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Zündkerze mit GleitfunkenstreckeSpark plug with sliding spark gap
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit Gleit¬ funkenstrecke für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention is based on a spark plug with a sliding spark gap for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
Solche Zündkerzen mit Gleitfunkenstrecke, die sich an der brennraumseitigen Oberfläche des Isolierkörpers zwischen der Mittel- und Masseelektrode ausbildet, zeichnen sich durch eine gegenüber einer Zündkerze mit Luftfunkenstrecke wesentlich niedrigere Zündspan¬ nung aus. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Zündspan¬ nung um so niedriger ist, je größer die Dielektrizitäts¬ konstante des Isolierkörperwerkstoffes ist. Ein solcher Isolierkörper aus hochdielektrischem Material führt je- doch in einer Zündkerze zu einer relativ hohen Kapazi¬ tät, die an der Gleitfunkenstrecke eine Durchbruchentla-
düng bewirkt. Infolge des bei der Durchbruchentladung entstehenden sehr heißen Funkens von einigen Zehntau¬ send Grad erodieren die Oberflächen der Elektroden und besonders die Gleitbahn der Gleitfunkenstrecke stark, wodurch wiederum die ordnungsgemäße Funktion der Zünd¬ kerze und deren Lebensdauer wesentlich beeinträchtigt werden.Such spark plugs with a sliding spark gap, which are formed on the combustion chamber-side surface of the insulating body between the center and ground electrodes, are distinguished by a significantly lower ignition voltage than a spark plug with an air spark gap. It has been shown that the greater the dielectric constant of the insulating body material, the lower the ignition voltage. Such an insulating body made of highly dielectric material, however, leads to a relatively high capacitance in a spark plug, which has a breakdown discharge on the sliding spark gap. fertilizer. As a result of the very hot spark of a few tens of thousands of degrees that occurs during the breakdown discharge, the surfaces of the electrodes and especially the slideway of the sliding spark gap erode strongly, which in turn significantly impair the proper functioning of the spark plug and its service life.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Ausbildung der Gleitfunkenstrecke keine größere Zündspannung erforderlich ist als bei den bekannten Zündkerzen, eine Durchbruchentladung und damit deren nachteiligen Folgewirkungen aber zuverlässig ausge- schaltet werden. Durch das hochdielektrische Isolier¬ körper-Unterteil wird beim Spannungsanstieg die Aus¬ bildung einer Oberflächenladung auf der Gleitbahn be¬ günstigt, deren Größe proportional der relativen Dielek¬ trizitätskonstantendes Gleitbahn-Werkstoffes ist, jedoch wird durch die Zweiteiligkeit des Isolierkörpers, von dem nur dessen volumenkleinerer Unterteil die hohe rela¬ tive Elektrizitätskonstante aufweist, die der Zündkerze anhaftende Kapazität relativ niedrig. Damit ist die in dieser Kapazität gespeicherte Energie, die verantwort- lieh für ein Durchbruchentladung und für den damit ver¬ bundenen heißen Funken ist, relativ niedrig. Anstelle einer Durchbruchentladung der Gleitfunkenstrecke kommt es zu einer relativ "kalten" Glimmentladung, deren ero¬ dierende Wirkung an Elektroden und Isolierkörper sehr gering ist.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Ma߬ nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse¬ rungen der im Anspruch 1 angegebenen Zündkerze möglich.The spark plug according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the prior art that no greater ignition voltage is required to form the sliding spark gap than in the known spark plugs, but a breakdown discharge and thus the disadvantageous secondary effects thereof are reliably eliminated. Due to the high-dielectric lower part of the insulating body, the formation of a surface charge on the slideway, the size of which is proportional to the relative dielectric constant of the slideway material, is favored when the voltage rises, however, due to the two-part nature of the insulating body, of which only its smaller volume Lower part has the high relative electricity constant, the capacity adhering to the spark plug is relatively low. The energy stored in this capacity, which is responsible for a breakdown discharge and for the associated hot spark, is thus relatively low. Instead of a breakdown discharge of the sliding spark gap, there is a relatively "cold" glow discharge, the eroding effect on electrodes and insulating body is very low. The measures listed in the further claims enable advantageous developments and improvements of the spark plug specified in claim 1.