DE2857574C2

DE2857574C2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE2857574C2
Application number: DE2857574A
Authority: DE
Inventors: Kanemitsu Komaki Nishio; Shunichi Tagimi Tagaki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE2854071A1; US4261085A; DE2854071C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche ist aus der DE-AS 12 08 120 bekannt.

Bei dieser Zündkerze ist das Loch in der Vorderwand des Porzellankörpers von einem nach außen vorstehenden Platinstift durchdrungen, der die Mitten elektrode der Funkenstrecke bildet und im Inneren des Porzellankörpers in eine elektrisch leitfähige Glasverschlußmasse eingebettet ist.

Um die Umweltbeeinträchtigungen, die von Kraftfahrzeugen durch Abgase und elektrische Störfelder ausgehen, zu beseitigen, müssen besondere Vorkehrungen auch an den Zündkerzen getroffen werden. Die dabei zu lösenden Probleme lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Beseitigung der flammlöschenden Einflüsse der Mittenelektrode der Zündkerze;

2. Unterdrückung der während des Funkenüberschlages erzeugten Störströme an der Zündkerze.

Die zu Flammlöschungen führenden Eigenschaften der Mittenelektrode äußern sich in sogenannten Fehlzündungen. Als konkrete Abhilfemaßnahme bezüglich Fehlzündungen ist es möglich, den Luftspalt von gewöhnlich 0,7 bis 0,9 mm zwischen den Elektroden auf eine Weite von zwischen 1,1 und 1,5 mm zu vergrößern. Diese Maßnahmen können die Zündeigenschaften der Zündkerze merklich verbessern.

Die Funkenspannung über dem Luftspah wird jedoch im wesentlichen proportional zur Luftspaltweite größer, weshalb es nachteiligerweise erforderlich ist, das Zündsystem entsprechend zu ändern, um die höheren Zündspannungen aufzubringen, beispielsweise indem man zu einer speziellen Art von Transistorzündsystem greift Hierdurch steigen die Herstellungskosten.

Aus der US-PS 39 21 020 ist es bekannt, das vordere Ende der Zündkerzenelektroden mit einem keramischen oder anderen feuerfesten Material zu überziehen, um die elektrische und chemische Erosion zu beseitigen.

ίο Diese Maßnahmen haben zugleich auch Einfluß auf die flammlöschenden Eigenschaften der Elektroden, bringen jedoch nicht immer zufriedenstellende Resultate, was aus den erheblich voneinander abweichenden Ausdehnungskoeffizienten des Bedeckungsmaterials und des Metalls der Elektroden resultiert.

Die elektrischen Störfc'der, die von einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine ausgehen, lassen sich durch den Einsatz sogenannter Widerstandszündkerzen vermindern, bei denen in der Mittenbohrung des Porzellanisolators ein elektrischer Widerstand eingesetzt oder ausgebildet ist Auf eine Zündkerze mit Widerstandskörper bezieht sich, wie im Hauptanspruchsoberbegriff vorausgesetzt, der Erfindungsgegenstand.
Bekanntlich hat keramisches Material bei hohen Temperaturen gute Eigenschaften und wird daher als Isoliermaterial in breitem Umfang benutzt. Die keramischen Materialien weisen eine spezifische Wärme auf, die geringer ist als die von Metallen, so daß die Abkühlung der Flamme des Funkens durch sie, die zu dessen Auslöschung führen könnte, vermindert ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der im Hauptanspruchsoberbegriff angegebenen Art hinsichtlich der Langzeitbeständigkeit ihres Isolators und ihrer Zündeigenschaften zu verbessern, wobei auch der elektromagnetische Störpegel, den die Zündkerze erzeugt, erheblich reduziert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Mittenelektrode aus einem korrosionsfesten Material steht daher nicht direkt der Außenelektrode gegenüber. Diese Maßnahme stellt sicher, daß die Mittenelektrode nicht die vom Funken erzeugte Flamme abkühlt, so daß die Zündeigenschaften einer so ausgerüsteten Zündkerze erheblich verbessert sind. Die Ausbildung der Mittenelektrode als Widerstandskörper ist für die gute Störstrahlungsunterdrückung verantwortlich.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 den Isolatorsamt Mittenelektrodenanordnung einer Zündkerze;

F i g. 2 eine Einzelheit aus F i g. 1 in vergrößerter Darstellung;

F i g. 3 eine graphische Darstellung betreffend die Lebensdauer des Isolators der erfindungsgemäßen Zündkerze im Vergleich zu einem üblichen Zündkerzenisolator;

Fig.4 eine graphische Darstellung des Zündverhaltens der erfindungsgemäßen Zündkerze im Vergleich /.u einer üblichen Zündkerze, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung bezüglich der durch die Erfindung erreichten Verminderung des elektrischen Störfeldes.

