DE9215100U1 - Elektrisch beheizte Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen - Google Patents
Elektrisch beheizte Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-GemischenInfo
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Classifications
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Description
R. 25650
4.11.1992 Zr/Hm
4.11.1992 Zr/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 30
Elektrisch beheizte Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrisch beheizten Zündkerze nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine elektrisch beheizte Zündkerze bekannt (DE-AS 19 08 971), bei der ein drahtförmiges
Widerstandsheizelement in den brennraumseitigen, die Mittelelektrode umfassenden Längsabschnitt des Elektroisolierkörpers eingebettet
ist; auch die elektrischen Zuleitungen zum Widerstandsheizelement sind in dem Elektroisolierkörper mit eingebettet. Der Einbau eines
derartigen Widerstandsheizelements und seiner Zuleitungen in den Elektroisolierkörper ist sehr teuer und die Haltbarkeit einer solchen
Anordnung ist wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Elektroisolierkörper und Widerstandsheizelement
unbefriedigend.
Weiterhin ist es bekannt (DE 40 07 190 Cl), bei elektrisch beheizten
Zündkerzen im Bereich der Mittelelektrode um den Elektroisolierkörper herum ein drahtförmiges Widerstandsheizelement anzuordnen, dieses
mittels einer keramischen Hülse zu umfassen und die Zwischenräume zwischen dem Widerstandsheizelement und der keramischen Hülse
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mit einer keramischen Masse zu füllen; auch diese AusfUhrungsform
einer elektrischen Heizung für eine Zündkerze ist sehr teuer und gewährleistet auf Dauer keine Betriebssicherheit.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Zündkerze mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Widerstandsheizelement auf technisch einfache und kostengünstige
Weise an einer Zündkerze angebracht werden kann und auf Dauer funktionstüchtig bleibt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen,elektrisch beheizten Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn der Elektroisolierkörper aus zwei Bauteilen hergestellt wird, von denen das erste die Längsbohrung umfaßt, von
im wesentlichen rotationssymmetrischer Form ist und über seine gesamte Länge im wesentlichen einen Durchmesser hat, welcher dem
Durchmesser des das Widerstandsheizelement tragenden Längsabschnitts hat, und von denen das zweite Bauteil hülsenartig ausgebildet und
auf das erste Bauteil aufgeschoben und darauf, den Bund des Elektroisolierkörpers
bildend, festgelegt ist.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der Beschreibung näher erläutert; die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine vergrößert dargestellte Zündkerze gemäß der
Erfindung und die Figuren 2 und 3 zeigen Abwicklungen von auf dem Zündkerzen-Elektroisolierkörper aufgebrachten Konfigurationen von
Widerstandsheizelementen·
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in der Figur 1 dargestellte (Hochspannungs-)Zündkerze 10 besitzt
ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner brennraumseitigen Außenseite ein Einschraubgewinde 11/1 und anschlußseits
ein Schlüsselsechskant 11/2 als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in eine (nicht dargestellte) Brennkraftmaschine
aufweist, insbesondere für eine Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen; auf die Darstellung eines Dichtringes wurde verzichtet. Dieses
Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner stufenförmigen Durchgangsbohrung 11/3 in bekannter Weise einen rotationssymmetrischen Elektroisolierkörper
12, der z.B. im wesentlichen aus gesintertem Aluminiumoxid besteht, anschlußseits einen sogenannten Kopf 12/1 besitzt,
welchem sich in Richtung Brennkammer ein Bund 12/2 und ein Fuß 12/3 anschließen. Dieser Elektroisolierkörper 12 liegt mit einer Schulter
12/4, welche zwischen dem Bund 12/2 und dem Fuß 12/3 des Elektroisolierkörpers 12 gebildet ist, auf einem Absatz 11/4 in der Durchgangsbohrung
11/3 des Metallgehäuses 11; in üblicher Weise ist zwischen der Schulter 12/4 des Elektroisolierkörpers 12 und dem Absatz
11/4 des Metallgehäuses 11 ein Dichtring 14 angeordnet. Auf einer anschlußseitigen Schulter 12/5 des Elektroisolierkörpers 12, die
zwischen dem Kopf 12/1 und dem Bund 12/2 des Elektroisolierkörpers 12 gebildet ist, liegt in bekannter Weise ein Bördelring 15; über
diesen Bördelring 15 ist der anschlußseitige Bereich des Metallgehäuses 11 als Bördelrand 11/5 geformt. Infolge der beschriebenen
Fixierung des Elektroisolierkörpers 12 im Metallgehäuse 11 und zusätzlich mittels des bekannten Warmschrumpfprozesses
(US-PS 2 111 916) ist der Elektroisolierkörper 12 fest und dicht im Metallgehäuse 11 gehalten. Der Schrumpfbereich des Metallgehäuses 11
ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 11/6 gekennzeichnet. Anstelle der Anwendung dieses Bördelund Warmschrumpfprozesses kann der Elektroisolierkörper
12 aber auch in bekannter Weise durch Einkitten o.a. im Metallgehäuse 11 abdichtend festgelegt sein.
