EP0845167A1 - Zündkerze für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Zündkerze für eine brennkraftmaschine

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EP0845167A1
EP0845167A1 EP97930294A EP97930294A EP0845167A1 EP 0845167 A1 EP0845167 A1 EP 0845167A1 EP 97930294 A EP97930294 A EP 97930294A EP 97930294 A EP97930294 A EP 97930294A EP 0845167 A1 EP0845167 A1 EP 0845167A1
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insulator
spark plug
electrode
housing
contact pin
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Richard Adamczuk
Werner Herden
Manfred Vogel
Walter Benedikt
Andreas Niegel
Hans-Dieter Herde
Rudolf Pollner
Dietrich Trachte
Bernd Mueller
Dittmar Klett
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Robert Bosch GmbH
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for internal combustion engines as is already known from DE-OS 44 31 143.
  • a spark plug is proposed that has little wear.
  • Spark plug is inserted in a cylindrical metal tube, which forms the housing, a rod-shaped inner conductor, which is surrounded by an insulator and has a current-limiting resistor in the circuit of the spark plug, the current-limiting resistor being arranged in such a way that it is in
  • the electrode head of the inner conductor is also coated with a noble metal layer and a good heat-conducting material is provided as the electrode head, which also serves as a heat buffer.
  • the spark plug with the features of the main claim has the advantage over the known that by Forming the electrode in the form of a "nail head" more wear volume is available. Furthermore, by reducing the diameter of the contact pin and shortening the length, as well as by the advanced burn-off resistance, lower mechanical stresses are achieved by different
  • Coefficient of thermal expansion can occur. By reducing the electrode erosion, ceramic notches are ultimately largely avoided. Another advantage is the coating of the contact pin, which provides high corrosion resistance. Ultimately, the single or double bend of the ground electrode and the protrusion of the ground electrode beyond the end face of the insulator also have the advantage that ceramic breakdowns can be prevented by this design of the electrical field.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the spark plug specified in the main claim. It is particularly advantageous to dope the platinum electrode. This doping prevents corrosion of the contact pin, since the platinum electrode is sintered gas-tight into the ceramic. A gas-tight connection of the platinum electrode, the ceramic and the contact pin by means of an active solder also prevents contact pin corrosion and prevents the contact pin from being withdrawn. Ultimately, the contact pin can be replaced by an electrically conductive ceramic-metal mixture, likewise a
  • Figure 1 shows a spark plug according to the invention in a schematic representation
  • Figure 2 shows the combustion chamber end of the spark plug according to the invention with different electrodes electrodes.
  • FIG. 1 shows schematically the inner part of a spark plug in a partially sectioned representation.
  • An insulator 11 is arranged in a metallic, tubular housing 10, the rotationally symmetrical axes of the housing 10 and insulator 11 being congruent.
  • Embedded in the insulator 11 is the central electrode 12, as well as the individual components to be explained below for transmitting the voltage from the connecting bolt 13 to the central electrode 12.
  • the connecting bolt 13 is connected to the burn-up resistor 14 in the interior of the insulator 11.
  • the erosion resistor 14 is connected to the contact pin 15, so that the voltage is transmitted to the center electrode 12 via the contact pin 15.
  • the center electrode 12 is made of platinum and has essentially the shape of a nail. This means that the rear part of the platinum center electrode 12 has a much smaller diameter than the combustion chamber-side part of the platinum center electrode, which looks out of the insulator 11.
  • the contact pin 15 itself is coated with a corrosion protection layer, for example with nickel or with a nickel-silver alloy.
  • the Contact pin 15 compared to conventional spark plugs significantly shortened in length and reduced in diameter. By shortening the contact pin 15, the erosion resistance is extended and further advanced in the direction of the spark gap, which has the advantages as already described in DE-OS 44 31 143.
  • the ground electrodes 16 are attached to the housing 10 and bent toward the center electrode.
  • the ground electrodes are bent twice.
  • the ground electrode attached to the housing is first bent in the direction of the center electrode and then bent again in the axial direction a second time, so that the end face of the ground electrode points in the axial direction of the spark plug.
  • the end face of the ground electrode 16 projects beyond the end face of the insulator by a predeterminable amount.
  • the size of the protrusion corresponds approximately to the thickness of a ground electrode.
  • FIG. 2 shows the spark plug with the essentially same design as that shown in FIG. 1.
  • the only difference to Figure 1 is the position of the ground electrodes.
  • the ground electrodes are bent only once, whereby the end face of the ground electrode points in the radial direction of the spark plug.
  • ground electrodes project about their thickness beyond the front of the insulator. This results in a favorable formation of the electric field, which avoids ceramic breakdowns.
  • the platinum center electrode can also be coated, whereby this coating can be carried out by means of boriding, alitriding, nitriding or siliconizing. This coating allows the platinum electrode to be sintered into the ceramic gas-tight.
  • the connection of platinum The center electrode, insulator and contact pin with a solder also contribute to a gas-tight connection, thereby preventing contact pin corrosion and preventing the contact pin from being pulled back.
  • the contact pin can ultimately also be replaced by an electrically conductive ceramic metal layer.

