EP3993186B1 - Zündkerze sowie verbrennungsmotor mit wenigstens einer solchen zündkerze - Google Patents

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EP3993186B1
EP3993186B1 EP20205237.9A EP20205237A EP3993186B1 EP 3993186 B1 EP3993186 B1 EP 3993186B1 EP 20205237 A EP20205237 A EP 20205237A EP 3993186 B1 EP3993186 B1 EP 3993186B1
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EP
European Patent Office
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resistance
spark plug
resistor
plug according
seal
Prior art date
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EP20205237.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3993186A1 (de
Inventor
Nils Schlag
Stefan Niemeier
Michele Schiliro
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Sparkx GmbH
Original Assignee
Sparkx GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2021/080131 priority patent/WO2022090470A1/de
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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
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/41—Sparking plugs structurally combined with other devices with interference suppressing or shielding means
    • 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
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation

Definitions

  • the invention relates to a spark plug and an internal combustion engine comprising at least one such spark plug.
  • Spark plugs are used to ignite an air-fuel mixture in an internal combustion engine.
  • spark plugs comprise a ground electrode and a center electrode, between which the ignition spark is generated.
  • the ground electrode is connected to the ground of the combustion engine.
  • the center electrode is connected to an electrical voltage source via a connecting bolt.
  • the center electrode is also electrically connected to the connecting bolt via a resistance element.
  • the resistance element has an ohmic resistance and has the task of enabling a defined ignition current when the ignition voltage is applied. When the ignition voltage is applied and the ignition current is flowing, an ignition spark is generated between the ground electrode and the ignition current. and the center electrode, which leads to the ignition of the air-fuel mixture.
  • the ignition voltage for spark plugs is usually in the range of 10 kV to 40 kV.
  • the level of the ohmic resistance realized by the resistance element must be defined as precisely as possible.
  • the resistance element When used in an internal combustion engine, the resistance element is exposed to corrosive attack, in particular from combustion gases, gas pressure and temperatures.
  • Resistance seals are therefore regularly used as resistance elements, which usually consist of a hardened glass melt with additives, since such resistance seals can be made particularly corrosion-resistant, so that they are only subject to reduced erosion.
  • the level of the ohmic resistance of the resistance seal can be adjusted using the additives in the resistance seal, which can include electrically conductive particles such as metal, graphite or soot particles.
  • the ohmic resistance required to enable the desired ignition current when the ignition voltage is applied can only be adjusted with a high tolerance in such resistance seals.
  • the tolerance for resistor melting according to the state of the art is therefore regularly over 50% and can be up to 200%.
  • WO 00/48279 A1 discloses a spark plug comprising a ground electrode, a center electrode, a terminal bolt and a resistance element in the form of a carbon-based glass seal.
  • EP 2 482 394 A1 discloses a spark plug with a resistor made of sintered glass powder.
  • EP 1 035 550 A2 discloses a spark plug in which the resistor contacting the center electrode is contacted with the connecting bolt via a glass seal, so that the glass seal is arranged on the side of the resistance element facing the connecting bolt.
  • the invention is based on the object of being able to provide a spark plug with a resistance element with a low tolerance of the ohmic resistance, in particular with a lower tolerance than in resistance elements according to the prior art.
  • a further object of the invention is to provide an internal combustion engine with such a spark plug.
  • a basic idea of the invention is to design the resistance element in several parts or composed of several components, wherein the resistance element comprises at least one resistance fuse and a resistor. This makes it possible to decouple the functions of the resistance element from one another and to assign specific functions to the individual components of the resistance element.
  • the resistance element comprises a resistance fuse and additionally a resistor
  • the resistance fuse can be designed to be particularly erosion-resistant, while the resistor has a precisely definable ohmic resistance, in particular with only low tolerance.
  • the resistance seal can be electrically conductive, i.e. have only a low ohmic resistance, while the ohmic resistance of the resistance element can be realized by the resistor. This makes it possible to design the resistance element to be highly corrosion-resistant on the one hand and with a defined ohmic resistance with only a low tolerance on the other.
  • the resistance seal is preferably electrically conductive.
  • the resistance seal preferably has only a low ohmic resistance.
  • the resistance seal has an ohmic resistance of less than 100 ohms.
  • the resistance seal is in the form of a glass melt, particularly preferably in the form of an electrically conductive glass melt. According to a preferred embodiment, the resistance seal is in the form of a glass melt with electrically conductive particles embedded therein.
  • a resistance melt is understood to mean a solidified melt that has an electrical resistance. This electrical resistance is, as previously stated, preferably low.
  • a glass melt within the meaning of the invention is understood to mean a solidified glass melt.
  • Resistance seals in the form of a solidified glass melt, in particular in the form of an electrically conductive glass melt, are known from the prior art.
