DE3129025C2 - Zündkerze mit Mitteln zum Verschmutzungsschutz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit guter Verschmutzungsschutzwirkung (antifouling properties), bei welcher ein Porzellan-Isolator zur Halterung einer Mittelelektrode in ein Metallgehäuse eingebaut ist, deren Besonderheit darin besteht, daß zur Verhinderung einer Herabsetzung der Verschmutzungsschutzwirkung ein Überzug (4) aus einer Lösung aus Silikon und Paraffin zumindest auf die von der Innenfläche (1a) der Brennraumseite des Metallgehäuses (1) umschlossene Isolatorfußfläche (3b) des Porzellan-Isolators (3) aufgetragen ist.

Description

scher Kohlenwasserstoff (auch unter dem Sammelbegriff »Paraffine« bekannt) oder ein eutektisches Gemisch aus Paraffinen mit Polyäthylen oder Polystyrol verwendet werden.

Im vorliegenden Falle wurde eine gesättigte Lösung aus 100 ml festen Paraffins in Trichloräthylen zur Zubereitung von sechs Beschichtungslösungs-Proben mit 0,1, 1,0,3,0,10,25 bzw. 50 ml Silikonöl vermischt Diese Lösungsproben wurden auf isolatorfußfJächen aufgetragen, 24 h lang stehengelassen und zur Herstellung von sechs Zündkerzen A bis Fin Metallgehäuse eingebaut, von denen die Zündkerze A den niedrigsten und die Zündkerze F den höchsten verwendeten SiHkonölanteil aufwies. Zu Vergleichszwecken wurden auch eine Zündkerze G mit einer Lösung aus Paraffin in Trichloräthylen als Schicht auf der Isolatorfußfläche und eine Zündkerze H, deren Isolatorfußfläche mit einer Lösung von 10 ml Silikonöl in Trichloräthylen beschichtet war, und weiterhin eine handelsübliche Zündkerze / ohne Isolatorfußbeschichtung vorgesehen. Diese neu" Zündkerzen wurden einem Versuch bezüglich der Verschmutzungsschutzwirkung unterworfen, dessen Ergebnisse sich in F i g. 2 finden. Der Versuch wurde mit einer Viertakt-Einzylinderbrennkraftmaschine durchgeführt, wobei die Wiederholungszyklen jeweils einen 50 s langen Lauf mit erhöhter Leerlaufdrehzahl (2070/min, ³U Drosselung) mit überangereichertem Kraftstoff/Luftgemisch, fünf Läufe mit voll geöffneter Drosselklappe (»Vollgas«) und eine Stillstandszeit von 2 min umfaßten.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, erwiesen sich die Zündkerzen C und H mit Paraffin- bzw. Silikonüberzügen gegen eine Verschmutzung beständiger als die handelsübliche Zündkerze /, besaßen jedoch nicht die für den praktischen Einsatz geforderte Verschmutzungsschutzwirkung. Die Zündkerzen A bis F mit erfindungsgemäßen Überzügen aus Silikon und Paraffin überstanden mehr Prüfzyklen als die Vergleichsprüflinge, und sie besaßen eine für die Praxis zufriedenstellende Verschmutzungsschutzwirkung. Die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung wird verstärkt, wenn mindestens 0,5% Silikon, bezogen auf eine gesättigte Paraffinlösung, und vorzugsweise etwa 5 bis 50% Silikon im Gemisch mit Paraffin verwendet werden.

Ein Zusatz von mehr als 50% Silikon führt zur Bildung eines ungleichmäßigen und zu dicken Überzugs und bedeutet nur eine Materialvergeudung. Durchgeführte Versuche zeigten, daß die in F i g. 2 dargestellten Ergebnisse mit den Zündkerzen A bis F auch erzielt werden, wenn diese in ein handelsübliches Kraftfahrzeug eingebaut sind, daß bei einer Temperatur von — 10⁰C wiederholten Zyklen mit Leerlaufdrehzahl und niedriger Fahrtgeschwindigkeit (10 bis 20 km/h) unterworfen wird.

Bei einer in F i g. 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist der Überzug 4 nicht nur auf der Oberfläche des Porzellan-Isolatorfußes 3b, sondern auch auf der Innenfläche la des Metallgehäuses 1 vorgesehen. Somit können ein Kurzschluß zwischen der Isolatorfußfläche und dem Metallgehäuse verhindert und die Verschmutzungsschutzwirkung der Zündkerze weiter verbessert werden. Die Ausbildung des Überzugs 4 sowohl auf der Isolatorf ußfläche 36 als auch auf der Innenfläche Xa des Metallgehäuses 1 kann dadurch erfolgen, daß die Beschichtungslösung in den Ringraum um den Isolatorfuß eines in das Metallgehäuse eingebauten Porzellan-Isolators herum eingefüllt wird.

