DE69400504T2 - spark plug - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen für Verbrennungsmotoren mit gesteuerter Zündung.The present invention relates to spark plugs for internal combustion engines with controlled ignition.
Die Erfindung betrifft im einzelnen eine Zündkerze des Typs, die umfaßt:The invention relates in particular to a spark plug of the type comprising:
einen äußeren röhrenförmigen Metallkörper,an outer tubular metal body,
ein röhrenförmiges isolierendes Element, das in dem Körper angeordnet ist,a tubular insulating element disposed in the body,
eine Mittelelektrode, die sich durch das isolierende Element hindurch erstreckt und axial über das Ende des isolierenden Elements vorsteht, das in Funktion dem Brennraum zugewandt ist,a central electrode extending through the insulating element and projecting axially beyond the end of the insulating element which, in use, faces the combustion chamber,
wenigstens eine Masseelektrode, die sich von dem äußeren Metallkörper auf die Seitenfläche des Abschnitts der Mittelelektrode zu erstreckt, der von dem Isolator vorsteht, undat least one ground electrode extending from the outer metal body toward the side surface of the portion of the center electrode protruding from the insulator, and
ein ringförmiges Element, das um den vorstehenden Abschnitt der Mittelelektrode herum in elektrisch leitender Beziehung zu der Mittelelektrode angeordnet ist, so daß in Funktion der Funke bzw. die Funken zwischen dem ringförmigen Element und der Masseelektrode erzeugt werden.an annular member disposed around the projecting portion of the center electrode in electrically conductive relation to the center electrode so that, in operation, the spark or sparks are generated between the annular member and the ground electrode.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zündkerze dieses Typs zu schaffen, die sich für sehr langen Betrieb eignet (eine "langlebige" Zündkerze).An object of the invention is to provide a spark plug of this type which is suitable for very long operation (a "long-life" spark plug).
Es sind "langlebige" Zündkerzen bekannt, deren Masseelektroden sich so vom äußeren Metallkörper der Kerze erstrecken, daß sie der Abschlußfläche bzw. Stirnseite der Mittelelektrode in bekannter geometrischer Anordnung zugewandt sind. Schichten aus Edelmetall, normalerweise Platin oder einer Legierung derselben, sind auf diese Abschlußfläche der Mittelelektrode und den Teil der Masseelektrode, der ihr zugewandt ist, aufgeschweißt, und in Funktion wird der Funken zwischen diesen Schichten erzeugt.There are known "long-life" spark plugs whose ground electrodes extend from the outer metal body of the plug in such a way that they are in contact with the end face or front side of the center electrode in a known geometric arrangement. Layers of precious metal, normally platinum or an alloy thereof, are welded onto this end face of the centre electrode and the part of the ground electrode facing it, and in operation the spark is generated between these layers.
Jedoch hat sich herausgestellt, daß der Einsatz von "langlebigen" Zündkerzen dieses Typs einige Nachteile aufweist. Wenn diese Zündkerzen insbesondere in Motoren eingesetzt werden, die vier Ventile pro Zylinder aufweisen, können die Schwingungen, denen sie in Funktion ausgesetzt sind, dazu führen, daß die Zündkerzen ihre Masseelektroden vollständig verlieren, die normalerweise an den äußeren Metallkörpern der Zündkerzen angeschweißt sind.However, it has been found that the use of "long-life" spark plugs of this type has some disadvantages. When these spark plugs are used, in particular in engines with four valves per cylinder, the vibrations to which they are subjected during operation can cause the spark plugs to completely lose their ground electrodes, which are normally welded to the external metal bodies of the spark plugs.
Um dieses Problem zu lösen, wurde in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 480 886 des Anmeldenden vorgeschlagen, ein ringförmiges Element, das aus einem Edelmetall oder einer Legierung desselben besteht, um den vorstehenden Abschnitt der Mittelelektrode herum in elektrisch leitender Beziehung zu der Mittelelektrode anzuordnen, so daß in Funktion der Funke bzw. die Funken zwischen dem ringformigen Element und der Masselektrode erzeugt werden.In order to solve this problem, it has been proposed in the applicant's European patent application No. EP-A-0 480 886 to arrange an annular element made of a noble metal or an alloy thereof around the projecting portion of the center electrode in electrically conductive relation to the center electrode so that in function the spark or sparks are generated between the annular element and the ground electrode.
