DE2729099A1

DE2729099A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2729099A1
Application number: DE19772729099
Authority: DE
Inventors: Kanemitsu Nishio; Shunichi Takagi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1976-06-29
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-01-12
Also published as: US4144474A; DE2729099C2; JPS5333697B2; JPS534131A

Description

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8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE «3

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NGK SPAEK PLUG GO., LTD. No. 14—18, Takatsuji-cho Mizuho-ku, Nagoya-shi Aichi, Japan

Zündkerze

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine Zündkerze mit einem Widerstand, der den Rauschoder Storwellenanteil unterdrückt, der bei der Entladung des Funkens erzeugt wird.

Um den Pegel der Rauschwellenkomponente im Hochfrequenzbereich über 300 MHz herabzusetzen, ist es im allgemeinen wünschenswert, in der Nähe des Elektrodenabstandes der Zündkerze einen Widerstand vorzusehen, der den Rauschstrom unterdrückt, der zum Zeitpunkt der Funkenentladung erzeugt wird. Um das zu erreichen, wird in den Japanischen Patentanmeldungen 79130/71 und 42777/76 eine Zündkerze mit einem Widerstand beschrieben, die so aufgebaut ist, daß ein Widerstand mit einer Länge von mehr als 7 mm in der Nähe des Elektrodenab-

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Standes zwischen der Mittel- oder Stabelektrode aus einer Nickellegierung und dem Anschlußstab eingeschlossen ist, der in spezieller Weise in der mittleren Bohrung eines langgestreckten hohlzylinderischen Keramikisolators angeordnet ist. Untersuchungen haben ergeben, daß eine derartige Zündkerze mit einem Widerstand den Rauschpegel, der zum Zeitpunkt der Entladung des Zündfunkens erzeugt wird, merklich, jedoch nicht in ausreichendem Maße herabsetzen kann.

Ziel der Erfindung ist daher eine Zündkerze mit einem Widerstand, bei der die Rauschunterdrückung veiter verbessert ist.

Dazu wird durch die vorliegende Erfindung eine Zündkerze mit einem Widerstand geliefert, bei der die Zündelektrode aus einem wärmebeständigen und gegenüber dem Funken widerstandsfähigen Halbleiterwiderstandsmaterial besteht und mit einem Teil an der Seite der Entladung des Zündfunkens der Zündkerze freiliegt, der zwischen einer Masseelektrode erzeugt wird, die sich in einem bestimmten Abstand von der Zündelektrode befindet .

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung ist eine Zündkerze, die für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, verwandt werden kann und einen Kohlewiderstand aufweist, der in Sandwichbauweise zwischen der stabförmigen Zündelektrode und dem Anschlußstab in der mittleren Bohrung eines langgestreckten hohlzylindrischen Keramikisolators angeordnet ist. Die Zündelektrode besteht aus einem wärmebeständigen und gegenüber dem Zündfunken widerstandsfähigen Halbleiterwiderstandsmaterial, ist in einem Stück mit dem Kohlewiderstand in der mittleren Bohrung des Isolators eingeschlossen und liefert eine Funkenentladung zu einer Masseelektrode, die in einem bestimmten Abstand davon angeordnet ist. Eine Zündkerze des oben beschriebenen Aufbaus ist in der Lage, die Intensität einer Rauschwelle, die bei der Entladung

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"I"

des Zündfunkens erzeugt wird, auf den niedrigst möglichen Pegel zu unterdrücken.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit einem Widerstand.

Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit einem Widerstand.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm den Vergleich der Intensität

des elektrischen Störfeldes, das durch die erfindungsgemäße Zündkerze mit einem Widerstand erzeugt wird, mit dem elektrischen Störfeld, das durch eine bekannte Zündkerze mit einem Widerstand erzeugt wird.

In Figur 1 ist mit 1 ein wärmebeständiger langgestreckter und hohlzylindrischer Isolator bezeichnet, der beispielsweise aus tonerdereichem Porzellan besteht und eine Bohrung Ic aufweist, die längs seiner Hittelachse ausgebildet ist, um die Preßformung der im folgenden beschriebenen Widerstandsmaterialien 2, 4 und 5 zu erleichtern, die in der Bohrung 1c dicht eingeschlossen werden sollen. Ein Ende 1a oder das Funkenentladungsende des Isolators 1 ist nach innen gebogen, so daß sich ein kleines Loch 1b ergibt, das mit der Bohrung 1c in Verbindung steht und einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 1c hat. Erfindungsgemäß werden ein Halbleiterwiderstandsmaterial 2, ein kohlehaltiges Widerstandsmaterial 4 und ein verschließendes Widerstandsmaterial 5» die im folgenden beschrieben werden, der Reihe nach vom anderen oder oberen Ende des Isola-

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tors 1 aus in die Bohrung 1c eingefüllt und anschließend für etwa 10 Minuten bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1100⁰C erhitzt, wodurch diese Materialien gleichzeitig weich gemacht werden.

