DE3533123A1

DE3533123A1 - SPARK PLUG WITH GLIDING RANGE

Info

Publication number: DE3533123A1
Application number: DE19853533123
Authority: DE
Inventors: Walter Benedikt; Werner Dipl Ing Dr Herden; Juergen Schmatz; Siegbert Dipl Ing Schwab
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1987-03-26
Also published as: EP0236376A1; WO1987001876A1

Abstract

A spark plug with a surface discharge section for internal combustion engines in which the central electrode (21) which is held in an insulating body (10) is surrounded by an annular mass electrode (16). The mass electrode (16) is arranged on a metal housing (11) surrounding the insulating body (10). In order to achieve a "cold" glow discharge on the surface discharge section at a low ignition voltage the insulating body (10) is split into two parts and has an upper part (23) on the connection side made of a material with a relatively low dialectric constant and a lower part (24) on the combustion chamber side made of a material with a very high dielectric constant. One of the two electrodes (21) projects in the axial direction beyond the other electrode (16) and the surface (22) of the insulating body (10) is arranged between the electrodes (16, 21) diagonally to the axis of the spark plug. The projection electrode (21) has the polarity of a cathode.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit Gleit funkenstrecke für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention is based on a spark plug with sliding spark gap for internal combustion engines of the type of claim 1.