Obwohl eine Lösung, wie sie eben beschrieben wurde, unter funktionellen Aspekt optimal ist, weist sie aufgrund des edlen Materials, das eingesetzt wird, den Nachteil hoher Kosten auf, der ein ernsthaftes Hindernis für die Massenherstellung bedeutet.Although a solution such as the one just described is optimal from a functional point of view, it has the disadvantage of high costs due to the noble material used, which represents a serious obstacle to mass production.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine "langlebige" Zündkerze herzustellen, deren Kosten erheblich niedriger sind, wobei die eben beschriebenen funktionellen Merkmale und die Lebensdauereigenschaften beibehalten werden.The object of the present invention is to produce a "long-life" spark plug whose costs are significantly lower while maintaining the functional and durability characteristics just described.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Zündkerze erfüllt, die die speziellen Eigenschaften aufweist, die in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt sind.According to the invention, this object is achieved with a spark plug having the specific characteristics set out in the appended claims.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Eigenschaften erfolgt und lediglich als nichteinschränkendes Beispiel dient, wobei:Further characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, which is given with reference to the attached characteristics and is given purely as a non-limiting example, in which:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Zündkerze gemäß der Erfindung ist,Fig. 1 is a perspective view of a spark plug according to the invention,
Fig. 2 ein teilweiser Axialschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 ist,Fig. 2 is a partial axial section along the line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Schnittansicht ist, die eine Variante der Zündkerze gemäß der Erfindung zeigt, undFig. 3 is a sectional view similar to Fig. 2 showing a variant of the spark plug according to the invention, and
Fig. 4 bis 6 Teilaxialschnitte weiterer Varianten der Zündkerze gemäß der Erfindung sind.Fig. 4 to 6 are partial axial sections of further variants of the spark plug according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Zündkerze gemäß der Erfindung für einen Verbrennungsmotor allgemein mit 1 gekennzeichnet. Die Zündkerze umfaßt bekanntermaßen einen äußeren, röhrenförmigen Metallkörper 2, wobei ein Abschnitt desselben mit Außengewinde versehen ist.In Fig. 1, a spark plug according to the invention for an internal combustion engine is generally indicated by 1. The spark plug comprises, as is known, an outer, tubular metal body 2, a portion of which is provided with an external thread.
Ein im wesentlichen röhrenförmiges Element 3 aus elektrisch isolierendem Material, normalerweise keramischen Material (Fig. 2), ist auf bekannte Weise in dem Körper 2 angeordnet. Ein Endabschnitt 3a des isolierenden Elementes steht axial über das Ende des Metallkörpers vor, das in Funktion dem Brennraum zugewandt ist.A substantially tubular element 3 of electrically insulating material, normally ceramic material (Fig. 2), is arranged in known manner in the body 2. An end portion 3a of the insulating element projects axially beyond the end of the metal body which, in use, faces the combustion chamber.
Eine Mittelelektrode, die mit 4 gekennzeichnet ist, erstreckt sich durch einen Abschnitt des isolierenden Elementes 3 und steht axial über das Ende 3a des isolierenden Elementes vor.A center electrode, indicated at 4, extends through a portion of the insulating member 3 and projects axially beyond the end 3a of the insulating member.
Ein leitender Kern 5 ist ebenfalls in dem isolierendem Element 3 angeordnet; ein Ende dieses Kerns steht axial von dem isolierendem Element 3 vor und bildet einen elektrischen Anschluß 6.A conductive core 5 is also arranged in the insulating element 3; one end of this core projects axially from the insulating element 3 and forms an electrical connection 6.
Ein leitendes oder Widerstand aufweisendes Abdichtungsmastix, das in Fig. 2 mit 7 gekennzeichnet ist, befindet sich zwischen der Mittelektrode 4 und dem leitenden Kern 5 in dem isolierenden Element 3.A conductive or resistive sealing mastic, which is indicated by 7 in Fig. 2, is located between the center electrode 4 and the conductive core 5 in the insulating element 3.
Ein ringförmiges Element aus Metallmaterial, auf das ein Rand 2a des Metallkörpers 2 umgeschlagen ist, ist mit 8 gekennzeichnet (Fig. 2). Das ringförmige Element 8, das beispielsweise aus einer Legierung auf Nickel- oder Kupferbasis besteht, weist eine Vielzahl integraler Ansätze 9 auf, die sich von seinem inneren Rand an gleichmäßig winklig beabstandeten Positionen auf den Endabschnitt 3a des Isolators zu erstrekken. Diese Ansätze bilden die Masselektroden der Zündkerze.An annular element made of metal material onto which an edge 2a of the metal body 2 is folded is indicated by 8 (Fig. 2). The annular element 8, which consists for example of a nickel or copper based alloy, has a plurality of integral lugs 9 extending from its inner edge at equally angularly spaced positions towards the end portion 3a of the insulator. These lugs form the ground electrodes of the spark plug.