  • the resistance seal according to the present invention can be formed by the Glass melts known from the state of the art can be used.
  • electrically conductive particles can be embedded in the glass melt, for example metal particles, graphite particles or soot particles. Glasses known from the state of the art can be used as the glass.
  • a resistance seal in the form of a glass melt particularly preferably comprises a glass in the form of borosilicate glass.
  • a resistance seal designed as a conductive glass melt particularly preferably comprises borosilicate glass in which conductive particles in the form of aluminum powder and antimony oxide (Sb 2 O 4 ) are embedded. Aluminum powder and antimony oxide form a conductive cluster or percolate in the glass melt according to the percolation theory.
  • the resistance seal can particularly preferably be in the form of an electrically conductive percolate embedded in a glass melt.
  • a resistance seal designed as such a conductive glass melt preferably comprises 50 to 60 mass% borosilicate glass, 10 to 20 mass% aluminum powder, the remainder antimony oxide, in each case based on the total mass of the glass melt.
  • an ohmic resistance of less than 100 ohms can easily be produced.
  • the resistance seal in particular a resistance seal in the form of a glass melt as described above, and the resistor are arranged in such a way that the resistor is protected by the resistance seal from corrosion, in particular by the internal combustion engine.
  • the resistance seal "protects" the resistor from the combustion gases of the internal combustion engine. This makes it possible in a particularly advantageous manner, that the resistor does not have to be designed in a special way in order to be resistant to erosion by the combustion gases. Rather, any resistor known from the state of the art that generates a defined ignition current at the ignition voltages for a spark plug and has only a small tolerance can be used as a resistor.
  • the resistance of the resistance element can in principle be in the form of any resistance known from the prior art, by means of which a defined ignition current can be generated at the usual ignition voltage for a spark plug, i.e. in particular at an ignition voltage in the range of 10 kV to 40 kV.
  • the resistor is in the form of a ceramic high-voltage resistor, more preferably in the form of a cylindrical ceramic high-voltage resistor.
  • the above high-voltage resistors can preferably be present as a ceramic layer resistor, in particular in the form of a metal oxide layer resistor, particularly preferably in the form of a cylindrical metal oxide layer resistor. These resistors can particularly preferably be present as induction-free high-voltage resistors.
  • a resistor By means of appropriate resistors, a resistor can be provided which has an ohmic resistance through which a defined ignition current can be generated at the usual ignition voltage of the spark plugs, i.e. in particular in the range from 10 kV to 40 kV.
  • the resistor preferably has an ohmic resistance in the range from 3 kOhm to 15 kOhm, particularly preferably in the range from 3 to 10 kOhm and most particularly preferably 5 kOhm.
  • the resistor By using appropriately designed resistors, a resistor with only a very small tolerance of the ohmic resistance can be provided.
  • the resistor preferably has a tolerance of the ohmic resistance of less than +/- 10%, particularly preferably of no more than +/- 5%.
  • the resistance seal and the resistor are electrically connected to one another.
  • a resistor designed as a cylindrical ceramic high-voltage resistor can make direct electrical contact with the resistance seal.
  • a connection wire of the resistor can also be electrically connected to the resistance seal, for example partially embedded in it.
  • the resistance melt is arranged on the side of the resistance element facing the center electrode - and thus on the side facing the combustion chamber - while the resistor is arranged on the side of the resistance element facing the connection bolt - and thus facing away from the combustion chamber.
  • the resistor can thereby be advantageously shielded from the ground electrode or the combustion gases by the resistance melt.
  • the electrical line from the center electrode to the connection bolt thus includes the center electrode, the resistance melt connected to it, the resistor connected to it and the connection bolt connected to it.
  • the resistance fuse and the resistance are preferably designed separately, i.e. as separate components.
  • the resistance is therefore preferably as a separate component, in particular as a component separate from the resistance fuse.
  • the resistor is therefore preferably not a component of the resistance fuse. This has the particular advantage that the function of the resistance fuse, namely in particular to provide an erosion-resistant electrical conductor, is not impaired by the resistor and furthermore the function of the resistor, namely in particular to realize a defined ohmic resistance with only a small tolerance of the ohmic resistance, is not impaired by the resistance fuse.
  • the spark plug may comprise an insulator and a housing as are known for spark plugs in the prior art.
  • the ground electrode is preferably arranged on the housing, in particular arranged in an electrically conductive manner on the housing.
  • the housing serves in particular for fastening the spark plug to an internal combustion engine, in particular to the cylinder head of an internal combustion engine.
  • the housing can have an external thread in a known manner, via which the spark plug can be screwed into a corresponding internal thread on the cylinder head.
  • a mixture comprising borosilicate glass powder, aluminum powder and antimony oxide powder can preferably be placed in the through hole of the insulator, melted there and then allowed to solidify, so that a resistance seal is then obtained which is placed in a sealing manner in the through hole of the insulator.