Solche Zündkerzen mit Gleitfunkenstrecke, die sich an der brennraumseitigen Oberfläche des Isolierkörpers zwischen der Mittel- und Masseelektrode ausbildet, zeichnen sich durch eine gegenüber einer Zündkerze mit Luftfunkenstrecke wesentlich niedrigere Zündspan nung aus. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Zündspan nung um so niedriger ist, je größer die Dielektrizitäts konstante des Isolierkörperwerkstoffes ist. Ein solcher Isolierkörper aus hochdielektrischem Material führt je doch in einer Zündkerze zu einer relativ hohen Kapazi tät, die an der Gleitfunkenstrecke eine Durchbruchentla dung bewirkt. Infolge des bei der Durchbruchentladung entstehenden sehr heißen Funkens von einigen Zehntau send Grad erodieren die Oberflächen der Elektroden und besonders die Gleitbahn der Gleitfunkenstrecke stark, wodurch wiederum die ordnungsgemäße Funktion der Zünd kerze und deren Lebensdauer wesentlich beeinträchtigt werden.Such spark plugs with sliding spark gaps, which come on the combustion chamber surface of the insulating body between the center and ground electrodes, are distinguished by a spark plug with air spark gap significantly lower ignition voltage out. It has been shown that the ignition chip The lower the voltage, the greater the dielectric constant of the insulating body material. Such a Insulating body made of high dielectric material leads each but in a spark plug to a relatively high capacity act, a breakthrough on the sliding spark gap effect. As a result of the breakthrough discharge very hot spark of tens of dew send erode the surfaces of the electrodes and especially the slideway of the sliding spark gap strong, which in turn ensures the proper functioning of the ignition candle and its life significantly affected will.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Ausbildung der Gleitfunkenstrecke keine größere Zündspannung erforderlich ist als bei den bekannten Zündkerzen, eine Durchbruchentladung und damit deren nachteiligen Folgewirkungen aber zuverlässig ausge schaltet werden. Durch das hochdielektrische Isolier körper-Unterteil wird beim Spannungsanstieg die Aus bildung einer Oberflächenladung auf der Gleitbahn be günstigt, deren Größe proportional der relativen Dielek trizitätskonstanten des Gleitbahn-Werkstoffes ist, jedoch wird durch die Zweiteiligkeit des Isolierkörpers, von dem nur dessen volumenkleinerer Unterteil die hohe rela tive Elektrizitätskonstante aufweist, die der Zündkerze anhaftende Kapazität relativ niedrig. Damit ist die in dieser Kapazität gespeicherte Energie, die verantwort lich für ein Durchbruchentladung und für den damit ver bundenen heißen Funken ist, relativ niedrig. Anstelle einer Durchbruchentladung der Gleitfunkenstrecke kommt es zu einer relativ "kalten" Glimmentladung, deren ero dierende Wirkung an Elektroden und Isolierkörper sehr gering ist. The spark plug according to the invention with the characteristic In contrast, features of claim 1 have the advantage that for the formation of the sliding spark gap no major Ignition voltage is required than in the known Spark plugs, a breakdown discharge and thus their adverse effects but reliably out be switched. Thanks to the high dielectric insulation The lower part of the body turns off when the voltage rises Formation of a surface charge on the slideway favors whose size is proportional to the relative Dielek Tricity constants of the slideway material is, however is due to the two-part design of the insulating body only the lower volume of which has the high rela tive electricity constant that the spark plug adherent capacity relatively low. So that is in this capacity stored energy which is responsible Lich for a breakthrough discharge and for the ver tied hot spark is relatively low. Instead of breakthrough discharge of the spark gap it to a relatively "cold" glow discharge, the ero effect on electrodes and insulator very is low.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen der im Anspruch 1 angegebenen Zündkerze möglich.By the measure listed in the other claims Takes are advantageous training and improvements stungen of the spark plug specified in claim 1 possible.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Maßnahmen wird in Verbindung mit dem hochdielektrischen Werkstoff des Isolierkörpers beim Spannungsanstieg an den Elektroden die Ausbildung der Oberflächenladung auf der Gleitbahn wesentlich verbessert. Diese Oberflächenladung besteht aufgrund der Polarität der Elektroden aus Elektronen. Die Oberflächenladung ist auch zusätzlich proportional der Normalkomponente der elektrischen Feldstärke zwischen den Elektroden. Durch die Gestaltung der brennraumseitigen Oberfläche des Iso lierkörpers wird bei gegebener elektrischer Feldstärke die Normalkomponente besonders groß.An advantageous embodiment results from this Claim 2. These measures are in conjunction with the high dielectric material of the insulating body at Voltage rise at the electrodes forming the Surface charge on the slideway significantly improved. This surface charge is due to the polarity of the electrodes made of electrons. The surface charge is also proportional to the normal component of the electric field strength between the electrodes. By the design of the combustion chamber surface of the Iso body is given a given electric field strength the normal component is particularly large.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 3, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 4. Durch die hochisolierende Trennschicht aus Silikongummi, Epoxydharz oder Glas wird ein Durchschla gen an der Trennstelle zwischen Ober- und Unterteil des Isolierkörpers verhindert.An advantageous embodiment of the invention results also from claim 3, in particular in connection with Claim 4. From the highly insulating separating layer Silicone rubber, epoxy resin or glass becomes a breakthrough at the point of separation between the upper and lower part of the Insulated body prevented.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 7. Durch diese Maßnahme wird eine Bogen entladung nach Zünden der Gleitfunkenstrecke vermieden. Als Widerstandswert wird etwa 1 kΩ angestrebt.An advantageous embodiment of the invention results also from claim 6, in particular in connection with claim 7. This measure is an arch Discharge avoided after igniting the spark gap. The target resistance value is about 1 kΩ.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Durch diese Dickschicht wird ein Schutz der Oberfläche vor chemischen Einflüssen aus dem Brennraum erzielt. An advantageous embodiment of the invention results also from claim 8. Through this thick layer protection of the surface from chemical influences achieved the combustion chamber.