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Der Elektroisolierkörper 12 besitzt in bekannter Weise eine stufenförmige
Längsbohrung 12/6, deren im anschlußseitigen Bereich befindliche Kopfbohrung 12/7 einen größeren Durchmesser hat als die im
brennraumseitigen Bereich des Elektroisolierkörpers 12 befindliche Fußbohrung 12/8; die Fußbohrung 12/8 beginnt etwa im Bereich des
Absatzes 11/4 in der Durchgangsbohrung 11/3 des Metallgehäuses 11.
In dieser Fußbohrung 12/8 erstreckt sich eine Mittelelektrode 16, deren Schaft 16/1 im wesentlichen den Querschnitt der Fußbohrung
12/8 des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 ausfüllt, dabei mit ihrem
brennkammerseitigen Ende über eine Funkenstrecke 17 einer am brennraumseitigen Ende des Metallgehäuses 11 befestigten Masse-Elektrode
13 gegenübersteht und an ihrem anschlußseitigen Abschnitt über einen Bund 16/2 in einen wiederum mit kleinerem Durchmesser versehenen
Kopf 16/3 übergeht. Der Bund 16/2 dieser Mittelelektrode 16 liegt in der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkörpers 12 auf einem
zwischen der Kopfbohrung 12/7 und der Fußbohrung 12/8 gebildeten Absatz 12/9 auf und bestimmt infolgedessen die Längsfixierung der
Mittelelektrode 16. Die Mittelelektrode 16 besteht in bekannter Weise aus einem korrosionsfesten Material (z.B. aus einer
Nickellegierung), sie kann in bekannter Weise auch mit einem (nicht dargestellten) Kern aus Wärme gut leitendem Material (z.B. Kupfer)
und/oder im Zündbereich auch mit abbrandfesten Edelmetallen o.a. versehen sein. Der Kopf 16/3 der Mittelelektrode 16 ist in
bevorzugter Weise mit Verankerungsmitteln (z.B. Nuten, Flügel) versehen und ist von einer elektrisch leitenden und Wärme gut
leitenden Vergußmasse 18 umgeben, die den hier befindlichen Bereich der Kopfbohrung 12/7 des Elektroisolierkörpers 12 ausfüllt und sich
in dieser Kopfbohrung 12/7 auch noch weiter anschlußseits erstreckt.
Derartige Vergußmassen 18 sind bekannt (z.B. aus DE-PS 1 206 209,
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US-PS 2 106 158), sie können zusätzlich auch noch mit als elektrischer
Widerstand wirkenden Stoffen versehen sein (z.B. US-PS 3 903 453).
In die Vergußmasse 18 taucht anschlußseits ein bolzenförmiges Anschlußelement
19 mit dem brennraumseitigen Endabschnitt seines Schaftes 19/1 ein; der in die Vergußmasse 18 eintauchende Abschnitt
des Anschlußelements 19 ist in bekannter Weise mit Verankerungsmitteln 19/3 (z.B. Gewinde, Rändelung) ausgestattet. Dieses bolzenförmige
Anschlußelement 19 besteht aus Metall und besitzt einen sich anschlußseits an seinen Schaft 19/1 anschließenden Kopf 19/2; dieser
Kopf 19/2 des Anschlußelementes 19 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Schaftes 19/1 und der den
Querschnitt der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkorpers 12 ausfüllt. An diesen Kopf 19/2 des Anschlußelementes 19 ist
anschlußseits ein Flansch 19/4 noch mit angeformt, der das anschlußseitige Ende der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkorpers
12 abschließt und in einen (nicht dargestellten) Gewindeabschnitt übergeht, auf welchem eine mit einem sogenannten SAE-Profil versehene
Anschlußmutter 20 aufgeschraubt ist.
