DE19704524A1

DE19704524A1 - spark plug

Info

Publication number: DE19704524A1
Application number: DE19704524A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner
Original assignee: Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Current assignee: Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: DE19704524C2; EP0858139A1; EP0858139B1; DE59805929D1; ES2184152T3; ATE226368T1

Abstract

The spark plug has a cylindrical main body Ä1Ü of electrically conducting material with a central insulator Ä2Ü into which is set a central electrode Ä3Ü. Projecting from the main body are earth electrodes Ä4,5Ü that are set at different levels. These result in different arcing paths ÄFS1-3Ü being established between the electrodes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraft maschine mit einem Zündkerzenkörper aus einem elektrisch leiten den Material, einem elektrischen Isolator, der zentrisch im Zündkerzenkörper angeordnet ist, einer Mittelelektrode, die in einer Isolatorbohrung im Isolator angeordnet ist und von der Isolatorfußspitze vorsteht, und seitlich zur Mittelelektrode angestellten Massenelektroden, die elektrisch mit dem Zündker zenkörper verbunden sind.The invention relates to a spark plug for an internal combustion engine Machine with a spark plug body from an electrical wire the material, an electrical insulator that is centered in the Spark plug body is arranged, a central electrode, which in an insulator hole is arranged in the insulator and from the Insulator tip protrudes and laterally to the center electrode employed ground electrodes that are electrically connected to the spark plug zen body are connected.

Aus der EP 0 470 688 B1 ist es bekannt, bei einer derarti gen Zündkerze die Elektroden so auszubilden, daß sich zwei Fun kenlaufwege nämlich ein Luftfunkenlaufweg und ein paralleler Gleitfunkenlaufweg ergeben. Der eine Funkenlaufweg besteht zwi schen der Mittelelektrode und den Masseelektroden als reiner Luftfunkenlaufweg und der andere Funkenlaufweg wird durch eine gezielte geometrische Abstimmung der Masseelektroden zur Isola torfußspitze gebildet derart, daß sich der Funke über die Kera mik des Isolatorfußes als Gleitfunke und anschließend als Luft funke zur Unterkante der Masseelektroden ausbildet.It is known from EP 0 470 688 B1 to use such a method gen spark plug to form the electrodes so that two fun kenlaufwege namely an air spark path and a parallel Slip spark travel result. The one spark path exists between the center electrode and the ground electrodes as pure Air spark path and the other spark path is through one targeted geometric coordination of the ground electrodes to the Isola The tip of the gate is formed in such a way that the spark over the Kera Mik of the insulator foot as a spark and then as air spark to the lower edge of the ground electrodes.

Zündkerzen, bei denen verschiedene Funkenlaufwege vorgese hen sind, sind weiterhin aus der DE 195 03 223 A1 und der DE-OS 21 06 893 bekannt.Spark plugs with different spark paths hen are still from DE 195 03 223 A1 and DE-OS 21 06 893 known.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht dem gegenüber darin, die Zündkerze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine hohe Laufzeit ohne Schädigung der Isolatorkeramik z. B. durch das sogenannte Funkensägen, hat.The object underlying the invention is that opposite in it, the spark plug of the type mentioned above train that they have a long life without harming the Isolator ceramic z. B. by the so-called spark saw.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens eine der Masseelektroden so angeordnet ist, daß ihre dem Isolator zugewandte Unterkante mit der Stirnfläche der Iso latorfußspitze in einer Ebene liegt.This object is achieved according to the invention in that at least one of the ground electrodes is arranged so that its bottom edge facing the insulator with the front surface of the iso tip of the foot lies in one plane.

Besonders bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9.Particularly preferred embodiments of the invention Spark plugs are the subject of claims 2 to 9.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigenThe following is based on the associated drawing particularly preferred embodiment of the invention closer described. Show it

Fig. 1 in einer Teilschnittansicht die Elektrodenanordnung bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze, Fig. 1 in a partial sectional view of the electrode assembly in the embodiment of the spark plug according to the invention,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze, Fig. 2 is a plan view of the electrode arrangement of the spark plug shown in Fig. 1,

Fig. 3 eine axiale Teilschnittansicht des Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit den Elektrodenabstän den und Fig. 3 is a partial axial sectional view of the game Ausführungsbei the spark plug according to the invention with the electrode spacing and