Die Fi g. 1 zeigt den Isolator samt Mittenelektrodenanordnung einer Zündkerze, d. h. das Metallfitting. in

welchem der Isolator üblicherweise befestigt ist, ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt Einzelheiten im Elektrodenbereich sind — mit Metallfitting — in der F i g. 2 erkennbar.

Der Isolator 5 weist eine Axialbohrung 9 auf, die an ihrem vorderen Ende von einer dünnen Vorderwand 10 begrenzt ist In die Axialbohrung 9 ist ein Widerstandskörper 3 eingesetzt, der in engem Kontakt mit der Vorderwand 10 steht die sich im Zündbereich der diesen Isolator aufweisenden Zündkerze befindeL Dieser Widerstandskörper 3 bildet im Bereich der dünnen Vorderwand 10 die Mittenelektrode 1 der Zündkerze. Dieser Elektrode steht durch die dünne Vorderwand 10 und einen Luftspalt getrennt die am Metallfitting 7 ausgebildete Außenelektrode 6 gegenüber. Im Isolator 5 schließt sich an den Widerstandskörper nach rückwärts ein Anschlußstift 4 an, der mit dem Widerstandskörper 3 durch eine elektrisch leitfähige Dichtung 2 verbunden ist.

Der Isolator 5 ist aus einer Porzellannasse hergestellt, die 95% AIrO₃ enthält, in einem Preßvorgang zu der gewünschten Gestalt geformt und dann bei 1600° C gesintert wurde.

Die Dicke der Vorderwand 10 beträgt vorzugsweise etwa 0,5 mm, wobei folgende Gesichtspunkte maßgebend sind: Je dicker die Vorderwand 10 ist, um so höher ist die Entladespannung, die notwendig ist, um einen Funken hervorzurufen. Eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 mm macht es möglich, mit einer Zündspannung üblicher Höhe einen Überschlag zwischen Mittenelektrode 1 und Außenelektrode 6 hervorzurufen.

Die Vorderwand 10 des Isolators weist eine Durchschlagsfestigkeit von 15kV/mm in öl auf. Wenn der Spalt zwischen der Außenelektrode 6 und der Vorderwand 10 eine Weite von 0,7 mm hat und eine Zündspannung von 20 kV verwendet wird, dann wird die Vorderwand 10 des Zündteils im Bereich gegenüber der Außenelektrode 6 einem elektrischen Durchbruch unterworfen, der in der Vorderwand ein kleines Loch 12 von 50 bis 100 μ Durchmesser hervorruft, der in der F i g. 2 zur Verdeutlichung übertrieben groß eingezeichnet ist. Als Folge davon entsteht eine Entladungsstrecke zwischen der Außenelektrode 6 und der keramischen Mittenelektrode 1, obgleich die Vorderwand 10 des Isolators 5 nicht elektrisch leitfähig ist.

Der Widerstandskörper 3 kann aus einem Material bestehen, das die in Widerstandszündkerzen übliche Zusammensetzung hat, beispielsweise

Bariumboratglas
Zirkonerdepulver
Glycerin
Widerstandsstabilisatoren TiC,
TiO₂, Nb₂O₅ oder dgl.

40 Gewichtsteile 60 Gewichtsteile 1 bis 4 Gewichtsteile

1 bis 10 Gewichtsteile

Zu dem Widerstandskörper 3 können gegebenenfalls Metallpulver, wie beispielsweise aus Eisen, Bor, und ein Zuschlag aus S13N4 oder dgl. hinzugefügt werden. Alternativ kann der Widerstandskörper 3 aus Glas enthaltendem A1₂O3, SiO₂ bestehen, um die Hitzewiderstandsfähigkeitseigenschaften desselben zu verbessern.

Versuche an der zuletzt beschriebenen Ausführungsform zeigten im Vergleich zum Stand der Technik folgende Ergebnisse:

Bei einem konventionellen Zündkerzenisolator führt der Abbrand an der metallenen Mittenelektrode zu einer Vergrößerung des Luftspalts und damit der Entladungsspannung, wodurch die Lebensdauer des Isolators herabgesetzt wird.

Bei einem Zündkerzenisolator der erfindungsgemäßen Zündkerze wird ein Elektrodenabbrand aufgrund von Oxidation durch die Vorderwand verhindert und als Folge davon wird der Abbrand der Mittenelektrode verhältnismäßig klein.

