DE2729099C2 - Zündkerze mit verminderter Störwellenaussendung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze nit verminderter Störwellenaussendung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 25 20 787 ist eine Zündkerze dieser Art bekannt, bei der die Zündelektrode aus einem Metallstift, der etwas aus der Isolatorbohrung herausragt, besteht. Zwischen der Kabelanschlußelektrode und der Zündelektrode sind Widerstandsschichten angeordnet, um durch diesen Widerstand Störungen zu unterdrücken. Bei der bekannten Zündkerze wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Strom zwischen der Zündelektrode und der Kabelanschlußelektrode aufgrund der Widerstandsschichten einen »Zick-Zackweg« durchläuft, was zur Folge hat, daß das Rauschen bei Frequenzen unter 300 MHz herabgesetzt wird. Bei Frequenzen oberhalb von 300 MHz bestehen jedoch bei dieser bekannten Zündkerze unerwünschte S*6rwei!enanteile bzw. Störpegel

Aus der DE-PS 4 05 342 ist eine Zündkerze bekannt, bei der in der Mittelbohrung des Isolators eine aus einer keramischen oder glasartigen Masse bestehende Zündelektrode angeordnet isL Die Zusammensetzung dieser keramischen Masse ist bei dieser Zündelektrode so gewählt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zündelektrode dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der die Zündelektrode umgebenden Isolierung entspricht. Diese Zündkerze beinhaltet keine Widerstandsschichten zur Verminderung des Störpegels bei niedriger! Frequenzen und weist auch keine spezielle Zusammensetzung der Zündelektrode zur Unterdrükkung der Störwellen bei hohen Frequenzen auf. Eine solche Zündkerze verursacht eine starke Störwellenaussendung auf allen Frequenzen.

Durch die GB-PS 7 12 516 ist eine weitere Zündkerze bekannt. Die Mittdelektrodenbohrung dieser Zündkerze ist am zündseitigen Ende durch den Isolator abgeschlossen. Die Mittelelektrode besteht aus einer gesinterten Mischung aus einem keramischen Material und einem Metallpulver. Da diese Zündkerze weder Widerstandsschichten noch einen halbleitenden Elektrodenstift aufweist, wird beim Betrieb dieser Zündkerze auf allen Frequenzen ein hoher Störpegel ausgesendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze zu schaffen, bei der die Störwellenaussendung bei allen Frequenzen stark unterdrückt wird.

Diese Aufgabe wird durch ei.· e Zündkerze gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, den bei herkömmlichen Zündkerzen im allgemeinen vorgesehenen Metallstift, der als Zündelektrode dient, durch ein Halbleitermaterial mit solchen Eigenschaften zu ersetzen, daß eine verbesserte Störpegelabsenkung für Störwellen oberhalb von 300 MHz erzielt wird.

Die Absenkung der Störwellenanteile bei Frequenzen unterhalb von 300 MHz wird in bekannter Weise durch die Anordnung von Widerstandsschichten /wischen der Kabelanschlußelektrode und der Zündelektrode erreicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündkerze ist in Anspruch 2 angegeben. Dadurch, daß das Halbleitermaterial der Zündelektrode vollständig von einem Isolator umgeben ist. wird es vor den hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen während des Verbrennungsvorganges geschützt. Eine solche Zündkerze hat daher eine hohe Lebensdauer. Dadurch, daß Ionen des Halbleiterwiderstandsmaterials im Zündende des Isolators eingebracht sind, behindert die schützende Isolatorschicht nicht den Funkenübertritt.

Im Anspruch 3 ist ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der im Anspruch 2 beschriebenen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündkerze angegeben. Durch dieses Verfahren ist sichergestellt, daß das Einbringen von Ionen in das Isolatormaterial des

Zündendes in einfacher, zuverlässiger und preiswerter Weise vorgenommen werden kann.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündkerze ist in Anspruch 4 angegeben. Eine solche Zündkerze hat den Vorteil, daß sie durch die geringe Anzahl von Fertigungsschritten besonders einfach und kostensparend hergestellt weiden kann.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erlab .ert; es zeigt !0

F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit einem Widerstand.

