DE19627524A1

DE19627524A1 - Sparking plug for use on fuel-injected IC engines

Info

Publication number: DE19627524A1
Application number: DE1996127524
Authority: DE
Inventors: Walter Benedikt; Werner Dr Herden; Winfried Dr Moser; Manfred Stuerz; Nikolaus Dr Simon; Stefan Dr Kampmann; Dietrich Trachte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-15

Abstract

The fuel injector valve 10 of an IC engine has a nozzle that emits a diverging spray 13 into the combustion chamber. The nozzle is positioned at an angle relative to a spark plug 11. The tip of the spark plug has a centre electrode 15 and an earthing electrode 17 that is formed as pins on a shielding element 14 that prevents direct impingement of the air fuel mixture on the electrodes.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze zur Anordnung im Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Entzünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch diese Zündkerze. Eine solche Zündkerze besteht aus einem metallischen, rohrförmigen Gehäuse, in welchem ein keramischer Isolator eingebettet ist. Der Isolator hat eine Durchgangsbohrung und hält an seinem brennraumseitigen Ende die Mittelelektrode. Auf der brennraumfernen Seite nimmt der Isolator den Anschlußbolzen auf, welcher im Isolator mit einer leitfähigen Glasschmelze, die die leitende Verbindung zur Mittelelektrode darstellt, gasdicht eingeschmolzen. Er besitzt an dem aus Isolator herausragenden Ende ein Gewinde, in welches der Anschlußstecker der Zündleitung einrastet. Am brennraumseitigen Ende sind weiterhin Masseelektroden befestigt, die vorwiegend einen rechteckigen Querschnitt haben. Bei den Zündkerzen gibt es unterschiedliche Masseelektrodenabmessungen, sowie unterschiedliche Anzahl von Masseelektroden. Ein stärkeres Masseelektroden-Profil sowie Mehrfach-Masseelektroden erhöhen die Standzeit der Zündkerzen. Da die Elektrodenform Einfluß auf das Wärmeableitvermögen, die Gemischtzugänglichkeit, die Verschleißfestigkeit und den Zündspannungsbedarf hat, wird die Elektrodenform häufig abhängig von der Art der Funkenstrecke und der Funkenlage festgelegt.The invention relates to a spark plug for arrangement in the Combustion chamber of an internal combustion engine and for igniting the Air-fuel mixture through this spark plug. Such Spark plug consists of a metallic, tubular Housing in which a ceramic insulator is embedded is. The insulator has a through hole and stops the center electrode at its combustion chamber end. On the The insulator takes the connector bolt away from the combustion chamber which in the insulator with a conductive glass melt, which represents the conductive connection to the center electrode, sealed gas-tight. He owns the insulator protruding end a thread in which the Ignition cable connector snaps into place. At the The combustion chamber end continues to be ground electrodes attached, which is predominantly a rectangular cross-section to have. There are different types of spark plugs Earth electrode dimensions, as well as different number of Ground electrodes. A stronger ground electrode profile as well Multiple ground electrodes increase the service life of the Spark plugs. Since the shape of the electrodes influences the Heat dissipation, the mixed accessibility, the Wear resistance and the ignition voltage requirement will the electrode shape often depends on the type of Spark gap and the spark position set.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den herkömmlichen Zündkerzen den Vorteil, daß durch das Anbringen von Abschirmungen und eine entsprechende Gestaltung dieser Abschirmungen, eine Strömungsbeeinflussung des eingespritzten Kraftstoffes erreicht wird bzw. daß das Kraftstoff-Luft-Gemische nicht direkt au die Elektroden der Zündkerze auftrifft. So kann der Zündfunkenbereich der Zündkerze und die Gasbewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches so korreliert werden, daß die Zündfunkenbildung und die Flammkernbildung gewährleistet ist.The spark plug according to the invention with the features of The main claim compared to conventional spark plugs the advantage that by attaching shields and an appropriate design of these shields, a Influencing the flow of the injected fuel is achieved or that the fuel-air mixture is not strikes the electrodes of the spark plug directly. So can the spark area of the spark plug and the gas movement of the Air-fuel mixture are correlated so that the Spark formation and flame core formation guaranteed is.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Anbringung von Abschirmungen an dem Gehäuse der Zündkerze Kraftstoff in flüssiger Form von der Zündstelle und damit von den Elektroden und vom Isolator ferngehalten wird. Das hat den Vorteil, daß kein flüssiger Kraftstoff verkokt. Es können keine Rußbrücken entstehen und Kurzschlusse werden vermieden. Letztendlich bietet das gezielte Hineinlegen des Funkenbereichs in einem Bereich des Brennraums, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches einen Wert aufweist, der für eine sehr gute Entzündung des Gemisches sorgt, den Vorteil, daß der Zündfunke und der Flammkern mit größter Wahrscheinlichkeit entstehen. By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified spark plug possible. Especially it is advantageous that by attaching shields on the housing of the spark plug fuel in liquid form from the ignition point and thus from the electrodes and from Isolator is kept away. This has the advantage that none liquid fuel coked. There can be no soot bridges arise and short circuits are avoided. At long last offers the targeted insertion of the spark area in one Area of the combustion chamber in which the Flow rate of the fuel-air mixture one Value that is for a very good inflammation of the Mixture provides the advantage that the spark and the Flame core is most likely to arise.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are in the drawing shown and in the following description explained. Show it

