专利名称：在炽热头引火塞里的加热棒和炽热头引火塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及按照独立权利要求所述类型的、在炽热头引火塞里的加热棒以及炽热头引火塞。
背景技术：
专利DE 100 53 327公开了一种在一个柴油机炽热头引火塞里的加热棒，它具有至少一个基本上靠内的绝缘层和至少一个基本上靠外的导电层，这两个层都具有陶瓷复合构造。这样，靠外的导电层在燃烧室侧的加热棒尖的区域里具有成U形的纵截面，因而靠外的导电层就在燃烧室侧的加热棒尖的区域里将绝缘层包围住。
发明内容
与之相比，具有独立权利要求特征的本发明加热棒和本发明炽热头引火塞的优点是加热棒包括一第二导电层，它同样也具有陶瓷复合构造；第二导电层在燃烧室侧的加热棒尖区域里与第一导电层相连；第二导电层布置在绝缘层之内。这样一来，如果第一导电层作为引出线并因而反正都用来与参照电位相连并且第二导电层作为引入线并由此用来与一个工作电压电位连接如与汽车电池的正极相连，就可以放弃加热棒对参照电位如汽车车身的外部电绝缘。第二导电层通过绝缘层并除了燃烧室侧的加热棒尖区域外地对外保持电绝缘。因此，可以放弃一个使加热棒对外保持电绝缘的绝缘层并因此降低制造成本。通过在从属权利要求中所述的措施，可以对根据第一独立权利要求的加热棒进行有利的改进并进一步完善。
尤其有利的是第一导电层接在一个参照电位尤其是汽车车身上，而第二导电层接在工作电压电位且尤其是一个汽车电池的正极上。这样，就可以如上所述地放弃加热棒的外部电绝缘。
尤其有利的是第一导电层、第二导电层和该绝缘层被布置成其横断面基本上旋转对称。这样，在制造加热棒时，其中通过加热使气态物质从各陶瓷材料中分离出来，这样就使绝缘层和导电层实现一种各向同性收缩。
另外，当加热棒在内燃机里工作时以及与此相关的对加热棒循环加热和冷却时，热诱导产生的机械应力由于绝缘层和导电层的不同热膨胀而大大减小。
此外，绝缘层和两个导电层的基本成旋转对称的布置导致了加热棒的同心回转性能的提高。
这样一来，提高了加热棒的对热负荷和机械负荷的承载性并因而提高了它的耐疲劳强度。
同样有利的是，绝缘层的横断面具有一个优选方向，在该方向上，它与至少另一方向相比更厚。这样，一方面在很大程度上阻止了在加热棒制造过程中绝缘层的弯曲，尤其在将绝缘层与第一导电层连接时。加热棒的机械牢固性因而提高。另外，在优选方向上的电阻增大，因而在该方向上，在第一、第二导电层之间的漏损电流较小。
另一个优点在于，第二导电层的横断面有一个优选方向，在该方向上，它与至少另一个方向相比伸展得更长。这样，在制造加热棒时以及同时尤其在连接第二导电层与绝缘层时，尽可能地消除了第二导电层的弯曲。因而，同样也提高了加热棒的机械坚固性。
同样有利的是，第一导电层在燃烧室侧的加热棒尖区域中具有第一种陶瓷材料；而第一导电层还具有第二种陶瓷材料；所述第一种陶瓷材料比第二种陶瓷材料具有更高的比电阻。这样，对第一导电层来说，可以在燃烧室侧的加热棒尖区域内实现比在燃烧室侧顶尖之外更高的电阻。因此，加热棒的加热可以集中到燃烧室侧的加热棒尖区域。
若绝缘层占总横截面的份量在燃烧室侧的加热棒尖区域里增大，而这两个导电层占总横截面的份量减小，那么也得到这种优点。
本发明的实施例表示于附图中并在以下的说明中对之详细加以叙述。所示为图1表示按照第一实施形式的炽热头引火塞的一加热棒的纵截面；图2表示按照第一实施形式的该加热棒的一个横断面；图3表示按照第二实施形式的炽热头引火塞的一加热棒的纵断面；图4表示按照第二实施形式的该加热棒的一个横断面。
具体实施例方式