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diese Maßnahmen wird in Verbindung mit dem hochdielektrischen Werkstoff des Isolierkörpers beim Spannungsanstieg an den Elektroden die Ausbildung der Oberflächenladung auf der Gleitbahn wesentlich verbessert. Diese Oberflächenladung besteht aufgrund der Polarität der Elektroden aus Elektronen. Die Oberflächenladung ist auch zusätzlich proportional der Normalkomponente der elektrischen Feldstärke zwischen den Elektroden. Durch die Gestaltung der brennraumseitigen Oberfläche des Iso¬ lierkörpers wird bei gegebener elektrischer Feldstärke die Normalkomponente besonders groß.An advantageous embodiment results from claim 2. These measures, in conjunction with the high-dielectric material of the insulating body, significantly improve the formation of the surface charge on the slideway when the voltage rises at the electrodes. This surface charge consists of electrons due to the polarity of the electrodes. The surface charge is also proportional to the normal component of the electric field strength between the electrodes. The design of the combustion chamber-side surface of the insulating body makes the normal component particularly large for a given electric field strength.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 3, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 4. Durch die hochisolierende Trennschicht aus Silikongummi, Epoxydharz oder Glas wird ein Durchschla- gen an der Trennstelle zwischen Ober- und Unterteil des Isolierkörpers verhindert.An advantageous embodiment of the invention also results from claim 3, in particular in conjunction with claim 4. The highly insulating separating layer made of silicone rubber, epoxy resin or glass prevents breakdown at the separating point between the upper and lower part of the insulating body.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 7. Durch diese Maßnahme wird eine Bogen- entladung nach Zünden der Gleitfunkenstrecke vermieden. Als Widerstandswert wird etwa 1 kü ngestrebt.An advantageous embodiment of the invention also results from claim 6, in particular in conjunction with claim 7. This measure prevents arc discharge after ignition of the sliding spark gap. The resistance value is about 1 kü strived.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Durch diese Dickschicht wird ein Schutz der Oberfläche vor chemischen Einflüssen aus dem Brennraum erzielt.
Die erfindungsgemäß Zündkerze überträgt infolge der relativ langen Gleitbahn von ca. 2 - 5 mm, die sich infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung mit herkömm¬ lichen Zündspannungen erreichen -läßt, ein Mehrfaches an Zündenergie an das Kraftstoff-Luft-Gemisch als heute üblicherweise verwendete Zündkerzen. Dies ge¬ schieht bei niedrigerer Zündspannung, typischerweise 10 kV. Durch die niedrige Zündspannung sinkt der Auf¬ wand bei Verteiler, Zündspule und Entstör- und Isolier- mittein. Dadurch wiederum kann insbesondere bei derAn advantageous embodiment of the invention also results from claim 8. This thick layer protects the surface against chemical influences from the combustion chamber. Due to the relatively long slideway of approx. 2-5 mm, which can be achieved with conventional ignition voltages as a result of the design according to the invention, the spark plug according to the invention transmits a multiplicity of ignition energy to the fuel-air mixture than spark plugs normally used today. This occurs at a lower ignition voltage, typically 10 kV. Due to the low ignition voltage, the outlay for distributors, ignition coils and interference suppressors and isolators is reduced. This, in turn, can in particular in the
Zündspule eine Gewichts- und Kostenreduzierung erzielt werden. Da nur ein Bruchteil der HF-Energie umgesetzt wird, ist die Entstörung der Zündkerze wesentlich ver¬ einfacht.Ignition coil a weight and cost reduction can be achieved. Since only a fraction of the HF energy is converted, the interference suppression of the spark plug is considerably simplified.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge¬ stellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Be¬ schreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung eine teilweise längsgeschnittene Zündkerze.The invention is explained in more detail in the following description with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows a partially longitudinally cut spark plug.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
D3..e in der- Zeichnung teilweise geschnitten dargestell¬ te Zündkerze für eine Brennkraftmaschine weist einen Isolierkörper 10 auf, der auf einem Längsabschnitt von einem Metallgehäuse 11 umfaßt ist. Das Metallgehäuse 11 trägt auf einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 12 ein Außengewinde 13, mittels dessen die Zündkerze in einen nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraft¬ maschine eingeschraubt wird. Zum Einschrauben dient in bekannter Weise ein Schlüsselsechskant 14. Ein Dicht- ring 15 sorgt für den gasdichten Einbau der Zündkerze.