Es hat sich also gezeigt, daß durch einen solchen Überzug auf dem Isolatorfwß die Verschmutzungsschutzwirkung einer Zündkerze wirksam verbessert werden kann. Weiterhin hat es sich jedoch herausgestellt, daß sich dann, wenn die Spitze des Isolatorfußes mit einem solchen Überzug versehen ist, die Fähigkeit des Isolatorfußes bezüglich eines Wegbrennens von Kohlenstoffablagerungen bzw. seine Selbstreinigungswirkuiig verringert Der im folgenden anhand von F i g. 4 beschriebenen Ausführungsform einer Zündkerze kommen sowohl eine verbesserte Verschmutzungsschutzwirkung als auch gute Selbstreinigungseigenschaften zu. F i g. 4 ist eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung, in welcher der F i g. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Ein erfindungsgemäßer Überzug 4 ist wieder auf der Oberfläche des Isola-

torfußes 3b ausgebildet, wobei jedoch der vom Überzug 4 freigehaltene Bereich der Spitze 3a des Isolatorfußes gegenüber F i g. 1 und 3 vergrößert wurde. Dabei wurden wieder 100 ml einer gesättigten Lösung aus festem Paraffin in Trichloräthylen mit 10 ml Silikonöl gemischt.

Nach Auftragen der so erhaltenen Überzugslösung auf die Oberfläche des Isolatorfußes mit Ausnahme eines 6 mm langen Spitzenstücks wurde der Isolator vor dem Einbau in ein Metallgehäuse 24 h lang stehengelassen. Bei einer weiteren auf diese Weise hergestellten Zünd-

kerze wurde die Überzugslösung auf die gesamte Oberfläche des Isolatoifußes, also einschließlich seiner Spitze, aufgetragen. Weiterhin wurde in den Vergleich eine handelsübliche Zündkerze ohne jeden Isolierüberzug einbezogen. Die drei Prüflinge wurden in einem Personcnkraftwagen mit Viertaktmaschine Versuchen zur Ermittlung der Verschmutzungsschutzwirkung und der Selbstreinigung unterzogen. Die sich wiederholenden Zyklen des Verschmutzungsschutzwirkungsversuchs umfaßten jeweils fünf Fahnen bei — 10⁰C, sechs Beschleunigungen von 10 km/h auf 20 km/h und Verzögerungen von 20 km/h auf 10 km/h sowie eine Stillstandszeit von 3 min. Der Isolationswiderstand der handelsüblichen Zündkerze verringerte sich nach 5 bis 6 Prüfzyklen auf weniger als 10 ΜΩ, während der lsolationswiderstand bei den beiden beschichteten Zündkerzen nach 10 Prüfzyklen nur auf 1000 ΜΩ abnahm, wodurch die guten Verschmutzungsschutzeigenschaften dieser Zündkerzen belegt werden.

Beim Selbstreinigungsversuch wurden die drei letzt-

genannten Zündkerzen die aufgrund des Fahr- bzw. Leerlaufbetriebs mit überangereichertem bzw. überfettetem Kraftstoff/Luftgemisch eine gleichmäßige Kohlenstoffablagerung auf der !solatorfußfläche aufwiesen, unter Selbstreinigungsbedingungen im normalen Fahrgeschwindigkeitsbetrieb untersucht. Die Isolatorfußspitze der Zündkerze mit vollständig beschichtetem Isolatorfuß zeigte erst beim Betrieb des Fahrzeugs mit 60 km/h eine weiße (Abbrand-)Färbung (mittels eines Thermoelements wurde die an der Spitze der Mittelelektrode herrschende Temperatur mit etwa 540⁰C ermittelt), während die Isolatorfußspitzen der Zündkerze mit unbeschichteter Spitze und der handelsüblichen Zündkerze bereits bei einer Fahrtgeschwindigkeit von 50 km/h (Temperatur an der Spitze der Mittelelektrode etwa 500° C) einen weißen (Abbrand-)Zustand erreichten. Eine Minderung der Selbstreinigungswirkung einer Zündkerze kann somit um so mehr vermieden werden, als der Isolierüberzug auf der Spitze des Isolatorfußes eingeschränkt wird.

