DE8515939U1

DE8515939U1 - Zündkerze für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE8515939U1
Application number: DE19858515939
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-06-19

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Zündkerze für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach der Gattung des Hauptanspruchs; eine derartige Zündkerze, die aus der DE-OS 23 63 80U bekannt ist, hat einen Kondensator, der in der Zündkerze mit eingebaut und elektrisch parallel zur Funkenstrecke angeordnet ist. Dieser Kondensator soll nahe der Funkenstrecke der Zündkerze genügend Energie speichern, so daß beim Funkendurchbruch an der Funkenstrecke der Zündkerze die energiereiche Anfangsphase des Funkens eine sichere Zündung des in der Brennkraftmaschine befindlichen Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches bewirkt. Beschrieben ist in der genannten DE-OS 23 63 80U auch eine derartige Zündkerze, die zusätzlich noch eine Vorfunkenstrecke besitzt, welche ebenfalls innerhalb der Zündkerze eingebaut ist und mit der Funkenstrecke elektrisch in Reihe liegt. Der genannten DE-OS sind aber keine Hinweise über eine wirtschaftlich realisierbare und funktionssichere Ausführungsform einer solchen Zündkerze zu entnehmen.

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Weiterhin ist aUd dei* DE-OS 3h 0U 081 eine Zündkerze mit eingebautem Kondensator bekanntj der aus mehreren Längs-^ abschnitten zusammengesetzte Isolierkörper dieser Zündkerze hat eine solche durchschnittliche Dielektrizitätskonstante, so daß diese Zündkerze eine Kapazität von 20 bis 100 pF, bevorzugt von 30 bis 80 pF hat. Der Kondensator dieser Zündkerze hat jedoch dabei die Aufgabe, die elektromagnetische Interferenz der Brennkraftmaschine zu reduzieren bzw. zu unterdrücken und somit Störungen bei Radio- und Fernsehanlagen und ähnlichem zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie wirtschaftlich realisierbar ist und selbst magere Kraftstoffdampf-Luft-Gemische bei allen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine sicher und über eine erforderliche Lebensdauer zu zünden vermag.

Durch dii in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den Trennflächen, die quer durch den keramischen Isolierkörper der Zündkerze verlaufen, ringartige Elektroisolierelemente angeordnet sind, die fest an den Trennflächen anliegen lind aus einein Material bestehen, das bei allen in dieaem. !B'sreich auftretenden Temperaturen gummielastisch ist; diese Elemente können z. B. aus Silicongummi oder entsprechend eingestelltem Epoxidharz bestehen. Es ist außerdem zweckmäßig, wenn die betroffenen Trennflächen des Isolierkörpers eine Rauhtiefe R„ von weniger als 30 ,um haben; dieses ist z. B. erreichbar mittels einer

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f Zeichnung

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Glasur. Unter Rauhtiefe R ist gemäß deutscher Ilorm (DIN ^Τ68) der Mittelwert aus den Einzelrauhheiten Z....Z fünf aufeinanderfolgender Einzelmeßstrecken zu verstehen. Aufgrund dieser Art der Montage des Isolierkörpers sind keine teueren Sinteranlagen zum Verbinden der Isolierkörper-Längsabschnitte erforderlich und es -wird dennoch eine zuverlässige Speicherung elektrischer Energie in der Zündkerze gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert; die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine vergrößert dargestellte Zündkerze nach der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die in der Figur dargestellte Zündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite als Mittel für den Einbau dieser Zündkerze 10 in einen ni-cht dargestellten Motorkopf ein Einschraubgewinde 12, ein Schlüsselsechskant 13 und einen Dichtri;.^ 1U aufweist. Im Bereich seines brennraumseitigen Endes hat dieses Metallgehäuse 11 eine hakenförmige Masseelektrode 15> welche im vorliegenden Beispiel als angeschweißter Draht ausgebildet ist, jedoch auch von anderer Konfiguration sein kann; anstelle einer einzigen Mas^elektrode 15 können je nach Anwendungsfall auch mehrere derartiger Masseelektroden am Metallgehäuse 11 angebracht sein. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner Längsbohrung 16 in bekannter Weise einen rotationssymmetrischen Elektroisolierkörper 17» der üblicherweise anschlußseits aus der Durchgangsbohrung 16 des Metallgehäuses II heraus-

