DE1811108C

DE1811108C - spark plug

Info

Publication number: DE1811108C
Authority: DE
Inventors: Harvey Allan Warren Massoll Richard Earl Flint Mich Burley (V St A)
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Publication date: 1971-05-27

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Zündkerze mit Stirnfläche des Halbleiterkörpers Mttnjmi, Ebenso einem metallenen ZündkörzengehiUiae und einer an ist ein Überschlag duroh ^d?n Halb eiterkörper bo dessen einem Ende befestigten Masaeelektrode und hohen Maschinenleistungen nicht möglich. D a; hierbei einer In einer Bohrung des Isolators angeordneten auftretenden höheren Drücke bewirken ledig ich eine Mittelolektrode, die mit der Masseelektrode eine Luft- 5 etwas längere Überschlagszeit an der Uloiirunken. funkenstrecke bildet, sowie mit einer isolierenden strecke, bevor die Überschlagspannung an der Luft-Buchse zwischen Mlttelelektrodo und Zündkerzenge- funkenstrecke erreicht ist, de dann das einwandfreie häuse, entlang deren Oberfläche eine parallel zur Luft- Zünden des Oemischs veranlaßt,
funkenstrecke geschaltete Gleitfunkenstrecke verlauft. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist yorge-The invention relates to a spark plug with the end face of the semiconductor body Mttnjmi, also a metal ZündkörzengehiUiae and one on the semiconductor body n bo one end attached Masaeelektrode and high production rates is a rollover duroh ^d? Impossible. There; The higher pressures occurring in a bore in the insulator only produce a central electrode, which, together with the ground electrode, creates a somewhat longer flashover time at the tube. spark gap forms, as well as with an insulating section, before the flashover voltage at the air socket between Mlttelelectrodo and spark plug spark gap is reached, de then the perfect housing, along the surface of which causes a parallel to the air ignition of the Oemisch,
spark gap switched sliding spark gap runs. In a further embodiment of the invention, yorge-

Bei einer Zündkerze dieser Art (britische Patent- « sehen, daß die Gleitfunkenstrecke eine Länge zwischen schrift 714 447) arbeitet normalerweise nur die Funken- etwa 0,03 und 0,5 mm aufweist. Ferner it es zweckstreckc, bei der der Überschlag längs der Oberfläche mäßig, wenn die Länge der Oberfläche des Halbleiterder Buchse erfolgt. Nur wenn infolge zu hohen Wider- körpers zwischen dem ZUndkerzengehäuse und der stands das Zünden in dieser Gleitfunkenstrecke nicht isolierenden Buchse größer als die Länge der Funkeneintritt, erfolgt ein Überschlag bei einer höheren »5 strecke zwischen der Mitte elektrode und der Masse-Spannung an der Luftfunkenstrecke zwischen der elektrode ist. Vorteilhaft bilden die Enden der Mittel-Mittel- und Masseelektrode. Beide Funkenstrecken elektrode, der isolierenden Buchse und des Halbleitersind so weit voneinander entfernt, daß sie sich gegen- körpers eine ebene Fläche,
seitig nicht beeinflussen können. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel derWith a spark plug of this type (British patent - see that the sliding spark gap has a length between 714 447) normally only the spark has about 0.03 and 0.5 mm. Further, it is appropriate that the flashover along the surface is moderate when the length of the surface of the semiconductor socket is made. Only if, due to the high resistance between the spark plug housing and the socket, which does not isolate the ignition in this sliding spark gap, is greater than the length of the spark inlet, a flashover occurs at a higher distance between the center electrode and the ground voltage at the air spark gap between the electrode is. The ends of the central, central and ground electrodes advantageously form. Both spark gap electrode, the insulating socket and the semiconductor are so far apart that they face a flat surface
can not influence either side. In the drawing is an embodiment of the