Als eine Alternative zu der in Fig. 2 dargestellten Lösung kann das ringförmige Element 8 mit den integralen Ansätzen 9, die als Elektroden wirken, am Ende des äußeren Metallkörpers 2 der Zündkerze beispielsweise durch Laserschweißen angeschweißt werden.As an alternative to the solution shown in Fig. 2, the annular element 8 with the integral lugs 9, which act as electrodes, can be welded to the end of the outer metal body 2 of the spark plug, for example by laser welding.
Bei der als Beispiel in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung weist die Mittelelektrode 4 einen im wesentlichen scheibenförmigen Abschlußkopf 4a auf.In the embodiment shown as an example in Fig. 1 and 2, the center electrode 4 has a substantially disk-shaped end head 4a.
Ein ringförmiges Element, das durch ein Bimetall-Laminat gebildet wird, das aus einer ersten Schicht 10a aus Edelmetall und einer zweiten, dickeren Schicht 10b aus weniger teuerem Material, beispielsweise aus der Gruppe, die Nickel und/oder seine Legierungen mit Chrom, beispielsweise Inconel, umfaßt, besteht, ist mit 10 gekennzeichnet.An annular element formed by a bimetallic laminate consisting of a first layer 10a of precious metal and a second, thicker layer 10b of less expensive material, for example from the group comprising nickel and/or its alloys with chromium, for example Inconel, is marked 10.
Das ringförmige Element 10 ist um die Mittelektrode 4 zwischen dem Kopf 4a derselben und dem Ende 3a des isolierenden Elementes 3 angeordnet (Fig. 2). Dieses ringförmige Element 10 kann einfach um die Elektrode herum gepaßt werden, und anschließend zwischen dem Kopf 4a derselben und dem Isolator 3 eingeklemmt werden, oder kann um den Schaft der Mittelelektrode 4 herum angeordnet und anschließend am Kopf 4a derselben angeschweißt werden.The annular element 10 is arranged around the central electrode 4 between the head 4a thereof and the end 3a of the insulating element 3 (Fig. 2). This annular element 10 can simply be fitted around the electrode and then clamped between the head 4a thereof and the insulator 3, or can be arranged around the shaft of the central electrode 4 and then welded to the head 4a thereof.
Der Aufbau ist, wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, so, daß die Funken zwischen dem ringförmigen Element 10 und den Masselektroden 9 erzeugt werden.The structure, as best seen in Fig. 2, is such that the sparks are generated between the annular element 10 and the ground electrodes 9.
Die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebene Lösung ermöglicht die Herstellung von "langlebigen" Zündkerzen, die sich für Strecken von 80 000 km oder mehr eignen, und bedarf einer außerordentlich geringfügigen und einfachen Abwandlung einer Zündkerze eines bereits bekannten Typs und der entsprechenden vorhandenen Fertigungsstraßen.The solution described above with reference to Figures 1 and 2 enables the manufacture of "long-life" spark plugs, suitable for journeys of 80,000 km or more, and requires an extremely minor and simple modification of a spark plug of an already known type and of the corresponding existing production lines.
Bei der Variante in Fig. 3 ist die Mittelektrode 4 im allgemeinen zylindrisch und weist keinen Kopf an ihrem Endabschnitt auf, der dem Brennraum zugewandt sein soll. Um diese Mittelelektrode an dem isolierenden Element zu befestigen und zu ermöglichen, daß die Zündkerze eine lange Lebensdauer hat, wird ein ringförmiges Element 10, das aus einem Bimetall-Laminat besteht, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, um das Ende 4a der Elektrode 4 herum, das von dem isolierendem Element 3 vorsteht, angeordnet und angeschweißt.In the variant in Fig. 3, the center electrode 4 is generally cylindrical and has no head at its end portion which is to face the combustion chamber. In order to fix this center electrode to the insulating member and to enable the spark plug to have a long life, an annular member 10 consisting of a bimetallic laminate constructed as described above is arranged and welded around the end 4a of the electrode 4 which protrudes from the insulating member 3.
Bei der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Variante ist das ringförmige Element 10 ebenfalls so angeordnet, daß in Funktion die Funken zwischen dem ringförmigen Element und den Masselektroden 9 erzeugt werden.In the variant described above with reference to Fig. 3, the annular element 10 is also arranged so that, in operation, the sparks are generated between the annular element and the ground electrodes 9.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die Zündkerze 1 eine (oder mehrere) im wesentlichen bogenförmige Masseelektroden 19 umfaßt, die (beispielsweise durch Schweißen) an der ringförmigen Abschlußfläche des Metallkörpers 2 angebracht werden, wobei ihre Enden dem ringförmigen Bimetall-Laminatelement 10 zugewandt sind, das an der Mittelelektrode 4 angeschweißt ist.Fig. 4 shows a variant in which the spark plug 1 comprises one (or more) substantially arcuate ground electrodes 19 which are attached (for example by welding) to the annular end surface of the metal body 2, with their ends facing the annular bimetallic laminate element 10 which is welded to the central electrode 4.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante sind die Abschlußflächen der Masseelektroden 19 ebenfalls teilweise dem keramischen isolierenden Element 3 zugewandt, so daß die Kerze vom Teilflächen-Entladungstyp (partial-surface discharge type) ist.In the variant shown in Fig. 4, the end surfaces of the ground electrodes 19 also partially face the ceramic insulating element 3, so that the candle is of the partial-surface discharge type.