Der Endabschnitt 12 trägt auf seiner in dem Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragenden Stirnseite eine ringförmige Masseelektrode 16.D3..e in the drawing, partially shown, shows the spark plug for an internal combustion engine has an insulating body 10 which is enclosed on a longitudinal section by a metal housing 11. The metal housing 11 has an external thread 13 on an end section 12 with a reduced diameter, by means of which the spark plug is screwed into a cylinder head (not shown) of the internal combustion engine. A hexagon key 14 is used for screwing in in a known manner. A sealing ring 15 ensures the gas-tight installation of the spark plug. The end section 12 carries an annular ground electrode 16 on its end face projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Der rotationssymmetrische Isolierkörper 10 ragt auf der von dem Endabschnitt 12 abgekehrten Stirnseite des Metall¬ gehäuses 11 aus diesem heraus. Er trägt in bekannter Wei¬ se auf seiner Oberfläche ein Anzahl von Ringnuten 17 als sog. Kriechstrombarriere und ist mit einer zentralen axi¬ alen Durchgangsbohrung 18 versehen. Innerhalb dieser Durch- gangsbohrung 18 ist ein metallischer Anschlußbolzen 19 angeordnet, der an seinem brennraumfernen Endabschnitt ein Anschlußstück 20 trägt, das aus dem Isolierkörper 10 herausragt. Im unteren Bereich der Durchgangsbohrung be¬ findet sich eine Mittelelektrode 21, die an der brenn- raumseitigen Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 gering¬ fügig vorsteht. Der Anschlußbolzen 19 und die Mittelelek¬ trode 21 sind durch eine Glasschmelzflußmasse elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Glasschmelzflußmasse ist hier als Widerstandspanat 27 mit einem Widerstands- wert von etwa 1 k-Ω.ausgebildet.The rotationally symmetrical insulating body 10 protrudes from the end of the metal housing 11 facing away from the end section 12. In a known manner, it bears on its surface a number of ring grooves 17 as a so-called leakage current barrier and is provided with a central axial through hole 18. Arranged within this through bore 18 is a metallic connecting bolt 19, which carries a connecting piece 20 on its end section remote from the combustion chamber, which protrudes from the insulating body 10. In the lower area of the through bore there is a central electrode 21 which protrudes slightly on the surface 22 of the insulating body 10 on the combustion chamber side. The connecting bolt 19 and the central electrode 21 are connected to one another in an electrically conductive manner by a glass melt flux. The glass melt flow mass is designed here as a resistance chipboard 27 with a resistance value of approximately 1 kΩ.
Der Isolierkörper 10 ist in seinem vom Endabschnitt 12 des Metallgehäuses 11 umgebenen brennraumseitigen End¬ abschnitt mit Abstand von der Oberfläche 22 des Isolier¬ körpers 10 in ein anschlußseitiges Oberteil 23 und ein brennraumseitiges Unterteil 24 zweigeteilt. Das Ober¬ teil besteht aus Aluminiumoxid (Al-O..) mit einer rela¬ tiven Dielektrizitätskonstanten, auch Dielektrizitäts- zahl genannt, von £r<15, während das Unterteil 24 aus einem Werkstoff besteht, der eine sehr viel höhere Di- elektrizitätskonstante aufweist. Die relative Dielektri¬ zitätskonstante dieses Werkstoffes wird zwischen 50 und 5000 gewählt und beträgt vorzugsweise 50 - 500. Oberteil 23 und Unterteil 24 sind elektrisch durchschlag st mit-
einander verbunden. Hierzu dient die Trennschicht 25 aus Silikongummi, Epoxydharz oder Glas. Diese Trenn¬ schicht 25 kann als fertige Scheibe eingelegt werden.In its combustion chamber-side end section surrounded by the end section 12 of the metal housing 11, the insulating body 10 is divided into two at a distance from the surface 22 of the insulating body 10 into an upper part 23 on the connection side and a lower part 24 on the combustion chamber side. The upper part consists of aluminum oxide (Al-O ..) with a relative dielectric constant, also called dielectric number, of £ r <15, while the lower part 24 consists of a material that has a much higher dielectric constant having. The relative dielectric constant of this material is chosen between 50 and 5000 and is preferably 50-500. Upper part 23 and lower part 24 are electrically penetrating st connected to each other. The separating layer 25 made of silicone rubber, epoxy resin or glass is used for this purpose. This separating layer 25 can be inserted as a finished disc.