Da der Überschlag in der Gleitfunkenstrecke längs ao Erfindung dargestellt. Es zeigtSince the flashover in the sliding spark gap is shown along ao invention. It shows

der Oberflüche der Buchse erfolgt, wirkt diese Ober- F i g. 1 eine zum Teil geschnittene Seitenansichtthe surface of the socket takes place, this surface acts. 1 is a partially sectioned side view

fläche im Sinne eines Löschens des Flammenkerns des der neuen Zündkerze undarea in the sense of extinguishing the flame core of the new spark plug and

gezündeten Gemischs. Diese Wirkung ist besonders F i 3. 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1.
bei magerem Gemisch nachteilig, da die kritische Die Zündkerze 10 hat ein übliches äußeres Ziind-Größe des Flammenkerns zur selbsttätigen Aufrecht- 25 kerzengehäuse 12 aus Metall, an dessen unterem Ende erhaltung der Verbrennung unterschritten werden eine Masseelektrode 14 angeschweißt ist. In dem Zündkann, so daß die Zündkerze, insbesondere beim Ein- kerzengehäuse 12 ist ein Isolator 16 befestigt, der satz in modernen Viertaktmaschinen, auf Fehlzün- zweckmäßig aus einem Werkstoff mit mehr als 85°/,, düngen anfällig ist. Der dauernde Überschlag längs Aluminiumoxyd besteht. Der Isolator 16 enthält eine der Oberfläche der Buchse bedingt an dieser ferner 3° zentrale Bohrung 18.ignited mixture. This effect is particularly evident in FIG. 3. 2 is an enlarged section from FIG. 1.
This is disadvantageous in the case of a lean mixture, since the critical The spark plug 10 has the usual external ignition size of the flame core for an automatic upright candle housing 12 made of metal, at the lower end of which the combustion remains below a ground electrode 14 is welded. An insulator 16 is fastened in the ignition so that the spark plug, in particular in the case of the plug housing 12, is susceptible to misfiring, preferably made of a material with more than 85% fertilization. The permanent flashover along aluminum oxide exists. The insulator 16 contains a bore 18 which is also 3 ° central to the surface of the bushing.

Erosion, wodurch die Lebenszeit der Zündkerze ge- Am unteren Ende des Zündkerzengehäuses 12 istErosion, as a result of which the life of the spark plug is reduced

mindert wird. Diese Erosion führt zur Bildung von ein Körper 20 aus Halbleiterwerkstoff eingesetzt, deris reduced. This erosion leads to the formation of a body 20 made of semiconductor material, which

engen Nuten in der Oberfläche, die sich zwischen bei- gegen die untere Fläche 21 des Isolators anliegt. Dernarrow grooves in the surface that rests between both against the lower surface 21 of the insulator. the

den Elektroden erstrecken. Diese vertiefen sich im Körper 20 enthält eine zentrale Bohrung 22, die kon-extend the electrodes. These deepen in the body 20 contains a central bore 22 which con -

Lauf der Zeit und erschweren dann das Zünden des 35 zentrisch zu der zentralen Bohrung 18 des IsolatorsOver time and then make it difficult to ignite the 35 centric to the central bore 18 of the insulator

Gemischs. Ferner verlagert sich bei hoher Maschinen- liegt. Der Malbleiterwerkstoff weist einen spezifischenMixture. It also shifts when the machine is high. The conductor material has a specific

leistung der Überschlag von der Oberfläche fort in das Widerstand zwischen 10^s und 10" Ohm/cm beiperformance of the flashover away from the surface in the resistance between 10 ^s and 10 "ohms / cm

Innere der Buchse, wodurch Fehlzündungen unver- 3000 Volt auf; geringere Werte würden bei AuftretenInside the socket, causing misfires to occur un- 3000 volts; lower values would occur if

meidlich sind. der Zündspannung zu große Energieverluste bedingen.are avoidable. the ignition voltage cause excessive energy losses.