In diesem Zustand wird ein Anschlußstab 3 vom oberen Ende des Isolators 1 aus in die Bohrung 1c gepreßt, so daß sein unterer Endabschnitt 3d fest in dem erstarrten, verschließenden Widerstandsmaterial 5 aufgenommen wird und ein erstarrter freiliegender Zündelektroden teil 2a durch den untersten Teil des Halbleiterwiderstandsmaterials 2 in dem kleinen Loch 1b gebildet wird. Der Anschlußstab 3 besteht aus einem stabformigen Teil 3a, der in die Bohrung 1c des Isolators 1 in der oben beschriebenen Weise eingesetzt wird und mit seinem unteren Teil 3d fest in dem erstarrten verschließenden Widerstandsmaterial 5 mittels eines Außengewindes oder einer Rändelung aufgenommen ist, das bzw· die um seinen Außenumfang ausgebildet ist, aus einem Planschteil 3b, der vom oberen Ende des stabformigen Teils 3a nach außen vorragt und mit dem oberen Ende des Isolators 1 in Berührung steht, wenn der Anschlußstab 3 in der oben beschriebenen Weise in die Bohrung 1c des Isolators 1 gepreßt ist, und aus einem Anschlußteil 3c zum Anschließen eines äußeren, nicht dargestellten Kabelsteckers. Der in dieser Weise erhaltene, langgestreckte Isolator 1 ist über ein Abdichtpulver 9» beispielsweise Talkum, und eine ringförmige Metalldichtung 10, beispielsweise aus Aluminium, ija einem Metallmantel 6 fest angebracht, um die Zündkerze in eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, einzusetzen. Eine Masseelektrode 7 ragt seitlich vom unteren Ende des Metallmantels 6 vor, so daß zwischen dem oben erwähnten freiliegenden Zündeiektrodenteil 2a und der Masseelektrode 7 ein bestimmter Elektrodenabstand 8 besteht.

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Das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 muß eine Funkenentladung in einem auf hoher Temperatur von etwa 800 bis 850⁰C brennenden Gas erzeugen, so daß die Gefahr von Fehlzündungen besteht, da die Oxidation im Material 2 weit verbreitet istund die Spannung der Funkenentladung für eine kurze Zeitdauer sehr schnell ansteigt. Aus diesem Grunde besteht das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 aus einem Gemisch aus einem Metallpulver, einem Pulver einer Metallegierung, einem Pulver aus einem oxidierten und/oder carbonisieren Metall, die eine große Hitzebeständigkeit, Funkenwiderstandsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit haben, einer anorganischen Substanz mit großer Hitze- und Oxidationsbeständigkeit, und einem Dichtungsglasmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt, das für das oben erwähnte Abdichten geeignet ist. Das eich daraus ergebende Gemisch ist so gewählt, daß es einen relativ niedrigen Gleichstromwiderstand von etwa 10 bis 1000-Ω. hat. Insbesondere sind Chrom-, Platin-, Palladium-, Indium- und/oder Bhodiumpulver als Metallpulver des Materials 2 verwendbar, sind Legierungen von Nickel und Chrom, von Eisen und Bor und/oder von Gold und Palladium als Legierungepulver verwendbar und kann als Dichtungsglasmaterial ein Gemisch aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Boroxid verwandt werden.

Das kohlehaltige Widerstandsmaterial 4- kann ein herkömmliches Material sein, dessen Hauptbestandteile Glas, ein Zuschlagsstoff und Kohlenstoff ist, und das so gewählt ist, daß es einen relativ hohen Gleichstromwiderstand von etwa 1 k-Hbis 5 fco.hat, um ein Funkenrauschen im Niederfrequenzbereich von 30 MHz bis 300 MHz zu unterdrücken (s. Figur 3)·

Das Dichtungswiderstandsmaterial 5 kann ein herkömmliches leitendes Glasmaterial sein, dem ein passendes Metallpulver zugemischt ist oder dem ein passendes Halbleitermaterial, beispielsweise ein passendes Metalloxid, hinzugesetzt ist, und ist so gewählt, da3 es einen relativ niedrigen Gleichstromwiderstand

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von etwa 10 bis 1OO_£L hat.