Fig. 4 in einer Schnittansicht die Anordnung einer Masse elektrode gegenüber der Isolatorfußspitze bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in vergrößertem Maßstab. Fig. 4 is a sectional view of the arrangement of a ground electrode relative to the insulator tip in the embodiment shown in Fig. 3 on an enlarged scale.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Zündkerze umfaßt einen Zündkerzenkörper 1 aus einem elektrisch leitenden Material, einen elektrischen Isolator 2 aus einem keramischen Material, der zentrisch im Zündkerzenkörper 1 angeordnet ist, eine Mittelelektrode 3, die in einer Isolator bohrung im Isolator 2 angeordnet ist und von der Isolatorfuß spitze vorsteht, und seitlich zur Mittelelektrode 3 angestellte Masseelektroden 4, 5, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper 1 verbunden sind.The embodiment shown in FIG. 1 of the spark plug according to the invention comprises a spark plug body 1 made of an electrically conductive material, an electrical insulator 2 made of a ceramic material, which is arranged centrally in the spark plug body 1 , a central electrode 3 , which is drilled in an insulator in the insulator 2 is arranged and protrudes from the insulator base, and ground electrodes 4 , 5 set laterally to the center electrode 3 , which are electrically connected to the spark plug body 1 .

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Masseelektroden 4, 5 paarweise einander diametral gegenüber stehend angeordnet.As shown in Fig. 2, the ground electrodes 4 , 5 are arranged in pairs diametrically opposite one another.

Die Ausbildung der Masseelektroden 4, 5 ist derart, daß sich verschieden Funkenlaufwege nämlich ein reiner Luftfunken laufweg FS1, ein kombinierter Gleitfunken- und Luftfunkenlaufweg FS2 und ein weiterer kombinierter Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergeben.The design of the ground electrodes 4 , 5 is such that there are different spark paths, namely a pure air spark path FS1, a combined sliding spark and air spark path FS2 and another combined sliding / air spark path FS3.

Das heißt im einzelnen, daß der reine Luftfunkenlaufweg FS1 sowie der kombinierte Gleitfunken/Luftfunkenlaufweg FS2 zwischen der Mittelelektrode 3 und der als Seitenelektrode ausgebildeten Masseelektrode 5 bestehen. Die andere Masseelektrode 4 ist ge genüber der Mittelelektrode 3 so ausgebildet, daß sich der wei tere kombinierte Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergibt.Specifically, this means that the pure air spark travel path FS1 and the combined sliding spark / air spark travel path FS2 exist between the center electrode 3 and the ground electrode 5 designed as a side electrode. The other ground electrode 4 is formed ge compared to the center electrode 3 so that the white combined sliding / air spark path FS3 results.

Es sind Kombinationen möglich mit mindestens je einer Mas seelektrode, die einen reinen Luftfunkenlaufweg oder einen Luft funken- und parallelen Gleitfunkenlaufweg bildet, sowie mit mindestens einer Masseelektrode, die einen kombinierten Gleit/Luft funkenlaufweg bildet.Combinations are possible with at least one mas seelektrode, which is a pure air spark path or an air forms spark and parallel sliding spark path, as well as with at least one ground electrode, which is a combined sliding / air spark path forms.

Damit sich an der Masseelektrode 5 ein reiner Luftfunken laufweg bildet, muß in der in Fig. 3 dargestellten Weise der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze mindestens die doppelte Distanz des Luftfun kenlaufweges FS1 haben, damit der Funken nicht über die Isola torfußspitze geht. Die Ausbildung kann aber auch derart sein, daß sich neben dem reinen Luftfunkenlaufweg FS1 ein Funkenlauf weg FS2 bildet, der ein paralleler kombinierter Gleit/Luftfun kenlaufweg ist. Dazu ist der Spalt EA2 zwischen der Isolatorfuß spitze und der Unterkante der Masseelektrode 5 entsprechend zu wählen. Die Spaltverhältnisse zwischen den Funkenlaufwegen FS1 und FS2 sind dann vorzugsweise EA1 : EA2 gleich 3 : 2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das bedeutet, daß bei einem Elektroden abstand EA1 zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelek trode 5 von 0,80 mm der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze etwa 0,50 mm beträgt. Eine der Masseelektroden nämlich die Masseelektrode 4 ist so ausgebildet, daß in der in einer vergrößerten Ansicht in Fig. 4 dargestellten Weise ihre dem Isolator 2 zugewandte Unterkante mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze in einer Ebene liegt. Durch diese Ausbildung ergibt sich ein weiterer Funkenlaufweg FS3 in Form eines kombinierten Gleit/Luftfunkenlaufweges (siehe Fig. 1).In order for a pure air spark to form at the ground electrode 5 , the gap EA2 between the lower edge of the ground electrode 5 and the tip of the insulator must have at least twice the distance of the air spark path FS1 in the manner shown in FIG. 3 so that the spark does not have the isola gate foot tip goes. The training can also be such that in addition to the pure air spark path FS1 a spark path FS2 is formed, which is a parallel combined sliding / Luftfun kenlaufweg. For this purpose, the gap EA2 between the insulator tip and the lower edge of the ground electrode 5 must be selected accordingly. The gap ratios between the spark paths FS1 and FS2 are then preferably EA1: EA2 equal to 3: 2, as shown in FIG. 3. This means that with an electrode distance EA1 between the center electrode 3 and the ground electrode 5 of 0.80 mm, the gap EA2 between the lower edge of the ground electrode 5 and the insulator tip is about 0.50 mm. One of the ground electrodes, namely the ground electrode 4, is designed in such a way that, in the manner shown in an enlarged view in FIG. 4, its lower edge facing the insulator 2 lies in one plane with the end face of the insulator tip. This design results in a further spark travel path FS3 in the form of a combined sliding / air spark travel path (see FIG. 1).

