DE3616640A1

DE3616640A1 - Zuendkerze mit gleitfunkenstrecke

Info

Publication number: DE3616640A1
Application number: DE19863616640
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: 1986-05-16
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1987-11-19

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit Gleit funkenstrecke für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Solche Zündkerzen mit Gleitfunkenstrecke zeichnen sich gegenüber Zündkerzen mit Luftfunkenstrecke durch einen wesentlich niedrigeren Zündspannungsbedarf aus. Jedoch muß der Zündfunke sehr energiereich sein, damit trotz Abkühlen auf der Gleitbahn noch genügend Energie für die Kraftstoffgemischentflammung zur Verfügung steht. Diese Energie ist bei vorgegebener Zündanlage umso höher, je größer die Brennspannung nach Entzündung der Gleitfunken strecke ist. Die Brennspannung ist wiederum direkt ab hängig von der Größe der Gleitfunkenstrecke, also von der Länge der sich zwischen den Elektroden jeweils ausbil denden Gleitbahn auf der brennraumseitigen Oberfläche des Isolierkörpers.

Bei einer bekannten Zündkerze der eingangs genannten Art (FR-PS 10 39 839) trägt zur Erzielung einer langen Gleit funkenstrecke bei tragbaren Dickenabmessungen der Zünd kerze die Mittelelektrode brennraumendseitig eine das Stirnende des Isolierkörpers überdeckende und mit einem Übergreifungsrand umgreifende Kappe. Dadurch erstreckt sich die Gleitfunkenstrecke ausschließlich axial an der Oberfläche des Isolierkörpers entlang und kann ohne Änderungen der Querabmessungen der Zündkerze in ihrer Länge sehr variabel, je nach axialem Abstand von Masse elektrode und Übergreifungsrand der Mittelelektrode, ge halten werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines extrem niedrigen Zündspannungsbedarfs bei hohem Wirkungsgrad. Eine bezüglich dieser Eigenschaften optimale Zündkerze wird bei einer Gleitbahnlänge von etwa 4 mm und einer Wandstärke des Isolierkörpers an der Austrittsstelle aus dem Metallgehäuse von etwa 1 mm erzielt.

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

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Ausbildung der Mittelelektrode läßt sich, wie bei dem bekannten Stand der Technik, bei kleinen Querabmessungen des brennraum seitigen Endes der Zündkerze, eine relativ große Länge der Gleitfunkenstrecke erzielen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus An spruch 3. Durch diesen Keramiküberzug wird ein Schutz der Oberfläche des Stirnkopfes der Mittelelektrode gegenüber den chemischen Ein flüssen aus dem Brennraum erzielt und außerdem bewirkt, daß die Fun kenenergie (in Form von Wärme) nicht in unerwünschtem Maße durch die Mittelelektrode abgeleitet wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus An spruch 5. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Kupferkerns der Mittelelektrode wird eine Zündkerze erzielt, die bei Vollastbetrieb des Motors Glühzündungen verhindert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6. Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, daß das elek trische Potential insgesamt am Isolierkörper abfällt und nicht einen sich zwischen Isolierkörper einerseits und Kerzengehäuse bzw. Mittelelektrode andererseits sich bildenden Luftspalt durchsetzt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 7. Durch den vorgesehenen Luftspalt wird der Isolierkörper vom Kerzengehäuse thermisch entkoppelt, so daß über ihn weniger Wärme abgeführt wird. Dies führt zu Kerzen mit niedrigem Wärmewert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Durch diese Maßnahme wird die Gasdichtigkeit der Zünd kerze gewährleistet.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke zur Hälfte in Seitenansicht und zur Hälfte im Längsschnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Aus schnittes II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils eine Zündkerze in teilweiser Seitenansicht und teilweisem Längsschnitt gemäß einem zweiten und dritten Ausführungs beispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 teilweise geschnitten und teilweise in Seitenansicht zu sehende Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke weist ein metallisches Kerzengehäuse 10 auf, das auf einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 11 ein Außengewinde 12 trägt, mittels dessen die Zündkerze in einen nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraft maschine eingeschraubt wird. Zum Einschrauben dient in bekannter Weise ein Schlüsselsechskant 13. Der Endab schnitt 11 des Kerzengehäuses 10 bildet an seiner in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragenden, ring förmigen Stirnseite eine Masseelektrode 14.

