(57)【要約】【課題】加熱源の表面が混合燃料の発火温度に達することを確実に防止する。【解決手段】内燃機関を運転するための燃料、特にアルコールを加熱する装置であり、グロープラグを備えており、該グロープラグはハウジング４と、管状に形成された金属製の加熱管７とを有していて、該加熱管７は、温度上昇時に電気抵抗を上昇させる材料から成る加熱エレメント８を取り囲んでいる形式のものにおいて、過熱防止装置が設けられており、該過熱防止装置は、温度上昇時に前記加熱エレメント８の電気抵抗の上昇を検出し、閾値到達時に前記加熱エレメント８の電流を遮断する手段を有している。【選択図】図１
2011220343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールまたはアルコール−ガソリン混合物を用いて運転される内燃機関を運転するための燃料、特にアルコールを加熱する燃料ヒータであり、グロープラグを備えており、該グロープラグはハウジング（４）と、管状に形成された金属製の加熱管（７）とを有していて、該加熱管（７）は、温度上昇時に電気抵抗を上昇させる材料から成る加熱エレメント（８）を取り囲んでいる形式のものにおいて、
過熱防止装置が設けられており、該過熱防止装置は、温度上昇時に前記加熱エレメント（８）の電気抵抗の上昇を検出し、閾値到達時に前記加熱エレメント（８）の電流を遮断する手段を有していることを特徴とする燃料ヒータ。
【請求項２】
管状に形成された前記加熱体（７）と、電気的に接触している接続ピン（６）と、らせん状に形成された前記加熱エレメント（８）との間に設けられた中空室（１０）は、絶縁材料で充填されており、該絶縁材料は、有利には酸化マグネシウムであるセラミック材料である、請求項１記載の燃料ヒータ。
【請求項３】
前記加熱エレメント（８）は、前記加熱管（７）のほぼ全長にわたって前記ハウジング（４）の下側から前記加熱管（７）の先端部（１５）まで延びており、前記加熱エレメント（８）は、前記加熱管（７）の可能な限り大きな面積を均一に加熱するようになっている、請求項１記載の燃料ヒータ。
【請求項４】
前記加熱エレメント（８）は、コイル状に１つの構成部材として形成されており、前記接続ピン（６）の端面（１３）から前記加熱管（７）の前記先端部（１５）まで連続的に延びている、請求項１記載の燃料ヒータ。
【請求項５】
前記加熱エレメント（８）の材料の固有の電気抵抗は、２０°Ｃの場合に０．０７μΩｍ〜０．６μΩｍの間である、請求項１記載の燃料ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルコールまたはアルコール−ガソリン混合物を用いて運転される内燃機関を運転するための燃料、特にアルコールを加熱する燃料ヒータであり、グロープラグを備えており、該グロープラグはハウジングと、管状に形成された金属製の加熱管とを有していて、該加熱管は、温度上昇時に電気抵抗を上昇させる材料から成る加熱エレメントを取り囲んでいる形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの国では、内燃機関を運転するためにアルコールが用いられている。アルコールを用いた内燃機関の運転は、そうした国々ではガソリンまたはディーゼル燃料を用いるよりも安価である。たとえばオットー機関がアルコールを用いて運転される場合、このオットー機関は気温が１４°Ｃ以上の場合にようやく始動することができる。現在こうした状況を考慮して、自動車内には、通常のガソリンを収容する第２のタンクが管路とともに設けられている。気温が１４°Ｃより低い場合には、オットー機関はガソリンを用いて始動される。そして内燃機関が規定の温度に達した数分後にアルコール運転に切り替えることができる。
【０００３】