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, stehen bei dieser Aus bildung die Elektrodenabstände EA1, EA2, EA3 zwischen der Masse elektrode 5 und der Mittelelektrode 3, zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze sowie zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 vorzugsweise in einem Verhältnis 3 : 2 : 6.As shown in Fig. 3, are in this education from the electrode distances EA1, EA2, EA3 between the ground electrode 5 and the center electrode 3 , between the lower edge of the ground electrode 5 and the insulator tip and between the ground electrode 4 and the center electrode 3 preferably in a ratio of 3: 2: 6.

Der Elektrodenabstand EA3 läßt sich gemäß Fig. 3 aufteilen in einen Gleitfunkenstrecke EA3.1 und in eine Luftfunkenstrecke EA3.2, die vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 : 1 zueinander stehen.The electrode spacing can be EA3 shown in Fig 3 divided into a surface discharge gap and EA3.1 in an air gap EA3.2, preferably in a ratio of 1:. 1 are to each other.

Bei einem Elektrodenabstand EA1 und EA2 von 0,80 mm und 0,50 mm ergibt sich für den Elektrodenabstand EA3 ein Wert von 1,60 mm.With an electrode spacing EA1 and EA2 of 0.80 mm and A value of 0.50 mm results for the electrode spacing EA3 1.60 mm.

Wie es weiterhin in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist die Isolatorbohrung im Bereich der Isolatorfußspitze mit einer Versenkung 6 ausgebildet, die ringförmig um die Mittel elektrode 3 verläuft. Diese Versenkung 6 verläuft schräg zur Winkelachse der Mittelelektrode 3 unter einem Halbwinkel α der Versenkung 6, ausgehend von der Winkelachse, der zwischen 15° und 45° insbesondere zwischen 25° und 35° und vorzugsweise bei 30° liegt.As is further shown in FIGS. 3 and 4, the insulator bore is formed in the region of the insulator tip with a countersink 6 which runs in an annular manner around the center electrode 3 . This recess 6 extends obliquely to the angular axis of the central electrode 3 at a half angle α of the recess 6 , starting from the angular axis, which is between 15 ° and 45 °, in particular between 25 ° and 35 ° and preferably at 30 °.

Die Abmessungen der Versenkung 6 sind insbesondere die fol genden: Spaltmaß a zwischen der Versenkung 6 und der Außenfläche der Mittelelektrode 3: 0,2 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm, wobei insbesondere gilt: a ≦ 0,5 . EA3.1. The dimensions of the countersink 6 are, in particular, the following: gap dimension a between the countersink 6 and the outer surface of the center electrode 3 : 0.2 to 1.0 mm, preferably 0.4 to 0.6 mm, where in particular: a ≦ 0 , 5th EA3.1.

Durch die Ausbildung der Isolatorbohrung mit Versenkung 6 ergibt sich eine Erhöhung des Abbrandreservois um den Betrag der Tiefe der Versenkung 6.The formation of the insulator bore with countersink 6 results in an increase in the burnup reservoir by the amount of the depth of the countersink 6 .

Im folgenden wird die Arbeitsweise einer Zündkerze mit dem oben beschriebenen Aufbau im Betrieb der Brennkraftmaschine näher erläutert.The following is how a spark plug works with the Construction described above in the operation of the internal combustion engine explained in more detail.

