DD290304A5 - Zuendkerze fuer verbrennungsmotore - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zuendkerze fuer Verbrennungsmotore mit hoher elektrischer UEberschlagsfestigkeit. Besonders vorteilhaft koennen solche Zuendkerzen in Verbindung mit elektronischen Hochleistungszuendanlagen eingesetzt werden. Das Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der elektrischen UEberschlagsfestigkeit bei Beibehaltung der Hauptabmessungen des Zuendkerzenisolierkoerpers. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verminderung der Entstehung von Gleitentladungen auf der Oberflaeche des Zuendkerzenisolierkoerpers. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz auf einem Teil des Zuendkerzenisolierkoerperschaftes eine mit einer ausreichend elektrisch durchschlagsfesten Auflage umgebene elektrisch leitfaehige Schicht aufgebracht ist, die der so hergestellten Zuendkerze eine UEberschlagsfestigkeit von wenigstens 20 kV verleiht.{Zuendkerze; hohe elektrische UEberschlagsfestigkeit; Verminderung der Entstehung von Gleitentladungen; Oberflaeche des Isolierkoerpers; elektrisch leitfaehige Schicht; durchschlagsfeste Auflage}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Verbrennungsmotor mit hoher elektrischer Überschlagsfestigkeit. Die erfindungsgemäßen Zündkerzen werden besonders in Verbinung mit elektronischen Hochleistungszündanlagen eingesetzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die in jüngster Zeit entwickelten Zündanlagen zur Zündung abgemagerter Kraftstoff-Luft-Gemische führten unter anderem auch zu einer Anhebung des Zündspannungsangebotos bis zu 35 kV. Damit werden an alle Bauteile der Zündanlage, einschließlich der Zündkerzen, erhöhte Anforderungen bezüglich ihrer Hochspannungsfestigkeit gestellt.

Zur Erhöhung der Überschlagsfestigkeit der Zündkerzen wurden deshalb verschiedene konstruktive Änderungen vorgeschlagen und durchgeführt.

- Vergrößerung der Länge des Isolierkörperschaftes

- Einbringung einer Riffelung

- Erhöhung der Anzahl und voränderte Form der Riffelung

- Aufbringung von Glasuren mit hohem Oberflächenwiderstand

Diese durchgeführten Veränderungen sind aber nur in dem durch die international üblichen Standardmaße festgelegten Rahmen unter Beachtung weiterer Elemente der Zündanlage, wie beispielsweise der Zündkerzenstecker, möglich Eine Erhöhung der Überschlagsfestigkeit der Zündkerzen ist deshalb problematisch, weil es auf der Keramikoberfliu η zu Gleitentladungen kommt, die schon bei Spannungen einsetzen, die weitaus geringer sind als die statische Durchschlagsspannung, bezogen auf den Abstand des Hochspannungsanschlusses zur Masse.

Diese Gleitentladungen, die an Schräggrenzschichten entstehen, wachsen stufenweise auf der Keramikoberfläche, verbunden mit hochfrequenten Spannungszusammenbrüchen vor und erzeugen Oberflächenplasmen, sogenannte Streamer und Leader, die dann den vollständigen Überschlag vorzeitig einleiten. Außerdem führen diese ständigen Entladungsvorgänge auf der Keramikoberfläche zu unerwünschten elektromagnetischen HF-Störspannungen.

Mit dom Aufbringen der Riffelung konnten durch die damit vorbundono Wegvorlängerung und oinor voränderten Foldvertoilung die Entstehung von Gleitentladungen auf dem Isolierkörper vermindert werden. Trotzdem kommt es noch zu diesen Oberflächenentladungon, insbesondere auf dem ungeriffelten Teil des Isolierkörpers. Dieser Effekt wird durch ungünstige Einsatzbodingungen (Feuchtigkeit, Verschmutzung) begünstigt. Vorglichen mit dom statischen Überschlag in der Luft bei gleicher Üborschlagslängo, wird dio Überschlagsfestigkeit auf etwa die Hälfto dieser Spannung begrenzt. Wie Untersuchungen der Erfinder orgaben, ist die Foldstärkevorteilung entlang dos Isoliorkörporschaftos derart, daß der ungoriffolteTeil nur oinon geringem Beitrag zur Überschlagsfostigkoit liefert. Aus dor Standardlitoratur ist allgomoin bekannt, wie bei Hochspannungsdurchführungon die elektrische Feldvertoilung und damit die Gleiteinsatzspannung durch die Größenverhältnisse der Längs- und Quorkapazitäton bestimmt worden, d.h. durch die Oborflächonform, die Geometrie, die Rohrdicke oder die Dielektrizitätskonstante des Materials. Solche Änderungen sind bei Zündkerzon jedoch aufgrund der allgemeinen Standardisierung nicht mehr durchführbar.

