EP0858139B1 - Zündkerze - Google Patents

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EP0858139B1
EP0858139B1 EP98101912A EP98101912A EP0858139B1 EP 0858139 B1 EP0858139 B1 EP 0858139B1 EP 98101912 A EP98101912 A EP 98101912A EP 98101912 A EP98101912 A EP 98101912A EP 0858139 B1 EP0858139 B1 EP 0858139B1
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spark
spark plug
electrode
insulator
path
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Werner Niessner
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Beru AG
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    • 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
    • H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface
    • 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
    • H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
    • H01T13/467—Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for an internal combustion engine with a spark plug body made of an electrically conductive Material, an electrical insulator that is centered in the Spark plug body is arranged, a central electrode, which in an insulator hole is arranged in the insulator and from the Insulator tip protrudes and laterally to the center electrode employed ground electrodes that are electrically connected to the spark plug body are connected.
  • Spark plugs where different spark paths are provided are from DE 195 032 23 A1 and DE-OS 2 106 893 known.
  • a spark plug according to the preamble of claim 1 is known from JP-A-07201450.
  • the object underlying the invention is in contrast in the spark plug of the type mentioned above train that they have a long life without harming the Isolator ceramic e.g. through the so-called spark saw.
  • Spark plug comprises a spark plug body 1 from a electrically conductive material, an electrical insulator 2 a ceramic material that is centered in the spark plug body 1 is arranged, a center electrode 3, which is in an insulator bore is arranged in the insulator 2 and from the insulator tip protrudes, and employed laterally to the center electrode 3 Ground electrodes 4, 5, which are electrically connected to the spark plug body 1 are connected.
  • the ground electrodes are 4, 5 arranged in pairs diametrically opposite one another.
  • ground electrodes 4, 5 are such that different spark paths, namely a pure air spark path FS1, a combined sliding spark and air spark path FS2 and another combined sliding / air spark path FS3 result.
  • the other ground electrode 4 is opposite the center electrode 3 is formed so that the other combined sliding / air spark travel path FS3 results.
  • At least one ground electrode each which is a pure air spark path or an air spark and parallel sliding spark path forms, as well as with at least one ground electrode that has a combined sliding / air spark travel path forms.
  • the training can also be such that there is a spark path in addition to the pure air spark path FS1 FS2 forms a parallel combined glide / air spark travel path is.
  • the gap ratios between the spark paths FS1 and FS2 are then preferably EA1: EA2 equal to 3: 2, as in Fig. 3 is shown.
  • the electrode distances EA1, EA2, EA3 between the ground electrode 5 and the center electrode 3, between the lower edge the ground electrode 5 and the insulator tip and between the ground electrode 4 and the center electrode 3 preferably in a ratio of 3: 2: 6.
  • the electrode spacing EA3 can be divided according to FIG. 3 into a sliding spark gap EA3.1 and into an air spark gap EA3.2, preferably in a ratio of 1: 1 to each other stand.
  • a recess 6 is formed, which is ring-shaped around the center electrode 3 runs.
  • This recess 6 runs obliquely to Angular axis of the center electrode 3 at a half angle ⁇ Countersink 6, starting from the angular axis, which is between 15 ° and 45 ° in particular between 25 ° and 35 ° and preferably at 30 °.
  • the dimensions of the countersink 6 are in particular the following: Gap dimension a between the countersink 6 and the outer surface the center electrode 3: 0.2 to 1.0 mm, preferably 0.4 to 0.6 mm, in particular the following applies: a ⁇ 0.5 * EA 3.1.
  • the isolator foot tip is free of electrical power at full load conductive coatings and soot deposits.
  • the spark formation will therefore develop as a pure air spark path FS1.
  • Such a spark discharge takes place via this spark path FS1 takes place until the burnup potential at the Air spark path between the center electrode 3 and the ground electrode 5 is used up, and the voltage requirement for the Formation of a spark on this spark path higher than that The voltage requirement of the other spark paths FS2 or FS3 is.
  • the spark path FS3 offers special advantages during a cold start through the serial arrangement of the center electrode 3 and the ground electrode 4. The long spark path ensures the spark path FS3 also ensures a safe ignition of the mixture It is ensured that the internal combustion engine even with inhomogeneous mixtures runs smoothly.