Die erfindungsgemäß Zündkerze überträgt infolge der relativ langen Gleitbahn von ca. 2-5 mm, die sich infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung mit herkömm lichen Zündspannungen erreichen läßt, ein Mehrfaches an Zündenergie an das Kraftstoff-Luft-Gemisch als heute üblicherweise verwendete Zündkerzen. Dies ge schieht bei niedrigerer Zündspannung, typischerweise 10 kV. Durch die niedrige Zündspannung sinkt der Auf wand bei Verteiler, Zündspule und Entstör- und Isolier mitteln. Dadurch wiederum kann insbesondere bei der Zündspule eine Gewichts- und Kostenreduzierung erzielt werden. Da nur ein Bruchteil der HF-Energie umgesetzt wird, ist die Entstörung der Zündkerze wesentlich ver einfacht.The spark plug according to the invention transmits as a result of relatively long slideway of about 2-5 mm, which is due to the inventive training with convention Lichen ignition voltages can be reached, a multiple of ignition energy to the fuel-air mixture as Spark plugs commonly used today. This ge happens at lower ignition voltage, typically 10 kV. Due to the low ignition voltage, the opening drops wall of distributor, ignition coil and interference suppression and insulation average. This, in turn, can in particular in the Ignition coil achieved a weight and cost reduction will. Because only a fraction of the RF energy is converted interference suppression of the spark plug is essential simple.

drawing

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung eine teilweise längsgeschnittene Zündkerze.The invention is based on a Darge in the drawing presented embodiment in the following Be spelling explained in more detail. The drawing shows a partially longitudinal spark plug.

Description of the embodiment

Die in der Zeichnung teilweise geschnitten dargestell te Zündkerze für eine Brennkraftmaschine weist einen Isolierkörper 10 auf, der auf einem Längsabschnitt von einem Metallgehäuse 11 umfaßt ist. Das Metallgehäuse 11 trägt auf einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 12 ein Außengewinde 13, mittels dessen die Zündkerze in einen nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraft maschine eingeschraubt wird. Zum Einschrauben dient in bekannter Weise ein Schlüsselsechskant 14. Ein Dicht ring 15 sorgt für den gasdichten Einbau der Zündkerze. The partially cut in the drawing shown te spark plug for an internal combustion engine has an insulating body 10 which is comprised on a longitudinal portion of a metal housing 11 . The metal housing 11 carries on a reduced diameter end portion 12, an external thread 13 , by means of which the spark plug is screwed into a cylinder head, not shown, of the internal combustion engine. A hexagon key 14 is used for screwing in in a known manner. A sealing ring 15 ensures the gas-tight installation of the spark plug.

Der Endabschnitt 12 trägt auf seiner in dem Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragenden Stirnseite eine ringförmige Masseelektrode 16.The end section 12 carries an annular ground electrode 16 on its end face projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Der rotationssymmetrische Isolierkörper 10 ragt auf der von dem Endabschnitt 12 abgekehrten Stirnseite des Metall gehäuses 11 aus diesem heraus. Er trägt in bekannter Wei se auf seiner Oberfläche ein Anzahl von Ringnuten 17 als sog. Kriechstrombarriere und ist mit einer zentralen axi alen Durchgangsbohrung 18 versehen. Innerhalb dieser Durch gangsbohrung 18 ist ein metallischer Anschlußbolzen 19 angeordnet, der an seinem brennraumfernen Endabschnitt ein Anschlußstück 20 trägt, das aus dem Isolierkörper 10 herausragt. Im unteren Bereich der Durchgangsbohrung be findet sich eine Mittelelektrode 21, die an der brenn raumseitigen Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 gering fügig vorsteht. Der Anschlußbolzen 19 und die Mittelelek trode 21 sind durch eine Glasschmelzflußmasse elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Glasschmelzflußmasse ist hier als Widerstandspanat 27 mit einem Widerstands wert von etwa 1 kΩ ausgebildet.The rotationally symmetrical insulating body 10 protrudes from the end portion 12 facing away from the metal housing 11 from this. It carries in a known manner on its surface a number of annular grooves 17 as a so-called leakage current barrier and is provided with a central axial through hole 18 . Within this through hole 18 , a metallic connecting bolt 19 is arranged, which carries at its end portion remote from the combustion chamber, a connector 20 which protrudes from the insulating body 10 . In the lower region of the through bore be there is a central electrode 21, which grow slightly projecting on the combustion chamber-side surface 22 of the insulating 10th The connecting bolt 19 and the Mittelelek electrode 21 are electrically conductively connected to one another by a glass melt flux. The glass melt flow mass is formed here as a resistance chipboard 27 with a resistance value of approximately 1 kΩ.

