DE2302640B2

DE2302640B2 - spark plug

Info

Publication number: DE2302640B2
Application number: DE2302640A
Authority: DE
Inventors: John Meredith Woodford Green Essex Thring (Grossbritannien)
Original assignee: GUNSON'S COLORPLUGS Ltd LONDON
Current assignee: GUNSON'S COLORPLUGS Ltd LONDON
Priority date: 1972-01-19
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1975-05-22
Also published as: JPS529261B2; FR2168554B1; FR2168554A1; JPS4882236A; DE2302640A1; CA971448A; GB1373424A; IT977595B; US3846655A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze, die mit dem metallischen Zündkerzengehäuse oder einer besonderen Gehäuseelektrode eine Funkenstrecke bildet, wobei die Mittelelektrode sich durch einen durchscheinenden und scheibenförmigen Isolator größeren Halbmessers als axialer Abmessung hindurcherstreckt, der gegenüber dem Zündkerzengehäuse und der Mittelelektrode abgedichtet ist.The invention relates to a spark plug with the metallic spark plug housing or a special housing electrode forms a spark gap, whereby the center electrode is through a translucent and disk-shaped insulator with a larger radius than the axial dimension extends through it, which is sealed against the spark plug housing and the center electrode.

Bei einer bekannten Zündkerze dieser Art (CH-PS 834) ist der scheibenförmige Isolator lose in das Metallgehäuse der Zündkerze eingelegt und gegenüber diesem Gehäuse mit Hilfe von Dichtungspackungen abgedichtet. Weiterhin sind Dichtungspackungen zwischen der aus Glas bestehenden Isolatorscheibe und der Mittelelektrode vorgesehen. Diese Dichtungspakkungen können unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Isolators sowie des Gehäuses und/oder der Mittelelektrode aufnehmen, so daß keine Gefahr einer Zerstörung der Isolator-Glasscheibe durch thermische Beanspruchungen besteht. Die Konstruktion dieser bekannten Zündkerze ist jedoch relativ aufwendig, da sie aus verhältnismäßig vielen Teilen besteht und außerdem ergibt sich eine geringe mechanische Festigkeit der Isolatorscheibe.In a known spark plug of this type (CH-PS 834), the disk-shaped insulator is loosely inserted into the metal housing of the spark plug and opposite this housing is sealed with the help of packing gaskets. There are also sealing packings between the insulator disk made of glass and the center electrode are provided. These sealing packages different thermal expansions of the insulator as well as the housing and / or the center electrode record, so that there is no risk of the insulator glass being destroyed by thermal stresses consists. However, the construction of this known spark plug is relatively complex because it consists of a relatively large number of parts and there is also a low mechanical strength the isolator washer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine vergrößerte mechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringerem Herstellungsaufwand ergibtThe invention is based on the object of creating a spark plug of the type mentioned at the outset, which results in increased mechanical strength with lower manufacturing costs at the same time

Diese Aufgabe wird erfinclungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftschluß für die Befestigung des Isolators im Gehäuse ausschließlich in radialer Richtung — d. h. durch radiale Zusammendrückung des Isolators — erfolgt, und daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Isolators über den Betriebstemperaturbereich kleiner als der des Gehäuses und gleich (bzw. im wesentlichen gleich) dem der Mittelelektrode istAccording to the invention, this object is achieved by that the frictional connection for the attachment of the insulator in the housing exclusively in the radial direction - d. H. due to radial compression of the isolator - takes place, and that the coefficient of thermal expansion of the insulator over the operating temperature range is smaller than that of the housing and equal to (or substantially equal to) that of the center electrode

Durch die radiale Zusammendrückung des Isolators durch das Metallgehäuse der Zündkerze ergibt sich eine vergrößerte mechanische Festigkeit wobei gleichzeitig durch den Fortfall der Dichtungspackungen ein wesentlich einfacherer und damit auch zuverlässigerer Aufbau erreicht wild. Durch die radiale Zusammendrückung des IsoSators wird die Festigkeit dieses Isolators gegenüber mechanischen Angriffen wesentlich erhöht so daß die Gefahr eines Platzens oder Zerspringens dieser Isolatorscheibe stark herabgesetzt wird.The radial compression of the insulator by the metal housing of the spark plug results in an increased mechanical strength while at the same time due to the omission of the sealing packings Wild achieves a much simpler and therefore more reliable structure. Due to the radial compression of the IsoSator, the strength of this isolator against mechanical attacks is significantly increased so that the risk of bursting or shattering this isolator disk is greatly reduced.

