EP0118789A1 - Sparking plugs for internal-combustion engines - Google Patents
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- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
- H01T13/462—Sparking plugs having two or more spark gaps in series connection
- H01T13/465—Sparking plugs having two or more spark gaps in series connection one spark gap being incorporated in the sparking plug
Definitions
- the invention relates to a spark plug according to the preamble of the main claim;
- a spark plug is already known (DE-OS 23 63 804, DE-AS 28 10 159), in which in the immediate vicinity of the ignition electrodes by means of a capacitor and a spark gap, electrical energy is buffered in an amount that is opposite to one another in the breakdown phase of the ignition spark conventional spark plugs causes increased energy turnover.
- the spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, in addition to the increased energy consumption in the breakdown phase of the ignition spark, it also has an increased supply of voltage, on the basis of an unchanged input voltage to the spark plug.
- FIG. 1 shows the schematic structure of a spark plug according to the invention in an unscaled representation
- FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of such a spark plug.
- the high-voltage spark plug 10 shown in FIG. 1 has an essentially tubular metal housing 11, which on its outside has a screw-in thread 12, a hexagon key 13 and a sealing seat 14 as a means for installing the spark plug 10 in an engine head (not shown);
- this metal housing 11 has a hook-shaped ground electrode 15, which in the present example is designed as a welded-on wire, but can also be of a different configuration.
- the metal housing 11 comprises in its through bore 16 in a known manner a rotationally symmetrical electrical insulating body 17 which projects at least on the connection side out of the through bore 16 of the metal housing 11.
- This electrical insulating body 17, which consists essentially of aluminum oxide, for example, precedes lying example from three parts together, namely from the connection-side head 17/1, an insert 17/2 and a combustion chamber-side foot 17/3.
- the end face 18 of the electrical insulating body foot 17/3 on the combustion chamber side rests on a shoulder 19 formed on the combustion chamber side in the through hole 16 of the metal housing and is laterally fixed in the through hole 16.
- a recess 20 is formed in the connection-side end section of the electrical insulating body base 17/3, in which the electrical insulating body insert 17/2 is fixed and fixed.
- This depression 20 in the electrical insulating body foot 17/3 continues on the combustion chamber side in a longitudinal bore 21/3 with a shoulder 22 located near the end section on the combustion chamber side; this longitudinal bore 21/3 emerges on the combustion chamber side from the end face 18 of the electrical insulator base 17/3 and continues on the connection side in the electrical insulator insert 17/2 as a longitudinal bore 21/2.
- This longitudinal bore 21/3 and 21/2 continue even further in a longitudinal bore 21/1, which axially passes through the electrical insulator head 17/1.
- This electrical insulating body head 17/1 has a flange 23 on the combustion chamber side, on the connection-side bevel 24 of which a flange 25 of the connection-side end section of the metal housing 11 is placed and holds the multi-part electrical insulation body 17 firmly together.
- sealing means and compensating elements known per se for the different expansion behavior of the different components of this spark plug 10 has been omitted.
- an electrically conductive connecting bolt 27 which has a thread 28 and a collar 29 on its connection-side end section projecting from the electrical insulating body head 17/1, with which it attaches itself to the supports end face 30 of the electrical insulating body head 17/1.
- the combustion chamber-side end section of this connecting bolt 27 ends approximately with the combustion chamber-side end face 31 of the electrical insulation body head 17/1 and continues in a first electrode 32 of a spark gap 33.
- This spark gap 33 which is known per se and is preferably enclosed in a capsule 34, is arranged in the longitudinal bore 21/2 of the electrical insulator insert 17/2 and has a second electrode 35, which emerges from the capsule 34 of the spark gap 33 on the combustion chamber side .
- the second electrode 35 of the spark gap 33 continues in part of the longitudinal bore 21/3 of the electrical insulator base 17/3 and, with a considerable part of its end section on the combustion chamber side, represents a first charge carrier 36 of a capacitor 37; z serves as dielectric.
- B. a layer of aluminum oxide, which is applied to this first charge carrier 36.