Die Mittelelektrode 21 steht in Längs- oder AchsrichtungThe center electrode 21 is in the longitudinal or axial direction
5. über die Masselektrode16 vor undstellt die Katode der Zündkerze dar. Die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 erstreckt sich von der freien Stirnseite der Masse¬ elektrode 16 bis dicht an die freie Stirnseite der Mit- telelektrode 21. Längs dieser Oberfläche 22 bildet sich5. over the ground electrode 16 and represents the cathode of the spark plug. The surface 22 of the insulating body 10 extends from the free end face of the ground electrode 16 to close to the free end face of the center electrode 21
10 bei Anlegen einer Zündspannung zwischen der Mittelelek¬ trode 21 und der die Mittelelektrode 21 mit Abstand ringförmig umgebenden Masseelektrode 16 die Gleitfunken¬ strecke längs einer Gleitbahn aus. Die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 ist dabei so geformt, daß die Gleit-10 when an ignition voltage is applied between the center electrode 21 and the ground electrode 16 surrounding the center electrode 21 at a distance in a ring, the sliding spark gap along a slideway. The surface 22 of the insulating body 10 is shaped so that the sliding
15 bahnen in ihrem überwiegenden Teil schräg zur Achse der Zündkerze verlaufen. Auch ein etwa paralleler Verlauf zur Zündkerzenachse ist von Vorteil. Eine Mischform von schrägem und parallelem Verlauf kann ebenfalls gewählt werden. Durch diese Ausbildung der Oberfläche 22 desMost of the 15 tracks run at an angle to the axis of the spark plug. An approximately parallel course to the spark plug axis is also advantageous. A mixed form of oblique and parallel course can also be chosen. This configuration of the surface 22 of the
20 Isolierkörpers 10 wird die Ausbildung einer aus Elektro¬ nen bestehenden Oberflächenladung auf der Gleitbahn er¬ heblich gefördert. Diese Oberlfächenladung ist proportio¬ nal der Normalkomponente E der Feldstärke zwischen Mit¬ telelektrode 21 und Masseelektrode 16 und proportional20 insulating body 10, the formation of a surface charge consisting of electrons on the slideway is considerably promoted. This surface charge is proportional to the normal component E of the field strength between the center electrode 21 and the ground electrode 16 and is proportional
25 der relativen Dielektrizitätskonstante £ des Werkstoffs des Isolierkörpers 10 längs der Oberfläche 22. Da das Unte teil 24 eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweist - und der schräge oder parallele Verlauf der Oberfläche 22 bei gegebener Feldstärke eine große Normalkomponente der25 of the relative dielectric constant £ of the material of the insulating body 10 along the surface 22. Since the lower part 24 has a very high dielectric constant - and the oblique or parallel profile of the surface 22 is a large normal component of the given field strength
30 Feldstärke sicherstellt, ist die bei Spannungsanstieg sich ausbildende Oberflächenladung relativ groß, so daß eine Glimmentladung bereits bei relativ niedriger Zündspannung einsetzt.
Die Oberfläche 22 des Isolierkörper-Unterteils 24 ist noch mit einer Deckschicht 26 aus Aluminiumoxid oder Glas überzogen, die vorzugsweise in Dickschichttech¬ nik aufgebracht. Diese Deckschicht 26 dient zum Schutz gegen chemische Einflüsse aus dem Brennraum.
30 ensures field strength, the surface charge that forms when the voltage rises is relatively large, so that a glow discharge begins even at a relatively low ignition voltage. The surface 22 of the lower part 24 of the insulating body is also covered with a cover layer 26 made of aluminum oxide or glass, which is preferably applied using thick-film technology. This cover layer 26 serves to protect against chemical influences from the combustion chamber.