In \bwandlung dieser Ausführungsform kann der Überzug 4 gemäß F i g. 5. wie schon gemäß F i g. 3, auch an der Innenfläche la des Metallgehäuses 1 vorgesehen sein.

5 6 §

Wie erwähnt, ist die erfindungsgemäße Zündkerze >| zumindest auf der Oberfläche des Isolatorfußes 3b mit % Ausnahme seiner Spitze 3a mit einem Überzug aus SiIi- |_: konöl und Paraffin(en) versehen. Hierdurch wird eine 3 etwaige Abnahme des Isolationswiderstands verhindert, 5 | so daß eine schnelle Verschmutzung der Zündkerze(n) ; eines Neufahrzeugs ausgeschaltet wird. Da zudem auch
eine Beeinträchtigung der Selbstreinigungseigenschaften vermieden wird, kann auch ein vorwiegend im Stadtverkehr betriebenes Fahrzeug schnell die Selbstreini- io

gungsbedingungen erreichen, so daß die Möglichkeiten = für ein Absterben der Maschine oder für Anlaßschwierigkeiten infolge verschmorter Kohlenstoffablagerun- ; gen ausgeschaltet werden. >

15 £

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen ;

20

25

30

35

40 45 50 55 60 65

Claims (1)

1 2

ter Verschlechterung der Verschmutzungsschutzwir-Patentanspruch: kung der Zündkerze beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündkerze der

Zündkerze mit Mitteln zum Verschmutzungs- eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, schutz, bei welcher ein Porzellan-Isolator zur Halte- s daß die Verringerung des Isolatorwiderstands noch rung einer Mittelelektrode in ein Metallgehäuse ein- wirksamer verhindert wird.

gebaut ist, wobei zum Schutz vor Verschmutzung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ein Silikonöl enthaltender Oberzug auf die von der daß der Oberzug aus einer Paraffinlösung mit minde-Brennraumseite des Metallgehäuses umschlossene stens 0,1 % Silikonöl, bezogen auf eine gesättigte Paraf-Isolatorfußoberfläche des Porzellan-Isolators, gege- io finlösung. besteht

benenfalls unter Freihaltung der Spitze des Isolator- Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen

fußes von dem Oberzug, aufgetragen ist und wobei der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es der Oberzug zusätzlich auch auf der dem Brenn- zeigt

raum ausgesetzten Oberfläche des Metallgehäuses Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenan-

aufgetragen sein kann, dadurch gekenn- 15 sieht einer Zündkerze mit Merkmalen nach der Erfinzeichnet, daß der Oberzug (4) aus einer Paraffin- dung,

lösung mit mindestens 0,1% Silikonöl, bezogen auf Fig.2 eine graphische Darstellung der Ergebnisse

eine gesät'igte Paraffinlösung, besteht von Versuchen mit bisherigen und erfindungsgemäßen

Zündkerzen,

20 F i g. 3 eine im Schnitt gehaltene Teildarstellung einer

zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung einer dritten

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit Mitteln Ausführungsform der Erfindung, und
zum Verschmutzungsschutz, bei welcher ein Porzellan- F i g. 5 eine F i g. 3 ähnelnde Darstellung einer vierten

isolator zur Halterung einer Mittelelektrode in ein Me- 25 Ausführungsform der Erfindung,
tallgehäuse eingebaut ist, wobei zum Schutz vor Ver- Die in F i g. 1 dargestellte Zündkerze weist ein Me-

schmutzung ein Silikonöl enthaltender Oberzug auf die tallgehäuse 1 mit einer Einschraubmutter, eine Mittelvon der Brennraumseite des Metallgehäuses umschlos- elektrode 2 und einen aus Porzellan mit hohem Aluminisene Isolatorfußoberfläche des Porzellan-Isolators, ge- umoxidanteil bestehenden Isolator 3 zur Halterung der gebenenfalls unter Freihaltung der Spitze des Isolator- 30 Mittelelektrode 2 auf. Der Isolator 3 ist im Metallgehäufußes von dem Überzug, aufgetragen ist und wobei der se 1 unter Abdichtung mittels einer Dichtscheibe 6 auf Überzug zusätzlich auch auf der dem Brennraum ausge- übliche Weise befestigt Der Isolator 3 weist einen der setzten Oberfläche des Metallgehäuses aufgetragen Innenfläche la der Brennraumseite des Metallgehäuses sein kann. 1 gegenüberstehenden Isolatorfuß 3b mit einer Basis 3c