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ragt. Dieser Elektroisolierkorper 17 ist in mehrere Längsabschnitte unterteilt, und zwar in den anschlußseits aus
dem Metallgehäuse 11 herausragenden Isolierkörper-Kopf 17/1,
ein sich brennraumseits an den Isolierkörper-Kopf 17/1 anschließendes, ringförmiges Elektroisolierelement 17/2,
dem sich brennraumseits dem Elektroisolierelement 17/2
anschließenden dielektrischen Bauteil 17/3 eines Kondensators 18, einem zweiten, sich den dielektrischen Bauteil 5; 17/3 brennraumseits anschließenden Elektroisolierelement \

M/h und einem sich dem zweiten Elektroisolierelement
17M brennraumseits anschließenden Isolierkörper-Schaft !;

17/5 mit dem bevorzugterweise brennraumseits aus dem Me- |

tallgehäuse 11 herausragenden Isolierkörper-Fuß 17/6. |

Der Isolierkörper-Kopf 1T/1 besteht bekannterweise im we- ; sentlichen aus Aluminiumoxid, besitzt auf seiner Oberfläche j eine Anzahl von Ringnuten 19 als sogenannte Kriechstrom- i

barriere, ist mit einer koaxial zur Längsbohrung 16 des
Metallgehäuses 11 verlaufenden Durchgangsbohrung 20 versehen und besitzt einen brennraumseitigen Endabschnitt,
der als Flansch 21 ausgebildet ist. Die brennraumferne
Stirnfläche des Isolierkörper-Kopfes 17/I ist mit 22 bezeichnet und die brennraumseitige Stirnfläche dieses Iso- i lierkörpers-Kopfes 17/1 > die quer zur Längsachse des Isolierkörpers 17 verläuft, ist als Trennfläche 23 bezeichnet. Diese Trennfläche 23 des Isolierkörper-Kopfes 17/1 » hat eine Oberfläche, deren Rauhtiefe R„ möglichst kleiner ) als 30 ,um, bevorzugt sogar von weniger als 5 <um haben I sollte; diese geringere Rauhtiefe läßt sich am besten da- \ durch erzielen, wenn man auf dieser Oberfläche eine GIa- ? sur (nicht dargestellt) aufbringt, die eine Schichtdicke , von unter hO ,um hat und die beispielsweise aus einer
handelsüblichen Glaspaste Nr. 9137 der Firma Dupont herstellbar ist.

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Die beiden Elektroisolierelemente 17/2 und 17A, bestehen aus einem Material, das bei allen in diesem Bereich der Zündkerze 10 auftretenden Temperaturen gummielastisch ist. Ein solches Elektroisolierelement 17/2 bzw. 17/k kann beispielsweise aus einer ringförmigen Platte aus Silicongummi bestehen, die beispielsweise eine Dicke von 1 mm und eine Shore-Härte von 50 hat. Die Dicke derartiger Elektroisolierelemente 17/2, 17M kann aber auch zwischen 0,1 bis 2 mm liegen. Anstelle des Silicongummis kann aber auch nin Material treten, das man flüssig, weich oder viskos auf eine Trennfläche (z. B. Position 23) aufträgt und nach dem Zusammenfügen der beteiligten Längsabschnitte 17/1 bis 17/5 des Isolierkörpers 17 gegebenenfalls einer Nachbehandlung (z. B. Polymerisation) unterwirft; ein hierfür geeignetes Material kann beispielsweise ein Epoxidharz oder . ähnliches sein, welches hinsichtlich der Elastizität entsprechend eingestellt ist und dem gegebenenfalls in bekannter Weise Füllstoffe (z. B. Aluminiumoxid, Talkum, Silikat) zur Kompensation des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens der beteiligten Längsabschnitte des Isolierkörpers 17 hinzugefügt worden sind.