Ein konkretes Ausführungsbeispiel einer rauscharmen Zündkerze mit einem Widerstand, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug geeignet ist und dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 entsprechend aufgebaut ist, wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

(1) Der langgestreckte, hohlzylindrische Isolator 1 aus einem tonerdereichen Porzellan mit den folgenden Abmessungen wird zunächst hergestellt. Der Isolator 1 hat eine Länge von etwa 65,5 mm und eine Wandstärke am unteren Ende von etwa 0,5 bis 1,0 mm, die Bohrung 1c hat einen Durchmesser von etwa 3»6 mm und das Funkenentladeloch 1b hat einen Durchmesser von etwa 1,0 mm und eine Hohe von etwa 0,5 mm.

(2) Das Halbleiterwiderstandsmaterial 2, das aus einem Gemisch aus 30 Gew.-% eines zusammengesetzten Glaspulveisaus Siliciumoxid, Aluminiumoxid und Boroxid, aus 30 Gew.-% eines Legierungspulvers aus Eisen und Bor, aus 10 Gew.-% Titanoxidpulver, aus 10 Gew.-% Lanthanchromit, aus 10 Gew.-% Chromcarbidpulver und aus 10 Gew.-% Tonerde besteht, wird in die Bohrung 1c in einer Hohe von etwa 5 mm, ausgehend vom Zündende des Isolators 1, eingefüllt.

(3) Das kohlehaltige Widerstandsmaterial 4-, das aus einem Gemisch aus 40 Gew.-# Bariumboratglaspulver, 60 Gew.-% Zirkonpulver und 1 bis 4- Gew.-% eines kohlenstoffhaltigen Methyl -cellulosematerialsbesteht, wird anschließend in die Bohrung 1c in einer Höhe von etwa 7 mn ausgehend von der Oberfläche des Halbleiterwiderstandsmaterials 2 eingegeben.

(4) Das verschließende oder abdichtende Widerstandsmaterial 5t das aus denselben Bestandteilen wie das Halbleiterwiderstands-

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material 2 besteht, außer daß das zusammengesetzte Glaspulver durch ein Borsilicatglas mit einem etwas niedrigeren Schmelzpunkt ersetzt ist, und daß 5 Gew.-% Zinnpulver hinzugegeben sind, um die Haftfestigkeit am Anschlußstab 3 zu erhöhen, wird in einer Höhe von etwa 2 mm in die Bohrung 1c eingefüllt.

(5) Der in dieser Weise hergestellte Isolator 1 wird für etwa 10 Minuten auf einer Temperatur von etwa 900 bis 1100⁰C erhitzt, wodurch alle oben genannten Widerstandsmaterialien 2, 4 und 5, die in die Bohrung 1c eingefüllt sind, erweicht werden.

(6) In diesem Zustand wird der stabförmige Teil 3a der stabförmigen Anschlußelektrode 3 mit einer Länge von etwa 51»5 nra in die Bohrung 1c des Isolators 1 in der oben beschriebenen Weise gepreßt.

(7) Schließlich wird der in dieser Weise erhaltene Isolator in herkömmlicher Weise in einen Metallmantel 6 für eine Maschine mit einem 14 mm-Außengewinde eingebaut.

Die ausgezogene Kurve A in Figur 3 zeigt den Mittelwert von fünf Zündkerzen, die in der oben beschriebenen Weise gemäß der Erfindung hergestellt wurden und auf der Basis der normalen Versuche des Japan Radio Technical Committee gemessen wurden, während die gestrichelte Kurve B die Werte für fünf der folgenden bekannten Zündkerzen zeigt. Die bekannte Zündkerze weist nämlich einen langgestreckten hohlzylindrischen Isolator aus einem tonerdereichen Porzellan auf, der längs seiner mittleren Achse eine Bohrung aufweist, die aus einem dünnen unteren oder an' der Funkenentladungsseite befindlichen Bohrungsabschnitt mit einer Länge von etwa 14 mm und einem Durchmesser von etwa 2,8 mm und aus einem stärkeren oberen Bohrungsabschnitt mit einer Länge von etwa 50,5 hub und einem Durchmesser von etwa 3,6 mm besteht. In dem dünnen Bohrungsabschnitt der Bohrung ist eine stabförmige Elektrode aus einer Nickellegierung aufgenom-