Abstract

Zündkerze mit einem rohrförmigen metallischen Gehäuse, einem Isolator, der von dem Gehäuse gehalten wird, und einer im Isolator eingebetteten Innenleiteranordnung, wobei die Innenleiteranordnung aus einem Anschlußbolzen, einem Abbrandwiderstand, einem Kontaktstift und einer Platin-Mittelelektrode besteht und wobei am Gehäuse vier Masseelektroden befestigt sind, die zur Mittelelektrode hinabgebogen sind und um ihre Dicke über den Isolator vorstehen, wobei der Kontaktstift beschichtet und in einer Länge derart verkürzt ist, daß der Abbrandwiderstand möglichst weit an die Funkenstrecke vorgezogen ist, und wobei die Platin-Mittelelektrode eine Nagelform aufweist, deren hinterer Teil einen geringeren Durchmesser hat als der vordere Teil, welcher aus dem Isolator herausschaut.

Description

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen wie sie bereits aus der DE-OS 44 31 143 bekannt ist. Hier wird eine Zündkerze vorgeschlagen, die einen geringen Verschleiß aufweist. Bei der bekannten
Zündkerze ist in einem zylindrischen Metallrohr, welches das Gehäuse bildet ein stabförmiger Innenleiter eingesetzt, der von einem Isolator umgeben ist und einen strombegrenzenden Widerstand im Stromkreis der Zündkerze aufweist, wobei der strombegrenzende Widerstand so angeordnet ist, daß er in
Richtung auf die Funkenstrecke der Zündkerze maximal bis zur Funkenstrecke vorgezogen ist. Des weiteren ist der Durchmesser des Innenleiters bei dieser Zündkerze gegenüber herkömmlichen Zündkerzen verringert, wodurch die Kapazität der Zündkerze verringert ist. Bei dieser Zündkerze gemäß DE- OS 44 31 143 ist ferner der Elektrodenkopf des Innenleiters mit einer Edelmetallschicht überzogen und ein gut wärmeleitendes Material als Elektrodenkopf vorgesehen, das gleichzeitig als Wärmepuffer dient.
Vorteile der Erfindung
Die Zündkerze mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß durch die Ausbildung der Elektrode in Form eines „Nagelkopfes" mehr Verschleißvolumen zur Verfügung steht. Desweiteren wird durch die Durchmesserreduzierung des Kontaktstiftes und die Längenverkürzung sowie durch den vorgezogenen Abbrandwiderstand erreicht, daß geringere mechanische Spannungen durch unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten können. Durch die Verringerung des Elektrodenabbrandes werden letztendlich Keramikeinkerbungen weitgehend vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Beschichtung des Kontaktstiftes, wodurch eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegeben ist. Letztendlich bietet die Einfach- bzw. Doppelbiegung der Masseelektrode und das Überstehen der Masseelektrode über die Stirnfläche des Isolators hinaus den Vorteil, daß durch diese Ausbildung des elektrischen Feldes Keramikdurchschläge verhindert werden können.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. So ist es besonders vorteilhaft, die Platinelektrode zu dotieren. Diese Dotierung verhindert eine Korrosion des Kontaktstiftes, da die Platin-Elektrode gasdicht in die Keramik eingesintert ist. Durch eine gasdichte Verbindung der Platinelektrode, der Keramik und des Kontaktstiftes mittels einem Aktivlot wird ebenfalls eine Verhinderung der Kontaktstiftkorrosion und eine Verhinderung des Zurückziehens des Kontaktstiftes erreicht. Letztendlich kann der Kontaktstift durch eine elektrisch leitende Mischung Keramik-Metall ersetzt werden, wobei ebenfalls ein
Zurückziehen des Kontaktstiftes verhindert wird und durch die gleichen Wäremausdehnungskoeffizienten mechanische Spannungen vermieden werden. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Zündkerze in schematischer Darstellung, Figur 2 das brennraumseitige Ende der erfindungsgemäßen Zündkerze mit anders angestellten Masselelektroden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der prinzipielle Aufbau einer Zündkerze ist aus der DE-OS 44 31 143 bereits hinreichend bekannt. Figur 1 zeigt schematisch den inneren Teil einer Zündkerze in teilweise geschnittener Darstellung. In einem metallischen, rohrförmigen Gehäuse 10 ist dabei ein Isolator 11 angeordnet, wobei die rotationssymmetrischen Achsen von dem Gehäuse 10 und Isolator 11 deckungsgleich liegen. In dem Isolator 11 eingebettet