Das Kerzengehäuse 10 umfaßt auf einem Längsabschnitt einen Isolierkörper 15, der mit einer längsdurchgehenden Zentralbohrung 16 versehen ist. Der Isolierkörper 15 ist im Umfassungsbereich des Kerzengehäuses 10 quergeteilt und besteht aus einem anschlußseitigen Oberteil 17 und einem brennraumseitigen Unterteil 18, die über eine hoch isolierende Trennscheibe 19 aus Silikon oder Epoxidharz aneinanderliegen. In der Zentralbohrung 16 sind hinter einanderliegend ein elektrischer Anschlußbolzen 20 und eine Mittelelektrode 21 angeordnet. Der Anschlußbolzen 20 liegt dabei im Oberteil 17 des Isolierkörpers 15 ein und ist einerseits bis zu der Trennscheibe 19 geführt und ragt andererseits aus dem Oberteil 17 axial hervor. Die Mittelelektrode 21 ist in dem Unterteil 18 angeord net. Sie ist ebenfalls bis zu der Trennscheibe 19 ge führt und steht am brennraumseitigen Ende des Unterteils 18 des Isolierkörpers 15 aus diesem mit einem Stirnkopf 22 hervor. Der Stirnkopf 22 ist nagelkopfartig ausgebil det, überdeckt die stirnseitige Ringfläche des Unterteils 18 des Isolierkörpers 15 und umgreift mit einem umbörde lungsartigen Übergreifungsrand 221 das brennraumseitige Ende des Unterteils 18. Die Oberfläche des Stirnkopfes 22 ist mit einer Keramikschicht 23 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) belegt, die vorzugs weise plasmagespritzt ist. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Stirnkopf 22 auf einen mit der Mittelelektrode 21 einstückigen Zapfen 24 aufgeschweißt. Die Mittelelek trode 21 und der Anschlußbolzen 20 sind durch einen Kontaktstift 25, der die Trennscheibe 19 durchstößt, elektrisch miteinander verbunden. Zur Abdichtung des Brennraums ist im Bereich des Schlüsselsechskants 13 zwischen Innenwand des Kerzengehäuses 10 und Außenwand des Isolierkörpers 15 eine Dichtung 26 angeordnet, die sich sowohl über das Oberteil 17 als auch über das Unter teil 18 erstreckt.

Zur Gewinnung einer Zündkerze mit hohem Wirkungsgrad und niedrigem Zündspannungsbedarf ist die Gleitbahnlänge 30 der Gleitfunkenstrecke, d. h. der längs der Oberfläche des Unterteils 18 des Isolierkörpers 15 gemessene Abstand zwischen dem Übergreifungsrand 221 des Stirnkopfes 22 und der Masseelektrode 14, zwischen 2-5 mm gewählt. Eine bevorzugte Abmessung der Gleitbahnlänge 30 beträgt 4 mm. Des weiteren besteht der Isolierkörper 15 aus einer Aluminiumoxid-Keramik, deren Durchschlagfestigkeit gleich oder größer 25 kV/mm beträgt und zwar bei einer mitt leren Beanspruchung von ca. 12 kV/mm. Die Wandstärke der Aluminiumoxid-Keramik an der Austrittstelle des Isolier körpers 15 - bzw. dessen Unterteils 18 - aus dem Kerzen gehäuse 10, also in unmittelbarer Nähe der Masseelektrode 14, beträgt zwischen 0,8 und 1,2 mm. Eine bevorzugte Be messung der Wandstärke ist 1,0 mm. Die zu der Mittelelek trode 21 weisende Innenwand des Isolierkörpers 15 und die zu der Innenwand des Kerzengehäuses 10 weisende Außen wand des Isolierkörpers 15 ist - wie in Fig. 2 angedeutet - metallisiert, d. h. mit einer Metallschicht 31 bzw. 32 belegt. Die zwischen der Masseelektrode 14 und dem Über greifungsrand 221 frei liegende Oberfläche des Unterteils 18 des Isolierkörpers 15 verläuft in einem kleinen spitzen Winkel zur Längsachse der Zündkerze, so daß seine Wand stärke von der Austrittstelle des Unterteils 18 aus dem Kerzengehäuse 10 bis hin zum Stirnkopf 22 der Mittel elektrode 21 kontinuierlich abnimmt.

Die in Fig. 3 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt zu sehende Zündkerze stimmt im Aufbau weitgehend mit der Zündkerze in Fig. 1 überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu der Mittelelektrode 21 in Fig. 1, die als Vollelektrode ausgebildet ist, besteht die Mittel elektrode 21 in Fig. 3 aus einer Nickelhülse 27 und einem von der Nickelhülse 27 umfaßten, stabförmigen Kupfer kern 28. Der Stirnkopf 22 mit Übergreifungsrand 221 ist ebenfalls aus Nickel und ist vorzugsweise einstückig mit der Nickelhülse 27 gefertigt. Die solchermaßen abgewan delte Zündkerze bewirkt, daß bei Vollastbetrieb des Motors Glüh zündungen verhindert werden.

Die in Fig. 4 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt zu sehende Zündkerze ist gegenüber der Zündkerze in Fig. 1 und 2 nur in einem Punkt modifiziert. In Abwandlung zu Fig. 1 ist hier zwischen der Außenwand des Isolierkörpers 15, d. h. dem Unterteil 18 des Isolier körpers 15, und dem Kerzengehäuse 10 ein ringförmiger Luftspalt 29 vorgesehen, der sich von dem brennraumseiti gen Ende des Kerzengehäuses 10 über einen Längsabschnitt von Mittelelektrode 21 und Kerzengehäuse 10 bis zur Dichtung 26 streckt. An der brennraumseitigen Stirnseite des Kerzengehäuses 10 ist der Luftspalt 29 durch Einziehen des stirnseitigen Endes des Kerzengehäuses 10 abgeschlos sen. Der Luftspalt 29 bewirkt eine thermische Entkopplung von Isolierkörper 15 und Kerzengehäuse 10.

Claims

1. Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke für Brennkraftmaschi nen mit einem Kerzengehäuse, das mit einem Gehäuseab schnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine hinein ragt und an seinem brennraumseitigen Ende eine ring förmige Masseelektrode hat, mit einem von dem Kerzengehäuse auf einem Längsabschnitt umfaßten Keramik-Isolierkörper aus Aluminiumoxid, der brennraum seitig über das Kerzengehäuse vorsteht, und mit einer Mittelelektrode, die in einem Zentralkanal des Isolier körpers einliegt und brennraumendseitig freiliegt, wobei die Gleitfunkenstrecke sich zwischen Mittel- und Masseelektrode längs einer Gleitbahn auf der Oberfläche des Isolierkörpers ausbildet, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anordnung und Aus bildung von Mittelelektrode (21) und Masseelektrode (14) und des brennraumendseitigen, freiliegenden Teils des Isolierkörpers (15) so getroffen sind, daß die Länge der sich ausbildenden Gleitbahn (30) ca. 2-5 mm, vorzugsweise 4 mm, beträgt, daß die Wandstärke des Isolierkörpers (15) im Bereich der Austrittstelle aus dem Kerzengehäuse (10) etwa 0,8-1,2 mm, vorzugsweise 1,0 mm, beträgt und daß die Aluminiumoxid-Keramik des Isolierkörpers (15) eine Durchschlagfestigkeit größer oder gleich 25 kV/mm aufweist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittelelektrode (21) mit einem nagelkopfartig ausgebildeten Stirnkopf (22) das brennraumseitige, ringförmige Ende des Iso lierkörpers (15) überdeckt und mit einem umbördelungs artigen Übergreifungsrand (221) dieses umgreift.

3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oberfläche des Stirnkopfes (22) der Mittelelektrode (21) mit einer Keramikschicht (23), z. B. Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂), belegt ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Keramikschicht (23) plasmagespritzt ist.

5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 2-4, da durch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (21) aus einem stabförmigen Kupfer kern (28) und einer diesen umschließenden Nickelhülse (27) besteht und daß der Stirnkopf (22) aus Nickel und vorzugsweise einstückig mit der Nickelhülse (27) hergestellt ist.

6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-5, da durch gekennzeichnet, daß die die Mittelelektrode (21) umschließende Innenwand und die von dem Kerzengehäuse (10) umschlossene Außenwand des Isolierkörpers (15) mit jeweils einem Metallbelag (31, 32) versehen sind.

7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-6, da durch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand des Isolierkörpers (15) und dem Kerzen gehäuse (10) ein etwa vom brennraumseitigen Ende des Kerzengehäuses (10) über einen Längsabschnitt von Mittelelektrode (21) und Kerzengehäuse (10) sich er streckender ringförmiger Luftspalt (29) vorgesehen ist, der jeweils endseitig abgeschlossen ist.

8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Isolier körper (15) und Kerzengehäuse (10) eine Gasdichtung (26) einliegt.