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men, die an ihrer Oberseite mit einem Plansch versehen ist. Im wesentlichen dieselben beiden Schichten aus einem Widerstandsmaterial, wie dem oben beschriebenen abdichtenden Widerstandsmaterial 5i sind in den stärkeren Bohrungsabschnitt der Bohrung eingefüllt, wobei dazwischen in Sandwichbauweise im wesentlichen dieselbe einzige Schicht aus einem Widerstandspulver, wie dem oben erwähnten kohlehaltigen Widerstandsmaterial 4- vorgesehen ist. In diesem Zustand wurde der Isolator für etwa 7 Minuten auf einer Temperatur von etwa 900 bis 1000 C erhitzt und es wurde anschließend derselbe Anschlußstab wie die oben erwähnte Anschlußelektrode 3 in die Bohrung gepreßt, wonach schließlich der Isolator in einen vorgeschriebenen Maschinenmetallmantel eingebaut wurde.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Zündkerze eine wesentlich bessere Rauschunterdrückung als die bekannte Zündkerze zeigt. In Figur 3 sind auf der Abszisse die Frequenzen der Rausch- oder Storwelle aufgetragen, während auf der Ordinate die Intensitäten des elektrischen Störfeldes aufgetragen sind.

Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze.

Die in Figur 2 dargestellte Zündkerze hat denselben Aufbau wie die in Figur 1 dargestellte Zündkerze, außer daß das Loch 1b mit kleinem Durchmesser von Figur 1 geschlossen oder im Isolator 1 von Figur 2 nicht vorgesehen ist und daß um die geschlossene untere Stirnwand 1e herum ein pastenartiges Halbleitermaterial, beispielsweise aus Chromoxid, Chromfluorid, einem Pulvergemisch aus Chromoxid oder Chromfluorid und 5 Gew.-% Manganoxid geschichtet ist.

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Dieses Halbleitermaterial kann auch in den untersten Teil 1f der Bohrung eingefüllt, getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 35O⁰C eine Stunde lang in einem Ofen erhitzt und anschließend für etwa 2 Stunden auf einer Temperatur von etwa 1450⁰C wärmebehandelt werden, so daß die Chrom⁺*-Ionen in den Isolator aus tonerdereichem Porzellan eindringen, so daß sich ein halbleitender Zündelektrodenteil 2a¹ ergibt.

Es ist ersichtlich, daß die in Figur 2 dargestellte Zündkerze im wesentlichen dieselbe Rauschunterdrückung wie die in Figur dargestellte Zündkerze zeigt und gleichzeitig eine längere Lebensdauer wie die in Figur 1 dargestellte Zündkerze hat.

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Claims

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Patentansprüche

li.J Zündkerze mit einem Widerstand aus einem langgestreckten, ^^^ hohlzylindrischen, hitzebeständigen Isolator, der längs seiner Mittelachse eine Bohrung aufweist, aus einer Zündelektrode, die teilweise am Funkenentladungsende des Isolators freiliegt und teilweise im am Funkenentladungsende befindlichen Abschnitt der Bohrung des Isolators aufgenommen ist, aus einem ein Rauschen unterdrückenden Widerstandsmaterial, das in die Bohrung des Isolators in einer bestimmten Höhe ausgehend vom oberen Ende der Zündelektrode eingegeben ist, aus einer Anschlußelektrode mit einem inneren Teil, der in der Bohrung des Isolators fest angebracht ist und einem äußeren Teil, der mit einer äußeren Energieversorgungsleitung verbunden ist, und aus einer Masseelektrode, die einen bestimmten Abstand von der Zündelektrode hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode aus einem hitzebeständigen und gegenüber dem Zündfunken widerstandsfähigen Halbleiterwiderstandsmaterial besteht.

ORIGINAL INSPECTED
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterwiderstandsmaterial in ein Loch mit kleinem Durchmesser eingeschlossen ist, das am Funkenentladungsende des Isolators vorgesehen ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funkenentladungsende des Isolators geschlossen ist und daß das Halbleiterwiderstandsmaterial in den geschlossenen Endabschnitt des Isolators eingefüllt und durch Erhitzen zum Eindringen in das geschlossene Ende des Isolators gebracht ist.

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