Es ist zwar bei Zündkerzen bereits bekannt (DT-PS 3 39 325), Zündkerzen so herzustellen, daß zunächst ein Isolator-Glaskörper um eine Mittelelektrode herumgegossen wird, wobei dieser Isolator eine relativ komplizierte Forir und insbesondere Einschnürungen an beiden Seiten aufweist. Um diesen Isolierkörper wird in noch plastischem Zustand des Glasmaterials das Metallgehäuse der Zündkerze herumgegossen. Hierdurch soll ein vollständiger Zusammenhang des Metalls und des Glases nach dem Erkalten erreicht werden, weil das Metall stärker schwindet als das Glas. Diese Zusammendrückung ist jedoch schwer kalkulierbar, da einerseits die Schmelztemperatur der für das Gehäuse verwendeten Legierung unterhalb der Schmelztemperatur des Glases liegen muß und andererseits eine zu große radiale Kompression des Glaskörpers bei dieser Konstruktion in höchstem Maße unerwünscht ist da sonst ein Zerplatzen bzw. Springen des Glaskörpers an den Querschmtlssprüngen mit Sicherheit zu erwarten ist Bei dem Gegenstand dieser Patentschrift soll die radiale Kompression des Glaskörpers nur zur Erzielung einer innigen Berührung des Metalls mit dem Glas dienen, eine Erhöhung der Festigkeit des Isolators wird hierdurch nicht erreicht.It is already known for spark plugs (DT-PS 3 39 325) to manufacture spark plugs by first casting a glass insulator around a center electrode being, this insulator having a relatively complicated shape and in particular constrictions on both Has sides. The metal housing is around this insulating body while the glass material is still in a plastic state the spark plug poured around. This is intended to provide a complete connection between the metal and of the glass after cooling because the metal shrinks more than the glass. This compression However, it is difficult to calculate because, on the one hand, the melting temperature of the one used for the housing Alloy must be below the melting temperature of the glass and, on the other hand, too high Radial compression of the glass body in this construction is extremely undesirable because otherwise a bursting or cracking of the glass body at the transverse cracks is to be expected with certainty In the subject of this patent, the radial compression of the vitreous is only intended to achieve serve to bring the metal into close contact with the glass, increasing the strength of the insulator not achieved by this.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Mittelelektrode abgedichtet durch das Innere eines hohlen zylindrischen Isolators erstreckt, der seinerseits abgedichtet in dem scheibenförmigen Isolator befestigt ist wobei sich der zylindrische Isolator axial aus dem scheibenförmigen Isolator hinaus erstreckt.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the center electrode is sealed extends through the interior of a hollow cylindrical insulator, which in turn is sealed in the disk-shaped insulator is attached wherein the cylindrical insulator axially from the disk-shaped Isolator extends beyond.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der zylindrische Isolator aus Keramikmaterial besteht.
Dieser zylindrische Isolator kann in vorteilhafter Weise gegenüber der Mittelelektrode mit Hilfe eines Glaselementes abgedichtet sein.It is particularly advantageous if the cylindrical insulator is made of ceramic material.
This cylindrical insulator can advantageously be sealed off from the center electrode with the aid of a glass element.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
In the drawing shows

F i g. 1 den Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Zündkerze, die ein einstückiges Gehäuse aufweist,F i g. 1 shows the cross section of a first embodiment of a spark plug, which has a one-piece housing having,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1,F i g. 2 shows a plan view of the embodiment according to FIG. 1,

F i g. 3 den Querschnitt eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der Zündkerze, die ein zweistükkiges Gehäuse aufweist,
F i g. 4 eine Draufsicht des in F i g. 3 gezeigten Teils,F i g. 3 shows the cross section of part of a second exemplary embodiment of the spark plug, which has a two-piece housing,
F i g. 4 is a top view of the FIG. 3 part shown,

F i g. 5 den Querschnitt des anderen Teils des zweiten Ausfuhrungsbeispiels,F i g. 5 shows the cross section of the other part of the second Exemplary embodiment,

F i g. 6 eine Draufsicht dieses anderen Teils.F i g. 6 is a plan view of this other part.

F i g. 7 und 8 Querschnitte von dritten und vierten Ausführungsbeispielen der Zündkerze.F i g. 7 and 8 are cross sections of third and fourth exemplary embodiments of the spark plug.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Zündkerze umfaßt ein rohrförmiges Metallgehäuse 10 mit einem ein Außengewinde aufweisenden zylindrischen Teil 11, der in ein Gewindeloch im Zylinder eines Verbrennungsmotors einschraubbar ist. Teil 11 ist mit einer besonderen Gehäuseelektrode 12 versehen, die sich in Radialrichtung in das Innere des Gehäuses erstreckt.The in the F i g. 1 and 2 shown spark plug comprises a tubular metal housing 10 with a External thread having cylindrical part 11, the can be screwed into a threaded hole in the cylinder of an internal combustion engine. Part 11 has a special one Housing electrode 12 provided, which extends in the radial direction in the interior of the housing.