Fig. 1 schematisch die Zuordnung eines Einspritzventils und einer Zündkerze mit Abschirmungen für eine Gemischumlenkung, Fig. 2 schematische die Zuordnung eines Einspritzventils und einer Zündkerze mit Abschirmungen, Fig. 3a die Seitenansicht des Elektrodenbereiches mit einer ersten Form einer Abschirmung, Fig. 3b bis 3e den Elektrodenbereich aus Fig. 3a in Draufsicht mit verschiedenen Winkeln der Abschirmplatten, Fig. 4a die Seitenansicht des Elektrodenbereiches mit einer zweiten Form einer Abschirmung, Fig. 4b bis 4e den Elektrodenbereich aus Fig. 4a in Draufsicht mit verschiedenen Winkeln der Abschirmplatten, Fig. 5a die Seitenansicht des Elektrodenbereiches mit einer dritten Form einer Abschirmung, Fig. 5b bis 5e den Elektrodenbereich aus Fig. 5a in Draufsicht mit verschiedenen Winkeln der Abschirmplatten. Fig. 1 schematically the assignment of an injection valve and a spark plug with shields for a mixture deflection, Fig. 2 schematic the assignment of an injection valve and a spark plug with shields, Fig. 3a shows the side view of the electrode area with a first form of shield, Fig. 3b to 3e the electrode area of Fig. 3a in plan view, with different angles of the shield plates, Fig. 4a is a side view of the electrode portion with a second shape of a shield, FIG. 4b to 4e the electrode portion of Fig. 4a in plan view, with different angles of the shield plates, Fig. 5a the side view of the electrode area with a third form of shield, Fig. 5b to 5e the electrode area of Fig. 5a in plan view with different angles of the shielding plates.

Description of the embodiments

Fig. 1 zeigt schematisch ein Einspritzventil 10 und eine Zündkerze 11, wie sie in einem nicht dargestellten Brennraum angeordnet sind. Das Einspritzventil spritzt den Brennstoff an seinem brennraumseitigen Ende 12 in den nicht dargestellten Brennraum ein. Dabei breitet sich der Brennstoff in etwa mit einem Winkel, wie er mit der gestrichelten Linie 13 angegeben ist, im Brennraum aus und wird dabei entsprechend vernebelt, so daß ein Kraftstoff- Luft-Gemisch entsteht. Dem Einspritzventil 10 ist die Zündkerze so zugeordnet, daß der Bereich der Funkenbildung, die Elektroden in diesen schematisch dargestellten Kegel 13 der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Ausbreitung hineinragt. Am Kerzengehäuse ist brennraumseits neben den Elektroden eine Abschirmung 14 angebracht. Diese Abschirmung 14 ist im wesentlichen rohrförmig und umschließt die Mitteleelektrode 15 der Zündkerze 11. An einer Seite, in der Figur ist es die dem Einspritzventil abgewandte Seite der Zündkerze, ist die Abschirmung weiter vorgezogen und zum Einspritzventil hin abgebogen, so daß die Abschirmung in diesem Bereich die Funktion einer Gemischumlenkungsanordnung 16 übernimmt und das Brennstoff-Luft-Gemisches zur Funkenstrecke hin umleitet. Damit trifft das Gemisch mit einer Geschwindigkeit auf die Elektroden der Zündkerze auf, die eine beste Entflammung gewährleistet. In der Fig. 1 sind die Masselelektroden 17 als radiale Stifte oder Platten an der Wand der Abschirmung 14, die der Mittelelektrode zugewandt ist, befestigt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine erwärmt sich die Zündkerze, dabei wird der vorgezogene Bereich der Gemischumlenkungsanordnung so heiß, daß auftreffende Kraftstofftröpfchen verdampfen und dann gasförmig in den Funkenbereich der Zündkerze gelangen. Fig. 1 shows schematically an injection valve 10 and a spark plug 11 , as they are arranged in a combustion chamber, not shown. The injection valve injects the fuel at its combustion chamber end 12 into the combustion chamber, not shown. The fuel spreads approximately at an angle, as indicated by the dashed line 13 , in the combustion chamber and is atomized accordingly, so that a fuel-air mixture is formed. The spark plug is assigned to the injection valve 10 such that the area of spark formation, the electrodes, protrude into this schematically illustrated cone 13 of the fuel-air mixture spread. A shield 14 is attached to the candle housing on the combustion chamber side next to the electrodes. This shield 14 is essentially tubular and surrounds the center electrode 15 of the spark plug 11 . On one side, in the figure it is the side of the spark plug facing away from the injection valve, the shield is pulled further forward and bent toward the injection valve, so that the shielding takes over the function of a mixture deflection arrangement 16 in this area and the fuel-air mixture to the spark gap redirects there. The mixture thus hits the electrodes of the spark plug at a speed that ensures the best possible ignition. In Fig. 1, the pig electrodes 17 are attached as radial pins or plates to the wall of the shield 14 facing the center electrode. During operation of the internal combustion engine, the spark plug heats up, the preferred region of the mixture deflection arrangement becoming so hot that fuel droplets that are vaporized evaporate and then reach the spark region of the spark plug in gaseous form.

Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch die Anordnung von Zündkerze und Einspritzventil. Für gleiche Bauteile wurden deshalb gleiche Bezugszeichen verwendet. Bei dieser Fig. 2 ist an dem Gehäuse der Zündkerze eine Abschirmung 24 angebracht, die die Form einer halbierten Hülse hat. Die hülsenförmige Abschirmung ist auf der dem Einspritzventil zugewandten Seite des Gehäuses der Zündkerze angebracht, so daß das Brennstoff-Luft-Gemisch nicht direkt auf die Elektroden auftrifft. Fig. 2 also shows schematically the arrangement of the spark plug and injection valve. The same reference numerals have therefore been used for the same components. In this Fig. 2, a shield 24 is attached to the housing of the spark plug, which has the shape of a halved sleeve. The sleeve-shaped shield is attached to the side of the spark plug housing facing the injection valve, so that the fuel-air mixture does not strike the electrodes directly.

Einige der Gestaltungsmöglichkeiten der Abschirmungen sollen im folgenden erläutert werden. Some of the design options for the shields are intended are explained below.

Die Fig. 3a zeigt die Seitenansicht eines Zündkerzenkopfes mit einer Mittelelektrode 35 und einer Masseelektrode 36, wobei die Masseelektrode 36 als Dachelektrode ausgebildet ist. Ebenfalls am Gehäuse ist die Abschirmung 34 befestigt. Diese Abschirmung ist in geschnittener Darstellung gezeichnet. Die Abschirmung 34 ist der Masseelektrode 16 gegenüber angebracht und ragt soweit in den Brennraum, wie die äußere Fläche der als Dachelektrode ausgebildeten Masseelektrode. Damit ist die Abschirmung etwa so hoch wie die Masseelektrode. Fig. 3a shows the side view of a spark plug head having a center electrode 35 and a ground electrode 36, the ground electrode 36 is formed as a top electrode. The shield 34 is also attached to the housing. This shield is shown in a sectional view. The shield 34 is attached to the ground electrode 16 and projects as far into the combustion chamber as the outer surface of the ground electrode designed as a roof electrode. This means that the shielding is approximately as high as the ground electrode.

In den Fig. 3b bis 3e sind unterschiedliche Winkel, mit denen die Abschirmung 34 die Mittelelektrode einschließen kann, dargestellt. So wird die Mittelelektrode von der Abschirmung 34 in Fig. 3b etwa in einem Winkel von 270° umschlossen. In Fig. 3c umschließt die Abschirmung 34 einen Winkel von 180°. Der in Fig. 3d dargestellte der Abschirmungen 34 ist kleiner als 90°, während er in Fig. 3e etwa 90° umfaßt. Die Abschirmung ist in allen Fig. 3a bis 3e so gestaltet, daß die brennraumseitige Stirnfläche der Abschirmung mit der Oberkante der Masseelektrode abschließt.In Figs. 3b to 3e are different angles at which the shield 34 can include the center electrode, is shown. The center electrode is thus enclosed by the shield 34 in FIG. 3b at an angle of approximately 270 °. In Fig. 3c, the shield 34 encloses an angle of 180 °. The shielding 34 shown in FIG. 3d is smaller than 90 °, while in FIG. 3e it comprises approximately 90 °. The shield is designed in all FIGS . 3a to 3e in such a way that the end face of the shield on the combustion chamber side closes with the upper edge of the ground electrode.