Die in der Figur 1 dargestellte Masse-Elektrode 13 ist als an das Metallgehäuse 11 angeschweißter, gebogener Draht ausgebildet, sie
kann jedoch auch von anderer bekannter Konfiguration sein. Derartige
Masse-Elektroden 13 bestehen aus abbrandfestern Material, z.B. aus
einer Nickel-Legierung, sie können aber auch zusätzlich einen Kupferkern aufweisen und/oder mit Edelmetallen bestückt sein.
Ein am Kopf 12/1 des Elektroisolierkorpers 12 befindlicher Längsabschnitt
ist mit mehreren koaxialen Ringnuten 12/11 versehen, die als Kriechstrombarriere dienen; derartige Ringnuten 12/11 sind Stand der
Technik und können von unterschiedlichem Profil sein.
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In der brennraumseitigen Stirnfläche 12/10 des Elektroisolierkörpers
12 ist eine koaxial um den brennraumseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode
16 angeordnete Vertiefung 12/11 eingeformt, deren Abmessungen vom jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abhängig ist; eine
solche Vertiefung 12/11 wird als Atmungsraum bezeichnet.
Der Fuß 12/3 des Elektroisolierkörpers 12 ist von kreiszylindrischer
Form und schließt brennraumseits mit seiner Stirnfläche 12/10 in etwa mit der Stirnfläche 11/6 des Metallgehäuses 11 ab, kann aber
auch etwas hinter der Metallgehäuse-Stirnfläche 11/6 zurückstehen oder etwas über diese Metallgehäuse-Stirnfläche 11/6 hinausstehen.
Auf der Umfangsfläche dieses Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 ist erfindungsgemäß ein Widerstandsheizelement 21 angeordnet, das in
Dickschichttechnik (z.B. Siebdruckverfahren, Abwälzverfahren) aufgebracht ist und aus einem geeigneten Material (z.B. Platinlegierung,
Wolframlegierung) besteht. Die Konfiguration des Widerstandsheizelementes
21 kann - in Abwicklung gezeigt - wie in der Figur 2 der Zeichnung ausgeführt sein, d.h. mit im wesentlichen in
Umfangsrichtung des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 verlaufenden
Bahnen 21/1, die untereinander in Reihe geschaltet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Widerstandsheizelementes 21'
verlaufen die Bahnen 21/1' achsparallel auf dem Elektroisolierkörper-Fuß
12/3 und sind dann ebenfalls elektrisch in Reihe geschaltet. Ein solches Widerstandsheizelement 21, 21' ist bevorzugt auf
demjenigen Längsabschnitt des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 mittels Siebdruck oder Abwälztechnik aufgebracht, der die Vertiefung
12/11 (Atmungsraum) des Elektroisolierkörpers 12 umfaßt.
Das Widerstandheizelement 21 ist über bahnartige elektrische Leiter
22, die auch durch ein Siebdruckoder Abwälzverfahren auf dem Elektroisolierkörper
12 aufgebracht sind, mit Anschlußelementen 23/1,
ft » ft » ft ft ft » * » ft |
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ft ft ft'· ft ft ft'ft ft »ft ft |
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23/2 elektrisch leitend verbunden, die in bevorzugter Weise ringförmig
ausgebildet und auf dem Elektroisolierkörper-Kopf 12/1 festgelegt
sind. Diese Anschlußelemente 23/1, 23/2 sind dabei mittels einer zwischen beiden angeordneten Isolierringscheibe 24 voneinander
getrennt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein erster elektrischer Leiter 22 (in Figur 1 auf der rechten Seite des Elektroisolierkorpers
12) mit dem am weitesten anschlußseits auf dem Elektroisolierkörper-Kopf 12/1 befindlichen Anschlußelement 23/1 verbunden,
während der zweite elektrische Leiter 22 (in Figur 1 auf der linken Seite des Elektroisolierkorpers 12) mit dem nahe am Metallgehäuse 11
liegenden Anschlußelement 23/2 verbunden ist.