- the second charge carrier 39 of this capacitor 37 is formed by a metallic tube which rests on the layer-shaped dielectric 38, is closed at its end on the combustion chamber side and emerges as the central electrode 40 from the longitudinal bore 21/3 of the electrical insulating body base 17/3 on the combustion chamber side.
- This center electrode 40 has a shoulder 41 on its outside, with which it is supported on the shoulder 22 in the longitudinal bore 21/3 of the insulating body foot 17/3.
- the gap between the center electrode 40 and the ground electrode 15 forms the spark gap 42.
- two further longitudinal bores 43 and 44 are also formed in the electrical insulator insert 17/2: in each of these longitudinal bores 43 and 44 there is a high-resistance resistor 45 or 46.
- the resistor 45 is connected on the connection side with the connecting bolt 27 an electrical connector 47 is connected, which is arranged between the combustion chamber-side end face 31 of the electrical insulating body head 17/1 and the electrical insulating body insert 17/2; the combustion chamber end of this resistor 45 is connected to the second charge carrier 39 of the capacitor 37 via a connector 48 which runs at the combustion chamber end of the electrical insulator insert 17/2.
- the other high-resistance resistor 46 is connected on the connection side to the metal housing 11 via a connector 49 which runs between the combustion-chamber-side end face 31 of the electrical insulating body head 17/1 and the electrical insulating body insert 17/2; the combustion chamber end of this resistor 46 is connected to the second electrode 35 of the spark gap 33 via an electrical connector 50 which runs at the combustion chamber end of the electrical insulator insert 17/2.
- the connectors 48 and 49 are preferably embedded in an electrically insulating material which is connected to the dielectric 38 of the capacitor 37.
- An additional capacitor 51 is formed from a metal tube representing the first charge carrier 52, which is arranged on the outer surface of the electrical insulator base 17/3 and is covered by a thin-layer dielectric 53 made of a known material (for example aluminum oxide), and the one acting as a second charge carrier Metal housing 11.
- the first charge carrier of this capacitor 51 is also electrically connected to the connecting bolt 27 at its connection-side end via a section 47 'of the connector 47.
- FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of the spark plug according to the invention; the reference symbols used therein correspond to the respective components of the spark plug 10 according to FIG. 1.
- the connecting bolt 27 is provided for connection to the secondary winding of an ignition coil, not shown.
- a first line branch extends from this connecting bolt 27, which leads first to the ground-forming housing 11 via the spark gap 33, then via the capacitor 37 and finally via the spark gap 32 formed between the central electrode 40 and the ground electrode 15.
- a high-resistance resistor 46 is located in the bypass to the aforementioned capacitor 37 and to the spark gap 42.
- the other high-resistance resistor 45 is arranged in a shunt to the spark gap 33 and the capacitor 37.
- Another circuit branch branches off from the connecting bolt 27 and contains the capacitor 51, the second charge carrier of which is formed by the housing 11 which is connected to ground.
- spark gap 33 the components located in spark plug 10
- resistors 45 and 46 the components located in spark plug 10
- capacitors 37 and 51 can also be attached outside but close to spark plug 10 (e.g. in the connector (not shown)); however, the accommodation of the spark gap 33, possibly also at least one of the tubular capacitors 37 or 51, which are preferably arranged coaxially to the central electrode 40, is advantageous.
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Abstract
Es wird eine Zündkerze vorgeschlagen, die zum Zünden von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen dient. Diese Zündkerze ist mit einer Vorfunkenstrecke, zwei Kondensatoren und zwei hochohmigen Widerständen versehen und stellt der Funkenstrecke eine erhöhte Zündspannung zur Verfügung. Die hierfür erforderlichen zusätzlichen Bauelemente können alle oder zumindest teilweise in der Zündkerze integriert werden.A spark plug is proposed which is used to ignite fuel-air mixtures in internal combustion engines. This spark plug is provided with a spark gap, two capacitors and two high-resistance resistors and provides the spark gap with an increased ignition voltage. All or at least some of the additional components required for this can be integrated in the spark plug.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach der Gattung des Hauptanspruchs; bekannt ist schon eine Zündkerze (DE-OS 23 63 804, DE-AS 28 10 159), bei der in unmittelbarer Nähe der Zündelektroden mittels eines Kondensators und einer Vorfunkenstrecke elektrische Energie in einer Menge zwischengespeichert wird, die in der Durchbruchsphase des Zündfunkens einen gegenüber herkömmlichen Zündkerzen erhöhten Energieumsatz bewirkt.The invention relates to a spark plug according to the preamble of the main claim; A spark plug is already known (DE-OS 23 63 804, DE-AS 28 10 159), in which in the immediate vicinity of the ignition electrodes by means of a capacitor and a spark gap, electrical energy is buffered in an amount that is opposite to one another in the breakdown phase of the ignition spark conventional spark plugs causes increased energy turnover.
