DE3616639A1

DE3616639A1 - Zuendkerze fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3616639A1
Application number: DE19863616639
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Linder; Franz Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1987-11-19

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brenn kraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Zündkerze (DE-OS 34 41 997), die eine kombinierte Gleit- und Luftfunkenstrecke be sitzt, besteht im Bereich der Gleitfunkenstrecke das Pro blem, daß sich der Gleitfunke im Laufe der Zeit in die Isolierkörperoberfläche eingräbt und dann nicht mehr auf der Oberfläche unregelmäßig gleitet; da der Funken sich dann immer längs der eingegrabenen Gleitbahn ausbildet, reinigt er die Gleitbahn nicht mehr selbst und zerstört zunehmend schneller das brennraumseitige Ende des Iso lierkörpers. Dieses Problem wird teilweise dadurch ver mieden, daß ein wesentlicher Teil der Funkenstrecke sich in Axialrichtung, also parallel zur Mittelelektrode er streckt, so daß der hier entlang laufende Funke sich entgegen der Stromrichtung in der Mittelelektrode aus bildet. Da sich bekanntermaßen entgegengesetzt durch flossene elektrische Leiter gegenseitig abstoßen, hebt sich der längs des Isolierkörpers verlaufende Funke von der Isolierkörperoberfläche ab. Für den Teil der Funkenstrecke, der sich auf der freien ringförmigen Stirnseite des Isolierkörpers befindet und in welchem der Funken radial zur Kerzenachse gleitet, trifft dies jedoch nicht zu, so daß hier nach wie vor die Gefahr des frühzeitigen Zerstörens des Isolierkörpers besteht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die elektrisch mit der Mittelelektrode verbundene Ringelek trode ein stirnseitiger Gleitfunken vermieden wird. Der Funken bildet sich ausschließlich in Axialrichtung aus und durch den eingangs erwähnten Effekt hebt er sich von der Oberfläche des Isolierkörpers ab. Die erfindungs gemäße Zündkerze hat daher eine beträchtlich höhere Lebensdauer als herkömmliche Zündkerzen.

In Verbindung mit der ringförmigen Masseelektrode wird außerdem erreicht, daß die Funkenstrecke um die Zündkerzen achse rotieren kann; der Funke verläuft dann immer im Wind schatten der Anströmrichtung, wo die besten Entflammungs bedingungen herrschen. Vorteilhaft ist es oft für Brenn räume, wenn die ringförmige Masseelektrode auf am Kerzen gehäuse befestigten Stützen angeordnet ist und damit eine weit in den Brennraum hineinragende Zündkerze und demzufolge eine weit vorgezogene Funkenlage der Zündkerze realisiert wird. In einer solchen Funkenlage mit relativ großem Ab stand von der Wand der Brennkammer der Brennkraftmaschine läßt sich das Kraftstoffgemisch besser entflammen als in unmittelbarer Nähe der Brennraumwand.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen der im Anspruch 1 angegebenen Zündkerze möglich.

In Ausgestaltung einer solchen Zündkerze kann durch Ver wendung einer Mittelelektrode, die als geschlitztes Kupfer rohr oder als von einer Kupfer- oder Graphitpulverpackung umgebener Kupferstab ausgebildet ist, bei Wärmedehnung eine festere Anlage der Mittelelektrode an dem Isolier körper und somit eine erwünscht gute Wärmeübertragung vom Isolierkörper zu der Mittelelektrode bewirkt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer solchen Zündkerze ergibt sich weiterhin, wenn die Durchgangsbohrung des Isolier körpers durch einen eingesinterten Aluminiumoxidstopfen spaltfrei verschlossen ist, so daß die Gasdichtheit des Brennraumes gewährleistet ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem ringförmigen Abschnitt der Mittelelektrode und dem Kupferrohr bzw. -stab erfolgt über eine Leiterbahn.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch durch die Ausgestaltung dieser Zündkerze mit einem Sichtfenster. Unter Beibehaltung der eingangs er wähnten Vorteile wird hierdurch die Beobachtung des Brenn raumes ermöglicht: Über dieses Sichtfenster können näm lich die Funkenbildung im Brennraum oder die Gemischent flammung detektiert bzw. beobachtet werden und die Er gebnisse hiervon zu Steuerungszwecken herangezogen wer den. Der hierbei die Durchgangsbohrung des Isolierkörpers verschließende Saphirstopfen hat eine sehr hohe Wärmeleit fähigkeit, so daß der Wärmewert der Zündkerze durch die Länge des Saphirstopfens bestimmt wird.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispielen in der nachfolenden Beschrei bung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 und 2 je weils eine Seitenansicht einer Zündkerze, teilweise ge schnitten, gemäß zweier Ausführungsbeispiele,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Schnitts längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 und 5 jeweils eine Seitenansicht der Zündkerze, teilweise geschnitten, ge mäß einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 bis 5 teilweise geschnitten dargestellten Zündkerzen für Brennkraftmaschinen weisen einen Isolier körper 10 auf, der auf einem Längsabschnitt von einem metallischen Kerzengehäuse 11 umfaßt ist. Das Kerzenge häuse 11 trägt auf einem im Durchmesser reduzierten End abschnitt 12 ein Außengewinde 13, mittels dessen die Zünd kerze in einen nicht dargestellten Zylinderkopf der Brenn kraftmaschine eingeschraubt wird. Zum Einschrauben dient in bekannter Weise ein Schlüsselsechskant 14. Ein Dicht ring 15 sorgt für den gasdichten Einbau der Zündkerze. Der Endabschnitt 12 des metallischen Kerzengehäuses 11 trägt auf seiner in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragenden Stirnseite eine Masseelektrode 16; diese Masseelektrode 16 besitzt eine Ringelektrode 18, die am brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers 10 auf am Ker zengehäuse 11 befestigten Elektrodenstützen 19, 20 auf geschweißt ist.