Der Isolierkörper 10 ist in seinem vom Endabschnitt 12 des Metallgehäuses 11 umgebenen brennraumseitigen End abschnitt mit Abstand von der Oberfläche 22 des Isolier körpers 10 in ein anschlußseitiges Oberteil 23 und ein brennraumseitiges Unterteil 24 zweigeteilt. Das Ober teil besteht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einer rela tiven Dielektrizitätskonstanten, auch Dielektrizitäts zahl genannt, von ε _r, während das Unterteil 24 aus einem Werkstoff besteht, der eine sehr viel höhere Di elektrizitätskonstante aufweist. Die relative Dielektri zitätskonstante dieses Werkstoffes wird zwischen 50 und 5000 gewählt und beträgt vorzugsweise 50-500. Oberteil 23 und Unterteil 24 sind elektrisch durchschlagfest mit einander verbunden. Hierzu dient die Trennschicht 25 aus Silikongummi, Epoxydharz oder Glas. Diese Trenn schicht 25 kann als fertige Scheibe eingelegt werden.The insulating body 10 is in its end portion 12 of the metal housing 11 surrounding the combustion chamber end section at a distance from the surface 22 of the insulating body 10 into a connection-side upper part 23 and a lower part 24 on the combustion chamber side. The upper part consists of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) with a rela tive dielectric constant, also called dielectric number, of ε _r , while the lower part 24 consists of a material that has a much higher dielectric constant. The relative dielectric constant of this material is chosen between 50 and 5000 and is preferably 50-500. Upper part 23 and lower part 24 are connected to one another in an electrically dielectric-proof manner. The separating layer 25 made of silicone rubber, epoxy resin or glass is used for this purpose. This separating layer 25 can be inserted as a finished disc.

Die Mittelelektrode 21 steht in Längs- oder Achsrichtung über die Masselektrode 16 vor und stellt die Katode der Zündkerze dar. Die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 erstreckt sich von der freien Stirnseite der Masse elektrode 16 bis dicht an die freie Stirnseite der Mit telelektrode 21. Längs dieser Oberfläche 22 bildet sich bei Anlegen einer Zündspannung zwischen der Mittelelek trode 21 und der die Mittelelektrode 21 mit Abstand ringförmig umgebenden Masseelektrode 16 die Gleitfunken strecke längs einer Gleitbahn aus. Die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 ist dabei so geformt, daß die Gleit bahnen in ihrem überwiegenden Teil schräg zur Achse der Zündkerze verlaufen. Auch ein etwa paralleler Verlauf zur Zündkerzenachse ist von Vorteil. Eine Mischform von schrägem und parallelem Verlauf kann ebenfalls gewählt werden. Durch diese Ausbildung der Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 wird die Ausbildung einer aus Elektro nen bestehenden Oberflächenladung auf der Gleitbahn er heblich gefördert. Diese Oberlfächenladung ist proportio nal der Normalkomponente E _n der Feldstärke zwischen Mit telelektrode 21 und Masseelektrode 16 und proportional der relativen Dielektrizitätskonstante ε _r des Werkstoffs des Isolierkörpers 10 längs der Oberfläche 22. Da das Unter teil 24 eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweist und der schräge oder parallele Verlauf der Oberfläche 22 bei gegebener Feldstärke eine große Normalkomponente der Feldstärke sicherstellt, ist die bei Spannungsanstieg sich ausbildende Oberflächenladung relativ groß, so daß eine Glimmentladung bereits bei relativ niedriger Zündspannung einsetzt. The center electrode 21 protrudes in the longitudinal or axial direction above the ground electrode 16 and represents the cathode of the spark plug. The surface 22 of the insulating body 10 extends from the free end face of the ground electrode 16 to close to the free end face of the telelectrode 21 . Along this surface 22 , when an ignition voltage is applied between the center electrode 21 and the ground electrode 16 surrounding the center electrode 21 at a distance in a ring, the sliding spark path extends along a slideway. The surface 22 of the insulating body 10 is shaped so that the slide tracks extend obliquely to the axis of the spark plug in their predominant part. An approximately parallel course to the spark plug axis is also advantageous. A mixed form of oblique and parallel course can also be chosen. Through this design of the surface 22 of the insulating body 10 , the formation of an existing surface charge of electrical nen on the slideway he is promoted significantly. This surface charge is proportional to the normal component E _{n of} the field strength between the center electrode 21 and the ground electrode 16 and is proportional to the relative dielectric constant ε _{r of} the material of the insulating body 10 along the surface 22 . Since the lower part 24 has a very high dielectric constant and the oblique or parallel course of the surface 22 ensures a large normal component of the field strength for a given field strength, the surface charge that forms when the voltage rises is relatively large, so that a glow discharge begins even at a relatively low ignition voltage.