Dem Elektroisolierelement 17/2 schließt sich brennraumseits das dielektrische Bauteil 17/3 an, das zum Kondensator 18 gehört, von rohrförmiger Konfiguration ist, eine gleichachsig zur Durchgangsbohrung 20 des Isolierkörper-Kopfes 17/1 verlaufende Durchgangsbohrung 20/1 aufweist, mit seiner brennraumfernen Trennfläche 2U/1 fest am Elektroisolierelement 17/2 anliegt und mit seiner brennraumseitigen Trennfläche 2U/2 fest am zweiten Elektroisolierelement 17/^ aufliegt. Auch diese beiden Trennflächen 24/ί und 2^/2 des dielektrischen Bauteils 1 T/3 weisen eine so geringe Rauhtiefe R„ auf wie es auch oben bei der Trennfläche 23 des Isolierkörper-Kopfes 17/1 beschrieben ist, und können auch mit einer entsprachenden

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Glasur (nicht dargestellt) beschichtet sein. Die Umfangsfläche 25 des dielektrischen Bauteiles 17/3 hat bevorzugterweise einen Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Flansches 21 des Isolierkörper-Kopfes 17/1; sowohl diese Umfangsfläche 25 als auch die Oberfläche der Durchgangsbohrung 20/1 dieses dielektrischen Bauteils 17/3 sind mit einer den elektrischen Kontakt unterstützenden
Oberflächenbeschichtung tnicht extra gekennzeichnet) versehen, die beispielsweise aus einer Silber-Palladium-Legierung bestehen kann und 10 ,um dick ist. Das dielektrische Bauteil 17/3 besteht aus einem Material mit einer Dielektrizitätszahl £ von 100 bis 500; ein geeigneter Stoff ist beispielsweise von der japanischen Firma Murata handelsüblich erhältlich {Typ QQ oder UF) und kann beispielsweise aus einer Misc?ung von Calciumtitanat, Strontiumtitanat, Wismutoxid und Bleiti-^anat bestehen oder auch nur aus Calciumtitanat und Strontiumti''anat. Dieses dielektrische Bauteil 17/3 ist so bemessen, daß die fertige Zündkerze 10 eine Kapazität
von 120 bis 500 pF aufweist, bevorzugt aber eine Kapazität von 200 bis 1*00 pF hat.

Dem brennraumseits sich dem dielektrischen Bauteil 17/3
anschließenden Elektroisolierelement 17/^ folgt als
nächstes Bauteil der Isolierkörper-Schaft 1T/5» dessen
brennraumferner Endabschnitt als Flansch 26 ausgebildet
ist und der mit einer Durchgangsbohrung 20/2 ausgestattet ist; dis Durchgangsoohrung 20/2 besitzt eine zur Anschlußseite der Zündkerze 10 weisende Schulter 27. Der Isolierkörper-Schaft 17/5 hat auch an seiner Außenseite einen
ringförmigen Absatz 28, der brennraumseits gerichtet ist
und den Übergang zum sogenannten Isolierkörper-Fuß 17/6
bildet; mit diesem ringförmigen Absatz 28 liegt der Isolierkörper-Schaf t . 17/5 über einen sogenannten inneren
Dichtfing 29 auf einer in der Längöbohrung 16 des Metall

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gehäuses 11 befindlichen Ringschulter 30 auf. De^ Isolierkörper-Schaft 17/5 besteht ebenso wie der Isolierkörper-Kopf 17/1 im wesentlichen aus gesintertem Aluminiumoxid oder ähnlichem Material.

Wie oben schon beschrieben, verlaufen die Durchgangsbohrung 20 des Isolierkörper-Kopfes 17/1, die Durchgangsbohrung 20/1 des dielektrischen Bauteils 17/3 und die Durchgangsbohrung 20/2 im Isolierkörper-Schaft 1 γ/5 koaxial zueinander. Innerhalb dieser Durchgangsbohrungen 20, 20/1 und 20/2 ist ein metallischer Anschlußbolzen 31 angeordnet, welcher an seinem brennraumfernen Endabschnitt ein Anschlußgewinde 32 trägt und brennraumfern aus dem Isolierkörper-Kopf 17/1 herausragt, mit seinem brennraumseitigen Endabschnitt 31/1 in die Durchgangsbohrung 20/2 des Isolierkörper-Schaftes 17/5 taucht und einen walzenartigen Mittelabschnitt 31/2 besitzt, welcher einen etwas größeren Außendurchmesser hat als der brennraumferne und auch der brennraumseitige Bereich des Anschlußbolzens 31; der Übergang des walzenartigen Mittelabschnittes 31/2 zu den beiden Endabschnitten des Anschlußbolzens 31 ist bevorzugt kegelstumpfförmig ausgebildet und dementsprechend sind auch die Durchgangsbohrung 20 des Isolierkörper-Kopfes 17/1 bzw. die Durchgangsbohrung 20/2 des Isolierkörper-Schaftes 17/5 angepaßt.