Bei den Ausführungen in Fig. 1 bis 4 weist das ringförmige Bimetall-Laminatelement 10 einen geringeren Durchmesser auf als das Ende 3a des keramischen isolierenden Elementes 3.In the embodiments in Fig. 1 to 4, the annular bimetallic laminate element 10 has a smaller diameter than the end 3a of the ceramic insulating element 3.
Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungen, die den in Fig. 3 bzw. 4 dargestellten ähneln, wobei jedoch das Bimetall-Laminatelement 10 radial vom Ende 3a des isolierenden Elementes 3 vorsteht.Fig. 5 and 6 show two embodiments similar to those shown in Fig. 3 and 4 respectively, but with the bimetallic laminate element 10 projecting radially from the end 3a of the insulating element 3.
Bei diesen Lösungen ist besserer Wärmeschutz für das Ende bzw. die Spitze 3a des Isolators 3 gewährleistet, und sie verhindern die Bildung von Kohlenablagerungen auf dem isolierenden Element beim Kaltstart des Motors.These solutions ensure better thermal protection for the end or tip 3a of the insulator 3 and prevent the formation of carbon deposits on the insulating element during cold starting of the engine.
Das ringformige Element 10 kann durch das Heiß- oder Kaltausstanzen eines Bimetall-Laminats hergestellt werden; die Schicht aus Edelmaterial 10a ist beispielsweise zwischen 0,1 und 0,2 mm dick, und die Schicht 10b aus weniger teuerem Material ist beispielsweise zwischen 0,4 und 1 mm dick.The ring-shaped element 10 can be manufactured by hot or cold punching a bimetallic laminate; the layer of precious material 10a is, for example, between 0.1 and 0.2 mm thick, and the layer 10b of less expensive material is, for example, between 0.4 and 1 mm thick.
Die Schicht 10a kann aus Platin, Platin-Iridium, Gold, Gold- Palladium, Silber oder einer Legierung daraus bestehen.The layer 10a can consist of platinum, platinum-iridium, gold, gold-palladium, silver or an alloy thereof.
Die Schicht 10b kann aus Nickel, Nickel-Chrom, oder Legierungen daraus, beispielsweise Inconel, bestehen.The layer 10b can consist of nickel, nickel-chromium, or alloys thereof, for example Inconel.
Bei einer weiteren nichtdargestellten Ausführung kann das ringförmige Element 10 durch Abschnitte eines Rings oder durch einen Überzug eines Bimetall-Laminats, wie es bereits beschrieben wurde, ersetzt werden, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung erzielt wird.In a further embodiment not shown, the annular element 10 can be replaced by sections of a ring or by a coating of a bimetallic laminate, as already described, thereby achieving a considerable saving in material.
Des weiteren kann natürlich durch den Aufbau des ringförmigen Elementes 10, wie er zuerst beschrieben wurde, die Gesamtdicke vergrößert werden, ohne daß die Kosten erheblich zunehmen, indem einfach die Dicke des Abschnitts 10b vergrößert wird, der aus relativ kostengünstigem Material besteht. Eine derartige Vergrößerung der Dicke des Elements 10 ermöglicht ein besseres und sichereres Anschweißen (beispielsweise mit Laser) des Elementes 10 an der Mittelelektrode 4 und verbessert gleichzeitig die Wärmeableitung der Mittelelektrode 4.Furthermore, of course, by constructing the annular element 10 as first described, the overall thickness can be increased without significantly increasing the cost, simply by increasing the thickness of the portion 10b, which is made of relatively inexpensive material. Such an increase in the thickness of the element 10 enables better and more secure welding (for example by laser) of the element 10 to the center electrode 4 and at the same time improves the heat dissipation of the center electrode 4.
Natürlich können bei gleichbleibendem Prinzip der Erfindung die Ausführungsformen und Einzelheiten des Aufbaus in bezug auf die lediglich als nichteinschränkendes Beispiel beschriebenen und dargestellten erheblich abgewandelt werden, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Naturally, while the principle of the invention remains the same, the embodiments and details of construction may be considerably modified with respect to those described and illustrated purely as a non-limiting example, without thereby departing from the scope of the present invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |