DE3841931C2

DE3841931C2 - Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze

Info

Publication number: DE3841931C2
Application number: DE3841931A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Suzuki; Yuki Izuoka; Noboru Aoki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2008-12-14
Also published as: GB2213872A; BR8806563A; US4951173A; GB8827814D0; DE3841931A1; JPH01163986A; GB2213872B; JPH0250592B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederspannungs-Kriechent ladungs-Zündkerze, die einen Halbleiterring zur Bildung einer Kriechentladungsfläche hat, und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Zündkerze zur Verwendung bei einem Gas- oder Turbinenantrieb eines Luftfahrzeugs.

Bei einer als bekannt vorausgesetzten Zündkerze dieser Art ist ein Halbleiterring zwischen den beiden Endabschnitten einer Mittelelektrode und einer ringförmigen Masseelektrode gelegt, so daß eine Entladung über eine Endfläche des Halbleiterringes bei einer relativ niedrigen Spannung auftritt.

Damit diese Entladung konstant auftritt, ist es erforder lich, den Widerstand zwischen den Elektroden an ihrem unteren Ende derart herabzusetzen, daß die Entladungs energie an dieser Stelle konzentriert wird.

In Fig. 7 ist beispielsweise ein Halbleiterring 13 ge zeigt, der einteilig mit einem rohrförmigen Isolator 14 an seinem unteren Teil verbunden ist, und dieser ist zwi schen einer Mittelelektrode 12 und einer Masseelektrode 11b vorgesehen. Die Masseelektrode 11b bildet eine innere konische Fläche 11a am unteren Abschnitt derart, daß ein Abstand zwischen einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 12 und der konischen Fläche 11a mit zunehmender Entfernung von den Enden der Elektroden 11b, 12 größer wird. Den ge ringsten Abstand erhält man an den Enden der Elektroden 11b, 12, so daß die Entladung längs einer Endfläche 13a des Halbleiterrings 13 auftritt. Es ist noch zu bemerken, daß ein sehr schmaler Spalt zwischen der Mittelelektrode 12 und der Masseelektrode 11b als ein Spiel vorhanden ist, obgleich dies nicht gezeigt ist.

Bei dieser Auslegung erhöht eine Atmosphäre in der Nähe der Endfläche 13a den elektrischen Widerstand, so daß die Entladung nicht längs der Endfläche 13a auftritt, wenn Hochdruckbedingungen herrschen. Eine an die Elek troden 11b, 12 angelegte Spannung bewirkt eine Entladung in dem Halbleiterring 13, wobei die Gefahr besteht, daß der Halbleiterring 13 Risse bekommt, was zu einem Ver sagen der Isolation führt.

Die FR-A-2 290 062 beschreibt eine Niederspannungs-Kriech entladungs-Zündkerze mit einem äußeren Metallmantel, einem darin konzentrisch angeordneten Isolator, in dem eine Mit telelektrode angeordnet ist, und mit einem Ringraum zwischen einem Halbleiterring und der Außenfläche der Mittelelek trode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Niederspan nungs-Kriechentladungs-Zündkerze bereitzustellen, bei der die Entladung längs einer Endfläche des Halbleiterringes bei hoher Standzeit aufrechterhalten werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor zugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Zündkerze in Teilschnitt darstellung,

Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht des Hauptteils derselben,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer weiteren Aus führungsform nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Zusammen haltens zwischen der Funkenanzahl und einer Ver schleißgröße (mm),

Fig. 5 und 6 Fig. 2 ähnliche Ansichten von weiteren modifizierten Ausführungsformen, und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer übli chen Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung hat ein äußerer, ringförmiger Mantel 11 eine ringförmige Masse elektrode 3, die unmittelbar mit einem unteren Ende des selben verbunden ist. Die Masseelektrode 3 ist aus einer Legierung auf Wolframbasis, wie einer Wolfram-Kupfer- Nickel-Legierung, hergestellt.

Ein rohrförmiger elektrischer Isolator 5, der aus Glas besteht, ist kon zentrisch in die Masseelektrode 3 eingelegt. Der Isolator 5 hat einen Halbleiterring 4, der einteilig mit einem unte ren Ende desselben derart verbunden ist, daß er etwa bündig mit dem unteren Ende der Masse elektrode abschließt.

In einer Mittelbohrung 5a des Isolators 5 ist eine Mittel elektrode 2 konzentrisch angeordnet, deren eines Ende durch den Halbleiterring 4 verläuft und etwa bündig mit dem unteren Ende 3a der Masseelektrode 3 abschließt.

Die Mittelelektrode 2 besteht aus einer funkenkorro sionsbeständigen Legierung auf Wolframbasis.

Hierbei hat die Masseelektrode 3 eine konische innere Fläche 3b an ihrem unteren Endabschnitt, welcher an der Endfläche 3a ebenfalls konisch verläuft. Der kleinste Abstand zwi schen der konischen inneren Fläche 3b und einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 2 ist an der Endfläche 3a und einer Endfläche 2a der Mittelelektrode 2 vorgesehen. Eine an die Elektroden 2, 3 angelegte Hochspannung bewirkt, daß eine Entladung leicht längs der Endflächen 2a und 3a auftritt.

Der Halbleiterring 4 ist aus einem Sintergemisch aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliciumcarbid (SiC) mittels Heißpressen hergestellt. Das Mischungsverhältnis von Aluminiumoxid und Siliciumcarbid beträgt 45% bis 55% bei der bevorzugten Ausführungsform. Der Ring 4 hat eine koni sche äußere Fläche 4a, die in guter Paßzuordnung zu der konischen inneren Fläche 3b der Masseelektrode vorgesehen ist. Das untere Ende des Rings 4 ist etwas von den End flächen 2a und 3a eingezogen, derart, daß eine Kriechentladungsfläche 4b gebildet ist. Der Ring 4 hat ferner eine konische Innenfläche 4c, derart, daß ein Ringraum 6 zwischen dem Ring 4 und der Mittel elektrode 2 zu bilden ist. Der Abstand zwischen der konischen inneren Fläche 4c und einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 2 nimmt mit zu nehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche 4b all mählich zu. Der Ringraum 6 hat eine kleinste Breite von etwa 0,03 mm an der Kriechentladungsfläche 4b und eine größte Breite von etwa 0,3 mm an der von der Kriechentladungsfläche 4b am entferntest liegenden Stelle. Es ist noch zu er wähnen, daß die Breite des Ringraums 6 vorzugsweise 0,01 mm an der kleinsten Stelle und etwa 1,0 mm an der größten Stelle betragen kann.

Der Ringraum 6, der unabhängig von dem Zwischenraum bei den üblichen Auslegungsformen vorgesehen ist, wirkt als ein Luftspalt, der als Aussparung dadurch gebildet wird, daß der Glasisolator 5 nicht vollständig das untere Ende des Metallmantels 11 der Zündkerze 1 ausfüllt. Dies wird dadurch er reicht, daß die Temperatur des Glases 5 gesteuert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Auslegung ist der elek trische Widerstand zwischen den Elektroden 2 und 3 äqui valent zu dem erhaltenen Wert unter Berücksichtigung jenes des Luftspalts und des Rings 4. Der resultierende Wert nimmt mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche 4b zu. Den kleinsten Wert des elektrischen Widerstandes erhält man zwischen den Endflächen 3a und 2a.

Wenn Atmosphäre in der Nähe der Kriechentladungsfläche 4b vor handen ist, nimmt der elektrische Widerstand mit der Zunahme des Atmosphärendrucks zu, und eine Entladung tritt immer längs der Kriechentladungsfläche 4b auf, so daß verhindert wird, daß die Entladung an einer Innenseite des Halbleiter ringes 4 auftritt. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Gefahr einer Rißbildung im Halbleiterring 4 verringert wird, und die Standzeit läßt sich mit einer relativ ein fachen Auslegungsform verlängern.

Eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, in der gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen wie bei der vorangehenden Aus führungsform versehen sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 hat die Mittelelektrode 2 eine konische äußere Fläche 2b, die an der Endfläche 2a erweitert ist.

Der Halbleiterring 4 hat einen konstanten Innendurchmesser über seine ganze Längsabmessung hinweg gesehen, wie dies mit 4d bezeichnet ist.

Als Folge hiervon erhält man den kleinsten elektrischen Widerstand des Luftspaltes 6 an der Seite der Kriechentladungsfläche 4b, so daß immer eine Entladung längs der Kriechentladungsfläche 4b im wesentlichen auf die gleiche Weise wie bei der voran gehenden Ausführungsform auftritt.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusam menhanges zwischen einer Größe eines summarischen Abtrags (mm) des Halbleiterringes und der Funkenanzahl, wenn man eine Kerzenprüfung bei einer Temperatur von 20°C, einem Druck von 2,45 MPa (25 kg/cm²) und einer Entladungsenergie von 14 Joule vornimmt.

Die mit Punkten versehenen Markierungen beziehen sich auf die Zündkerze nach Fig. 3, während die Kreuzmarkierung sich auf die entsprechende Auslegung üblicher Bauform nach Fig. 7 beziehen. Wie sich aus dem Vergleich der Kreuzmarkierungen und der Punktmarkierungen ergibt, nimmt die Größe des Verschleißes des Halbleiterrings 4 um mehr als etwa die Hälfte im Vergleich zu der üblichen Ent sprechung ab, und man kann in beträchtlicher Weise die Standzeit verlängern.

Es ist noch zu erwähnen, daß bei dem Halbleiterring 4 die innere Fläche 4c entsprechend Fig. 5 konisch modifiziert werden kann.

Auch ist noch zu erwähnen, daß der Halbleiterring 4 eine hyperbolische Krümmung an seiner inneren Fläche 4f haben kann wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Claims

1. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze, mit
einem äußeren, ringförmigen Metallmantel (11), der eine ringförmige Masseelektrode (3) hat, die mit einem unteren Ende desselben verbunden ist,
einem ringförmigen elektrischen Isolator (5), der konzentrisch in dem Metallmantel (11) angeordnet ist, und einen Halb leiterring (4) hat, der mit dem unteren Ende des Iso lators (5) räumlich verbunden ist,
einer Mittelelektrode (2), die in Längsrichtung in der inneren Seite des Isolators (5) angeordnet ist und deren unteres Ende durch den Halbleiterring (4) ver läuft,
wobei der Halbleiterring (4) die Kriechentladungs fläche an seinem unteren Ende bildet, und
einem Ringraum (6), der zwischen der inneren Flä che (4c) des Halbleiterrings (4) und einer äußeren Fläche der Mittelelektrode (2) vorgesehen ist;
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen letzteren in dem Ringraum (6) ausgehend von der Kriechentladungsfläche (4b) allmählich größer wird, damit die Gefahr einer Rißbildung in dem Halbleiterring (4) verringert werden kann.

2. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (4c) des Halbleiterrings (4) konisch verläuft, derart, daß ihr Durchmes ser mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungs fläche (4b) größer wird.

3. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelek trode (2) eine konische äußere Fläche (2a) hat, welche in ihrem Durchmesser mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche (4b) allmählich kleiner wird.

4. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (4c) des Halbleiterrings (4) in Form einer hyperbo lischen Krümmung konturiert ist.

5. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterring (4) aus einem Sintergemisch aus Alumini umoxid und Siliciumcarbid, hergestellt durch Heißpres sen, besteht.

6. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel- und Masseelektrode (2, 3) jeweils aus einer fun kenkorrosionsbeständigen Legierung auf Wolframbasis her gestellt sind.