DEP0031004DA - Low voltage spark plug for capacitor discharge - Google Patents
Low voltage spark plug for capacitor dischargeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederspannungszündkerze für Kondensatorentladung.The invention relates to a low voltage spark plug for capacitor discharge.
Derartige mit Kriechentladung arbeitende Zündkerzen sind bereits bekannt. Es sind unter anderem zwei für die gute Wirkung derartige Zündkerzen grundlegende Anforderungen bekannt, nämlich: ein Elektrodenabstand, der kleiner ist als 0.3 mm und das Nichtabbrennen der sich auf den Elektroden und auf der die Elektroden trennenden Isolation absetzenden, die Kriechentladung fördernden Kohleteilchen. Um eine lange Lebensdauer für Niederspannungszündkerzen für Kriechentladung zu erreichen, müssen an die Werkstoffe für die Elektroden und an die Verbindung der Elektroden mit der Isolation bestimmte Anforderungen gestellt werden. Diese Anforderungen stehen u.a. in Zusammenhang mit der Tatsache, dass, da derartige Zündkerzen mit niedrigeren Spannung arbeiten, höhere Stromstärken angewandt werden müssen, um eine sichere Zündung zu gewährleisten.Such spark plugs which operate with creeping discharge are already known. Among other things, two basic requirements for the good effect of such spark plugs are known, namely: an electrode gap that is smaller than 0.3 mm and the non-burning off of the carbon particles that are deposited on the electrodes and on the insulation separating the electrodes and promote the creeping discharge. In order to achieve a long service life for low-voltage spark plugs for creeping discharge, certain requirements must be placed on the materials for the electrodes and on the connection between the electrodes and the insulation. These requirements are related, among other things, to the fact that, since such spark plugs operate at lower voltages, higher currents must be used to ensure safe ignition.
Die Erfindung bezweckt, die Lebensdauer der Niederspannungszündkerzen bedeutend zu erhöhen, indem einerseits den Elektroden eine zweckmässige Form gegeben wird und andererseits die Elektroden mit der sich dazwischen befindenden Isolation zu einem auswechselbaren Zündkörper verbunden werden, wodurch erreicht wird, dass die Zündkerze praktisch unbeschränkt lange benutzt werden kann und die gegebenenfalls vorzunehmenden Erneuerungen sich nur auf das Auswechseln des Zündkörpers beschränken können. Die auswechselbaren Zündkörper sind derart ausgebildet, dass eine lange Lebensdauer derselben gewährleistet wird.The aim of the invention is to significantly increase the service life of the low-voltage spark plugs by giving the electrodes a suitable shape on the one hand and connecting the electrodes with the insulation in between to form a replaceable ignition body, which means that the spark plugs can be used for practically unlimited periods of time and the renewals that may have to be carried out can only be limited to replacing the igniter. The exchangeable ignition bodies are designed in such a way that they have a long service life.
Gemäß der Erfindung besteht der Körper der Zündkerze in der Hauptsache aus einem dicken Mittelstift, der an die Stromquelle angeschlossen wird und der von einer dünnen Isolierschicht, z.B. aus Glimmer, Porzellan oder einem anderen isolierenden Werkstoff umgeben und in einem rohrförmig ausgebildeten Metallgehäuse eingebaut ist, das in die Wand des Verbrennungsraumes geschraubt werden kann. Die auswechselbaren Zündkörper gemäß der Erfindung werden in zweckmässiger Weise im Zündkerzenkörper befestigt und können leicht durch andere ersetzt werden.According to the invention, the body of the spark plug consists mainly of a thick center pin which is connected to the power source and which is surrounded by a thin insulating layer, e.g. made of mica, porcelain or another insulating material and is built into a tubular metal housing which can be screwed into the wall of the combustion chamber. The exchangeable detonators according to of the invention are conveniently attached in the spark plug body and can easily be replaced by others.