この状態の不利な点は、この構成の場合には自動車内に２つのタンクを備える必要があるということである。これらのタンクは自動車内でより多くのスペースを必要とし、さらにこのことによって自動車がより高価になる。夏季には、周囲温度が常に１４°Ｃ以上であれば、オットー機関を始動するためにガソリンはもはや必要でない。温暖な季節の初めにタンクが空にされていない場合、ガソリンタンクに残ったガソリンは管路内およびタンク内で粘性を帯びる可能性がある。というのも軽い揮発成分は気化してしまうからである。反対に再び寒くなると、ガソリンを用いる始動は、管路やタンクの詰まりのせいでもはや不可能である。この場合管路やガソリンを貯蔵するタンクは、洗浄されるか、または完全に交換されなければならない。
【０００４】
ＤＥ２０２００５０１６０４７Ｕ１から、ディーゼルエンジンのためのバイオ燃料を予熱する機器が公知である。この機器は１つの管片と中空体とを有しており、この管片とこの中空体との間にはリングギャップが設けられている。このリングギャップは、一方では必要な燃料量の通過を可能にするために大きく寸法設定され、しかしながら他方ではできるだけ少ない燃料量のみが管片と中空体との間に貯蔵されるように小さく設計されている。
【０００５】
ＤＥ１０２４８８０２Ａ１は、著しく短縮された調節コイルを備えたグロープラグに関する。この構成による内燃機関のためのグロープラグは、プラグハウジングと、このプラグハウジングに連続した予熱電流のための接続装置と、この接続装置に連結されたグロー管とを有している。このグロー管はプラグハウジングとは反対側で密閉されている。さらにグロー管内に、接続装置に連結された接続ピンに設けられたフィラメント状の抵抗エレメントが配置されており、この場合抵抗エレメントは加熱コイルと調節コイルとから形成されている。この調節コイルは２０ｍΩと１００ｍΩとの間の抵抗を有している。この構成によればグロー管内に設けられた抵抗エレメント全体は、グロー管の自由長の３分の１から３分の２を占めて、グロー管のプラグハウジングとは反対側の端部領域に集中している。
【０００６】
ＤＥ１９７５５８２２Ａ１は、グロープラグに関する。このグロープラグは改良された差込−かしめ式結合部を有しているので、グローコイルのセンタリングコイルを適切にＵ字に形成された接続ピンの溝に導入することが、半径方向だけでなく軸方向でも可能である。溝にグローコイルを前もって設置した後にグローコイルと接続ピンとの半径方向のかしめを行うことができ、または溝の幾何学形状が適切に形成される場合には、このかしめを省略することができる。溝の領域における接続ピンの周囲の開口によって、溝内部に位置する輪郭形状へのアプローチが半径方向だけでなく軸方向でも可能となる。これによって有機汚染物質の完全な洗浄ならびに洗浄の確実な検査を保証することができる。これによって有機汚染物質に起因するグロープラグの早期故障による故障率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ２０２００５０１６０４７Ｕ１
【特許文献２】ＤＥ１０２４８８０２Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１９７５５８２２Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃料ヒータを改良して、加熱源の表面が混合燃料の発火温度に達することを確実に防止することができる、燃料ヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式の燃料ヒータにおいて、過熱防止装置が設けられており、該過熱防止装置は、温度上昇時に前記加熱エレメントの電気抵抗の上昇を検出し、閾値到達時に前記加熱エレメントの電流を遮断する手段を有しているようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による加熱源は噴射系に組み込まれていて、燃料を予熱する。本発明による加熱源は、有利には噴射系に組み込まれる燃料ヒータとして形成されており、閉じて管状に形成された金属製の加熱管を有しており、この加熱管内に金属製の加熱エレメントが取り付けられている。本発明による噴射系に組み込まれる燃料ヒータの構造は、冒頭で述べたものと同じ、背景技術で概略を述べた金属製のグロープラグに相当している。
【００１１】