Der rotationssymmetrische Isolierkörper 10 ragt auf der von dem Endabschnitt 12 abgekehrten Stirnseite des Ker zengehäuses 11 aus diesem heraus. Er trägt in bekannter Weise auf seiner Oberfläche eine Anzahl von Ringnuten 21 als sogenannte Kriechstrombarriere und ist mit einer zen tralen axialen Durchgangsbohrung 22 versehen. Innerhalb dieser Durchgangsbohrung 22 ist ein elektrischer Anschluß bolzen 23 angeordnet, der an seinem brennraumfernen End abschnitt ein Anschlußstück 24 trägt, das aus dem Iso lierkörper 10 herausragt. Im unteren Bereich der Durch gangsbohrung 22 befindet sich eine Mittelelektrode 25, die an dem brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers 10 vorsteht. Der Anschlußbolzen 23 und die Mittelelektrode 25 sind durch eine Glasschmelzflußmasse 26 elektrisch leitend miteinander verbunden. Das brennraumseitige ring förmige Stirnende des Isolierkörpers 10 ist von einer mit der Mittelelektrode 25 elektrisch verbundenen Ring elektrode 27 abgedeckt, die einen kreisförmigen recht eckigen Querschnitt aufweisen kann. Zur elektrischen und mechanischen Verbindung der Ringelektrode 27 ist diese in Fig. 1 auf das vorstehende Ende der als Vollstab aus gebildeten Mittelelektrode 25 aufgeschweißt (alternativ kann die Ringelektrode 27 aber auch von einer koaxial über den Umfang der Mittelelektrode 25 hinausragenden, mit der Mittelelektroden-Stirnfläche verschweißten Metallplatte gebildet werden oder auch mit der Mittelelektrode 25 ein teilig hergestellt sein), während sie bei den Zündkerzen gemäß Fig. 2, 4 und 5 auf die ringförmige Stirnfläche des Isolierkörpers 10 aufgesintert und über ebenfalls auf den Isolierkörper 10 aufgesinterte Leiterbahnen mit der Mittelelektrode 25 elektrisch verbunden ist.

Durch diese Ringelektrode 27, die bis zum Außenumfang des stirnseitigen Endes des Isolierkörpers 10 reicht, wird ein zur Kerzenachse radialer Verlauf des Funkens an der Oberfläche des Isolierkörpers vermieden. Der Funken ver läuft ausschließlich parallel zur Kerzenachse an der zylindrischen Oberfläche des freien Endes des Isolier körpers 10, um von hier aus als Luftfunken den kleinen Luftspalt zwischen der Oberfläche des Isolierkörpers 10 und der als Ringelektrode 18 ausgebildeten Masse elektrode 16 zu überspringen. Durch diesen axialen Ver lauf des Funkens bilden die Mittelelektrode 25 und der Funkenkanal zwei elektrische Leiter, die vom elektri schen Strom gegensinnig durchflossen werden. Da solche Leiter sich gegenseitig abstoßen, hebt der Funke von der Oberfläche des Isolierkörpers 10 ab, wodurch ein Einbrand in der Oberfläche verhindert, zumindest aber zeitlich sehr weit hinausgeschoben wird. Die in Fig. 1 bis 5 dargestellten Zündkerzen haben neben der axialen, sehr langen Funkenstrecke eine kleine Luftfunkenstrecke; selbstverständlich können die Zündkerzen auch mit direkt am brennraumseitigen Stirnende des Kerzengehäuses 11 an geordneter ringförmiger Masseelektrode ausgebildet sein.