在图1中，5表示一个炽热头引火塞，它用于装入在一内燃机如柴油机的一个气缸头里。炽热头引火塞5有一个加热棒1。为了一目了然起见，炽热头引火塞5的其它部分，如涉及加热棒1在一个外壳里的固定或炽热头点火塞5在一个内燃机汽缸头里的固定的部分，就没有表示出来。图1表示加热棒1的纵截面。加热棒1包括一个基本靠外的绝缘层10，它一方面被一个基本靠外的第一导电层15、16包围，另一方面，它包围第二导电层20。第二导电层20因此就布置在绝缘层10之中。同时，第一导电层15、16成管状并且按图2所示地具有一个基本呈环形的横断面。同样，由第一导电层15、16包围的绝缘层10成管状并且如图2所示地具有一个基本成环状的横断面。在绝缘层10内，布置有第二导电层20，它被绝缘层10包围住并成圆柱形，因而，如图2所示地，它的横断面基本成圆形面。在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域里，绝缘层10使第二导电层20露出，在该区域位里，第二导电层20与第一导电层15、16导电连接，其中第一导电层15、16在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域里如图1所示地具有大致为U形的纵断面并包围住绝缘层10和第二导电层20。
第一导电层15、16、第二导电层20和绝缘层10各自由一种陶瓷复合构造构成。用于绝缘层10的陶瓷复合构造与用于导电层15、16、20的陶瓷复合构造相比具有高得多的比电阻。这样，明显抑制了在第一导电层15、16和第二导电层20之间的漏电电流，除燃烧室侧的加热棒1尖40区域外，在该区域里，第一导电层15、16与第二导电层20相连。
例如，可以使第一导电层15、16与一个工作电压电位30如汽车电池的一正极相连，使第二导电层20与一个参照电位25如汽车车身连接。在这种情况下第一导电层15、16是加热电流的引入线，第二导电层20是引出线。但是，如图1所示，第二导电层20以特别有利的方式与工作电压电位30相连，第一导电层15、16与参照电位25相连。在这种情况下，第二导电层20是加热电流的引入线，而第一导电层15、16是引出线。此时，第二导电层20作为引入线已通过绝缘层10对外绝缘。由于第一导电层15、16总是用于连接参照电位25，所以以下措施就不重要里，即它与汽车车身或者说参照电位25接触，因而第一导电层15、16不必再对外保持绝缘。加热棒1的直径在此例如可达到3.3mm。
为提高在加热棒1尖40区域中的电阻，可以如图1所示地规定，第一导电层15、16在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域里具有第一种陶瓷材料16，而第一导电层15、16在其它情况下具有第二种陶瓷材料15。在加热棒1工作时出现的温度下，第一种陶瓷材料16与第二种陶瓷材料15和第二导电层20相比具有更高的比电阻。第一种陶瓷材料16在如图1所示的纵截面里呈U形地包围了绝缘层10和第二导电层20。通过由此实现的在燃烧室侧的加热棒1尖40区域里的增大电阻，使得加热棒1的加热集中在燃烧室侧的加热棒1尖40区域里并因此很可能移入内燃机燃烧室里。这样，可以实现2秒数量级的从-20℃到1000℃的短暂加热时间和超过1200℃的温度。
沿图1所标的剖面线A-A，可以看到图2所示的加热棒1的横断面，在加热棒1的第一实施形式中，第一导电层15、16、绝缘层10和第二导电层20基本为相互同轴线地布置。同时，第一导电层15、16和绝缘层10的横断面基本上各自成圆环状。第二导电层20的横断面基本成圆面形状。因此，第一导电层15、16、第二导电层20和绝缘层10被布置成其横断面里基本上旋转对称。在制造时，加热棒1被加热，其中气态物质从第一导电层15、16、绝缘层10和第二导电层20中分离出来。这就使这些层产生收缩。若加热棒1借助烧结法、热压法、热等静压法或类似工艺制成，则也会出现这样的收缩。由于绝缘层10的与第一导电层15、16和与第二导电层20有不同的成分，因而绝缘层10与这两个导电层的收缩就各不相同。由于所有层10、15、16、20被布置成旋转对称，因而所有层10、15、16、20各向同性收缩，由收缩不同引起较小的机械应力。
当加热棒1在汽缸头里工作时，产生了对加热棒1的循环加热和冷却。由于绝缘层10的材料与第一导电层15、16和第二导电层20相比是不同的，因而绝缘层10与第一导电层15、16和第二导电层20相比引起了不同的热膨胀。这时形成的热引发机械应力因旋转对称布置而大大减小了。