Die Fig.3 zeigt die Entladungsspannung bei einer üblichen Zündkerze im Vergleich mit einer in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Zündkerze, wobei bei letzterer die Entladungsweglänge als Summe aus dem Luftspalt zwischen der Außenelektrode und der Vorderwand sowie der Dicke der Vorderwand definiert ist und eine Länge von 0,7 bis 0,8 mm aufweisen soll, wie bei einer konventionellen Zündkerze. Wie die F i g. 3 zeigt, ist die Entladungsspannung der neuen Zündkerze anfänglich leicht höher als die bei einer üblichen Zündkerze. Die Fig.3 zeigt auch, daß die benötigte Maximalspannung in der Zündanlage eines Kraftfahrzeuges als Funktion der Betriebszeit hier durch die zurückgelegte Wegstrecke ausgedrückt, weniger stark ansteigt als bei einer üblichen Zündkerze.

Das Wärmeleitvermögen des vorderen Endes des Zündteiles des beschriebenen Zündkerzenisolators, welches Ende den Brenngasen bei 800 bis 1000° C ausgesetzt ist, liegt im Bereich zwischen 4,2 χ 10~² und 8.4 χ 10-² joule/cm -S-⁰C und ist somit beträchtlich niedriger als das einer konventionellen Mittenelektrode aus einer Nickellegierung. Als Folge davon ist das Flammlöschungsverhalten durch Wärmeentzug, der durch die Mittenelektrode hervorgerufen werden könnte, bei der erfindungsgemäßen Zündkerze erheblich geringer als bei einer konventionellen Zündkerze.

Die F i g. 4 zeigt die Fehlzündungsrate als Funktion des Luft/Kraftstoffverhältnisses A/F für eine übliche Zündkerze (durchgezogen) und eine in erfindungsgemäßer Weise ausgerüstete Zündkerze (gestrichelt), gemessen mit einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine von 2 1 Hubraum mit elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzung.

Die F i g. 5 zeigt die mit der erfindungsgemäßen und einer üblichen Zündkerze erhaltenen Ergebnisse der Störfeldmessung im Vergleich zu den von der Norm JRTC (»Japan Radio Technical Commitee«) gegebenen Grenzwerten, wobei der elektrische Störpegel über der Frequenz aufgetragen ist. Wie die F i g. 5 zeigt, ist es mit der erfindungsgemäßen Zündkerze möglich, den Störpegel erheblich herabzusetzen, was daraus resultiert, daß der Widerstandskörper 3, das ist die Mittenelektrode 1, unmittelbar an der Funkenstrecke beginnt.

Versuche haben weiterhin gezeigt, daß, wenn man die Betriebsbedingungen so extrem wählt daß das vordere Ende des Isolators aufgrund von Frühzündungen oder dgl. überhitzt wird, die halbleitende Glasmasse des Widerstandskörpers 3 eventuell schmilzt, sich durch das Loch 12 des Zündteils hindurchdrückt und eine Brücke zwischen diesem und der Außenelektrode 6 bildet, die zu Fehlzündungen führt. Man muß daher ein Glas verwenden, das einen sehr hohen Erweichungspunkt, z. B. wenigstens 900° C, aufweist, um die Betriebssicherheit nicht zu beeinträchtigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündkerze, deren Isolator aus einem eine Axialbohrung aufweisenden Porzellankörper besteht, der in ein Metallfitting eingesetzt ist, an dem eine Außenelektrode ausgebildet ist, mit einem elektrisch leitenden Anschlußstift in der Axialbohrung, der mit einer Mittenelektrode am vorderen, der Außenelektrode gegenüberstehenden Ende des Porzellankörpers über einen in der Axialbohrung angeordneten elektrisch leitenden Widerstandskörper in Verbindung steht, mit einem Loch in der Vorderwand des Porzellankörpers, wobei der Widerstandskörper an seinem einen Ende unmittelbar an das Loch anschließend angeordnet ist und an seinem anderen Ende mit dem Anschlußstift in elektrisch leitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (12) einen Durchmesser von 50 bis 100 μ hat und durch Funkenüberschlag zwischen den Elektroden erzeugt ist, daß die Vorderwand (10) dort eine Stärke zwischen 0,2 und 2 mm aufweist und daß der Widerstandskörper (3) als keramischer Körper ausgebildet und mit dem Anschlußstift (4) mittels einer elektrisch leitfähigen Dichtung (2) verbunden ist

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenelektrode (1) aus einem halbleitenden Material besteht.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenelektrode (1) aus einem gesinterten Körper aus Metallpulver und Porzellanpulver besteht.