EP0118789B1 - Zündkerze für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
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- F02P3/00—Other installations
- F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
- F02P3/08—Layout of circuits
- F02P3/0807—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with electronic switching means
- F02P3/0823—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with electronic switching means with electronic tubes
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- F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
- F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
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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 10159), in which in the immediate vicinity of the ignition electrodes by means of a capacitor and a spark gap, electrical energy is temporarily stored in an amount which, in the breakdown phase of the ignition spark, is more than conventional Spark plugs causes increased energy turnover.
- the spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claims has the advantage that, in addition to the increased energy consumption in the breakdown phase of the ignition spark, it also has an increased voltage supply, 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 has on its outside a screw 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); In the area of its end on the combustion chamber side, 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 for example essentially consists of aluminum oxide, is composed in the present example of three parts, namely the connection-side head 17/1, an insert 17/2 and a combustion chamber-side foot 17/3.
- the combustion chamber-side end face 18 of the electrical insulator base 17/3 rests on a shoulder 19 formed on the combustion chamber side in the through bore 16 of the metal housing and is laterally fixed in the through bore 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 ElektroisolierEff-head 17/1 has a flange 23 on the combustion chamber side, on the connection-side bevel 24 a flanged edge 25 of the connection-side end portion om metal housing 11 and holds the multi-part electrical insulation body 17 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 the connecting bolt 27 ends approximately with the combustion chamber-side end face 31 of the electrical insulator 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 on its outside a shoulder 41 with which it is supported on the shoulder 22 in the longitudinal bore 21/3 of the insulator base 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 insulating body 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 spark gap 33, resistors 45 and 46, capacitors 37 and 51
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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 10159), 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.
- Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptanspruche 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.
- 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.
- 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.
- Die in der Figur 1 dargestellte Hochspannungszündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 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 brennraumseitigeStirnfläche 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 om 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.
- 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 dieees 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.
- 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.
- 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.
- Ein zusätzlicher Kondensator 51 wird gebildet aus einem den ersten Ladungsträger 52 darstellenden Metallrohr, welches auf der Mantelfläche des Elektroisolierkorper-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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung hat folgende Wirkungsweise:
- Wird über den Anschlußbolzen 27 eine Spannung zugeführt, so ergibt sich eine Aufladung der Kondensatoren 37 und 51. Die Aufladung des Kondensators 51 erfolgt unmittelbar nach Anlegen der Spannung, wogegen die Aufladung des Kondensators 37 über die jetzt in Serie liegenden, hochohmigen Widerstände 45 und 46 erfolgt. Wenn schließlich die Spannung am Kondensator 51 soweit angestiegen ist, so daß die Spannung an der Vorfunkenstrecke 33 durchbricht, dann kommt an der Funkenstrecke 42 die Summe der an den Kondensatoren 51 und 37 liegenden Spannungen zur Wirkung und sorgt hier für einen sicheren Funkenüberschlag.
- 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.
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