Eine Mittelelektrode 13 ist in dem Gehäuse 10 mit Abstand befestigt und erstreckt sich in Axialrichtung dieses Gehäuses. Die Mittelelektrode 13 und die Gehäuseelektrode 12 sind voneinander durch eine Funkenstrecke 14 getrennt.A center electrode 13 is fixed in the housing 10 at a distance and extends in the axial direction this case. The center electrode 13 and the housing electrode 12 are separated from each other by a spark gap 14 separated.

Das Gehäuse 10 weist an seinem vom Zylinder des Motors abgewandten Ende einen sechseckförmigen Teil 13 auf, in dem eine ringförmige durchsichtige Glas-Isolatorscheibe 16 abgedichtet befestigt ist. Die Mittelelektrode 13 erstreckt sich in der Mitte durch die Isolatorscheibe 16 und ist gegenüber dieser abgedichtet.The housing 10 has a hexagonal end at its end facing away from the cylinder of the engine Part 13, in which an annular transparent glass insulator disk 16 is attached in a sealed manner. The center electrode 13 extends in the middle through the insulator disk 16 and is sealed off from it.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 10 ist über den gesamten Betriebstemperaturbereich größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolatorscheibe 16, während der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolatorscheibe J6 im wesentlichen gleich dem der Mittelelektrode 13 über diesem Betriebstemperaturbereich ist. Beispielsweise kann der thermische Ausdehnungskoeffizient « des Gehäuses 10 im Bereich von 130 bis 160 ■ 10 -⁷Z⁰C liegen, während der thermische Ausdehnungskoeffizient sowohl der Isolatorscheibe als auch der Mittelelektrode 13 im Bereich von 90 bis 105 · 10 -VC liegen kann. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Stahl niedrigen Kohlenstoffgehalts hergestellt sein, während das Glas der Isolatorscheibe 16 ein gesintertes Borsilikat-Glas sein kann. Die Mittelelektrode 13 kann aus einer Eisen-Nickel-Legierung hergestellt sein.The coefficient of thermal expansion of the housing 10 is greater than the coefficient of thermal expansion of the insulator disk 16 over the entire operating temperature range, while the coefficient of thermal expansion of the insulator disk J6 is essentially equal to that of the center electrode 13 over this operating temperature range. For example, the thermal expansion coefficient can 'of the housing 10 in the region from 130 to 160 ■ ^10-7 Z are ⁰ C, while the thermal expansion coefficient of both the insulator disk can lie and the center electrode 13 in the range from 90 to 105 x 10 -V. For example, the housing can be made of low carbon steel, while the glass of the insulator disk 16 can be a sintered borosilicate glass. The center electrode 13 can be made of an iron-nickel alloy.

Die Isolatorscheibe 16 wird durch das Gehäuse über den gesamten Betriebstemperaturbereich einer radialen Zusammendrückungsbeanspruchung ausgesetzt, und zwar beispielsweise durch Aufschrumpfen des Gehäuses 10 auf die Isolatorscheibe 16. Auf Grund dieser Zusammendrückung und der Auswahl der oben erwähnten thermischen Ausdehnungskoeffizienten werden hermetische Abdichtungen zwischen der Mittelelektrode 13 und der Isolatorscheibe 16 sowie der Isolatorscheibe 16 und dem Gehäuse 10 ohne die Verweildung irgendwelcher spezieller Abdichtungsmittel erreicht, während die Gefahr, daß das Glas der Isoiatorscheibe 16 springt oder zerbricht, verringert ist.The isolator disk 16 is radial through the housing over the entire operating temperature range Subject to compressive stress, for example by shrinking the housing 10 onto the isolator disk 16. Because of this compression and the selection of the above-mentioned thermal expansion coefficients are hermetic seals between the center electrode 13 and the insulator disk 16 as well as the insulator disk 16 and the housing 10 without the lingering any special sealing means achieved, while the risk of damaging the glass of the insulating pane 16 cracks or breaks, is reduced.