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

Fig.3 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 F i g. 1 ist mit 1 ein wärmebeständige, langgestreckter und hohlzylindrischer Isolator bezeichnet, der beispielsweise aus tonerdereichem Porzellan besteht und eine Bohrung Ic aufweist, die längs seiner Mittelachse ausgebildet ist, um die Preßfomung der im folgenden beschriebenen Widerstandsmaterialien 2, 4 und 5 zu erleichtern, die in der Bohrung Ic dicht eingeschlossen werden sollen. Das funkenentladüngsseitige Ende la des Isolators 1 ist nach innen gebogen, so daß sich ein kleines Loch 1 Vergibt, das mit der Bohrung lein Verbindung steht und einen k'eineren Durchmesser als die Bohrung Ic hat. ErfindungigemäB werden ein Halbleiterwiderstandsrnaterial 2, ein kohlehaltiges Widerstandsmaterial 4 und ein verschließendes Widerstandsmaterial 5, die im folgenden beschrieben werden, der Reihe nach vom anderen oder oberen Ende des Isolators 1 aus in die Bohrung Ic eingefüllt und anschließend für etwa 10 Minuten bei einer Temperatur -to von etwa 9u0 bis HOO³C erhitzt, wodurch diese Materialien gleichzeitig weich gemacht werden.

In diesem Zustand wird ein Anschlußstob 3 vom oberen Ende des Isolators 1 aus in die Bohrung Ic gepreßt, so daß sein unterer Endabschnitt 3c/fest in dem erstarrten, verschließenden Widerstandsmaterial 5 aufgenommen wird und ein erstarrter freiliegender Ziindelektrodenteil 2a durch den untersten Teil des Halbleiterwiderstandsmaterials 2 in dem kleinen Loch ti»gebildet wird. Der Anschlußstab 3 besteht aus einem ^o stabförmigen Teil 3a. der in die Bohrung lcdes Isolators 1 in der oben beschriebenen Weise eingesetzt wird und mit seinem unteren Teil Sd 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 Flanschteil 3b. der vom oberen Ende des stabförmigen 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 so die Bohrung lcdes 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 "3. beispielsweise Talkum, und eine^b5 ringförmige Metalldichtung 10, beispielsweise aus Aluminium, in einem Metallmantel 6 fest angebracht, um die Zündkerze in eine L.rennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, einzusetzen. Eine Masseelektrode 7 ragt seitlich vom unteren Ende des Metallmantels 6 vor, so daß zwischen dem oben erwähnten freiliegenden Zündelektrodenteil 2a und der Masseelektrode 7 ein bestimmter Elektrodenabstand 8 besteht.

Das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 muß eine Funkenentladung in einem auf hoher Temperatur von etwa 800 bis 850° C brennenden Gas erzeugen, so daß die Gefahr von Fehlzündungen besteht, da die Oxidation im Material 2 weit verbreitet ist und 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 carbonisierten Metall, die eine große Hitzebeständigkeit, Funkenwiderstandsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit haben, einer anorganischen Substanz mit großer Hitze- und Oxidationsbeständigkeit, und einem Dichtungsglasmaterial mit einem hohen Γ. hmelzpunkt, das für das oben erwähnte Abdichten geebnet ist. Das sich daraus ergebende Gemisch ist so gewählt, daß es einen relativ niedrigen Gleichstromwiderstand von etwa 10 bis 1000

hat. Insbesondere sind Chrom·, Platin-, Palladium-, Indium- und/oder Rhodiumpulver als Metallpulver des Materials 2 verwendbar, sind Legierungen von Nickel und Chrom, von Eisen und Bor und/oder von Gold und Palladium als Legierungspulver 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

bis 5 K hat, um den Störpegel im Frequenzbereich von 30 MHz bis 300 MHz zu unterdrücken (si»he F i g. 3).

Das Dichtungswiderstandsmaterial 5 kann ein herkömmliches leitendes Glasmaterial sein, dem ein pass' iides Metallpulver zugemischt ist oder dem ein passendes Halbleitermaterial, beispielsweise ein passendes Metalloxid, hinzugesetzt ist, und ist so gewählt, daß es einen relativ niedrigen Gleichstromwiderstand von etwa 10 bis 100 hat.

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

(1) Der langgestreckte, hohlzylindrische Isolator 1 aus enrm tonerdereichen Porzellan mit den folgenden Abmessungen wird zunächst hergestellt. Der Isolator 1 hat rine Länge von etwa 65.5 mm und eine Wandstärke am unteren Ende von etwa 0,5 bis 1,0 mm, die Bohrung 1 c hat einen Durchmesser von etwa 3.6mm und das Funkenentladeloch \b hat einen Durchmesser von etwa 1,0 mm und eine Höhe vcn etwa 0,5 mm.