Die Oberfläche 22 des Isolierkörper-Unterteils 24 ist noch mit einer Deckschicht 26 aus Aluminiumoxid oder Glas überzogen, die vorzugsweise in Dickschichttech nik aufgebracht. Diese Deckschicht 26 dient zum Schutz gegen chemische Einflüsse aus dem Brennraum.The surface 22 of the insulating body 24 is still covered with a cover layer 26 made of aluminum oxide or glass, which is preferably applied in thick-film technology. This cover layer 26 serves to protect against chemical influences from the combustion chamber.

Claims

1. Spark plug with sliding spark gap for internal combustion engines with an insulating body, which carries in its combustion chamber-side end section a central telelectrode, which is electrically conductively connected to a connection pin on the connection-side end of the insulating body remote from the center electrode, and with an insulating body on one Longitudinal section include a metal housing that carries at its end at the combustion chamber end a center electrode with a ring surrounding the ground electrode at a distance, the spark gap forming between the electrodes along a slideway on the surface of the insulating body, characterized in that the insulating body ( 10 ) querge is divided and has a connection-side upper part ( 23 ) made of a material with a relatively low dielectric constant and a combustion chamber-side lower part ( 24 ) made of a material with a much higher Di electricity constants.

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that one of the two electrodes ( 21 ) protrudes in the longitudinal direction over the other electrode ( 16 ), that the surface ( 22 ) of the insulating body ( 10 ) between the electrodes ( 16, 21st ) is shaped in such a way that the slideways of the sliding spark line extend obliquely and / or parallel to the spark plug axis in their predominant part, and that the polarity of the electrodes ( 16, 21 ) is selected such that the projecting electrode ( 21 ) forms the cathode.

3. Spark plug according to claim 1 or 2, characterized in that the upper and lower part ( 23, 24 ) are electrically connected to one another in a dielectric manner.

4. Spark plug according to claim 3, characterized in that between the upper part ( 23 ) and the lower part ( 24 ) a separating layer ( 25 ) made of glass, silicone rubber or epoxy resin is arranged.

5. Spark plug according to one of claims 1-4, characterized in that the relative dielectric constant in the upper part ( 23 ) is less than 15 and in the lower part ( 24 ) greater than 50 but less than 5000, preferably 50-500, be.

6. Spark plug according to one of claims 1-5, characterized in that the parting plane of the upper part ( 23 ) and lower part ( 24 ) in the combustion chamber-side end section is at a distance from the surface ( 22 ) of the insulating body ( 10 ).

7. Spark plug according to one of claims 1-6, characterized in that the electrical connection between the central electrode ( 21 ) and the connecting bolt ( 19 ) leads to high resistance with a resistance value in the kiloohm range.

8. Spark plug according to claim 7, in which the center electrode and the connecting bolts lie in a through hole of the insulating body one behind the other and are connected by means of a glass melt flow mass, characterized in that the glass melt flow mass as a resistance chip ( 27 ) with a resistance value of about 1 kΩ is formed.

9. Spark plug according to one of claims 1-8, characterized in that the combustion chamber side surface ( 22 ) on the lower part ( 24 ) of the insulating body ( 10 ) is covered with a cover layer ( 26 ) made of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) or glass , which is preferably carried out in thick-film technology.