Die so erzeugte Dichtung weist eine große physikalische Festigkeit auf, und zwar auf Grund der Tatsache, daß Glas bei einer Druckbelastung eine größere Festigkeit aufweist als bei Zug. Bevor das Glas zum Springen gebracht oder zerbrochen werden kann, müssen die bewußt herbeigeführten Zusammendrückungsbeanspruchungen überwunden werden. tioThe seal produced in this way has great physical strength due to the fact that glass has a greater strength when subjected to pressure than when it is pulled. Before the glass for jumping can be brought or broken, the consciously induced compressive stresses must to be overcome. tio

Wie es aus F i g. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich der Teil 15 des Gehäuses in Axialrichtung über jede der entgegengesetzten Stirnflächen 20, 21 der Isolatorscheibe 16 hinaus. Diese Konstruktion wird verwendet, um störende Randeffekte zu vermeiden.As shown in FIG. 1 can be seen, the part 15 of the housing extends in the axial direction over each of the opposite end faces 20, 21 of the isolator disk 16 addition. This construction is used to avoid annoying edge effects.

Die beim Zünden erfolgende Verbrennung kann in Axialrichtung durch die Isolatorscheibe 16, die sehr dünn sein kann, beobachtet werden, wobei die Farbe der Verbrennung die Verbrennungscharakteristik im jeweiligen Zylinder anzeigtThe combustion taking place during ignition can be carried out in the axial direction by the isolator disk 16, which is very can be thin, the color of the combustion being the combustion characteristics in the respective cylinder

In den F i g. 3 bis 6 sind Zündkerzen gezeigt, deren Gehäuse aus lösbar miteinander verbundenen Teilen 22, 23 besteht. In dem Teil 22, der eins sechseckige Form aufweist, ist eine ringförmige durchsichtige Glas-Isolatorscheibe 24 abgedichtet befestigt, durch die sich in Axialrichtung eine Mittelelektrode 25 erstreckt, die an dieser Isolatorscheibe 24 befestigt ist Wie im Fall der Konstruktion nach den F i g. 1 und 2 ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Teils 22 über den gesamten Betriebstemperaturbereich größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolatorscheibe 24, während der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolatorscheibe 24 im wesentlichen gleich dem der Mittelelektrode 25 über diesem Betriebstemperaturbereich ist.In the F i g. 3 to 6 are shown spark plugs whose Housing consists of parts 22, 23 detachably connected to one another. In part 22, the one hexagonal Has shape is an annular transparent glass isolator disk 24 fastened in a sealed manner, through which a center electrode 25 extends in the axial direction, the is attached to this isolator disk 24 As in the case of the construction according to FIGS. 1 and 2 is the thermal Expansion coefficient of the part 22 over the entire operating temperature range greater than the thermal Expansion coefficient of the isolator disk 24, while the thermal expansion coefficient of the Insulator disk 24 is essentially the same as that of center electrode 25 over this operating temperature range is.

Der Teil 22 weist bei 26 ein Innengewinde auf, in das ein Außengewinr'eteil 30 des Teils 23 eingeschraubt ist. Der Teil 30 ist mit einer Gehäuseelektrode 31 versehen, die sich in Radialrichtung in das Innere des Teils 23 erstreckt und die von der Mittelelektrode 25 durch eine Funkenstrecke getrennt ist.The part 22 has an internal thread at 26 into which an external thread part 30 of the part 23 is screwed. The part 30 is provided with a housing electrode 31 which extends in the radial direction into the interior of the part 23 and which is separated from the center electrode 25 by a spark gap.

Der Teil 23 ist außerdem mit einem zylindrischen Außengewindeteil 32 versehen, so daß er in den Zylinder einer Verbrennungsmaschine eingeschraubt werden kann. Der Teil 32 weist eine nicht zylindrische Innenoberfläche 33 für den Eingriff eines Werkzeuges auf, so daß die Teile 22,23 miteinander verbunden und voneinander getrennt werden können.The part 23 is also provided with a cylindrical externally threaded part 32 so that it is in the cylinder an internal combustion engine can be screwed. Part 32 has a non-cylindrical inner surface 33 for the engagement of a tool, so that the parts 22,23 are connected to one another and can be separated from each other.