Wenn die Temperatur am Porcellan-Isolatorfuß einer 35 und einer Spitze 3a auf. dessen Oberfläche mit einem Zündkerze weniger als 500⁰C beträgt, setzen sich im Oberzug 4 versehen ist der aus einer Lösung aus Paraf-Betrieb an der Isolatorfußfläche Kohlenstoff, Wasser fm und Silikon besteht. Bei der Darstellung von Fig. 1 und andere elektrisch leitfähige Stoffe ab. Wenn dann und Fig.3 ist ein relativ kleiner Bereich der Spitze 3a der Isolationswiderstand zwischen den Elektroden auf vom Überzug 4 freigehalten, doch wäre es auch mögunter I ΜΩ abnimmt wird eine Funkenbildung so er- 40 lieh, den Isolatorfuß 3b vollständig mit dem Überzug 4 schwert, daß keine normale Funkenentladung mehr zu versehen. Eine Außenelektrode 5 ist so mit der Unstattfindet. Diese Erscheinung in Form von Zündausset- terseite des Metallgehäuses 1 verbunden, daß sie mit der zern kann auftreten, wenn sich bei Einbau von Zündker- Mittelelektrode 2 einen Luftspalt festlegt Wie erwähnt, zen in ein Neufahrzeug vor dessen Auslieferung oder wäre ein reiner Silikonüberzug gasdurchlässig, so daß bevor das Neufahrzeug etwa 1000 km zurückgelegt hat, 45 bei einer Ablagerung von elektrisch leitenden Substanauf der Isolatorfußfläche des Porzellan-Isolators auf- zen an ihm der Isolationswiderstand zwischen den Elekgrund wiederholter kurzer Leerlaufperioden oder Fahr- troden herabgesetzt werden würde. Dadurch daß im bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit oder unter gasdurchlässigen Silikonteil des Überzugs 4 Paraffin niedriger Last elektrisch leitende Stoffe ablagern. enthalten ist, ist der erfindungsgemäße Überzug in sich

Es ist eine verschmutzungssichere Zündkerze be- so gegen die Ablagerung von elektrisch leitenden Stoffen kannt (JP-OS 51-38 855), die auf der Innenfläche an der unempfindlich, und selbst wenn sich solche Stoffe abla-Brennraumseite des Metallgehäuses und am Isolatorfuß gern, nehmen ihre Teilchen unter Aufrechterhaltung eieinen Überzug aus einem wärmebeständigen Isolierma- nes Isolierabstands zwischen sich eine runde Form an, terial aufweist, der einen Kurzschluß zwischen der Iso- so daß eine Herabsetzung des Isolationswiderstands latorfußfläche des Porzellan-Isolators und dem Metall- 55 wirksam verhindert wird. Auf diese Weise ist auch die gehäuse verhindern soll. Als wärmebeständiges Isolier- bei bisherigen Zündkerzen ohne jeglichen Verschmutmaterial wird Silikonöl vorgeschlagen. zungsschutz-Überzug auftretende Ablagerung von

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß ein sol- elektrisch leitenden sich zusammenballenden Stoffen, eher Überzug aus Silikonöl allein nicht in der Lage ist, wie Kohlenstoff und Wasser, auf dem Isolatorfuß verdie Verringerung des Isolatorwiderstands zu verhin- 60 mieden.

dem. Silikon besitzt die Kettenstruktur -Si-O-Si-O-, Zur Herstellung eines gleichmäßigen Überzugs 4 mit

welche die Ursache für die Gasdurchlässigkeit eines SiIi- Isolierwirkung müssen Silikon und Paraffin in einem konüberzugs darstellt Wenn daher ein solcher Überzug dafür geeigneten Lösungsmittel gelöst werden. Beispiean den genannten Flächen der bekannten Zündkerze Ie für solche Lösungsmittel sind Trichlorethylen, Chlorvorgesehen wird, durchdringen Kohlenstoff und Wasser 65 benzol, Trichlortrifluoräthan, Toluol, Xylol, Ligroin-Peden gasdurchlässigen Bereich, wodurch der Silikonüber- troleum und (Erdöl-)Benzin. Als Silikon wird Silikonöl zug elektrisch leitend wird, so daß die Isolierung zwi- verwendet, das sich einfach handhaben und mit anderen sehen der Isolatorfußfläche und dem Metallgehäuse un- Stoffen mischen läßt. Als Paraffin kann ein paraffini-