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie zusätzlich zu dem erhöhten Energieumsatz in der Durchbruchsphase des Zündfunkens auch.noch über ein erhöhtes Spannungsangebot verfügt, und zwar unter Zugrundelegung einer unveränderten Eingangsspannung zur Zündkerze.The spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, in addition to the increased energy consumption in the breakdown phase of the ignition spark, it also has an increased supply of voltage, on the basis of an unchanged input voltage to the spark plug.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich; besonders vorteilhaft ist es, daß die für die Erfindung zusätzlich erforderlichen Bauelemente alle oder zumindest zum Teil innerhalb der Zündkerze integriert werden können.The measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the spark plug specified in the main claim; It is particularly advantageous that all or at least some of the components additionally required for the invention can be integrated within the spark plug.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Zündkerze in unmaßstäblicher Darstellung und Figur 2 das Ersatzschaltbild einer solchen Zündkerze.The invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows the schematic structure of a spark plug according to the invention in an unscaled representation, and FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of such a spark plug.
Die in der Figur 1 dargestellte Hochspannungszündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgevinde 12, ein Schlüsselsechskant 13 und einen Dichtsitz 14 als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in einen nicht dargestellten Motorkopf aufweist; im Bereich seines brennraumseitigen Endes hat dieses Metallgehäuse 11 eine hakenförmige Masselektrode 15, welche im vorliegenden Beispiel als angeschweißter Draht ausgebildet ist, jedoch auch von anderer Konfiguration sein kann. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner Durchgangsbohrung 16 in bekannter Weise einen rotationssymmetrischen Elektroisolierkörper 17, der zumindest anschlußseits aus der Durchgangsbohrung 16 des Metallgehäuses 11 herausragt. Dieser Elektroisolierkörper 17, der beispielsweise im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, setzt sich im vorliegenden Beispiel aus drei Teilen zusammen, und zwar aus dem anschlußseitigen Kopf 17/1, einem Einsatz 17/2 und einem brennraumseitigen Fuß 17/3. Die brennraumseitige Stirnfläche 18 des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 liegt auf.einer brennraumseits in der Durchgangsbohrung 16 des Metallgehäuses angeformten Schulter 19 auf und ist in der Durchgangsbohrung 16 seitlich fixiert. Im anschlußseitigen Endabschnitt des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 ist eine Vertiefung 20 eingeformt, in welcher der Elektroisolierkörper-Einsatz 17/2 fixiert und festgelegt ist. Diese Vertiefung 20 im Elektroisolierkörper-Fuß 17/3 setzt sich brennraumseits in einer Längsbohrung 21/3 mit einer in der Nähe des brennraumseitigen Endabschnitts befindlichen Schulter 22 fort; diese Längsbohrung 21/3 tritt brennraumseits aus der Stirnfläche 18 des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 aus und setzt sich anschlußseits im Elektroisolierkörper-Einsatz 17/2 als Längsbohrung 21/2 fort. Diese Längsbohrung 21/3 und 21/2 setzen sich noch weiter fort in einer Längsbohrung 21/1, welche den Elektroisolierkörper-Kopf 17/1 axial durchläuft. Dieser Elektroisolierkörper-Kopf 17/1 hat brennraumseits einen Flansch 23, auf dessen anschlußseitiger Schräge 24 sich ein Bördelrand 25 des anschlußseitigen Endabschnitts vom Metallgehäuse 11 auflegt und den mehrteiligen Elektroisolierkörper 17 fest zusammenhält. Auf die Darstellung von an sich bekannten Dichtmitteln und Ausgleichselementen für das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten der verschiedenen Bauteile dieser Zündkerze 10 wurde verzichtet. Auf der Außenseite des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 sind in bekannter Weise eine Anzahl von Nuten 26 eingeformt, die als Kriechstrombarriere dienen.The high-
Durch die Längsbohrung 21/1 des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 führt ein elektrisch leitender Anschlußbolzen 27, der an seinem anschlußseitigen, aus dem Elektroisolierkörper-Kopf 17/1 herausragenden Endabschnitt ein Gewinde 28 und einen Bund 29 hat, mit dem er sich an der anschlußseitigen Stirnfläche 30 des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 abstützt. Der brennraumseitige Endabschnitt dieses Anschlußbolzens 27 endet etwa mit der brennraumseitigen Stirnfläche 31 des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 und setzt sich in einer ersten Elektrode 32 einer Vorfunkenstrecke 33 fort. Diese Vorfunkenstrecke 33, die an sich bekannt ist und bevorzugt in einer Kapsel 34 eingeschlossen ist, ist in der Längsbohrung 21/2 des Elektroisolierkörper-Einsatzes 17/2 angeordnet und hat eine zweite Elektrode 35, welche brennraumseits aus der Kapsel 34 der Vorfunkenstrecke 33 austritt.Through the longitudinal bore 21/1 of the electrical
Die zweite Elektrode 35 der Vorfunkenstrecke 33 setzt sich in einem Teil der Längsbohrung 21/3 des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 fort und stellt mit einem erheblichen Teil seines brennraumseitigen Endabschnitts einen ersten Ladungsträger 36 eines Kondensators 37 dar; als Dielektrikum 38 dient z. B. eine Schicht aus Aluminiumoxid, welche auf diesem ersten Ladungsträger 36 aufgebracht ist. Der zweite Ladungsträger 39 dieses Kondensators 37 wird von einem metallischen Rohr gebildet, welches auf dem schichtförmigen Dielektrikum 38 aufliegt, an seinem brennraumseitigen Ende geschlossen ist und als Mittelelektrode 40 brennraumseits aus der Längsbohrung 21/3 des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 heraustritt. Diese Mittelelektrode 40 weist an ihrer Außenseite einen Absatz 41 auf, mit der sie sich auf der Schulter 22 in der Längsbohrung 21/3 des Isolierkörper-Fußes 17/3 abstützt. Der zwischen der Mittelelektrode 40 und der Masseelektrode 15 vorhandene Spalt bildet die Funkenstrecke 42.The second electrode 35 of the
Im Elektroisolierkörper-Einsatz 17/2 sind neben der Längsbohrung 21/2 zwei weitere Längsbohrungen 43 und 44 mit eingeformt: In diesen Längsbohrungen 43 und 44 befindet sich jeweils ein hochohmiger Widerstand 45 bzw. 46. Der Widerstand 45 ist anschlußseits mit dem Anschlußbolzen 27 über einen elektrischen Verbinder 47 verbunden, welcher zwischen der brennraumseitigen Stirnfläche 31 des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 und dem Elektroisolierkörper-Einsatz 17/2 angeordnet ist; das brennraumseitige Ende dieses Widerstandes 45 ist mit dem zweiten Ladungsträger 39 des Kondensators 37 über einen Verbinder 48 verbunden, der am brennraumseitigen Ende des Elektroisolierkörper-Einsatzes 17/2 verläuft. Der andere hochohmige Widerstand 46 ist anschlußseits mit dem Metallgehäuse 11 über einen Verbinder 49 verbunden, welcher zwischen der brennraumseitigen Stirnfläche 31 des Elektroisolierkörper-Kopfes 17/1 und dem Elektroisolierkörper-Einsatz 17/2 verläuft; das brennraumseitige Ende dieses Widerstandes 46 ist mit der zweiten Elektrode 35 der Vorfunkenstrecke 33 über einen elektrischen Verbinder 50 verbunden, welcher am brennraumseitigen Ende des Elektroisolierkörper-Einsatzes 17/2 verläuft. Die Verbinder 48 und 49 sind bevorzugt in einem elektrisch isolierendem Material eingebettet, welches mit dem Dielektrikum 38 des Kondensators 37 verbunden ist.In addition to the longitudinal bore 21/2, two further longitudinal bores 43 and 44 are also formed in the