Während bei der Zündkerze gemäß Fig. 1 die Mittelelek trode 25 als Vollstab ausgebildet ist, besteht die Mittel elektrode in der Zündkerze gemäß der Fig. 2 und 3 aus einem in die Durchgangsbohrung 22 des Isolierkörpers 10 eingesetzten Kupferrohr 28, das einen Längsspalt 29 auf weist und dadurch federnd an der Wand der Durchgangsboh rung 22 anliegt. Das Kupferrohr 28 ist über zwei an der Innenwand der Durchgangsbohrung 22 in den Isolierkörper 10 eingesinterte ringförmige Leiterbahnen 30 bzw. 31 mit der Ringelektrode 27 und mit einer Scheibe 32 elek trisch leitend verbunden, die in der elektrisch leiten den Glasschmelzflußmasse 26 eingeschmolzen und mit dem Anschlußbolzen 23 verbunden ist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Zündkerze ist anstelle des Kupferrohres 28 in den Fig. 2 und 3 ein Kupfer stab 33 vorhanden, der von einer Kupfer- oder Graphit pulverpackung 34 in der Durchgangsbohrung 22 im Iso lierkörper 10 umgeben ist. Über diese Kupfer- oder Graphitpulverpackung 34 ist der Kupferstab 33 elektrisch leitend mit den ebenfalls vorhandenen Leiterbahnen 30, 31 verbunden, die ihrerseits die elektrische Verbindung zu der Ringelektrode 27 und zu der eingeschmolzenen me tallischen Scheibe 32 herstellen.

Bei beiden Zündkerzen in Fig. 2 und 4 ist das brennraum seitige Ende der Durchgangsbohrung 22 im Isolierkörper 10 mit einem Keramikstopfen 39, vorzugsweise aus Aluminium oxid (Al₂O₃), verschlossen. Der Stopfen 39 ist in den Iso lierkörper 10 eingesintert.

In Fig. 5 ist eine sogenannte Fensterkerze dargestellt, bei welcher durch die Durchgangsbohrung 22 hindurch in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineingesehen und damit die Zündfunkenbildung bzw. die Kraftstoffgemischentflam mung optisch überwacht werden kann. Hierzu ist die Mittel elektrode 25 als ein den Isolierkörper 10 in der Durch gangsbohrung 22 durchziehender Hohlstab 35 ausgebildet, der mit Abstand vor dem brennraumseitigen Ende des Isolier körpers 10 mündet. Der Hohlstab 35 ist elektrisch leitend mit der Ringelektrode 27 an der Stirnseite des Isolier körpers 10 verbunden, und zwar über wiederum eingesinter te Leiterbahnen 36, die entweder als Streifen ausgebildet sein können oder eine geschlossene zylindrische Hülse bil den. Das Innere des Hohlstabes 35 ist von einem Quarz glasstab 37 ausgefüllt, der in einem geringeren Abstand von dem brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers 10 endet als der Hohlstab 35. Der verbleibende Hohlraum in der Durchgangsbohrung 22 ist mit einem in den Isolier körper 10 eingesinterten Saphirstopfen 38 verschlossen. Da Saphir eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist der Wärmewert der Kerze durch die axiale Länge des Saphir stopfens 38 bestimmt.

Claims

1. Zündkerze für Brennkraftmaschinen, mit einer von einem Isolierkörper umgebenen Mittelelektrode, die am brenn raumseitigen Ende des Isolierkörpers freiliegt, mit einer ringförmig um den Isolierkörper angeordneten Masseelektrode, die mit einem den Isolierkörper über einen Teil seiner Längserstreckung umschließenden Ker zengehäuse verbunden und gegenüber dem freien Ende der Mittelelektrode zurückversetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das brennraumseitige ringförmige Stirnende des Isolierkörpers (10) von einer mit der Mittelelektrode (25) elektrisch leitend verbundenen Ring elektrode (27) abgedeckt ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (25) als Vollstab ausgebildet ist und an ihrem brennraumseitigen Ende eine angeschweißte oder angeformte Ringelektrode (27) trägt.

3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (25) als in einer Durchgangsbohrung (22) des Isolierkörpers (10) eingesetztes Kupferrohr (28) mit Längsspalt (29) ausgebildet ist, das über in den Iso lierkörper (10) eingesinterte Leiterbahnen (30, 31) einer seits mit der Ringelektrode (27) und andererseits mit einer metallischen Scheibe (32) verbunden ist, und daß die Scheibe (32) in einer elektrisch leitenden Glasschmelz flußmasse (26) eingeschmolzen und über diese mit einem elek trischen Anschlußbolzen (23) verbunden ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (25) als Kupferstab (33) ausgebildet ist, der in einer Durchgangsbohrung (22) des Isolierkörpers (10) mittels einer Kupferpulver- oder Graphitpulverpackung (34) eingepreßt ist.

5. Zündkerze nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß das Kupferrohr (28) bzw. der Kupferstab (33) mit Abstand vom brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers (10) endet und die Durchgangsbohrung (22) brennraumsei tig mit einem Keramikstopfen (39) vorzugsweise aus Alu miniumoxid (Al₂O₃), verschlossen ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (25) als ein den Isolierkörper (10) in einer Durchgangsbohrung (22) durchziehender Hohlstab (35) ausgebildet ist, der im Abstand vor dem brennraum seitigen Ende des Isolierkörpers (10) mündet und mit der Ringelektrode (27) über in den Isolierkörper (10) einge sinterte Leiterbahnen (30, 31) elektrisch verbunden ist, daß das Innere des Hohlstabes (35) von einem Quarzglas stab (37) ausgefüllt ist und daß das brennraumseitige Ende der Durchgangsbohrung (22) mit einem vorzugsweise in den Isolierkörper (10) eingesinterten Saphirstopfen (38) ver schlossen ist.