加热棒1的层10、15、16、20被布置成基本同轴线且旋转对称，这样做的另一个优点是使加热棒1更好地同心回转，即使这些层因制造公差而并不是精确地保持同心。
图2所示的加热棒1的这些层10、15、16、20被布置成基本旋转对称，这样做的一个优点是，绝缘层10的因制造公差而略有偏心的位置使加热棒1的电阻特性没有什么变化，这是由于无论是第二导电层20的横断面面积，还是第一导电层15、16的横断面面积都不改变。
在如图3、4所示的第二实施例中，对相同的元件采用了与在图1、2所示的第一实施例中一样的附图标记，在这里，在图3中又示出了加热棒的纵截面。图4表示加热棒1的沿图3所示剖面线B-B的横断面。
同样，在图3所示的第二实施例中，第一导电层15、16在燃烧室侧的加热棒1尖40区域中具有第一种陶瓷材料16，在其它情况下就是第二种陶瓷材料15，其中第一种陶瓷材料16比第二种陶瓷材料16具有更高的比电阻。作为替换方式，或如图3所示，还可以规定，在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域里，绝缘层10占总横断面的份量增大，而两个导电层15、16、20占总横断面的比重减小。如图3所示，这是如此实现的，即绝缘层10和第二导电层20的横断面保持相等，而第一导电层15、16的横截面在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域里向着燃烧室侧尖40减小。绝缘层10的横断面面积各如图3所示可以保持相同。第二导电层20的横断面面积则如图3所示同样保持不变。在这种情况下，如图3所示，总横断面向着在燃烧室侧的加热棒1尖40的方向减小。或者，使第一导电层15、16的横断面向着在燃烧室侧的加热棒1尖40的方向减小，同时使绝缘层10的横断面在向燃烧室侧尖40的方向加大，因而加热棒1的总横断面基本上在总长范围里保持不变。该项措施的目的是也和在第二实施例中那样，在燃烧室侧的加热棒1尖40的区域中增大电阻，以便在那里集中加热功率。
图4所示的沿剖面线B-B的横断面位于加热棒1横断面缩小区域之外，但从本质上讲这也针对在燃烧室侧尖40区域中的图3所示的横断面缩小区域。第一导电层15、16、第二导电层20和绝缘层10虽然基本上相互同轴线地布置，但不再旋转对称。这是由于，在第二实施型式中的绝缘层10与第一实施形式中的绝缘层10相比，绝缘层横断面具有一个优选方向35，在该方向上，与至少另一个方向相比绝缘层的伸展更大。因而，图4所示的绝缘层10在优选方向35上一直伸展到加热棒1的外边缘，从而使第一导电层15、16在燃烧室侧的尖40的区域里被分成两部分。但绝缘层10在优选方向35上不一定要伸展至加热棒1的边缘，因而，将第一导电层15、16分成两部分不一定是必要的。绝缘层10的优选方向35的使用带来以下优点，即可以在制造加热棒1的过程中尽可能避免在绝缘层10与第一导电层15、16连接时的绝缘层10弯曲，从而使加热棒1可以被设计得具有比在第一实施例的旋转对称布置时总体更高的机械强度。虽然在图4中未示出，但第二导电层20的横截面可供选地或除绝缘层10外地也有一个优选方向45，它在该方向上与至少另一个方向相比伸展更大。这样，在制造加热棒1时，同样可以尽可能阻止与绝缘层10连接时的第二导电层20的弯曲。同样，通过这些措施，与如第一实施例所述的旋转对称布置相比，提高加热棒1的机械强度。在制造加热棒1时，无论是第二导电层20的弯曲，还是绝缘层10的弯曲都得以避免，因此不管是绝缘层10，还是第二导电层20，它们的横断面都有一个优选方向，它在此方向上与至少另一个方向相比伸展更大。
如图4所示，若绝缘层10具有优选方向35，那么在该方向上就可以加强电绝缘作用且显著减小在第二导电层20和第一导电层15、16之间的漏电。
加热棒1的成型可以借助作为成本颠连的大批量生产方法的注塑法、传递模塑法或沉积浇注法来实现。对第一导电层15、16、第二导电层20和绝缘层10来说，可以分别使用一种合成陶瓷，在两个导电层15、16、20的情况下，该合成陶瓷成具有导电填料的基质的形式。因而，可以实现较高的使用温度、较高的耐蚀性和较长的使用寿命。