らせん状の加熱ワイヤは、ハウジングとは反対側で加熱管と素材結合式に結合されており、例えば溶接されている。らせん状に形成された加熱ワイヤは、他方の側で接続ピンと導電結合されており、この接続ピンの端部には電気接続部がある。この場合では一般的に酸化マグネシウムであるセラミック粉は、加熱管に対する、らせん状に形成された加熱ワイヤのコイルとの間の電気的絶縁材料として働く。
【００１２】
本発明による加熱源には安価で耐食性の加熱管が用いられ、この加熱管はステンレス特殊鋼（Ｉｎｏｘ）または銅ベース合金から形成されている。銅ベース合金から形成された耐食性の加熱管は、熱伝導率が極めて良好であるという更なる利点を有しており、この他にＮｉ−Ｃｒ合金、たとえばインコネル２．４８５１または２．４６３３などを材料として用いることができる。
【００１３】
本発明による加熱源の加熱管からの熱放出の最適化は、加熱管を薄い壁厚、典型的には１０分の数ｍｍの壁厚で形成することによってか、または波形の溝、菱形またはゴルフボールのような構造によって表面構造を拡大することによって、ならびに充填材を用いることによって達成することができる。加熱管を充填する場合には、有利には微細なＭｇＯが絶縁粉および熱伝導粉として用いられる。
【００１４】
アルコールを用いて運転される内燃機関は、純粋なガソリンおよびアルコール／ガソリン混合物を用いても運転されることを考慮しなければならないので、約３００°Ｃであるガソリンの発火点が考慮されなければならない。したがって迅速に反応する過熱防止装置が重要であり、この過熱防止装置は、本発明による加熱源の表面が混合燃料の発火温度に達し、ヒータ表面の最高温度が最高で２５０°Ｃになることを確実に防止する。
【００１５】
本発明による、噴射系に組み込まれる燃料ヒータの加熱エレメントとして、らせん状の金属ワイヤが用いられ、この金属ワイヤは２０°Ｃの場合に０．０７μΩｍから０．６μΩｍまでの固有の電気抵抗を有している。温度上昇時の抵抗の上昇はできるだけ大きくなければならない。この構成では、自己制御は可能ではないが、加熱エレメントの温度が上昇すれば抵抗も上昇する。このことは制御装置によって認識されるので、加熱エレメントを遮断することができる。これによって得られる利点は、加熱エレメントの小さな一部のみが過熱した場合でも加熱エレメントの抵抗が上昇するということである。このことは燃料中のガス泡の形成（空気や燃料蒸発ガスによる）によって極めて起こり易い。従来通りに取り付けられた温度センサを有する構成は、温度センサの位置がガス泡内部にある場合にのみ、この局所的な過熱を検出するにすぎない。このリスクは、温度上昇時に抵抗の上昇ができるだけ大きくなる、つまり温度上昇時に電気抵抗が大きく上昇する加熱エレメントを用いることによって回避される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】噴射系に組み込まれる本発明による燃料ヒータを示す縦断図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面には、有利には内燃機関の噴射系に組み込まれる本発明による燃料ヒータの実施例を示した。この燃料ヒータは丸型コネクタ１を有しており、この丸型コネクタ１は内燃機関の噴射系に組み込まれる燃料ヒータのプラス接続部である。丸型コネクタ１は絶縁ワッシャ２を介して、噴射系に組み込まれる燃料ヒータのハウジングに対して絶縁されている。絶縁ワッシャ２とハウジング４との間にはハウジングシール３を挿入することができ、このハウジングシール３はハウジング４を水、汚れまたはその他の液体などの外部の影響に対してシールしている。
【００１８】
接続ピン６はハウジング４を通って延びていて、丸型コネクタ１と電気的および機械的に接触接続している。接続ピン６を電気的に接触接続させるために、択一的に丸型コネクタ１の代わりにねじ込み接点を用いることもできる。接続ピン６と加熱管７との間に加熱体シール５が設けられている。さらに接続ピン６は、ハウジング４の孔内に収容されている加熱管７を通って延びている。加熱管７は１０分の数ｍｍの壁厚、典型的には少なくとも０．２５ｍｍの壁厚１１を有しているので、加熱管７の熱伝導率は最大化されている。熱放出または熱伝導率の最適化は、一方では薄い壁厚１１によって達成することができ、他方では加熱管７の表面構造の拡大つまり表面積の増大によって、たとえば加熱管７の波形の溝、加熱管７の外周面上の菱形またはゴルフボールのような構造、または絶縁粉および熱伝導粉として働く微細なＭｇＯの充填によっても達成することができる。