In demjenigen Bereich der Durchgangsbohrung 20/2 des Isolierkörper-Schaftes 17/5j der vom Isolierkörper-Fuß 17/6 im wesentlichen gebildet ist, befindet sich die metallische Mittelelektrode 33» welche mit ihrem brennraumfernen Kopf 33/1 auf der ringförmigen Schulter 27 in der Durchgangsbohrung 20/2 des Isolierkörper-Schaftes 17/5 aufliegt; dem brennraumnahen Ende der Mittelelektrode 33 steht mi fc Abstand, der sogenannten Funkenstrecke 3^, die eine Masseelektrode I5 oder auch mehrere Masseelektroden gegenüber.

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Zur gasdichten Abdichtung der DurchgärigsböhrUng 20/2 und auch zur elektrischen Verbindung des Artschlußbolzens 31 mit der Mittelelektrode 33 ist zwischen den Mittelelektroden-Kopf 33/1 und den brennraumseitigen Endabschnitt 31/1 des Anschlußbolzens 31 eine bekannte elektrisch leitende Glasschmelzflußmasse 35 eingebracht - wie sie z. B. aus der US-PS 3,360,676 bekannt ist; sowohl am brennraumssitigsn Endabcchnitt 31/1 des Anschlußbolzens 31 p.uch als am Mittelelektroden-Kopf 33/1 sind für die elektrisch leitende Glasschmelzflußmasse 35 bevorzugterweise Verankerungsmittel angebracht, die hier nicht weiter gekennzeichnet worden sind.

Zur sicheren elektrischen Verbindung zwischen dem walzenartigen Mittelabschnitt 31/2 des Anschlußbolzens 31 und dem dielektrischen Bauteil 17/3 sowie auch für die gute elektrische Verbindung zwischen dem dielektrischen Bauteil 17/3 und dem Metallgehäuse 11 ist zwischen den beteiligten Flächen jeweils eine Kontakthülse 36/1 bzw. 36/2 angeordnet, welche beispielsweise aus einem Stahlgitter geringer Maschenweite (z. B. 200 bis 300 ,um) bestehen kann und 0,1 bis 0,5 mm dick ist. Anstelle dieser Kontakthülsen 36/1 und 36/2 können aber auch andere den elektrischen Kontakt zwischen den beteiligten Teilen unterstützende Mittel Anwendung finden, so z. B. auch eine elektrisch leitfähige Gußmasse, Graphitpackungen oder ähnliches. Die erwähnten Kontakthülsen 36/1 bzw. 36/2 können dabei auf dem brennraumseitigen Elektroisolierelement IT/k aufstehen, welches zwischen der brennraumseitigen Trennfläche 2^/2 des dielektrischen Bauteils 17/3 und der brennraumfernen Stirnfläche des Isolierkörper-Schaftes 17/5 angeordnet ist, welche als Trennfläche 37 bezeichnet ist.

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Der brennraumferne Endabschnitt des Metallgehäüses 11 ist als Bördelrand 38 ausgebildet und drückt über einen Bördelring 39) welcher auf der brehnräUmfernen Seite des Flansches 21 des Isolierkörper-Kopfes 17/1 aufliegt, den Isolierkörper-Kopf 17/1 fest auf das erste Elektroisolierelement 17/2, das die dielektrische Bauteil 17/3, das zweite Elektroisolierelement Ij/k, den Isolierkörper-Schaft I7/5 und den inneren Dichtring 29 auf die Ringschulter 30 in der Längsbohrung 16 des Metallgehäuses 11 und sorgt damit für einen festen Verbund der aufgeführten Bauteile, Um auch den zwischen den vorstehend aufgezeigten Bauteilen und der Längsbohrung des Metallgehäuses 11 befindlichen Spalt gasdicht zu machen, ist das Metallgehäuse 11 zusätzlich noch dem bekannten Warmschrumpfprozeß unterworfen worden (siehe z. B. US-PS 2,111,916), was am Warmschrumpfbereich Uo des Metallgehäuses 11 zu ersehen ist.