由于用第一导电层15、16实现了一种靠外面的加热棒，因而可以缩短加热棒的加热时间，而且例如即使在-20℃时，几乎也能立即起动内燃机。由于设有通过绝缘层10绝缘的并与工作电压电位30相连的第二导电层20而取消了加热棒1的外部电绝缘，所以，可以降低制造成本。加热棒1的直径例如可以约为3.3mm。具有这里所介绍的加热棒1的炽热头引火塞5例如就可以装入在汽缸头的一个M8外壳里。
基于由第一导电层15、16实现的靠外的加热棒，可以从-20℃开始在短短几秒内使温度达到1000℃并使稳定工况温度超过1200℃。如前所述，若第一种陶瓷材料16的电阻与第二种陶瓷材料15的电阻和第二导电层20的电阻相比都高，就可以减少加热时间。通过这些措施，也可以实现稳定工况温度的提高。同样，在第二实施例中，第二导电层20也在绝缘层10的里面，就象在第一实施例中那样。
权利要求
1.在一个用于内燃机炽热头引火塞(5)里的加热棒(1)，它具有至少一个基本靠内的绝缘层(10)和一个基本靠外的第一导电层(15，16)，其中这两个层(10；15，16)都具有陶瓷复合构造，其特征在于，该加热棒(1)包括一个第二导电层(20)，该第二导电层也具有陶瓷复合构造；第二导电层(20)在燃烧室侧的加热棒(1)尖(40)的区域中与第一导电层(15，16)相连；第二导电层(20)布置在绝缘层(10)之内。
2.按权利要求1所述的加热棒(1)，其特征在于，第一导电层(15，16)接在一个参照电位(25)且尤其是汽车车身上，第二导电层(20)接在一工作电压电位(30)且尤其是一个汽车电池的正极上。
3.按权利要求1或2所述的加热棒(1)，其特征在于，第一导电层(15，16)、第二导电层(20)和绝缘层(10)基本上相互同轴线地布置。
4.按权利要求1、2或3所述的加热棒(1)，其特征在于，第一导电层(15，16)、第二导电层(20)和绝缘层(10)被布置成它们的横断面基本旋转对称。
5.按上述权利要求之一所述的加热棒(1)，其特征在于，第一导电层(15，16)和绝缘层(10)的横断面基本成圆环形；第二导电层(20)的横断面基本成一个圆面。
6.按权利要求1、2或3所述的加热棒(1)，其特征在于，绝缘层(10)的横断面具有一个优选方向(35)，该绝缘层在此方向上与至少另一个方向相比伸展得更大。
7.按权利要求1、2、3或6所述的加热棒(1)，其特征在于，第二导电层(20)的横断面具有一个优选方向(45)，该第二导电层在此方向上与至少另一个方向相比要伸展得更大。
8.按上述权利要求之一所述的加热棒(1)，其特征在于，第一导电层(15，16)在燃烧室侧的加热棒(1)尖(40)的区域里具有第一种陶瓷材料(16)；第一导电层(15，16)在其它情况下具有第二种陶瓷材料(15)；第一种陶瓷材料(16)的比电阻大于第二种陶瓷材料(15)。
9.按上述权利要求之一所述的加热棒(1)，其特征在于，在燃烧室侧的加热棒(1)尖(40)的区域里，绝缘层(10)占总横断面的份量加大，而这两个导电层(15，16)占总横断面的份量减小。
10.一种具有一个如上述权利要求之一所述加热棒(1)的炽热头引火塞(5)。
全文摘要
提出一种在炽热头引火塞(5)里的加热棒(1)以及一种内燃机炽热头引火塞(5)，该内燃机具有更高的电气性能和机械性能。加热棒(1)具有至少一个基本靠内的绝缘层(10)和一个基本靠外的第一导电层(15，16)，这两个层(10；15，16)具有陶瓷复合构造。加热棒(1)包括一个第二导电层(20)，它同样具有陶瓷复合构造。第二导电层(20)在燃烧室侧的加热棒(1)尖(40)的区域中与第一导电层(15，16)连接。第二导电层(20)布置在绝缘层(10)之内。
文档编号H05B3/14GK1496465SQ02806278
公开日2004年5月12日 申请日期2002年10月31日 优先权日2001年11月9日
发明者C·哈卢施卡, A·雷斯纳, P·索辛卡, C·凯恩, W·德雷斯勒, L·让内尔, S·肖特, R·霍夫曼, C 哈卢施卡, 姿估, 蚵, 诙, 量, 鼓 申请人:罗伯特-博希股份公司