10.一種具有一個如上述權(quán)利要求之一所述加熱棒(1)的熾熱頭引火塞(5)。
全文摘要
提出一種在熾熱頭引火塞(5)里的加熱棒(1)以及一種內(nèi)燃機熾熱頭引火塞(5)，該內(nèi)燃機具有更高的電氣性能和機械性能。加熱棒(1)具有至少一個基本靠內(nèi)的絕緣層(10)和一個基本靠外的第一導(dǎo)電層(15，16)，這兩個層(10；15，16)具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造。加熱棒(1)包括一個第二導(dǎo)電層(20)，它同樣具有陶瓷復(fù)合構(gòu)造。第二導(dǎo)電層(20)在燃燒室側(cè)的加熱棒(1)尖(40)的區(qū)域中與第一導(dǎo)電層(15，16)連接。第二導(dǎo)電層(20)布置在絕緣層(10)之內(nèi)。
文檔編號H05B3/14GK1496465SQ02806278
公開日2004年5月12日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者C·哈盧施卡, A·雷斯納, P·索辛卡, C·凱恩, W·德雷斯勒, L·讓內(nèi)爾, S·肖特, R·霍夫曼, C 哈盧施卡, 姿估, 蚵, 詼, 量, 鼓 申請人:羅伯特-博希股份公司