Die Zündkörper werden derart ausgebildet, dass die zwischen den Elektroden entstehende Länge des Zündfunkenweges größer ist als die Breite des bei einer Entladung auftretenden Funkens. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Kohleteilchen, die beim Auftreten einer Kriechentladung örtlich durch den Funken abgebrannt werden, sich an einer anderen Stelle der Funkenbahn absetzen können.The ignition bodies are designed in such a way that the length of the ignition spark path that occurs between the electrodes is greater than the width of the spark that occurs during a discharge. These measures ensure that the coal particles, which are locally burned off by the spark when a creeping discharge occurs, can settle at another point on the spark path.
Wie bekannt ist das Vorhandensein derartiger Kohleteilchen eine Voraussetzung für anstandloses und sicheres Arbeiten einer Niederspannungskriechentladungskerze. Außerdem muß aber auch die Temperatur des Zündkörpers im Betrieb niedrig genug sein, um das Absetzen von Kohleteilchen zu gewährleisten. Dies wird erreicht durch starke Wärmeabfuhr, bewirkt durch guten Kontakt zwischen dem Zünd- und dem Kerzenkörper, durch große Dicke der den Kerzenkörper bildenden Metallteile und durch eine dünne Isolierschicht.As is known, the presence of such coal particles is a prerequisite for the proper and safe operation of a low-voltage creeping discharge plug. In addition, however, the temperature of the igniter must also be low enough during operation to ensure the settling of coal particles. This is achieved by strong heat dissipation, brought about by good contact between the ignition and the plug body, by the great thickness of the metal parts forming the plug body and by a thin insulating layer.
Durch diese zwei Maßnahmen aber, nämlich große Länge des Zündfunkenweges und gute Wärmeabfuhr wird ebenfalls eine hohe Lebensdauer der Zündkörper erreicht. Eine große Länge des Zündfunkenweges hat nämlich auch einen entsprechend großen Abstand der einander zugekehrten Elektroden zur Folge, sodass ihr Abbrand nur äusserst langsam vor sich geht. Auch die niedrige Temperatur der Elektroden ist für ihre lange Lebensdauer günstig. Der Isolationswiderstand zwischen den Elektroden mit niedrigen Spannungen im kalten und reinen Zustand gemessen, liegt zweckmässig in der Größenordnung 10(exp)5 Ohm oder weniger.However, these two measures, namely a long ignition spark path and good heat dissipation, also achieve a long service life for the ignition body. A large length of the ignition spark path also results in a correspondingly large distance between the electrodes facing one another, so that they only burn off extremely slowly. The low temperature of the electrodes is also beneficial for their long service life. The insulation resistance between the electrodes measured with low voltages in the cold and clean state is expediently in the order of magnitude 10 (exp) 5 ohms or less.
Der auswechselbare Zündkörper hat einerseits Kontakt mit dem Zündkerzenkörper, der an die Masse angeschlossen ist und andererseits mit der von dem Zündkerzenkörper isolierten Mittelelektrode, die an die Stromquelle angeschlossen ist.The replaceable ignition body is in contact on the one hand with the spark plug body, which is connected to ground, and on the other hand with the center electrode, which is isolated from the spark plug body and which is connected to the power source.
Da die Mittelelektrode der Zündkerze einen größeren Durchmesser hat als die Mittelelektrode der Zündkerzen üblicher Ausführung, ist auch die Wärmebeanspruchung der Isolation zwischen Mittelelektrode und Kerzenkörper beträchtlich niedriger als üblich. Hierdurch können sowohl an die Isolation als auch an die Befestigung der Mittelelektrode im Isolierkörper viel niedrigere An- forderungen gestellt werden als bei üblichen Ausführungsformen. Der Werkstoff der eigentlichen Elektroden soll gut leitend sein. Silber und Kupfer sind in dieser Hinsicht sehr gut geeignet. Zur Verlängerung der Lebensdauer der Elektroden ist es besonders vorteilhaft, den Elektrodenwerkstoff zu plattieren. Auch kann man zwischen dem leitenden und dem isolierenden Werkstoff eine dünne Schicht eines wenig oxydierenden Metalles, wie z.B. Wolfram anbringen, besonders an denjenigen Stellen, in denen eine Entladung stattfinden kann.Since the center electrode of the spark plug has a larger diameter than the center electrode of the spark plugs of conventional designs, the thermal stress on the insulation between the center electrode and the plug body is considerably lower than usual. This means that much lower demands can be made both on the insulation and on the fastening of the center electrode in the insulator. requirements are made than with conventional embodiments. The material of the actual electrodes should have good conductivity. Silver and copper work very well in this regard. To extend the service life of the electrodes, it is particularly advantageous to plate the electrode material. A thin layer of a less oxidizing metal, such as tungsten, can also be placed between the conductive and the insulating material, especially at those points where a discharge can take place.
Die Erfindung soll weiter erläutert werden anhand von Zeichnungen, die einige Ausführungsbeispiele wiedergeben. Es sei hier erwähnt, dass die angegebenen Ausführungen nur Beispiele sind und dass sie keineswegs alle konstruktiven Möglichkeiten umfasse. Fig. 1 zeigt eine der möglichen Ausführungsformen. 1 ist die Mittelelektrode, die durch die Isolierschicht 2 von dem Zündkerzenkörper 3 getrennt ist. Auf dem Zündkerzenkörper wird, z.B. mittels einer Schraube 6, ein Zündkörper befestigt, der in dieser Ausführung aus zwei Elektrodenkörpern 4 besteht, die mittels eines leitenden Ringes 5, der mit einem der Elektrodenkörper fest verbunden sein kann, gegenseitig in gewisser Entfernung gehalten werden. Ein Elektrodenkörper 4 besteht aus einem flachen Isolierring 9, an dessen Innen- und Außenumfang umgefalzte Elektroden 7 und 8 angebracht sind, zwischen denen sich zu beiden Seiten des Isolierringes Spalten 10 befinden, wo der Funke übergleiten kann. Der Spalt 11, der der Isolierschicht 2 zugewandt ist, wird genügend groß gehalten, um das Auftreten einer Entladung an dieser Stelle zu verhindern. Man ist selbstverständlich nicht an eine Ausführung mit zwei Elektrodenkörpern gebunden. So sind Ausführungen mit einem oder mit mehr als zwei Elektrodenkörpern möglich. Werden mehrere Elektrodenkörper benutzt, so wird der Zündkerzenkörper 3 mit Löchern 12 versehen, um den inneren Zündraum 13 mit dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zu verbinden. Der Spalt 10 bzw. die Spalte 11 können mit Gasen oder mit isolierendem oder halbleitendem Werkstoff gefüllt sein.The invention will be further explained with reference to drawings which show some exemplary embodiments. It should be mentioned here that the explanations given are only examples and that they by no means include all design options. Fig. 1 shows one of the possible embodiments. 1 is the center electrode which is separated from the spark plug body 3 by the insulating layer 2. An ignition body is fastened to the spark plug body, e.g. by means of a screw 6, which in this embodiment consists of two electrode bodies 4, which are held at a certain distance from one another by means of a conductive ring 5, which can be firmly connected to one of the electrode bodies. An electrode body 4 consists of a flat insulating ring 9, on the inner and outer circumference of which folded electrodes 7 and 8 are attached, between which there are gaps 10 on both sides of the insulating ring, where the spark can slide over. The gap 11 facing the insulating layer 2 is kept sufficiently large to prevent a discharge from occurring at this point. You are of course not bound to a version with two electrode bodies. For example, designs with one or more than two electrode bodies are possible. If several electrode bodies are used, the spark plug body 3 is provided with holes 12 in order to connect the inner ignition chamber 13 to the combustion chamber of the internal combustion engine. The gap 10 or the gap 11 can be filled with gases or with insulating or semiconducting material.