Der Kondensator 18 dieser Zündkerze 10 wird somit zwischen dem Anschlußbolzen 31 und dem Metallgehäuse 11 als Kondensatorelektroden und dem dielektrischen Bauteil 17/3 gebildet und ist parallel zur Funkenstrecke 3^ der Zündkerze 10 geschaltet; die erforderlichen Eigenschaften dieses Kondensators 18 wurden weiter vorn bereits beschrieben.

Je nach Ausführungsform der jeweiligen Brennkraftmaschine kann es auch zweckmäßig sein, wenn im Endabschnitt 31/1 des Anschlußbolzens 31 zusätzlich noch eine Vorfunkenstrecke eingebaut ist, welche bevorzugt dicht eingekapselt ist und wie sie z. B. aus der US-PS 3 7*+2 280 prinzipiell bekannt ist.

Es sei abschließend nochmals besonders darauf hingewiesen, daß aufgrund der Elektroisolierelemente 17/2 und 1T/U ein Zusammensintern der drei keramischen Bauteile 17/1, 17/3

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und 17/5 in größen und teueren Sinteranlagen entfällt, was für eine Fertigungslinie für die diesbezüglichen Zündkerzen einen erheblichen Vorteil darstellt₍

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3.5. 1985 Zr/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart J

Ansprüche

1. Zündkerze für Brennkraftmaschinen, mit einem rohrförmigen Metallgehäuse, das mit Befestigungsmitteln für den Einbau in eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist, an seinem brennraumseitigen Endabschnitt bevorzugt mindestens eine Kj.sseelektrode trägt und eine Längsbohrung aufweist, von welcher mindestens ein Längsabschnitt eines elektrischen Isolierkörpers gasdicht umfaßt wird, der zumindest teilweise ein dielektrisches, mit dem Metallgehäuse in Verbindung stehendes Bauteil bildet und eine Durchgangsbohrung hat, die einen Anschlußbolzen abdichtend umfaßt, welcher mit dem dielektrischen Bauteil ebenfalls verbunden ist und brennraumseits elektrisch mit einer Mittelelektrode in Verbindung steht, welche mit Abstand (Funkenstrecke) der mindestens einen Masseelektrode gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (17) aus mehreren Längsabschnitten (17/1 bis 17/5) besteht, von denen mindestens ein Längsabschnitt (17/3) das dielektrische Bauteil ist, welches so bemessen ist, daß es der Zündkerze (10) eine Kapazität von 120 bis 500 pF verleiht,

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2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kapazität von 200 bis UOO pF hat.

3. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den quer durch den Isolierkörper (17) verlaufenden Trennflächen (23, 2^/1, 2U/2, 37) ringartige Eiektroisolierelemente (17/2, 17M) angeordnet sind, die fest an den jeweiligen Trennflächen (23, 2U^; 2^/2, 37) anliegen und aus einem Material bestehen, das bei allen in diesem Bereich der Zündkerze (10) auftretenden Temperaturen gummielastisch ist.

k. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringartigen Eiektroisolierelemente (17/2, 17/U) aus Silicongummi bestehen.

5. Zündkerzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringartigen Eiektroisolierelemente (17/2, 17M) aus einem Material bestehen, das auf die Trennflächen (23, 2U/1, 2U/2, 37) des Isolierkörpers (17) flüssig, weich oder viskos aufgebracht und nach dem Zusammenfügen der beteiligten Längsabschnitte ( 1T/1 » 17/3, 17/5) des Isolierkörpers (17) gegebenenfalls einer Nachbehandlung (Polymerisation) unterworfen worden ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringartigen Eiektroisolierelemente (17/2, 17A) aus Epo::idha.rζ bestehen, dem gegebenenfalls in bekannter Weise Füllstoffe zur Kompensation des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens der beteiligten Längsabschnitte (17/1» 17/3, 17/5) des Isolierkörpers (17) hinzugefügt worden sind.

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T< Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen (23* 2Ί/1_ä 2U/2 j 37) der beteiligten Längsabschnitte (1T/1 > 17/3* 17/5) des Isolierkörpers (17) eine Rauhtiefe (R^) von weniger als 30 ,um haben.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen (23, 2U/1 , 2^/2, 37) der beteiligten Längsäbschnitte (17/1, 17/3, 17/5) des Isolierkörpers (17) bevorzugt eine Rauhtiefe (rJ von weniger als 5 ,um haben.

9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen (23, 2U/I, 2Ί/2, 37) des Isolators (17) mit einer Glasurschicht versehen sind.