Der Windung liegt die Aufgabe zugrunde, diese 4° Die Durehbruchsspannung des HalbleiterwerkstoffesThe winding is based on the task of this 4 ° The breakdown stress of the semiconductor material

Nachteile zu überwinden und geht \.n- ά~<. Erkenntnis sollte oberhalb 20 kV je cm liegen, da geringere WerteTo overcome disadvantages and goes \ .n- ά ~ <. Knowledge should be above 20 kV per cm, since lower values

,., >, c!:i0 ,lußer Jr '· ,■,liehen Ausbildung der Zünd- zu einer /u frühen Zerstörung des Hulbieiterwerk-,.,>, c!: i0, luder Jr '· , ■, lent training of the ignition to an early destruction of the Hulbieiterwerk-

kerze auch deren Arbeitsprinzip abgeändert werden stoffes an seiner Oberfläche führen würden. Für dieCandle whose working principle would be modified would lead to substance on its surface. For the

muß. Erfindung sind Halbleiterwerkstoffe verwendbar, diegot to. Invention semiconductor materials can be used that

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 45 bereits bei Niederspannungszündkerzen Verwendung löst, daß zwischen der genannten Buchse und dem finden, sofern sie die oben angegebenen Werte er-Zündkerzengehäuse ein Halbleiterkörper mit einem füllen. Zusätzlich können auch Widerstandswerkspezifischen Widerstand von 10⁶ bis 10" Ohm/cm bei stoffe oder kombinierte Körper aus Halbleiter- und 3000 Volt angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen Widerstandswerkstoffen verwendet werden, sofern sie der Mittelelcktrode und der Masseelektrode die Haupt- 50 die angegebenen Voraussetzungen erfüllen,
funkenstrecke (Luftfunkenstrecke) und der Spalt Die zentrale Bohrung 18 des Isolators 16 und die zwischen der Mittelelektrode und dem Halbleiterkör- zentrale Bohrung 22 des Körpers 20 dienen der Aufper eine als Auslösefunkenstrecke wirkende Gleit- nähme einer Mittelelektrode 24. Im Bereich des Körfunkenstrecke ist, die so bemessen ist, daß bei Anlegen pers 20 ist die Mittelelektrode 24 von einer elektrisch der Zündspannung zunächst ein Überschlag nur an der 55 isolierenden Buchse 26 umgeben. Die isolierende Gleitfunkenstrecke erfolgt, der das Brennstoff-Luft-Ge- Buchse 26 besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff misch im Bereich der Luftfunkenstrecke, wie an sich hohen Aluminiiimoxydgehalts ähnlich dem Werkstoff bekannt, ionisiert und damit in dieser die Überschlag- des Isolators 16.
spannung herabsetzt. . Durch die isolierende Buchse 26 ist die Mittelelek-This object is achieved according to the invention in that even low-voltage spark plugs are used in that a semiconductor body is found between the named socket and the spark plug housing, provided that the values given above are filled with a semiconductor body. In addition, resistance work- ^{specific resistance of 10 6} to 10 "ohm / cm can be arranged for substances or combined bodies made of semiconductors and 3000 volts, the gap between resistance materials being used, provided that the central electrode and the ground electrode meet the main requirements fulfill,
Spark gap (air spark gap) and the gap The central bore 18 of the insulator 16 and the central bore 22 of the body 20 between the center electrode and the semiconductor body serve to open a center electrode 24 that acts as a trigger spark gap is dimensioned so that when applying pers 20, the center electrode 24 is surrounded by an electrical ignition voltage, initially a flashover only at the 55 insulating bushing 26. The insulating sliding spark gap takes place, which ionizes the fuel-air socket 26 preferably from a mixed material in the area of the air spark gap, as is known per se with a high aluminum oxide content similar to the material, and thus ionizes the flashover of the insulator 16 in this.
voltage decreases. . Through the insulating socket 26, the central elec-