Bei der Entladung wird einer der Spalte 10 überbrückt und zwar an derjenigen Stelle, die dem Übergang des Zündfunkens den geringsten Widerstand bietet. Ist durch Kriechentladung derDuring the discharge, one of the gaps 10 is bridged at that point which offers the least resistance to the transition of the ignition spark. Is by creeping discharge the
Kohleniederschlag an einer bestimmten Stelle der Elektroden 7 und 8 abgebrannt oder der Elektrodenabstand durch Abbrand örtlich größer geworden, so wird der Funke entweder an einer anderen Stelle desselben ringförmigen Spaltes 10 oder an einem anderen Spalt übergleiten. Die Elektroden 8 stehen über die Mittelelektrode 1, die Schraube 6 und den Ring 5 mit der Stromquelle und mit einander in Verbindung, während die Elektroden 7 mit dem Kerzenkörper 3 und hierdurch mit der Masse verbunden sind.If the coal deposit has burned off at a certain point on the electrodes 7 and 8 or if the electrode spacing has increased locally due to burn-off, the spark will either slide over at another point of the same annular gap 10 or at another gap. The electrodes 8 are connected to the power source and to each other via the center electrode 1, the screw 6 and the ring 5, while the electrodes 7 are connected to the plug body 3 and thereby to earth.
Da der Umfang jedes Spaltes 10 sehr groß ist, wird der Abstand zwischen den Elektroden 7 und 8 nur sehr langsam zunehmen, wodurch eine lange Lebensdauer gewährleistet wird. Durch guten Kontakt mit den reichlich bemessenen Teilen 1 und 3 wird eine niedrige Elektrodentemperatur erreicht, die ebenfalls eine lange Lebensdauer ergibt. Sind die Spalte so breit geworden, daß eine regelmässige Entladung nicht mehr gewährleistet ist, so können die Elektrodenkörper 4 in einfacher und schneller Weise ersetzt werden.Since the circumference of each gap 10 is very large, the distance between the electrodes 7 and 8 will only increase very slowly, which ensures a long service life. Good contact with the generously dimensioned parts 1 and 3 results in a low electrode temperature which also results in a long service life. If the gaps have become so wide that a regular discharge is no longer guaranteed, the electrode bodies 4 can be replaced in a simple and quick manner.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Zündkerzen. 14 ist der Kerzenkörper, der mittels Isolierschicht 15 von der Mittelelektrode 16 getrennt ist. Der Zündkörper 17 ist aus geschichteten flachen Elektrodenringen 19 und 20, die mittels der Isolierschichten 21 von einander getrennt sind, aufgebaut. Der Zündkörper 17 wird auf zweckmässige Weise, z.B. mittels einer Schraube 18, mit dem Zündkerzenkörper verbunden. Die Schraube 18, die in die Mittelelektrode der Zündkerze geschraubt wird, verbindet die obere Elektrode 19 mit der Stromquelle. Die untere Elektrode 20 wird unmittelbar an den Kerzenkörper 14 der Zündkerze angepresst und ist dadurch mit der Masse verbunden. Die Elektroden desselben Spannungszeichens werden mittels einer zweckmässig ausgeführten Verbindung 22 bzw. 23 aneinander angeschlossen. Die Kriechentladung findet an der äußeren Mantelfläche des Zündkörpers 17 zwischen zwei beliebigen Elektroden 19 und 20 statt. Die Breite des Spaltes stimmt mit der dicke der Isolierschicht 21 überein. Durch Anpassung des Isolierwerkstoffes an den Elektrodenwerkstoff kann erreicht werden, dass das Abbrennen von Elektrode und Isolierschicht miteinander Schritt hält. Nötigenfalls darf die Isolierschicht ein wenig mehr abbrennen als die Elektroden. Das