(2) Das Halbleiterwiderstandsmaterial 2, das aus einem Gemisch aus 30 Gew.-% eines zusammengesetzten Glaspulvers aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid und Boroxid, aus 30Gew.-% eines Legierungspulvers aus Eisen und Bor, aus !0 Gew.-% Titanoxidpulver, aus 10Gew.-% Lanthanchromit, aus 10Gew.-% Chromcarbidpulver und aus 10Gew.-% Tonerde

besteht, wird in die Bohrung Ic in einer Höhe von etwa 5 mm, ausgehend vom Zündende des Isolators !.eingefüllt.

(3) Das kohlehaltige Widerstandsmaterial 4, das aus einem Gemisch aus 40 Gew.-°/o Bariumboratgla- > spulver. 60Gew.-% Zirkonpulver und 1 bis 4 Gew.-% eines kohlenstoffhaltigen Methylcellulosematerials besteht, wird anschließend in die Bohrung Ic in einer Höhe von etwa 7 mm ausgehend von der Oberfläche des Halbleiter-Widerstandsmaterials 2 eingegeben.

(4) Das verschließende oder abdichtende Widerstandsmaterial 5, das aus denselben Bestandteilen wie das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 besteht, außer daß das zusammengesetzte Glaspulver durch ι > 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 i c eingcfüiit. jn

(5) Der in dieser Weise hergestellte Isolator 1 wird für etwa 10 Minuten auf einer Temperatur von etwa 900 bis HOO⁰C erhitzt, wodurch alle oben genannten Widerstandsmaterialien 2,4 und 5. die in die Bohrung lceingefüllt sind.erweicht werden. _>;

(o) In diesem Zustand wird der stabförmige Teil 3;i der stabförmigen Anschlußelektrode 3 mit einer Länge von etwa 51.5 mm in die Bohrung lcdes Isolators 1 in der oben beschriebenen Weise gepreßt.

(7) Schließlich wird der in dieser Weise erhaltene w Isolator 1 in herkömmlicher Weise in einen Metallmantel 6 für eine Maschine mit einem 14-mm-Außengewinde eingebaut.

Die ausgezogene Kurve A in Fig. 3 zeigt den r> Mittelwert von fünf Zündkerzen, die in der oben beschriebenen Weise gemäß der Erfindung hergestellt »i/i ifi-lt»r> iir»*-J mtf rl&r RiClC Ηλι* nrtrmn It*r\ U£>rciii»ki» /-!oc

Japan Radio Technical Committee gemessen wurden, während die gestrichelte Kurve ßdie 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 4s Funkenentladungsseite befindlichen Bohrungsabschnitt mit einer Lange 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 mm und einem Durchmesser von etwa 3.6 mm besteht. In dem dünnen Bohrungsabschnitt der Bohrung ist eine stabförmige Elektrode aus einer Nickellegierung aufgenommen, die an ihrer Oberseite mit einem Flansch versehen ist. Im wesentlichen dieselben beiden Schichten aus einem Widerstandsmaterial, wie dem oben ϊ5 beschriebenen abdichtenden Widerstandsmaterial 5, sind in den stärkeren Bohrungsabschnitt der Bohrung eingefüllt, wobei da/wischen in Sandwichbauweise im wesentlichen dieselbe einzige Schicht aus einem Widerstaiidspulver. 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 erw.ihnte AnschkiUelektrode 3 in die Bohrung gepreßt, wonach schließlich der Isolator in einen vorgeschriebenen Maschinenmetallmantel eingebaut wurde.

Aus Fig. J ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Zündkerze eine wesentlich bessere Störunterdrückung als die bekannte Ziindkcr/e zeigt. In F i g. 3 sind auf vier Abszisse die Frec|iicn/en des jeweiligen Störpegels aufgetragen, während auf der Ordinate die Intensitäten des elektrischen Störfeldes aufgetragen sind.

Fig. 2 zeigt eine schcmatischc Querschnittsansicht eines weiteren Ausführiingsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze.

Die in Fig. 2 dargesteiite Zündkerze hat denselben Aufbau wie die in Fig. I dargestellte Zündkerze, außer daß das Loch \b nut kleinem Durchmesser von F i g. I geschlossen oder im Isolator 1 von F i g. 2 nicht vorgesehen ist und daß um die geschlossene untere Stirnwand Ic herum ein pastenartiges Halbleitermaterial, beispielsweise aus Chromoxid, Chroiiifluorid, einem Pulvergemisch aus Chromoxid oder Chromfluorid und 5 Gcw.-°/o Manganoxid geschichtet ist.

