CN113169525A - 火花塞电阻元件及火花塞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火花塞电阻元件(8)，其包含至少一种无机非晶氧化物(9)和至少一种相对介电常数最大为15的第一无机结晶氧化物(10)。
Description
现有技术
本发明涉及具有改善的电磁相容性，即电磁兼容性(EMV)的火花塞电阻元件和火花塞。
布置在内燃机的燃烧室中的火花塞具有1至14 kΩ的比电阻，以便改善火花塞的电磁兼容性。在此，典型地使用电阻元件，该电阻元件在接头侧连接到中心电极的底座上，并且该电阻元件由陶瓷材料，更准确地说由玻璃构成。然而，这些常规的电阻元件在火花塞的使用寿命期间来看不具有足够的电稳定性。
发明的公开内容
相反，根据本发明的火花塞电阻元件的特征在于电磁辐射的辐射较低并且因此在保持同样良好的电绝缘，即高电阻的情况下电磁兼容性较高。
根据本发明，这通过使火花塞电阻元件具有至少一种无机非晶氧化物和至少一种相对介电常数最大为15的第一无机结晶氧化物来实现。该无机非晶氧化物在此形成非晶基体，第一无机结晶氧化物嵌入该非晶基体中。因此存在两个相，这两个相可以借助透射电子显微镜(TEM)来区分。已经发现，相对介电常数最大为15，尤其最大12的无机结晶氧化物降低电磁辐射并且由此改善火花塞的电磁兼容性。在此，根据ASTM D2149-13使用介电阻抗光谱测量相对介电常数。在此，第一无机结晶氧化物的比例越高，火花塞电阻元件的电磁兼容性越高。
从属权利要求展示了本发明的优选的扩展方案。
根据一个有利的扩展方案，第一无机结晶氧化物选自ZnO、SnO2及其混合物。ZnO和SnO2具有非常低的相对介电常数值，即ZnO：8和SnO2：12。因此，这些氧化物的使用通过减少电磁辐射的释放而产生非常高的电磁兼容性。其它无机氧化物，例如Al2O3，虽然同样可以具有低的相对介电常数，但是由于与ZrO2、ZnO和SnO2相比相对低的电子导电性，是较不优选的。因此特别地，优选不使用Al2O3。
有利地，使用玻璃，尤其硼硅酸盐玻璃作为无机非晶氧化物，因为玻璃是非常稳定的并且在此是良好电绝缘的。它们形成第一无机非晶氧化物的非常好的基体。出于上述原因，玻璃优选是锂-硼硅酸盐玻璃或锂-钙-硼硅酸盐玻璃。
玻璃的特别有利的组成(用量数据基于该组成的总质量计)是：
SiO2：35至65质量%，
B2O3：20至55质量%，
LiO2：0.5至10质量%，
Na2+K2O：最大2质量%，
CaO：0至15质量%，
SrO：0至15质量%，
BaO：0至10质量%，
MgO：0至15质量%，
Al2O3：0至15质量%，和
PbO：0至5质量%。
为了改善火花塞电阻元件的电阻，有利地包含第二无机结晶氧化物。在此，第二无机结晶氧化物与第一无机结晶氧化物一样嵌入在无机非晶氧化物的基体中。特别有利的是，第二无机结晶氧化物选自ZrO2、TiO2、HfO2及其混合物。
此外，有利地，火花塞电阻元件可以包含至少一种无机非氧化物材料，其中该无机非氧化物材料尤其选自炭黑、石墨、碳化物、金属及其混合物。无机非氧化物材料具有相对高的导电性，从而可以通过无机结晶氧化物与无机非氧化物材料的混合比特别容易地设定火花塞电阻元件的电阻值和由此火花塞的电阻值。
由于非常好的稳定性，所述碳化物优选选自碳化硅、碳化钨、碳化铁、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化钼及其混合物，和/或所述金属选自铁、钨、钛、铜、银及其混合物或合金。
火花塞电阻元件的电磁兼容性在同时高电阻的情况下可以有利地通过以下方式进一步改进，即将第一无机结晶氧化物和第二无机结晶氧化物的总含量设定为20至小于100质量%，特别是40至80质量%，分别基于火花塞电阻元件的总质量计。
根据另一有利的扩展方案，无机非晶氧化物的含量(在此用“a”表示)大于0至80质量%，特别是10至30质量%，分别基于火花塞电阻元件的总质量计。
为了改善对火花塞电阻元件的电阻值的调适，无机非氧化物材料的含量(在此用“n”表示)优选大于0至20质量%，特别是大于0至10质量%，分别基于火花塞电阻元件的总质量计。
无机结晶氧化物的特别好的，即稳定且高度电磁兼容的组合是ZrO2、ZnO和SnO2的组合。在此，质量比例尤其如下分配到这些氧化物上：x质量%的ZrO2，y质量%的ZnO和z质量%的SnO2，其中0< x< 0.99* c、0< y< c且0< z< c，其中c = 20至100质量%，特别是40至80质量%，分别基于火花塞电阻元件的总质量计，且x + y + z = c。
优选地，除了至少一种第一无机结晶氧化物、至少一种第二无机结晶氧化物、至少一种无机非晶氧化物和至少一种非氧化物材料之外，火花塞电阻元件不包含其它组分。因此：a + c + n＝100。
同样根据本发明，还描述了火花塞，其包含至少一个如上公开的火花塞电阻元件。由于火花塞电阻元件的高度电磁兼容性和持续稳定且高的电阻，根据本发明的火花塞的特征在于低的电磁辐射。
附图简述