Versuche haben gezeigt, daß die Abschirmung in einem Bereich vonn 15° bis 75° die beste Wirkung aufweist, weil dann der Funkenbereich geschützt ist und trotzdem für das Gemisch zugänglich ist. Der Zündfunke und damit der Flammenkern kann sich gut ausbreiten.Experiments have shown that the shielding is in one area from 15 ° to 75 ° has the best effect, because then the Spark area is protected and still for the mixture is accessible. The spark and thus the flame core can spread well.

Die Fig. 4a bis 4e unterscheiden sich von den eben beschriebenen Fig. 4a bis 4e dadurch, daß hier die Abschirmung 44 höher ist als die Masseelektrode und am weitesten in den Brennraum hineinragt, d. h. die brennraumseitige Stirnfläche der Abschirmung 44 ragt deutlich über Oberkante der Masselelektrode hinaus. Die verschiedenen möglichen Winkel, die die Abschirmung 44 umschließen kann, sind dabei analog zu den Fig. 3b bis 3e. Wie der Fig. 4a zu entnehmen ist, ist die Abschirmung zur Mittelelektrode hin abgeschrägt. Damit ergibt sich eine günstige Ausbreitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches an die Funkenstrecke. FIGS. 4a to 4e are different from the just described Fig. 4a to 4e by the fact that here the shield 44 is higher protrudes than the ground electrode and furthest into the combustion chamber, ie the combustion chamber-side end face of the shield 44 extends significantly above the upper edge of the ground electrode out. The various possible angles that the shield 44 can enclose are analogous to FIGS . 3b to 3e. As can be seen from FIG. 4a, the shield is chamfered towards the center electrode. This results in a favorable spread of the fuel-air mixture to the spark gap.

Letztendlich zeigen die Fig. 5a bis 5e eine dritte Ausgestaltungsmöglichkeit, wobei die Abschirmung 54 wieder in etwa die Winkel überstreicht, wie sie bereits zu den Fig. 3b bis 3e erläutert wurden. Jedoch ist die Abschirmung 54 hier so gestaltet, daß sie weiter als die Oberkante der Masseelektrode in den Brennraum hineinragt und in Richtung Mittelelektrode und damit zur rotationssymmetrischen Achse hin abgebogen ist. Die Stirnfläche der Abschirmung 54 reicht in allen Beispielen bis an die rotationssymmetrische Achse heran. Durch diese Gestaltung werden die Mittel- und die Masseelektrode kappenförmig von der Abschirmung 54 umgeben.Ultimately, FIGS. 5a to 5e show a third configuration option, the shield 54 again covering approximately the angles, as have already been explained for FIGS . 3b to 3e. However, the shield 54 is designed here in such a way that it projects further than the upper edge of the ground electrode into the combustion chamber and is bent in the direction of the center electrode and thus towards the rotationally symmetrical axis. The end face of the shield 54 extends in all examples up to the rotationally symmetrical axis. With this design, the center and the ground electrodes are surrounded by the shield 54 in a cap shape.

Claims

1. Spark plug for an internal combustion engine with a tubular housing, an insulator embedded therein and a central electrode enclosed by the insulator, which protrudes into the combustion chamber and with at least one ground electrode, characterized in that a shield ( 14 , 24 , 34 , 44 , 54 ) are attached, which prevent a direct impact of the injected fuel on the electrodes of the spark plug.

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the shield ( 14 ) is tubular and above.

3. Spark plug according to claim 2, characterized in that on the tubular shield ( 14 ) one side is advanced further and is bent in the direction of the central electrode.

4. Spark plug according to claim 1, characterized in that the shield ( 34 ) has approximately the height of the ground electrode and at least partially surrounds the center electrode.

5. Spark plug according to claim 1, characterized in that the shield ( 44 ) is higher than the ground electrode and can partially enclose the center electrode.

6. Spark plug according to claim 1, characterized in that the shield ( 54 ) has essentially the shape of a sleeve closed at the top, and partially encloses the center electrode.

7. Spark plug according to one of claims 4 to 6, characterized characterized in that the angle of partial containment is between 15 ° and 75 °.

8. Spark plug according to claim 5, characterized in that the shield is chamfered towards the center electrode.