ist die Mittelelektrode 12, sowie die einzelnen im folgenden noch zu erläuternden Bauteile zur Übertragung der Spannung vom Anschlußbolzen 13 an die Mittelelektrode 12. Der Anschlußbolzen 13 ist im Inneren des Isolators 11 mit dem Abbrandwiderstand 14 verbunden. Der Abbrandwiderstand 14 ist mit dem Kontaktstift 15 verbunden, so daß über den Kontaktstift 15 die Spannung an die Mittelelektrode 12 übertragen wird. Die Mittelelektrode 12 besteht aus Platin und hat im wesentlichen die Form eines Nagels. Das bedeutet, der rückwärtige Teil der Platinmittelelektrode 12 hat einen wesentlich geringeren Durchmesser als der brennraumseitige Teil der Platinmittelelektrode, welcher aus dem Isolator 11 heraus schaut. Der Kontaktstift 15 selber ist mit einer Korrosionsschutzschicht beispielsweise mit Nickel oder mit einer Nickel-Silber-Legierung beschichtet. Außerdem ist der Kontaktstift 15 gegenüber herkömmlichen Zündkerzen in seiner Länge deutlich verkürzt und im Durchmesser verringert. Durch die Verkürzung des Kontaktstiftes 15 wird der Abbrandwiderstand verlängert und weiter in Richtung Funkenstrecke vorgezogen, was die Vorteile hat, wie sie bereits in der DE-OS 44 31 143 beschrieben sind. Am Gehäuse 10 sind die Masselektroden 16 befestigt und zur Mittelelektrode hin abgebogen. Bei der Darstellung in dieser Figur sind die Masseelektroden, wobei hier vier Masseelektroden vorgesehen sind, zweifach abgebogen. Die am Gehäuse befestigte Masseelektrode ist dabei zunächst in Richtung Mitteelektrode abgebogen und dann wieder in die axiale Richtung ein zweites Mal gebogen, so daß die Stirnfläche der Masseelektrode in axiale Richtung der Zündkerze zeigt. Die Stirnfläche der Masseelektrode 16 steht dabei ein vorgebbares Maß über die Stirnfläche des Isolators über. Das Maß des Überstandes entspricht hier etwa der Dicke einer Masseelektrode.
In Figur 2 ist die Zündkerze mit der im wesentlichen gleichen Ausführung wie in Figur 1 angegeben. Der einzige Unterschied zur Figur 1 besteht in der Anstellung der Masseelektroden. In Figur 2 sind die Masseelektroden nur einfach abgebogen, wodurch die Stirnfläche der Masseelektrode in radialer Richtung der Zündkerze zeigt.
Aber auch hier stehen die Masseelektroden etwa um ihre Dicke über die Vorderseite des Isolators über. Damit ergibt sich eine günstige Ausbildung des elektrischen Feldes wodurch Keramikdurchschläge vermieden werden.
Die Platin-Mittelelektrode kann außerdem noch beschichtet sein, wobei diese Beschichtung mittels Borieren, Alitrieren, Nitrieren oder Silizieren erfolgen kann. Durch diese Beschichtung kann die Platinelektrode gasdicht in der Keramik eingesintert werden. Die Verbindung von Platin- Mitteelektrode, Isolator und Kontaktstift durch ein Lot trägt ebenfalls zu einer gasdichten Verbindung bei, wodurch die Kontaktstiftkorrosion vermieden und ein Zurückziehen des Kontaktstiftes verhindert wird. Der Kontaktstift kann letztendlich auch durch eine elektrisch leitende Keramik- Metallschicht ersetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze mit einem rohrförmigen metallischen Gehäuse, mit einem darin eigebetteten Isolator, in welchem eine stabförmige Innenleiteranordnung angeordnet ist, wobei die Innenleiteranordnung aus einem Anschlußbolzen (13), einem weit an die Funkenstrecke vorgezogenen strombegrenzenden Widerstand (14), einem beschichteten Kontaktstift (15) und einer nageiförmigen Platin-Mittelelektrode (12) besteht, wobei der im Isolator eingebettete stiftförmig Teil der Platin-Mittelelektrode einen geringeren Durchmesser hat als der aus dem Isolator herausschauende Teil der Platin- Mittelelektrode, sowie mit mindestens zwei, vorzugsweise vier am Gehäuse befestigten Masseelektroden, die zur Mitteelektrode hin abgebogen sind und die über die Stirnfläche des Isolators überstehen, wobei das Maß des Überstehens etwa der Dicke einer Masseelektroden entspricht.
2. Zündkerze nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektroden zweifach gebogen sind, wobei die erste Biegung zum Isolator hin gerichtet ist und die zweite Biegung vom Isolator weggebogen ist, so daß die Stirnfläche der Masselelktrode vom Gehäuse weg zeigt.
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