Abbrennen der Isolier- schichten 21 kann gehemmt werden, indem man ihnen eine Dicke gibt, die nach innen zunimmt, sodass, wenn ein Abbrennen stattfindet, die Oberfläche der der Flammeneinwirkung ausgesetzten Isolierschicht größer wird. Hierdurch wird erreicht, dass die nun etwas herausragenden Elektroden abbrennen können, ohne dass die Isolierschicht nennenswert angegriffen wird, sodass die ursprüngliche Form wieder hergestellt wird. Dasselbe Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden, dass die Elektrodenscheiben nach innen zu dünner gemacht werden.Fig. 2 shows another embodiment of the spark plugs. 14 is the plug body, which is separated from the center electrode 16 by means of an insulating layer 15. The ignition body 17 is made up of layered flat electrode rings 19 and 20, which are separated from one another by means of the insulating layers 21. The ignition body 17 is conveniently connected to the spark plug body, for example by means of a screw 18. The screw 18, which is screwed into the center electrode of the spark plug, connects the upper electrode 19 to the power source. The lower electrode 20 is pressed directly against the plug body 14 of the spark plug and is thereby connected to ground. The electrodes of the same voltage symbol are connected to one another by means of an appropriately designed connection 22 and 23, respectively. The creeping discharge takes place on the outer jacket surface of the ignition body 17 between any two electrodes 19 and 20. The width of the gap corresponds to the thickness of the insulating layer 21. By adapting the insulating material to the electrode material, it can be achieved that the burning off of the electrode and the insulating layer keeps pace with one another. If necessary, the insulating layer can burn off a little more than the electrodes. Burning off the insulating Layers 21 can be restrained by giving them a thickness that increases inwardly so that when burn-off occurs, the surface area of the insulating layer exposed to the flame increases. This ensures that the electrodes, which now protrude somewhat, can burn off without the insulating layer being significantly attacked, so that the original shape is restored. The same result can also be achieved by making the electrode disks too thinner inward.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, die im wesentlichen mit der der Fig. 2 übereinstimmt. Der einzige Unterschied liegt in dem Anschluß der Elektroden. Die Elektroden 24 haben unmittelbar Kontakt mit dem Befestigungsmittel 30, das mit der Mittelelektrode der Zündkerze verbunden ist, und sind durch Isolierringe 27 gegenleitende Stifte 29 isoliert. Die Elektroden 25 haben mit den Stiften 29 Kontakt und sind mittels der Isolierringe 28 gegen das Befestigungsglied 30 isoliert. Die untere Elektrode 25 hat unmittelbar Kontakt mit dem Körper der Zündkerze und ist durch diesen an die Masse angeschlossen.FIG. 3 shows an embodiment which essentially corresponds to that of FIG. The only difference is in the connection of the electrodes. The electrodes 24 are in direct contact with the fastening means 30, which is connected to the center electrode of the spark plug, and are insulated by means of insulating rings 27, pins 29 that conduct against one another. The electrodes 25 are in contact with the pins 29 and are insulated from the fastening member 30 by means of the insulating rings 28. The lower electrode 25 is in direct contact with the body of the spark plug and is connected through this to ground.