Bei Vollastbetrieb ist die Isolatorfußspitze frei von elek trisch leitenden Belägen und Rußablagerungen. Die Funkenausbil dung wird sich demnach als reiner Luftfunkenlaufweg FS1 ausbil den. Eine derartige Funkenentladung findet über diesen Funken laufweg FS1 so lange statt, bis das Abbrandpotential an dem Luftfunkenlaufweg zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masse elektrode 5 aufgebraucht ist, und der Spannungsbedarf für die Ausbildung eines Funkens an diesem Funkenlaufweg höher als der Spannungsbedarf der anderen Funkenlaufwege FS2 oder FS3 ist.When operating at full load, the insulator tip is free of electrically conductive deposits and soot deposits. The spark training will therefore be a pure air spark path FS1. Such a spark discharge takes place over this spark path FS1 until the erosion potential on the air spark path between the center electrode 3 and the ground electrode 5 is used up, and the voltage requirement for the formation of a spark on this spark path is higher than the voltage requirement of the other spark paths FS2 or FS3.

Nachdem die Abbrandreserve am Funkenlaufweg FS1 durch Heiß gaskorrosion und Funkenerosion aufgebraucht ist, wechselt der Funkenlaufweg auf den Funkenlaufweg FS2 oder FS3 und zwar je weils auf den Funkenlaufweg mit dem niedrigsten Spannungsbedarf.After the burn-up reserve on spark path FS1 through hot gas corrosion and spark erosion is used up, the changes Spark path to the spark path FS2 or FS3 and each because of the spark path with the lowest voltage requirement.

Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit hohen Verbren nungsrückständen wird sich der Funke vorwiegend über die Funken laufwege FS2 oder FS3 ausbilden und somit den Gleitfunkenlautweg auf der keramischen Isolatorfußspitze freibrennen. Das stellt sicher, daß die Zündkerze geringe Nebenschlußeigenschaften hat. Besondere Vorteile bietet der Funkenlaufweg FS3 beim Kaltstart durch die serielle Anordnung der Mittelelektrode 3 und der Mas seelektrode 4. Durch den langen Funkenweg sichert der Funken laufweg FS3 außerdem ein sicheres Entflammen des Gemisches wobei gewährleistet ist, daß auch bei inhomogenen Gemischen die Brenn kraftmaschine sicher rundläuft.When the internal combustion engine is operated with high combustion residues, the spark will predominantly form via the spark paths FS2 or FS3 and thus burn the sliding spark noise on the ceramic insulator tip. This ensures that the spark plug has poor shunt characteristics. The spark path FS3 offers special advantages during a cold start due to the serial arrangement of the center electrode 3 and the mass electrode 4 . Due to the long spark path, the spark path FS3 also ensures a safe ignition of the mixture, which ensures that the internal combustion engine runs smoothly even with inhomogeneous mixtures.

Claims

1. Spark plug for an internal combustion engine with

a spark plug body made of an electrically conductive material, an electrical insulator which is arranged centrally in the spark plug body,
a center electrode which is arranged in an insulator bore in the insulator and protrudes from the insulator tip, and
- Laterally to the center electrode, the ground electro, which are electrically connected to the spark plug body, characterized in that
- At least one ( 4 ) of the ground electrodes ( 4 , 5 ) is arranged so that its insulator ( 2 ) facing lower edge with the end face of the insulator tip is in one plane.

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the insulator bore is recessed in an annular manner in the region of the insulator tip ( 6 ).

3. Spark plug according to claim 2, characterized in that the countersink angle (α) is between 15 ° and 45 °.

4. Spark plug according to claim 3, characterized in that the countersink angle (α) is between 25 ° and 35 °.

5. Spark plug according to claim 4, characterized in that the countersink angle (α) is 30 °.

6. Spark plug according to one of claims 2 to 5, characterized in that the gap dimension (a) of the recess ( 6 ) is between 0.2 and 1.0 mm.

7. Spark plug according to claim 6, characterized in that the gap dimension (a) is between 0.4 and 0.6 mm.

8. Spark plug according to claim 7, characterized in that for the gap dimension (a) applies a ≦ 0.5. EA3.1, where EA3.1 is the sliding spark gap of the electrode gap between the ground electrode ( 4 , 5 ) and the center electrode ( 3 ).

9. Spark plug according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode distances between a ground electrode ( 3 ) and the center electrode ( 3 ), between the lower edge of a ground electrode and the insulation tip and between the at least one ground electrode ( 4 ) and the center electrode in a ratio of 3: 2: 6.