ZIoI der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, bei Beibehaltung der Hauptabmossungon des Zündkerzenisoliorkörpors, dio elektrische Üborschlagsfestigkeit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Dio Aufgabe dor Erfindung besteht in der Verminderung der Entstehung von Gleitentladungen auf der Oberfläche des Zündkerzenisolierkörpers und damit in der Erhöhung der elektrischen Überschlagsfestigkeit. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einom Teil des Zündkerzenisolierkörperschaftes eino mit einer

ausreichend elektrisch durchschlagsfosten Auflage umgebene elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht ist, die der sohergestellten Zündkerze eine Überschlagsfestigkeit von wenigstens 2OkV verleiht.

Vorteilhaft ist es, daß die äußere Oberfläche des Isoliorkörperschaftes, ausgehend vom Zündkerzengohäuse und mit diesem

elektrisch leitend verbunden, in Richtung des Hochspannungsanschlusses bis maximal zur ersten Riffelung bzw. bis maximal zur

Hälfto der Gesamtlänge des Isolierkörperschaftes mit einer, von einer ausreichend elektrisch durchschlagsfesten Auflage

umgobenen, elektrisch leitfähigen Schicht versehen ist.

Dabei kann die elektrisch leitfähige Schicht eine Metallschicht, oine Kohlenstoffschicht, eine leitfähige Glasschicht, eine leitfähige

keramische Glasur oder eine Dickschichtwiderstandspaste sein.

Weiterhin ist es vorteilhnf·, daß die elektrisch durchschlagsfeste Auflage eine in entsprechender Stärke aufgebrachte keramische Glasur bzw. eine keramit he Masse ist, die mit einer herkömmlichen Glasur überzogen wird. Von Bedeutung ist, daß zur Vermeidung von Feldstärkoüberhöhungon der Abschluß der elektrisch leitfähigen Schicht zum Hochspannungsanschluß hin wulstförmig, den Isolierkörper ringförmig umschließend oder bogenförmig ausgebildet ist und

die elektrisch durchschlagsfeste Auflage an dieser Stelle die größte Stärke aufweist.

Die Wandstärke der Keramik zwischen Innenbohrung und elektrisch leitfähiger Schicht muß dabei größer 1 mm betragen. Die Stärke der elektrisch durchschlagsfesten Auflage wird so bemessen, daß das entsprechende Standardmaß erreicht wird. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht und die durchschlagsfeste Auflage bzw. Auflagen

derart sind, daß die Zündkerze eine Überschlagsfestigkeit von 20 bis 4OkV hat.

Durch die erfindungsgemäßen Mittel wird eine Änderung der Feldstärkenverteilung erreicht. Di? elektrischen Feldkomponenten,

die parallel zur Oberfläche wirken und ursächlich für die Entstehung der Gleitentladungen verantwortlich sind, werden eliminiert.

Das vorher zwischen Anschlußstift und Gehäuse aufgebaute elektrische Feld wird durch die leitfähige Schicht, die auf demselben Potential wie das Gehäuse liegt, abgebaut. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die elektrische Überschlagsfestigkeit der Zündkerze bei gleicher Isolierkörperlänge

und unveränderten geometrischen Abmessungen wesentlich erhöht. Außerdem werden Gleit- bzw. Koronaentladungen auf der

Isolierkörperoberfläche stark vermindert und damit eine Quelle der Entstehung elektromagnetischer HF-Störspannungen

beseitigt.

Ausführungsbeispiel Ein Beispiel zur Realisierung der erfinderischen Lösung zeigt Abb. 1. Der Isolierkörper 1, hier in Schnittdarstellung, hat gemäß

der gewünschten Ausführungsform die Standardmaße. Innerhalb des Isolierkörperschaftes befindet sich die die Innenbohrung 2zylindrisch umgebende leitfähige Schicht 3. Die leitfähige Schicht kann beliebig ausgebildet sein. Es kann eine Metallschichtseien, die aufgedampft, gesplittert, gespritzt, aufgeschmolzen oder mit einem anderen Beschichtungsverfahren haftfestaufgebracht wird.

Ebenso geeignet sind Kohlenstoffschichten, leitfähige Gläser, leitfähige Glasuren, Dickschichtwiderstandspasten u. ä. Die Wandstärke der Keramik zwischen Innenbohrung 2 und der Schicht 3 ist größer 1 mm. Damit ist gewährleistet, daß die Durchschlagsfestigkeit wesentlich höher als die Überschlagsfestigkeit ist. Zur Vermeidung größerer Feldinhomogenitäten endet

diese elektrisch leitfähige Schicht 3 in Richtung des Hochspannungsanschlusses als Wulst 4, den Isolierkörper 2 ringförmigumschließend.

Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zum Gehäuse der Zündkerze besitzt die elektrisch leitende Schicht 3 einen

zugänglichen äußeren leitfähigen Schichtteil 5 innerhalb de* Zündkerzengehäuses.

Die die elektrisch leitende Schicht 3 umgebende elektrisch durchschlagsfeste Auflage besteht im günstigsten Fall aus demselben

keramischen Material wie der übrige Isolierkörper und ist daher nicht gesondert gekennzeichnet. Die keramische Masse kanndurch das Plasmastrahlspritzverfahren aufgebracht werden.

Durch gleiche elektrische, thermische und mechanische Parameter orgnben sich gute Funktionseigonschafton. Nach außen

werden durch die Dicke der durchschlagsfesten Auflage die Standardmaße und die äußoro Durchschlagsfestigkeit gewährleistet.

Es versteht sich von selbst, daß als durchschlagsfoste Auflage auch jode andoro geeignote Keramik mit entsprechend hoher

elektrischer Durchschlagsfestigkeit verwende; wordon kann.

Die Überschlagsfestigkeit einer Zündkerze mit einem Isolierkörper gemäß Abb. 1 steigt proportional der Gesamthöhe der

elektrisch leitfähigen Schicht 3.

Damit steigen aber auch die Hochspannungsanforderungen an die diese Schicht umgebende elektrisch durchschlagsfeste Auflage, insbesondere im Bereich der Wulst 4, so daß bei der Höhe der Schicht 3 ein Optimum besteht. Dio Gesamthöho der

elektrisch loitfähigen Schicht 3 ist hier so gewählt, daß sie etwa in der Höhe dos ungeriffelton Teils dos Isoliorkörperschaftosendet.'

Claims (8)

1. Zündkerze für Verbrennungsmotor, im wesentlichen bestehend aus einem koramischen Isolierkörper mit integriertem Anschlußstift und Mittelelektrode, einem Gehäuse mit Außenelektrode und einem elektrisch leitenden Verbindungskitt, gekennzeichnet dadurch, daß auf einem Teil des Zündkerzenisolierkörperschaftes eine mit einer ausreichend elektrisch durchschlagsfesten Auflage umgebene elektrisch leitfähige Schicht (3) aufgebracht ist, dio der so hergestellten Zündkerze eine Überschlap.festigkeit von wenigstens 2OkV verleiht.

2. Zündkerze nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die äußere Oberfläche des Isoliorkörperschaftes, ausgehend vom Gehäuse und mit diesem elektrisch leitend verbunden, in Richtung des Hochspannungsanschlusses bis maximal zur ersten Riffelung bzw. maximal zur Hälfte der Gesamtlänge des Isolierkörperschaftes mit einer von einer ausreichend elektrisch durchschlagsfesten Auflage umgebenen elektrisch leitfähigen Schicht (3) versehen ist.

3. Zündkerze nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch leitfähige Schicht (3) eine Metallschicht, eine Kohlenstoffschicht, eine leitfähige Glasschicht, eine leitfähige keramische Glasur oder eine Dickschichtwiderstandspaste ist.

4. Zündkerze nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch durchschlagsfeste Auflage eine in entsprechender Stärke aufgebrachte keramische Glasur bzw. eine keramische Masse ist, die mit einer herkömmlichen Glasur überzogen wird.

5. Zündkerze nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Abschluß der elektrisch leitfähigen Schicht (3) zum Hochspannungsanschluß hin wulstförmig (4), den Isolierkörper (1) ringförmig umschließend oder bogenförmig ausgebildet ist und die elektrisch durchschlagsfesto Auflage an dieser Stelle die größte Stärke aufweist.

6. Zündkerze nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandstärke der Keramik zwischen Innenbohrung (2) und elektrisch leitfähiger Schicht (3) größer 1 mm ist und die Stärke der elektrisch durchschlagsfesten Auflage so ist, daß das entsprechende Standardmaß erreicht wird.

7. Zündkerze nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht (3) und die durchschlagsfeste Auflage derart sind, daß die Zündkerze eine Überschlagsfestigkeit von 20 bis 4OkV hat.

8. Zündkerze nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht (3) und die durchschlagsfesten Auflagen derart sind, daß die Zündkerze eine Überschlagsfestigkeit von 20 bis 4OkV hat.