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform einer solchen Zündkerze 10 ist
der Elektroisolierkörper 12 aus zwei Bauteilen zusammengesetzt, wobei zum ersten Bauteil der Kopf 12/1, und der Fuß 12/3 und ein Mittelabschnitt
12/13 des Elektroisolierkorpers 12 gehören, die alle einen Außendurchmesser wie der Elektroisolierkörper-Fuß 12/3 haben.
Das zweite Bauteil der bevorzugten Ausführungsform des Elektroisolierkorpers
12 ist der Elektroisolierkörper-Bund 12/2, der in diesem
Falle rohrförmig ausgebildet ist und auf dem Mittelabschnitt 12/13 des ersten beschriebenen Bauelementes des Elektroisolierkorpers 12
festgelegt ist (vorzugsweise durch Sintern).
Bei dieser Ausführungsform des Elektroisolierkorpers 12 führen die
vom Widerstandsheizelement 21 ausgehenden elektrischen Leiter 22 nicht über den Elektroisolierkörper-Bund 12/2, sondern über die
Oberfläche des Elektroisolierkörper-Mittelabschnitts 12/13. Infolge dieser Gestaltung des Elektroisolierkorpers 12 kann das Widerstandsheizelement 21 und die zugehörigen elektrischen Leiter 22 in einem
einzigen Auftragungsschritt (Siebdruck- bzw. Abwälzverfahren) auf dem Elektroisolierkörper 12 aufgebracht werden.
• ·
• ·
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Das Widerstandsheizelement 21 und die elektrischen Leiter 22 sind
mittels einer elektrisch isolierenden Schicht (nicht dargestellt) bzw. mittels des beschriebenen rohrförmigen Bundes 12/2 abgedeckt
und somit vor einem ungewollten elektrischen Kontakt mit dem elektrisch an Masse liegenden Metallgehäuse 11 geschützt.
Das Aufbringen des Widerstandsheizelements 21 und der elektrischen
Leiter 22 kann bevorzugterweise auf das zylindrische, noch im "grünen Zustand" befindliche erste Bauelement des Elektroisolierkörpers
12 erfolgen; anschließend wird dieses erste Bauelement mit dem aufgebrachten Widerstandsheizelement 21 und den elektrischen
Leitern 22 fertiggesintert und erst dann der rohrförmige Bund 12/2
in einem zusätzlichen Sinterschritt auf dem ersten Bauelement des Elektroisolierkörpers 12 aufgesintert. Die nicht dargestellte Isolierschicht
kann auf dem Heizelement 21 bzw. den elektrischen Leitern 22 durch bekannte Verfahren (z.B. Aufspritzen, Tauchen) aufgebracht
sein.
Bei einer solchen Zündkerze 10 kann die über die Anschlußelemente 23/1, 23/2 zugeführte Heizleistung in Abhängigkeit vom elektrischen
Widerstand des Widerstandsheizelementes 21 geregelt und demzufolge auf einem minimal erforderlichen Niveau gehalten werden. Der Wärmewert
der Kerze wird über die Ausbildung der in der Elektroisolierkörper-Stirnflache
12/10 befindlichen Vertiefung 12/11 (Atmungsraum) beeinflußt.
Bei einer weiteren Ausführungsform einer solchen Zündkerze (nicht
dargestellt) ist nur einer der beiden elektrischen Leiter 22 bis an ein Anschlußelement 23/1 geführt, während der andere elektrische
Leiter 22 nur bis in den Bereich des Dichtringes 14 führt und dort mit dem elektrisch an Masse liegenden Metallgehäuse 11 in elektrischem
Kontakt steht.