Der das Gemisch zündende Überschlag erfolgt 60 trode24 von dem Halbleiterkörper 20 isoliert. Die zwischen der Mittel- und Masseelektrode wie bei üb- Mittelelektrode 24 ist gegen die zentrale Bohrung 18 liehen Zündkerzen und mit Abstand von der Ober- des Isolators durch eine Glasmasse 27 luftdicht abgeflächc des Halbleiterkörpers, so daß eine den Flammen- dichtet. Die untere Stirnfläche 29 der isolierenden kern verringernde Kühlwirkung nicht eintritt. Der Buchse 26 und die untere Stirnfläche 28 der Mittel-Überschlag von der Mittelelektrode zum Halbleiter- 65 elektrode 24 sowie die untere Fläche 30 des Körpers20 körper erfolgt nicht längs der Oberfläche des Halb- liegen zweckmäßig in einer Ebene. Zwischen den leiterkörpers, so daO diese nicht der Erosion unterliegt. Flächen 28 der Mittelelektrode 24 und der Fläche 30 Diese kann lediglich in geringfügigem Ausmaße an der des Körpers 20 ist hierdurch eine schmale Neben-The flashover which ignites the mixture takes place in an insulated manner from the semiconductor body 20. the between the central and ground electrodes as in the case of the central electrode 24 is against the central bore 18 borrowed spark plugs and at a distance from the upper surface of the insulator by a glass mass 27 airtight of the semiconductor body, so that one seals the flame. The lower end face 29 of the insulating core-reducing cooling effect does not occur. The socket 26 and the lower end face 28 of the central flap from the center electrode to the semiconductor 65 electrode 24 and the lower surface 30 of the body 20 body does not take place along the surface of the half-lying expediently in one plane. Between conductor body, so that it is not subject to erosion. Areas 28 of the center electrode 24 and the area 30 This can only to a small extent on that of the body 20 is a narrow side

funkenstrecke (Qleltfunkenstrecko) gebildet, deren LAn₈O zwischen etwa 0,03 und 0,5 mSι betrögt. B n2spark gap (Qleltfunkenstrecko) formed, the LAn ₈ O between about 0.03 and 0.5 mSι amounts to. B n2

wobei die Länge üblicherweise auf Grund der jeweiligthe length usually due to the respective

ESiv^M8i^tl8Stin Betriebsverhältnisse wif S beispielsweise Verschmutzung, Anlassen bei Uber- ESiv ^M8 i ^tl8Stin operating conditions wif S e.g. contamination, starting when over-

ÄEeSr^{Cr Od}?^{r K}K^ftltStJrt gevvühltwird Durch nt" rÄ ^{g an}'^{der N6b0}"f««kenstr_ecke wird die ίί T!"!'^ ²^^{schen der} Mittelelektrode 24 tf_nJ t ηΆ°?° ^{M wese}»^ch verringert. Die to Längs der Oberfläche des Körpers 20 zwischen der isol erenden Buchse 26 und dem Zündkerzengehäuse 12 sollte größer sein als die Länge der Hauptfunkenstrecke zwischen der Stirnfläche 28 der Mittelelektrode 24 und der Fläche 32 der Masseelektrode R t₅ Hierdurch kann in Verbindung mit dem ausreichenden spezifischen Widerstand des Halbleiterwerkstoffes der Überschlagen der Hauptfunkenstrecke eher erfolgen als längs der Oberfläche des Halbleiterkörpers 20 Diese Oberfläche des Halbleiterkörpers unterliegt ao daher nicht der Erosion, wodurch die Lebenszeit der Zündkerze beträchtlich erhöht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch den mangelnden Überschlag an dieser Oberfläche deren Kühlwirkung auf den kleinen Flammenkern des gezündeten Gemischs a₅ ausgeschaltet ist, wodurch die Zündung begünstigt wird.ÄEeSr ^{Cr Od} ? ^{r K} K ^ftltStJrt gevvühltwird By nt "rÄ ^{g of} ^{'the N6b0"} f "" kenstr _e bridge is the ίί T "!' ^ ² ^ ^{rule of the} center electrode 24 tf _n J t ηΆ °? ° ^{M Wese"} ^ ch reduced The length of the surface of the body 20 between the insulating bushing 26 and the spark plug housing 12 should be greater than the length of the main spark gap between the end face 28 of the center electrode 24 and the face 32 of the ground electrode R t ₅ resistivity of the semiconductor material of the flashover of the main spark gap occurs sooner than along the surface of the semiconductor body 20. This surface of the semiconductor body is therefore not subject to erosion, which considerably increases the service life of the spark plug Surface whose cooling effect on the small flame core of the ignited mixture a _{5 is} switched off, whereby the ignition is favored.