Dieses Halbleitermaterial kann auch in den untersten Teil l/der Bohrung eingefüllt, getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 35O°C eine Stunde lang in einem Ofen erhitzt und anschließend für etwa 2 Stunden auf einer Temperatur von etwa 1450'C wärmebehandelt werden, so daß die Chrom*'-Ionen aus tonerdereichem Porzellan eindringen, so daß sich ein halbleitender Zündelektrodenteil 2a'ergibt.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze unterscheidet _s|_ck _VOr. Aar \n F i ™. 2 dargestellten Zündkerze also dadurch, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 in dem kleinen Loch \b einen freiliegenden Zündelektrodenteil 2a bildet. Im Gegensatz dazu ist bei der Zündkerze nach Fig. 2 das Halbleiterwiderstandsmaterial 2 durch eine dünne, ionenenthaltende Isolatorschicht am Zündende geschützt. Diese dünne, ionenenthaltende Isolatorschicht hat keinen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften der Zündkerze. Demzufolge sind die Störpegeldämpfungen bei beiden Zündkerzen im wesentlichen gleich günstig. Da jedoch das Halbleiterwiderstandsmateria! 2 bei der Zündkerze nach F i g. 1 freiliegt, während es bei der Zündkerze nach F i g. 2 durch eine dünne Isolatorschicht von chemischen und mechanischen Beanspruchungen während des Verbrennungsvorganges geschützt wird, weist die Zündkerze nach F i g. 2 gegenüber der Zündkerze nach F i g. 1 eine längere Lebensdauer auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zündkerze mit verminderter Störwellenaussendung mit einem in der Mittelbohrung des Isolators zwischen Zündelektrode und Anschlußelektrode angeordneten, in Kontakt mit der Zündelektrode stehenden kohlenstoffhaltigen ersten Widerstandsmaterial mit einem ohmschen Widerstand von etwa 1 bis 5 Kiloohm und mit einem die Mittelbohrung abdichtenden, in Kontakt mit der Anschlußelektrode stehenden zweiten Widerstandsmaterial mit guten Hafteigenschaften und einem ohmschen Widerstand von etwa 10 bis lOOOhm, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (2) aus einem Halbleiterwiderstandsmaterial besteht, welches ei- |- nen ohmschen Widerstand im Bereich von 10 bis 1000 Ohm aufweist und aus zwei Komponenten besteht, wobei eine erste Komponente eine Dichtglaszusammensetzung ist, die Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid und Boroxid enthält, während eine zweite Komponente aus einem Metallpulver und einem Legierungspülver. aus einem Metalloxid und/oder Chromkarbit und aus einer aus Aluminiumoxid bestehenden hitze- und oxidationsbeständigen anorganischen Substanz besteht, wobei wiederum das Metallpulver Chrom, Platin, Palladium, Indium und/oder Rhodium LSt, das Legierungspulver Nickel-Chrom. Eisen-Bor und/oder Gold-Palladium ist, und das Metalloxid Titanoxid und/oder Lanthanchromit ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. d.¹'^ das Zündende des Isolators vollständig geschlossen ist und daß im Zündende des Isolators Ionen eines pastenartigen Halbleiterwiderstandsmaterials in der Weise in dfn Isolator eingebracht sind, daß das Zündende des Isolator^ als ein halbleitender Zündelektrodenteil (2a9ausgebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung des halbleitenden Zündelektrodenteils nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß um die geschlossene untere Stirnwand (Ie) herum das pastenartige Halbleitermaterial, beispielsweise aus Chromoxid. Chromfluorid, einem Pulvergemisch aus Chromoxid oder Chromfluorid und fünf Gewichtsprozenten Manganaxid geschieht ist oder daß das genannte pastenartige Halbleitermaterial in den untersten Teil (if)der Bohrung eingefüllt wird, woraufhin das Halbleitermaterial bsi einer Temperatur von etwa 350° C eine Stunde lang in einem Ofen erhitzt und anschließend für etwa zwei Stunden auf einer Temperatur von etwa 1450⁰C wärmebehandelt wird, so daß die Cr*'-Ionen in den Isolator aus tonerdereichem Porzellan eindringen, so daß sich ein halbleitender Zündelektrodenteil (2a') ergibt.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündende der Isolatorbohrung eine Endöffnung(16. !«/^aufweist.