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  • Spark Plugs (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper aus einem elektrisch leitenden Material, einem elektrischen Isolator, der zentrisch im Zünkerzenkörper angeordnet ist, einer Mittelelektrode, die in einer Isolatorbohrung im Isolator angeordnet ist und von der Isolatorfußspitze vorsteht, und seitlich zur Mittelelektrode angestellten Massenelektroden, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper verbunden sind.
Aus der EP 0 470 688 B1 ist es bekannt, bei einer derartigen Zündkerze die Elektroden so auszubilden, daß sich zwei Funkenlaufwege nämlich ein Luftfunkenlaufweg und ein paralleler Gleitfunkenlaufweg ergeben. Der eine Funkenlaufweg besteht zwischen der Mittelelektrode und den Masseelektroden als reiner Luftfunkenlaufweg und der andere Funkenlaufweg wird durch eine gezielte geometrische Abstimmung der Masseelektroden zur Isolatorfußspitze gebildet derart, daß sich der Funke über die Keramik des Isolatorfußes als Gleitfunke und anschließend als Luftfunke zur Unterkante der Masseelektroden ausbildet.
Zündkerzen, bei denen verschiedene Funkenlaufwege vorgesehen sind, sind weiterhin aus der DE 195 032 23 A1 und der DE-OS 2 106 893 bekannt.
Eine Zündkerze, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus JP-A-07201450 bekannt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Zündkerze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine hohe Laufzeit ohne Schädigung der Isolatorkeramik z.B. durch das sogenannte Funkensägen, hat.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 gelöst.
Besonders bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
  • Fig. 1 in einer Teilschnittansicht die Elektrodenanordnung bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze,
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze,
  • Fig. 3 eine axiale Teilschnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit den Elektrodenabständen und
  • Fig. 4 in einer Schnittansicht die Anordnung einer Masseelektrode gegenüber der Isolatorfußspitze bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in vergrößertem Maßstab.
    • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze umfaßt einen Zündkerzenkörper 1 aus einem elektrisch leitenden Material, einen elektrischen Isolator 2 aus einem keramischen Material, der zentrisch im Zündkerzenkörper 1 angeordnet ist, eine Mittelelektrode 3, die in einer Isolatorbohrung im Isolator 2 angeordnet ist und von der Isolatorfußspitze vorsteht, und seitlich zur Mittelelektrode 3 angestellte Masseelektroden 4, 5, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper 1 verbunden sind.
    Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Masseelektroden 4, 5 paarweise einander diametral gegenüber stehend angeordnet.
    Die Ausbildung der Masseelektroden 4, 5 ist derart, daß sich verschieden Funkenlaufwege nämlich ein reiner Luftfunkenlaufweg FS1, ein kombinerter Gleitfunken- und Luftfunkenlaufweg FS2 und ein weiterer kombinierter Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergeben.
    Das heißt im einzelnen, daß der reine Luftfunkenlaufweg FS1 sowie der kombinierte Gleitfunken/Luftfunkenlaufweg FS2 zwischen der Mittelelektrode 3 und der als Seitenelektrode ausgebildeten Masseelektrode 5 bestehen. Die andere Masseelektrode 4 ist gegenüber der Mittelelektrode 3 so ausgebildet, daß sich der weitere kombinierte Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergibt.
    Es sind Kombinationen möglich mit mindestens je einer Masseelektrode, die einen reinen Luftfunkenlaufweg oder einen Luftfunken- und parallelen Gleitfunkenlaufweg bildet, sowie mit mindestens einer Masseelektrode, die einen kombinierten Gleit/-Luftfunkenlaufweg bildet.
    Damit sich an der Masseelektrode 5 ein reiner Luftfunkenlaufweg bildet, muß in der in Fig. 3 dargestellten Weise der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze mindestens die doppelte Distanz des Luftfunkenlaufweges FS1 haben, damit der Funken nicht über die Isolatorfußspitze geht. Die Ausbildung kann aber auch derart sein, daß sich neben dem reinen Luftfunkenlaufweg FS1 ein Funkenlaufweg FS2 bildet, der ein paralleler kombinierter Gleit/Luftfunkenlaufweg ist. Dazu ist der Spalt EA2 zwischen der Isolatorfußspitze und der Unterkante der Masseelektrode 5 entsprechend zu wählen. Die Spaltverhältnisse zwischen den Funkenlaufwegen FS1 und FS2 sind dann vorzugsweise EA1:EA2 gleich 3:2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das bedeutet, daß bei einem Elektrodenabstand EA1 zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 5 von 0,80mm der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze etwa 0,50mm beträgt. Eine der Masseelektroden nämlich die Masseelektrode 4 ist so ausgebildet, daß in der in einer vergrößerten Ansicht in Fig. 4 dargestellten Weise ihre dem Isolator 2 zugewandte Unterkante mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze in einer Ebene liegt. Durch diese Ausbildung ergibt sich ein weiterer Funkenlaufweg FS3 in Form eines kombinierten Gleit/Luftfunkenlaufweges (siehe Fig. 1).
    Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, stehen bei dieser Ausbildung die Elektrodenabstände EA1, EA2, EA3 zwischen der Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 3, zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze sowie zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 vorzugsweise in einem Verhältnis 3:2:6.
    Der Elektrodenabstand EA3 läßt sich gemäß Fig. 3 aufteilen in einen Gleitfunkenstrecke EA3.1 und in eine Luftfunkenstrecke EA3.2, die vorzugsweise in einem Verhältnis von 1:1 zueinander stehen.
    Bei einem Elektrodenabstand EA1 und EA2 von 0,80mm und 0,50mm ergibt sich für den Elektrodenabstand EA3 ein Wert von 1,60mm.
    Wie es weiterhin in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, ist die Isolatorbohrung im Bereich der Isolatorfußspitze mit einer Versenkung 6 ausgebildet, die ringförmig um die Mittelelektrode 3 verläuft. Diese Versenkung 6 verläuft schräg zur Winkelachse der Mittelelektrode 3 unter einem Halbwinkel α der Versenkung 6, ausgehend von der Winkelachse, der zwischen 15° und 45° insbesondere zwischen 25° und 35° und vorzugsweise bei 30° liegt.
    Die Abmessungen der Versenkung 6 sind insbesondere die folgenden: Spaltmaß a zwischen der Versenkung 6 und der Außenfläche der Mittelelektrode 3: 0,2 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm, wobei insbesondere gilt: a ≤ 0,5 * EA 3.1.
    Durch die Ausbildung der Isolatorbohrung mit Versenkung 6 ergibt sich eine Erhöhung des Abbrandreservoirs um den Betrag der Tiefe der Versenkung 6.
    Im folgenden wird die Arbeitsweise einer Zündkerze mit dem oben beschriebenen Aufbau im Betrieb der Brennkraftmaschine näher erläutert.
    Bei Vollastbetrieb ist die Isolatorfußspitze frei von elektrisch leitenden Belägen und Rußablagerungen. Die Funkenausbildung wird sich demnach als reiner Luftfunkenlaufweg FS1 ausbilden. Eine derartige Funkenentladung findet über diesen Funkenlaufweg FS1 so lange statt, bis das Abbrandpotential an dem Luftfunkenlaufweg zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 5 aufgebraucht ist, und der Spannungsbedarf für die Ausbildung eines Funkens an diesem Funkenlaufweg höher als der Spannungsbedarf der anderen Funkenlaufwege FS2 oder FS3 ist.
    Nachdem die Abbrandreserve am Funkenlaufweg FS1 durch Heißgaskorrosion und Funkenerrosion aufgebraucht ist, wechselt der Funkenlaufweg auf den Funkenlaufweg FS2 oder FS3 und zwar jeweils auf den Funkenlaufweg mit dem niedrigsten Spannungsbedarf.
    Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit hohen Verbrennungsrückständen wird sich der Funke vorwiegend über die Funkenlaufwege FS2 oder FS3 ausbilden und somit den Gleitfunkenlaufweg auf der keramischen Isolatorfußspitze freibrennen. Das stellt sicher, daß die Zündkerze geringe Nebenschlußeigenschaften hat. Besondere Vorteile bietet der Funkenlaufweg FS3 beim Kaltstart durch die serielle Anordnung der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 4. Durch den langen Funkenweg sichert der Funkenlaufweg FS3 außerdem ein sicheres Entflammen des Gemisches wobei gewährleistet ist, daß auch bei inhomogenen Gemischen die Brennkraftmaschine sicher rundläuft.