Die Hauptfunkenstrecke beträgt etwa 0,9 mm und wird je nach den besonderen Betriebsbedingungen der Maschine gewählt. Eine kurze Funkenstrecke ist gunstig zum Zünden normaler Gemische, während eine große Funkenstrecke eine bessere Zündung bei armen oder überreicherten Gemischen ergibt. Die Zündkerze nach der Erfindung kann in eine gegenüber üblichen Zündanlagen abgewandelte Zündanlage eingegliedert werden. Übliche Zündanlagen enthalten eine Zündspule mit einem Windungsverhältnis von 100 : 1 und einer Leistung von 28 kV. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Zündkerze kann eine Spule mit ei.itm Windungsverhältnis von 30 : 1 verwendet werden, die eine Leistung von etwa 8 kV liefert.The main spark gap is about 0.9 mm and is depending on the particular operating conditions of the Machine chosen. A short spark gap is convenient for igniting normal mixtures while a large spark gap gives better ignition in poor or over-enriched mixtures. the Spark plug according to the invention can be incorporated into an ignition system that is modified from conventional ignition systems will. Conventional ignition systems contain an ignition coil with a turns ratio of 100: 1 and an output of 28 kV. When using a spark plug according to the invention, a coil used with a winding ratio of 30: 1 that delivers a power of about 8 kV.

Wird diese Spannung der Zündkerze zugyL:^;, „υ veranlagt sie den Überschlag an der Gleitfunkenstrecke, der eine ausreichende Zeit anhält, um das Brennstoff-Luft-Gemisch im Bereich der Hauptfunkenstrecke zu ionisieren. Hierdurch wird die zum Überschlag in der Hauptfunkenstrecke notwendige Spannung verringert. Es ist daher die bei üblichen Zündkerzen notwendige Zündspannung von 24 bis 28 kV nicht erforderlich, da infolge des lonlsiercns des Gases im Bereich der Hauptfunkonstreeke ein Überschlag mit Spannungen zwischen 2 bis 6 oder 7 kV jo nach den Betriebsbedingungen der Maschine und dem Druck in der Brennkammer erfolgt. If this voltage is added to the spark plug, it causes flashover at the sliding spark gap, which lasts a sufficient time to ionize the fuel-air mixture in the area of the main spark gap. This reduces the voltage required for flashover in the main spark gap. The ignition voltage of 24 to 28 kV required for conventional spark plugs is therefore not required, as the gas ionization in the area of the main function causes a flashover with voltages between 2 to 6 or 7 kV depending on the operating conditions of the machine and the pressure in the Combustion chamber takes place.

Claims

Patent claims:

1. Spark plug with a metal spark plug housing and a ground electrode attached to one end thereof and a center electrode arranged in a bore in the insulator, which forms an air functon path with the ground electrode, as well as an insulating socket between the center electrode and the spark plug housing the surface of which runs a sliding spark gap connected parallel to the air spark gap, characterized in that a semiconductor body (20) with a specific resistance of 10 ⁵ to 10 "ohms / cm at 3000 Volt is arranged, the gap between the center electrode (24) and the ground electrode (14) being the main spark gap (air spark gap) and the gap between the center electrode and the semiconductor body (20) being a sliding spark gap acting as a triggering spark gap, which is dimensioned such that at Applying the ignition voltage initially only causes a flashover at the sliding spark gap e takes place, which ionizes the fuel-air mixture in the area of the air spark gap (as is known per se) and thus reduces the flashover voltage in this,

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the Gielifunkjnstreckc a length between about δ.03 and 0.5 mm.

3. Spark plug nu; h claim L or 2, characterized in that the length of the surface of the semiconductor body * (2ft) / wipe the Z ^; ind '"er /»; n housing (12) and de Uolicci.di-'n BkIi.c (26) is greater than the length of the spark gap between the center electrode (24) and the ground electrode (14).

4. Spark plug according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ends of the central electrode (24), the insulating bushing (26) and the semiconductor body (20) form a flat surface

1 sheet of drawings