下面参照附图详细描述本发明的实施例。这些图中：
图1是根据本发明的第一实施方案的火花塞的部分截面图，且
图2是根据本发明的第二实施方案的火花塞电阻元件的示意性截面图。
本发明的实施方案
在附图中仅示出了本发明的主要特征。为了清楚起见，所有其它的特征被省略。此外，相同的附图标记表示相同的部件。
如图1所示，根据第一实施方案的火花塞1包括接地电极2和中心电极3。绝缘体4设置成使得中心电极3以已知的方式从绝缘体4略微突出。绝缘体4本身部分地由壳体5包围。附图标记6表示电连接螺母。从电连接螺母6经由连接螺栓7和火花塞电阻元件8至中心电极3设置导电连接。
在图2中详细示出的火花塞电阻元件8在保持同样良好的电阻值和高机械稳定性的情况下改善火花塞1的电磁兼容性。由此也对于火花塞1实现低的电磁辐射。
图2是图1的火花塞电阻元件8的示意性截面图。火花塞电阻元件8包含至少一种无机非晶氧化物9和至少一种相对介电常数最大为15的第一无机结晶氧化物10。无机非晶氧化物9在此形成玻璃状基体，第一无机结晶氧化物10嵌入到所述玻璃状基体中。第一无机结晶氧化物10特别是ZnO或SnO2或其混合物。
此外，火花塞电阻元件8包含至少一种第二无机结晶氧化物11，其中第二无机结晶氧化物11尤其选自ZrO2、TiO2、HfO2及其混合物。
优选地，第一无机结晶氧化物10为ZnO和SnO2的混合物，第二无机结晶氧化物11为ZrO2，并且第一无机结晶氧化物10和第二无机结晶氧化物11的质量比例如下：x质量%的ZrO2、y质量%的ZnO和z质量%的SnO2，其中0< x< 0.99* c、0< y< c且0< z< c，其中c = 20至100质量%，特别是40至80质量%，分别基于火花塞电阻元件8的总质量计，且x + y + z = c。
此外，火花塞电阻元件8包含至少一种无机非氧化物材料12，其中该无机非氧化物材料12尤其选自炭黑、石墨、碳化物、金属及其混合物。在此，无机非氧化物材料12的含量特别是大于0至20质量%，特别是大于0至10质量%，分别基于火花塞电阻元件8的总质量计。
火花塞电阻元件8在良好电阻的情况下的特征在于非常高的电磁兼容性。
Claims (11)
1.火花塞电阻元件，其包含至少一种无机非晶氧化物(9)和至少一种相对介电常数最大为15的第一无机结晶氧化物(10)。
2.根据权利要求1所述的火花塞电阻元件，其中所述第一无机结晶氧化物(10)选自ZnO、SnO2及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞电阻元件，其中所述无机非晶氧化物(9)是玻璃，尤其硼硅酸盐玻璃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞电阻元件，其还包含至少一种第二无机结晶氧化物(11)，其中所述第二无机结晶氧化物(11)特别地选自ZrO2、TiO2、HfO2及其混合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞电阻元件，其还包含至少一种无机非氧化物材料(12)，其中所述无机非氧化物材料(12)特别选自炭黑、石墨、碳化物、金属及其混合物。
6.根据权利要求5所述的火花塞电阻元件，其中所述碳化物选自碳化硅、碳化钨、碳化铁、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化钼及其混合物，和/或其中所述金属选自铁、钨、钛、铜、银及其混合物。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的火花塞电阻元件，其中第一无机结晶氧化物(10)和第二无机结晶氧化物(11)的总含量为20至小于100质量%，特别是40至80质量%，分别基于火花塞电阻元件(8)的总质量计。
8.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞电阻元件，其中无机非晶氧化物(9)的含量大于0至80质量%，特别是10至30质量%，分别基于火花塞电阻元件(8)的总质量计。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的火花塞电阻元件，其中无机非氧化物材料(12)的含量为大于0至20质量%，特别是大于0至10质量%，分别基于火花塞电阻元件(8)的总质量计。
10.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞电阻元件，其包含x质量%的ZrO2、y质量%的ZnO和z质量%的SnO2，其中0< x< 0.99* c、0< y< c且0< z< c，其中c = 20至100质量%，特别是40至80质量%，分别基于火花塞电阻元件(8)的总质量计，且x + y + z = c。
11.包括根据前述权利要求中任一项所述的火花塞电阻元件(8)的火花塞。
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