In F i g. 7 ist eine Zündkerze 34 gezeigt, die im wesentlichen gleich der Zündkerze nach den F i g. 1 und 2 ist und die daher nicht ausführlich beschrieben wird, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen.In Fig. 7, a spark plug 34 is shown which is essentially similar to the spark plug according to FIGS. 1 and 2 and which will therefore not be described in detail, with like reference numerals denoting like parts.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform ist jedoch keine getrennte Gehäuseelektrode 12 vorgesehen, so daß das Ende des zylindrischen Teils 11 die Gehäuseelektrode bildet. Die Mittelelektrode 13 weist statt dessen einen sich in Radialrichtung erstreckenden Endteil 35 auf, der von der Gehäuseelektrode durch eine Funkenstrecke 14 getrennt istIn the case of the in FIG. 7, however, no separate housing electrode 12 is provided, so that the end of the cylindrical part 11 is the housing electrode forms. The center electrode 13 instead has one that extends in the radial direction End part 35 which is separated from the housing electrode by a spark gap 14

In F i g. 8 ist eine Zündkerze 36 gezeigt, die im wesentlichen der Zündkerze nach F i g. 7 entspricht und die daher nicht ausführlich beschrieben wird, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen.In Fig. 8, a spark plug 36 is shown which essentially corresponds to the spark plug according to FIG. 7 corresponds to and which will therefore not be described in detail, with like reference numerals denoting like parts.

In der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Mittelelektrode 13 durch das Innere eines dünnwandigen aus Aluminiumoxyd oder einem anderen Keramikmaterial bestehenden zylindrischen Isolators 37 und ist gegenüber diesem mit Hilfe eines ringförmigen Glasblockes 40 abgedichtet, der durchsichtig oder undurchsichtig sein kann. Der hohle zylindrische Isolator 37 ist abgedichtet an einer ringförmigen durchsichtigen Glasisolatorscheibe 41 befestigt, die ihrerseits in dem Metallgehäuse 10 abgedichtet befestigt ist. Wenn das für den Block 40 verwendete Glas durchsichtig ist, kann es aus dem gleichen Material bestehen, wie das der Scheibe 41.In the in F i g. 8 shown embodiment extends the center electrode 13 through the interior of a thin-walled aluminum oxide or a other ceramic material existing cylindrical insulator 37 and is opposite this with the help of a annular glass block 40 sealed, which can be transparent or opaque. The hollow cylindrical Insulator 37 is sealed to an annular transparent glass insulator disk 41 attached, the is in turn fastened in a sealed manner in the metal housing 10. If the glass used for block 40 is transparent, it can consist of the same material as that of the disc 41.

Der hohle zylindrische Isolator 37 und der Glasblock 40 erstrecken sich nach außen aus der Scheibe 41 heraus und weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Axiallänge auf, die ungefähr dem dreifachen der Dicke der Scheibe 41 entspricht. Auf diese Weise wird durch die in F i g. 8 gezeigte Ausführungsform die Kriechweglänge vergrößert, d. h. die Länge des Kurzschlußweges zwischen der mit der Hochspannung verbundenen Mittelelektrode 13 und dem an Masse liegenden Metallgehäuse 10. Somit trägt diese Ausführungs-The hollow cylindrical insulator 37 and the glass block 40 extend outward from the disk 41 and point in the illustrated embodiment an axial length which corresponds approximately to three times the thickness of the disk 41. In this way is by the in F i g. The embodiment shown in FIG. 8 increases the creepage path length, i. H. the length of the short-circuit path between the central electrode 13 connected to the high voltage and the one connected to ground Metal housing 10. Thus, this embodiment

form zur Verhinderung von Kriechströmen über die Scheibe 41 bei, wenn die Bedingungen an der Funkenstrecke 14 einen Anstieg der Spannung auf einen ungewöhnlich hohen Wert bewirken, bevor der Überschlag an der Funkenstrecke erfolgt.form to prevent leakage currents through the disk 41 when the conditions at the spark gap 14 cause the voltage to rise to an unusually high level before the flashover takes place at the spark gap.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. Spark plug with a center electrode that is connected to the metallic spark plug housing or a special housing electrode forms a spark gap, whereby the center electrode is through a translucent and disc-shaped insulator with a larger radius than the axial dimension extends through it, which is sealed against the spark plug housing and the center electrode, characterized in that the frictional connection for fastening the insulator (16) in the housing (10) exclusively in the radial direction - d. H. by radial compression of the isolator - takes place, and that the coefficient of thermal expansion of the insulator (16) over the operating temperature range smaller than that of the housing (10) and is the same (or substantially the same) as that of the center electrode (13).

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the center electrode (13) is sealed extends through the interior of a hollow cylindrical insulator (37) which in turn is sealed in is attached to the disk-shaped insulator (41), the cylindrical insulator (37) extending axially the disk-shaped insulator (41) extends out (Fig. 8).

3. Spark plug according to claim 2, characterized in that the cylindrical 'solator (37) made of ceramic material consists.

4. Spark plug according to claim 2 or 3, characterized in that the cylindrical insulator (37) is sealed off from the center electrode (13) with the aid of a gas element (40).