Fig. 4 zeigt eine andere Form des Zündkörpers. Er wird von einer zylinderförmigen, aus Isolierwerkstoff bestehenden Scheibe 31 gebildet, die in ihrem Außenmantel eine doppelte schraubenförmige Rille trägt, in die drahtförmige Elektroden 32 und 33 eingelegt sind und zwar so, dass zwei nebeneinander liegende Elektroden von einem Rand 34 des Isolierstoffes getrennt werden. Die eine Elektrode hat wieder Kontakt mit der Mittelelektrode der Zündkerze, während die andere an dem Körper der Zündkerze angeschlossen ist. Nach dem Einlegen der drahtförmigen Elektroden können die Rillen mit Vorteil mit einem Metall 42, wie z.B. Kupfer, durch Spritzen, Sintern oder in irgendeiner anderen Weise ausgefüllt werden und sodann kann von dem in dieser Weise gebildeten Zündkörper an der Außenseite soviel Werkstoff abgenommen werden, dass die schraubenförmigen Ränder 34 des Isolierstoffes eben zum Vorschein kommen. In dieser Ausführung können die drahtförmigen Elektroden gegebenenfalls fortgelassen werden, wobei die Betriebssicherheit jedoch abnehmen kann. Die Rillen können rechtwinklig, halbkreisförmig, dreieckig oder auch anders geformt sein, je nachdem man das Ab- brennen des Isolier- und des Elektrodenwerkstoffes zu regeln wünscht.Fig. 4 shows another shape of the igniter. It is formed by a cylindrical disk 31 made of insulating material, which has a double helical groove in its outer jacket, into which wire-shaped electrodes 32 and 33 are inserted, in such a way that two electrodes lying next to one another are separated by an edge 34 of the insulating material. One electrode is again in contact with the center electrode of the spark plug, while the other is connected to the body of the spark plug. After inserting the wire-shaped electrodes, the grooves can advantageously be filled with a metal 42, such as copper, by spraying, sintering or in any other way, and then enough material can be removed from the ignition body formed in this way on the outside that the helical edges 34 of the insulating material just come to the fore. In this embodiment, the wire-shaped electrodes can optionally be omitted, but the operational reliability can decrease. The grooves can be rectangular, semicircular, triangular or differently shaped, depending on the shape of the to regulate burning of the insulating and the electrode material.
Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen eine andere Form des Zündkörpers. 39 stellt den Innenkörper der Zündkerze dar, welcher mittels der Isolierschicht 41 von dem Kerzenkörper 40 getrennt ist. 38 ist das Befestigungsmittel des Zündkörpers der aus den miteinander fest verbundenen Teilen 35, 36 und 37 besteht. 35 ist die über den Kerzenkörper 40 mit der Masse verbundenen Elektrode und besteht aus einer verhältnismässig dicken Metallscheibe, wofür z.B. Kupfer gewählt werden kann. 36 ist eine dünne Isolierschicht, 37 die über das Befestigungsmittel 38 mit der Mittelelektrode der Zündkerze verbundenen Elektrode. Die Elektrode 37 kann entweder aus einer dünnen Metallplatte, z.B. aus Kupfer (Fig. 6), aus Drahtgewebe (Fig. 7), oder aus einer gelochten Metallplatte (Fig. 8), bestehen oder in irgendeiner anderen Weise geformt sein. Die Dicke der Elektrode 37 und die Dicke und Zusammensetzung der Isolierschicht 36 sind derart einander angepasst, dass sie während des Betriebes zu gleicher Zeit und gleichmässig abbrennen. Dies gewährleistet eine große Betriebssicherheit und lange Lebensdauer. Es ist möglich, dieser Ausführung des Zündkörpers statt einer flachen Scheibenform eine Hohlzylinderform zu geben, wobei dann die Elektroden die beiden Mantelflächen des Zylinders bilden, die mittels einer ebenfalls zylindrischen Isolierschicht von einander getrennt sind.Figs. 5, 6, 7 and 8 show another shape of the igniter. 39 shows the inner body of the spark plug, which is separated from the plug body 40 by means of the insulating layer 41. 38 is the fastening means of the ignition body, which consists of parts 35, 36 and 37 that are firmly connected to one another. 35 is the electrode connected to earth via the plug body 40 and consists of a relatively thick metal disc, for which, for example, copper can be selected. 36 is a thin insulating layer, 37 is the electrode connected to the center electrode of the spark plug via the fastening means 38. The electrode 37 can either consist of a thin metal plate, e.g. of copper (Fig. 6), of wire mesh (Fig. 7), or of a perforated metal plate (Fig. 8), or it can be shaped in some other way. The thickness of the electrode 37 and the thickness and composition of the insulating layer 36 are adapted to one another in such a way that they burn off at the same time and evenly during operation. This ensures a high level of operational reliability and a long service life. It is possible to give this embodiment of the ignition body a hollow cylinder shape instead of a flat disk shape, in which case the electrodes then form the two lateral surfaces of the cylinder, which are separated from one another by means of a likewise cylindrical insulating layer.
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