• ··
- 9 - R. 25650
Zündkerzen mit elektrischem Widerstandsheizelement 21 verhindern Ablagerungen
von Ruß, 01, Kohle und Asche im brennraumseitigen Bereich derartiger Zündkerzen 10 und bewirken demzufolge einen besseren
Kaltstart, eine zuverlässigere Zündung und eine längere Lebensdauer der Zündkerzen. Sie ermöglichen außerdem einen geringeren Zündspannungsbedarf
und größere Wärmewertbereiche. Das Widerstandsheizelement 21, 21' gemäß vorliegender Erfindung ist sehr rationell und
einfach auf dem Elektroisolierkorper 12 aufzubringen.
Claims (6)
1. Elektrisch beheizte Zündkerze (10) zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen,
insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit einem rohrförmigen Metallgehäuse (11), das an
seiner Außenseite Mittel (11/1, 11/2) zur Befestigung an einer Brennkammer aufweist und in seiner Durchgangsbohrung (11/3) einen
rohrartigen Elektroisolierkorper (12) umfaßt, der auf einem mittleren
Längsabschnitt (12/13) mit einem zylinderförmigen Bund (12/2) zur festen und gasdichten Umfassung durch das Metallgehäuse (11)
versehen ist, in seiner Längsbohrung (12/6, 12/8) brennraumseits eine Mittelelektrode (16) abdichtend umfaßt, die mit einem im anschlußseitigen
Abschnitt (12/7) der Längsbohrung (12/6) des Elektroisolierkörpers (12) befindlichen Anschlußelement (19) elektrisch
leitend in Verbindung steht und brennraumseits mit Abstand einer Masse-Elektrode (13) gegenübersteht, und wobei der Elektroisolierkorper
(12) im Bereiche seines brennraumseitigen Längsabschnitts (12/3) ein Widerstandsheizelement (21) besitzt, welches elektrisch
isoliert zur Mittelelektrode (16) angeordnet ist und mit mindestens einem zum anschlußseitigen Bereich der Zündkerze (10) führenden
elektrischen Leiter (22) mit Anschlußelement (23/1, 23/2) und ggf.
mit einer elektrischen Verbindung zum Metallgehäuse (11) versehen
- 2 - R. 25650
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der brennraumseitige Längsabschnitt
(12/3) des Elektroisolierkörpers (12) von kreiszylindrischer Form ist und das Widerstandsheizelement (21) als Dickschicht vorbestimmter
Konfiguration auf der Umfangsfläche dieses Längsabschnitts
(12/3) des Elektroisolierkörpers (12) angeordnet und im Bedarfsfall von einer Elektroisolierschicht bedeckt ist.
2. Beheizte Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer der vom Heizelement (21) ausgehenden elektrischen Leiter (22) bzw. eine elektrische Verbindung zum Metallgehäuse (11)
als auf dem Elektroisolierkörper (12) verlaufende Leiterbahn ausgebildet ist und außer den zugehörigen Verbindungsstellen mit einer
Elektroisolierschicht versehen ist.
3. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Elektroisolierkörper (12) aus zwei Bauteilen
zusammensetzt, wobei das erste Bauteil die Längsbohrung (12/6) umfaßt, von im wesentlichen rotationssymmetrischer Form ist
und im wesentlichen über seine gesamte Länge einen Durchmesser hat, welcher dem Durchmesser des das Heizelement (21) tragenden Längsabschnitts
(12/3) des Elektroisolierkörpers (12) entspricht, und wobei das zweite Bauteil hülsenartig ausgebildet ist und auf das erste
Bauteil aufgeschoben und darauf, den Bund 12/2 des Elektroisolierkörpers (12) bildend, festgelegt ist.
4. Zündkerzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens
eine zum anschlußseitigen Bereich der Zündkerze (10) führende, auf dem ersten Bauteil aufgebrachte elektrische Leiter (22) von
dem zweiten Bauteil (12/2) in seinem Bereich abgedeckt ist.
- 3 - R. 25650
5. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil auf dem ersten Bauteil durch
Sintern festgelegt ist.
6. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der brennraumseitigen Stirnfläche (12/10) des Elektroisolierkorpers (12) eine den brennraumseitigen Endabschnitt
der Mittelelektrode (16) umgebende Vertiefung (12/11) vorhanden ist.
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- 1992-11-06 DE DE9215100U patent/DE9215100U1/de not_active Expired - Lifetime
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