Ein zusätzlicher Kondensator 51 wird gebildet aus einem den ersten Ladungsträger 52 darstellenden Metallrohr, welches auf der Mantelfläche des Elektroisolierkörper-Fußes 17/3 angeordnet und mittels eines dünnschichtigen Dielektrikums 53 aus einem bekannten Stoff (z.B. Aluminiumoxid) abgedeckt ist, und dem als zweiten Ladungsträger wirkenden Metallgehäuse 11. Der erste Ladungsträger dieses Kondensators 51 ist an seinem anschlußseitigen Ende über einen Abschnitt 47' des Verbinders 47 ebenfalls mit dem Anschlußbolzen 27 elektrisch verbunden.An
In der Figur 2 ist das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Zündkerze dargestellt; die darin verwendeten Bezugszeichen entsprechen den jeweiligen Bauelementen der Zündkerze 10 nach Figur 1.FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of the spark plug according to the invention; the reference symbols used therein correspond to the respective components of the
Der Anschlußbolzen 27 ist für den Anschluß an die Sekundärwicklung einer nicht dargestellten Zündspule vorgesehen. Von diesem Anschlußbolzen 27 geht ein erster Leitungszweig aus, welcher zunächst über die Vorfunkenstrecke 33, dann über den Kondensator 37 und schließlich über die zwischen Mittelelektrode 40 und Masseelektrode 15 gebildete Funkenstrecke 32 zu dem massebildenden Gehäuse 11 führt. Im Nebenschluß zum vorstehend genannten Kondensator 37 und zur Funkenstrecke 42 liegt ein hochohmiger Widerstand 46.The connecting
In einem Nebenschluß zur Vorfunkenstrecke 33 und dem Kondensator 37 ist der andere hochohmige Widerstand 45 angeordnet. Von dem Anschlußbolzen 27 zweigt noch ein weiterer Schaltungszweig ab, welcher den Kondensator 51 enthält, dessen zweiter Ladungsträger von dem an Masse liegendem Gehäuse 11 gebildet wird.The other high-
Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung hat folgende Wirkungsweise:
- Wird über den
Anschlußbolzen 27 eine Spannung zugeführt, so ergibt sich eine Aufladung derKondensatoren 37 und 51. Die Aufladung desKondensators 51 erfolgt unmittelbar nach Anlegen der Spannung, wogegen die Aufladung desKondensators 37 über die jetzt in Serie liegenden,hochohmigen Widerstände 45 und 46 erfolgt. Wenn schließlich die Spannung amKondensator 51 soweit angestiegen ist, so daß die Spannung an derVorfunkenstrecke 33 durchbricht, dann kommt an derFunkenstrecke 42 die Summe der an denKondensatoren 51 und 37 liegenden Spannungen zur Wirkung und sorgt hier für einen sicheren Funkenüberschlag.
- If a voltage is supplied via the connecting
bolt 27, the 37 and 51 are charged. Thecapacitors capacitor 51 is charged immediately after the voltage is applied, whereas thecapacitor 37 is charged via the high- 45 and 46 now in series he follows. When the voltage across theresistance resistors capacitor 51 has finally risen so far that the voltage across thespark gap 33 breaks through, the sum of the voltages across the 51 and 37 comes into effect at thecapacitors spark gap 42 and ensures a safe sparkover.
Es sei vermerkt, daß einzelne der in der Zündkerze 10 befindliche Bauelemente (Vorfunkenstrecke 33, Widerstände 45 und 46, Kondensatoren 37 und 51) auch außerhalb, aber nahe der Zündkerze 10 (z.B. im nicht dargestellten Anschlußstecker)-angebracht sein können; die Unterbringung der Vorfunkenstrecke 33, ggf. auch mindestens einer der rohrförmigen, bevorzugt koaxial zur Mittelelektrode 40 angeordneten Kondensatoren 37 oder 51 bietet sich jedoch günstig an.It should be noted that some of the components located in spark plug 10 (
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