【００１９】
薄肉に形成された加熱管７に包囲された接続ピン６は、端面１３でらせん状に形成された加熱エレメント８に接触しており、この加熱エレメント８は、図１によれば接続ピン６の端面１３から、噴射系に組み込まれる燃料ヒータの先端部１５まで延びている。薄肉に形成された加熱管７の内径に比べて接続ピン６の直径が小さいことによって形成される中空室１０は、たとえば接続ピン６と加熱管７との間の絶縁材料として働く酸化マグネシウムなどのセラミック粉で充填される。
【００２０】
有利には噴射系に組み込まれる本発明による燃料ヒータの加熱管７は、たとえばステンレス特殊鋼（Ｉｎｏｘ）または銅ベース合金などの低コストかつ耐食性の材料から製造される。さらに加熱管７を製造するための銅ベース合金は、熱伝導率が極めて良好であるという利点を有している。熱放出の最適化は、加熱管７を極めて薄い壁厚１１、典型的には少なくとも０．２５ｍｍの壁厚１１で形成することによってか、またはたとえば波形の溝、菱形模様形成またはゴルフボール表面に類似した構造などの構造による、熱を伝導する表面積の拡大によって達成することができる。さらに薄肉に形成された本発明による加熱管７からの熱放出は、絶縁粉および熱伝導粉としての微細な酸化マグネシウムの充填によって改善することができる。したがって、有利には内燃機関の噴射系に組み込まれる本発明による燃料ヒータからの熱放出の最適化が重要である。というのも燃料ヒータは１５０Ｗから２５０Ｗまでの熱出力を発生させるからである。
【００２１】
アルコールを用いて運転される内燃機関が３００°Ｃの発火点を有する純粋なガソリンを用いても運転されるという状況を考慮して、有利には噴射系に組み込まれる本発明による燃料ヒータは過熱防止装置を有している。この過熱防止装置によって本発明による燃料ヒータ、特に加熱管７の表面が混合燃料の発火温度に上昇しないことが保証されていて、かつ加熱管７の外周面の最高温度が約２５０°Ｃを越えないことが保証されている。過熱防止は、有利にはらせん状に形成され、かつコイル状に形成された加熱エレメント８が金属ワイヤとして形成されていて、この金属ワイヤが、温度が２０°Ｃの場合に０．０７μΩｍから０．６μΩｍまでの固有の電気抵抗を有することによって保証される。有利にはらせん状に形成された加熱エレメント８を製造するための金属物質は、有利には温度上昇時に抵抗が大きく上昇する。この構成では自己制御は可能ではないが、過熱防止装置によって、燃料ヒータが更に加熱される際に加熱エレメント８の抵抗も上昇することと、抵抗値が閾値と比較されることとが保証される。こうしたことは制御装置によって実現され、この制御装置は閾値到達時に加熱エレメント８の電流を接続ピン６のプラス接続を介して遮断する。過熱を認識するためには、時間に関する電流の第１および／または第２の導関数を用いることもできる。立ち上がり時間の後、通常運転では計測された電流の平衡状態が生じる。制御装置によって検出され微分された電流が立ち上がり時間の後に微分された値から逸脱する場合、つまり時間に関する導関数がゼロではない場合、加熱エレメント８の電流は遮断される。これによって過熱を製造誤差の影響を受けることなく検出することができる。
【００２２】
本実施例の利点は、燃料ヒータの小さな一部分のみが過熱している場合でも燃料ヒータの抵抗の上昇を認識できることにある。こうしたことは気泡または燃料蒸発ガスによって形成される燃料中のガス泡によって極めて起こり易い。温度センサが燃料ヒータ内に組み込まれている場合には、この温度センサは、その取付け位置がガス泡内にある場合にしか上昇する温度を検出することができない。本発明による燃料ヒータの構成によって、燃料ヒータの小さな一部分のみの過熱も抵抗の上昇を検出することによって検知することができ、かつこの過熱に対して遮断反応することが保証されている。
【００２３】