    Claims (8)

    1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit
      einem Zündkerzenkörper aus einem elektrisch leitenden Material,
      einem elektrischen Isolator, der zentrisch im Zündkerzenkörper angeordnet ist,
      einer Mittelelektrode, die in einer Isolatorbohrung im Isolator angeordnet ist und von der Isolatorfußspitze vorsteht, und
      seitlich zur Mittelelektrode angestellten Masseelektroden, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper verbunden sind, wobei
      wenigstens eine Masseelektrode so angeordnet ist, daß ihre dem Isolator zugewandte Unterkante mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze in einer Ebene liegt und sich darüber ein Gleit/Luftfunkenlaufweg ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände (EA1, EA2, EA3) zwischen wenigstens einer anderen Masseelektrode (5) und der Mittelelektrode (3), zwischen der Unterkante der anderen Masseelektrode (5) und der Isolatorfußspitze und zwischen der wenigstens einen Masseelektrode (4) und der Mittelelektrode (3) im Verhältnis 3:2:6 stehen und sich zwischen der anderen Masseelektrode (5) und der Mittelelektrode (3) ein Luftfunkenlaufweg (FS1) sowie ein dazu paralleler über die Stirnfläche der Isolatorfußspitze gehender Gleit/Luftfunkenlaufweg (FS2) ausbilden.
    2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorbohrung im Bereich der Isolatorfußspitze ringförmig versenkt (6) ist.
    3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) zwischen 15° und 45° liegt.
    4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) zwischen 25° und 35° liegt.
    5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) 30° beträgt.
    6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Spaltmaß (a) der Versenkung (6) zwischen 0,2 und 1,0 mm liegt.
    7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaß (a) zwischen 0,4 und 0,6 mm liegt.
    8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Spaltmaß (a) gilt a ≤ 0,5 * EA 3.1, wobei EA 3.1 die Gleitfunkenstrecke der Elektrodenstrecke zwischen der Masseelektrode (4,5) und der Mittelelektrode (3) ist.
    EP98101912A 1997-02-06 1998-02-04 Zündkerze Expired - Lifetime EP0858139B1 (de)

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    AT (1) ATE226368T1 (de)
    DE (2) DE19704524C2 (de)
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