DE102004033880A1

DE102004033880A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004033880A1
Application number: DE200410033880
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner
Original assignee: Beru AG
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: DE102004033880B4

Abstract

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper (1), einem im Zündkerzenkörper angeordneten Isolator (2), einer im Isolator vorgesehenen Mittelelektrode (3) und einer als Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode (4). DOLLAR A An der Mittelelektrode (3) und vorzugsweise auch an der Dachelektrode (4) sind Edelmetallarmierungen (5, 6) vorgesehen, die aus ring- oder rohrförmigen Abschnitten bestehen, deren innere Bohrung nicht ausgefüllt ist. Die ring- oder rohrförmigen Edelmetallarmierungen (5, 6) sind auf die Stirnseite der Mittelelektrode (3) und die gegenüberliegende Fläche der Dachelektrode (4) aufgesetzt und bilden aufgrund ihrer Kanten ein inhomogenes elektrisches Feld aus, das den Spannungsbedarf zur Erzeugung eines Zündfunkens herabsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, einem im Zündkerzenkörper angeordneten Isolator, einer im Isolator vorgesehenen Mittelelektrode und einer als Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode, die am Zündkerzenkörper angebracht ist, wobei wenigstens die Mittelelektrode mit einer Edelmetallarmierung versehen ist.

Eine derartige Zündkerze ist aus der DE 196 23 795 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Zündkerze besteht die Edelmetallarmierung aus einem massiven Plättchen aus einer Iridium- Rhodium-Legierung, das von der Stirnseite der Mittelelektrode vorsteht bzw. auf der gegenüberliegenden Unterfläche der Dachelektrode aufliegt. Zwischen diesen beiden Plättchen ist ein Zündfunkenspalt gebildet.

Aus der EP 0765017 B1 ist es weiterhin bekannt, bei einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine am Außenumfang der Spitze der Mittelelektrode eine ringförmige Edelmetallarmierung vorzusehen, die die Spitze der Mittelelektrode umgibt.

Hülsenartige oder ringartige Edelmetalleinsätze an der Mittelelektrode von Zündkerzen für eine Brennkraftmaschine sind weiterhin aus der EP 1005126 B1 und der EP 0859436 B1 bekannt.

Bei den bekannten Zündkerzen verlaufen aufgrund der sich plattenartig gegenüberliegenden planen Elektroden die elektrischen Feldlinien so, dass sich ein homogenes elektrisches Feld ergibt. Das führt zu einem erhöhten Spannungsbedarf zum Erzeugen eines Zündfunkens. Zündkerzen mit derartigen planen Elektroden, bei denen ein homogenes elektrisches Feld entsteht, haben nämlich bei gleichem Elektrodenabstand einen höheren Spannungsbedarf als nicht plane Elektroden, beispielsweise Elektroden mit Spitzen, die ein inhomogenes Feld bilden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gleichem Elektrodenabstand einen geringeren Spannungsbedarf hat.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Anspruch 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze bestehen aufgrund der Ausbildung der Edelmetallarmierungen in Form eines Ringes oder Rohrabschnittes dessen Innenraum nicht mit Material gefüllt ist, Kanten an der Ringvorderseite außen und innen jeweils, so dass sie aufgrund der Kantenwirkung des oder der Ringe ein in homogenes Feld bilden, das den Spannungsbedarf, d. h. die Ansprechspannung zur Funkenbildung herabsetzt.

Bisher war es üblich, zur Erhöhung der Lebensdauer von Zündkerzen an den Funkenaustritts- bzw. Funkenauftrittsflächen der Mittelelektrode und der Körperelektrode abbrandfeste hochtemperaturfeste Werkstoffe vorzusehen, um die Elektroden zu verstärken. Es wurden insbesondere an den Körper- und Mittelelektroden Edelmetallarmierungen aus Platin, Platinlegierungen sowie Iridiumlegierungen vorgesehen. Diese Edelmetallarmierungen hatten die Form von Plättchen, Scheiben, Vierkantdrähten, Kugeln, zylindrischen Drähten usw. Derartige Edelmetallarmierungen sind besonders bei Industriezündkerzen mit großen Funkenaustrittsflächen zur Erreichung der geforderten Lebensdauer notwendig.

Edelmetallarmierungen an Mittel- und Körperelektroden mit großen Funkenaustrittsflächen ergeben bei planer Ausbildung jedoch Funkenstrecken mit dem geometrischen Bild eines von zwei Platten begrenzten Entladeraumes. Diese plattenförmige Geometrie hat den Vorzug eines homogenen elektrischen Feldes mit gleichmäßiger Verteilung der Äquipotentiallinien, führt jedoch zu einem Spannungsbedarf bis zur Überschlagsspannung, der höher als bei nicht planen Ausbildungen, d. h. Ausbildungen der Entladestrecke ist, die von nicht planen Flächen begrenzt ist. Der Grund dafür besteht darin, dass die Ionisierung bevorzugt immer an den Stellen der höchsten Feldstärke, also im Bereich stark inhomogener Felder einsetzt, wobei scharfe Kanten inhomogene Felder bewirken und daher für einen niedrigeren Spannungsbedarf für die Ausbildung eines Funkens sorgen.

Da die erfindungsgemäße Zündkerze geometrische so ausgebildet ist, dass scharfe Kanten an der Edelmetallarmierung vorliegen, ergeben sich inhomogene Felder und wird somit der Wert der Überschlagsspannung gegenüber plattenförmigen Elektroden deutlich verringert. Es stellen sich somit an der Funkenaustrittsfläche und/oder der Funkenauftrittsfläche inhomogene elektrische Felder ein, die den Spannungsbedarf herabsetzen.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.

Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zündkerze näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Schnittansicht des brennraumseitigen Teils eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze und
2 eine Querschnittsansicht des brennraumseitigen Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze.
Wie es in 1 dargestellt ist, besteht eine Zündkerze üblicherweise aus einem metallischen Körper 1, einem keramischen Isolator 2, einer Mittelelektrode 3 und einer dachförmig angeordneten oder als Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode 4. Die Mittelelektrode 3 ist gegenüber dem Körper 1 durch den Isolator 2 isoliert.
An der Mittelelektrode 3 ist eine Edelmetallarmierung 5 angebracht, die mit einer an der Körperelektrode 4 angebrachten weiteren Edelmetallarmierung 6 eine Entladungsstrecke bildet.
Die Edelmetallarmierungen 5 und 6 sind in Form von Ringen oder Rohrabschnitten ausgebildet, die innen nicht ausgefüllt sind und auf die Stirnfläche der Mittelelektrode 3 sowie auf die gegenüberliegende Außenfläche der Körperelektrode 4 aufge setzt sind. Zwischen den Edelmetallarmierungen 5 und 6 ist der Zündentladungsspalt gebildet.
Aufgrund der geometrischen Ausbildung der Edelmetallarmierungen 5 und 6 liegen Kanten oder Spitzen an der Vorderseite des Ringes oder Rohrabschnittes und zwar sowohl außen als auch innen vor.
Die Edelmetallarmierungen 5, 6 haben einen Außendurchmesser von vorzugsweise 1 bis 3 mm, einen Innendurchmesser von vorzugsweise 0,4 bis 1,5 mm und eine Dicke von vorzugsweise 0,6 bis 1,5 mm.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze, das im Grundaufbau dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei die Mittelelektrode abweichend davon eine zündseitige Verjüngung 7 aufweist und die Edelmetallarmierung in Form eines kanülenartigen Rohrabschnittes, d. h. eines langgestreckten zylindrischen Bauteils 8 mit Innenbohrung ausgebildet ist. Die Edelmetallkanüle 8 hat einen Außendurchmesser von vorzugsweise 0,4 bis 1,2 mm, einen Innendurchmesser von 0,2 bis 0,6 mm und eine Länge von vorzugsweise 0,5 bis 1,2 mm.
Die Edelmetallarmierungen 5, 6 und die Edelmetallkanüle 8 können bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen aus Platin, einer Platinlegierung, aus Iridium oder einer Iridiumlegierung gebildet sein.
Wie es weiterhin in den 1 und 2 dargestellt ist kann zwischen der Mittel- und/oder der Körperelektrode 3, 4, die üblicherweise aus einer Nickelbasislegierung bestehen, und der ring- oder rohrförmigen Edelmetallarmierung 5, 6 ein Legierungsbereich 9 ausgebildet sein, der mittels Wärmeeintrag gebildet ist. Eine derartige Legierung kann auch zwischen der Nickelbasislegierung der verjüngten Mittelelektrode und der Edelmetallkanüle 8 gemäß 2 gebildet sein. Dieser Wärme eintrag kann mittels Laserschweißung erfolgt sein, wobei vorzugsweise für das Laserschweißverfahren ein cw-Laser verwandt wird.
Eine Zündkerze mit der oben beschriebenen Elektrodenausgestaltung mit ringförmigen Edelmetallarmierungen aus Iridium-Rhodium 90/10 wurde versuchsweise in einem Gasmotor betrieben. Dabei stellte es sich heraus, dass der Spannungsbedarf gegenüber Zündkerzen gleicher Art jedoch mit plättchenförmigen Iridium-Rhodium-Armierungen um 4 kV niedriger war.
Die erfindungsgemäße Zündkerze zeigt somit einen niedrigeren Spannungsbedarf und hat darüber hinaus eine hohe Lebensdauer.

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, einem im Zündkerzenkörper angeordneten Isolator, einer im Isolator vorgesehenen Mittelelektrode und einer als Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode, die am Zündkerzenkörper angebracht ist, wobei wenigstens die Mittelelektrode mit einer Edelmetallarmierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierung (5, 8) aus einem ring- oder rohrförmigen Element besteht, das auf die Stirnfläche der Mittelelektrode aufgesetzt ist, wobei zwischen der Edelmetallarmierung der Mittelelektrode und der Dachelektrode eine Funkenentladestrecke gebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachelektrode mit einer Edelmetallarmierung (6) aus einem ring- oder rohrförmigen Element versehen ist, das auf die der Mittelelektrode gegenüberliegenden Außenfläche der Dachelektrode aufgesetzt ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode eine zündseitige Verjüngung aufweist und die Edelmetallarmierung (8) aus einem rohrförmigen Element in Form einer Kanüle besteht.
Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierung (5, 6, 8) aus Iridium oder aus einer Iridiumlegierung besteht.
Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierung (5, 6, 8) aus Platin oder einer Platinlegierung besteht.
Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierung (5, 6, 8) aus einer Iridium/Rhodiumlegierung mit einem Rhodiumanteil von 1 bis 40 besteht.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Legierungsbereich (9), der zwischen der Edelmetallarmierung (5, 6, 8) und dem Basismetall der jeweiligen Elektrode gebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsbereich durch Wärmeeintrag gebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeeintrag mittels Laserschweißung erfolgt ist.
Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweißung mittels eines cw-Lasers erfolgt ist.