図面から判るように、接続ピン６は燃料ヒータのハウジング４内で、有利にはハウジング４の下端まで延びている。接続ピン６は、有利にはコイル状に形成された加熱エレメント８の長さに応じて短くまたは長く形成することができる。さらにハウジング４には加熱管７が挿入されており、この加熱管７はハウジング４のハウジング内部で加熱体シール５を介して既に述べた接続ピン６に固定されている。接続ピン６の端面１３はコイル状に形成された加熱エレメント８に接触しており、この加熱エレメント８は薄い壁厚１１で形成された加熱管７の最も大きな部分を通って端面１３から燃料ヒータの先端部１５まで延びている。加熱管７の内側とコイル状に形成された加熱エレメント８との間の加熱管７内部の中空室１０は、有利にはたとえば酸化マグネシウムなどの絶縁材料で充填されている。中空室１０に収容された絶縁材料、この場合は有利には酸化マグネシウムである絶縁材料の機能は、１つには、有利にはコイル状に形成された加熱エレメント８の個々のコイル相互の絶縁、ならびにコイル状に形成された加熱エレメント８の、加熱管７の管壁に対する絶縁である。さらに、中空室１０に収容された絶縁材料は、コイル状に形成された加熱エレメント８から加熱管７への熱伝達を改善する。最後に、中空室１０に貯えられた絶縁材料はほぼ加熱管７の軸方向長さにわたって延びていて、有利にはコイル状に形成された加熱エレメント８を機械的に固定するために働く。図面から判るように、一体的に形成されていてコイル状に構成された加熱エレメント８を加熱管７内部に配置することによって、加熱管７の壁を通して高い熱出力を放出することが可能になる。加熱管７の外側は常に燃料が通流しており、つまり燃料内に浸漬されているので、発生する熱は取り囲む液体によっても放出される。背景技術より公知のグロープラグの場合では、まず先端部１５が加熱されるのに対し、本発明による燃料ヒータによれば、ハウジング４の下方の加熱管７の外周面全体の均一な加熱が行われる。これによって可能な限り大きな熱伝達面積が得られるので、たとえばアルコールなどの噴射系に貯えられた燃料を迅速に加熱することができる。本発明による燃料ヒータには冷却装置は不要である。というのもこの燃料ヒータを取り囲む媒体つまり燃料が燃料ヒータから発生した熱を吸収して燃料ヒータから放出するからである。
【００２４】
本発明による燃料ヒータでは特に加熱エレメント８を用いており、この加熱エレメント８はらせん状に形成された金属ワイヤとして形成されており、この金属ワイヤは温度が２０°Ｃの場合に０．０７μΩｍから０．６μΩｍまでの固有の電気抵抗を有している。有利にはＰＴＣ効果を有する金属材料、つまり温度上昇時に著しく抵抗が上昇する金属材料が用いられる。本発明による燃料ヒータが加熱されると、この燃料ヒータの抵抗も上昇し、この抵抗上昇が制御装置によって認識され、この制御装置は、この場合本発明による燃料ヒータを遮断する。温度上昇時に極めて大きく抵抗が上昇する材料を用いることの利点は、ヒータの小さな一部分のみが過熱した場合でも過熱を認識できることにある。というのもこの場合本発明による燃料ヒータの抵抗も同様に上昇するからである。本発明による燃料ヒータの小さな一部分のみの過熱は、加熱管７の外周にガス泡が付着することによって引き起こされ、このガス泡によって、この場合加熱エレメント８を取り囲んでいる加熱管７の周面において局所的に温度が上昇する。
【００２５】
コイル状でらせん状に形成された加熱エレメント８が有利には製造される、大きなＰＴＣ効果を有する金属材料を選択することによって、燃料ヒータ周囲に局所的にのみ生じるような温度上昇であっても直ちに検出することができ、本発明による燃料ヒータの制御装置によって燃料ヒータを遮断することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  丸型コネクタ、  ２  絶縁ワッシャ、  ３  ハウジングシール、  ４  ハウジング、  ６  接続ピン、  ７  加熱管、  ８  加熱エレメント、  １０  中空室、  １１  壁厚、  １３  端面、  １５  先端部
【図１】
2011220343.tif 000003