  • Such a resistance seal which is sealingly inserted in the through-opening, has the particular advantage that the resistance is thereby particularly effectively protected by the resistance seal against corrosion, in particular by the combustion engine, in particular insofar as the resistance seal is arranged on the side of the resistance element facing the center electrode - and thus on the side facing the combustion chamber - while the resistance is arranged on the side of the resistance element facing the connection bolt - and thus facing away from the combustion chamber.
  • the resistance seal is homogeneous, i.e. in the form of a homogeneous body, and has no inhomogeneities, such as wires or other electrical lines. This has the particular advantage of high erosion resistance and uniform electrical properties of the resistance seal.
  • the invention also relates to an internal combustion engine which comprises at least one spark plug according to the invention.
  • the at least one spark plug can, as previously stated, preferably be arranged on the cylinder head of the internal combustion engine.
  • spark plug in Figure 1 marked with the reference number 1.
  • the spark plug 1 has, in a known manner, a metal housing 8 which is inserted via an external thread 10 into a (in Figure 1 not shown) corresponding internal thread on the cylinder head of an internal combustion engine until it strikes against a shoulder of the housing 8 serving as a stop.
  • a sealing element 12 is arranged on this shoulder of the housing 8 for sealing.
  • a ceramic insulator 9 made of aluminum oxide is accommodated and fixed in the housing 8 in a known manner.
  • the housing 8 and the insulator 9 are essentially rotationally symmetrical to a longitudinal axis X.
  • a ground electrode 2 is arranged in an electrically conductive manner on the housing 8 in a known manner.
  • the free end of the ground electrode 2 lies in the region of the longitudinal axis X.
  • a through hole 13 is guided through the insulator 9 concentrically to the longitudinal axis X.
  • a center electrode 3 is arranged in the through hole 13. which projects beyond the through-opening 13 with a free end in the direction of the ground electrode 2 and ends at a distance from the ground electrode 2.
  • a spark gap for generating an ignition spark of the spark plug 1 is formed.
  • connection bolt 4 is formed in the through-opening 13, which projects beyond the through-opening 13 with a free end 11.
  • the free end 11 of the connection bolt 4 is designed as a spark plug connector for connection to an electrical voltage source.
  • a resistance element 5 is formed in the through-opening 13, via which the center electrode 3 is electrically connected to the connection bolt 4.
  • the resistance element 5 is arranged completely within the through-opening 13.
  • the resistance element 5 comprises a resistance fuse 6 and a resistor 7.
  • the resistor 7 is directly in electrical contact with the resistance fuse 6.
  • the resistance fuse 6 is arranged on the side of the resistance element 5 facing the center electrode 3 and is directly electrically connected to the center electrode 3.
  • the resistor 7 is arranged on the side of the resistance element 5 facing the connection bolt 4 and makes direct electrical contact with the connection bolt 4.
  • the resistance seal 6 consists of an electrically conductive, solidified glass melt and lies sealingly in the through-opening 13, thus completely sealing the through-opening 13 in the area of the resistance seal 6.
  • the resistance seal 6 consists of an electrically conductive glass melt, which consists of 55 mass% borosilicate glass, 15 mass% aluminum and 30 mass% antimony oxide (Sb 2 O 4 ), each based on the total mass of the glass melt.
  • Aluminum and antimony oxide form an electrically conductive percolate in the borosilicate glass.
  • the borosilicate glass has a chemical composition of 81 mass% SiO 2 , 13 mass% B 2 O 3 , 4 mass% Na 2 O + K 2 O and 2 mass% La 2 O 3 , each based on the total mass of the borosilicate glass.
  • the resistance seal 6 was created by placing a mixture of borosilicate glass powder, aluminum powder and antimony oxide powder in the through-opening 13, melting it there and then cooling it until a solidified glass melt was obtained.
  • the resistance fuse 6 has an ohmic resistance of less than 100 ohms.
  • Resistor 7 is a high voltage resistor in the form of a cylindrical ceramic film resistor. Resistor 7 has an ohmic resistance of 5 kOhm with a tolerance of no more than +/- 5%.
  • the resistance element 5 of the spark plug 1 Due to the resistor 7, the resistance element 5 of the spark plug 1 has a very precisely defined ohmic resistance with only a very small tolerance. At the same time, the resistor 7 is protected from the combustion gases of the combustion chamber by the resistance seal 6, which lies sealingly in the through-opening 13.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze sowie einen Verbrennungsmotor, der wenigstens eine solche Zündkerze umfasst.
  • Zündkerzen dienen zur Entzündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbrennungsmotor beziehungsweise einer Brennkraftmaschine.
  • Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch einen durch die Zündkerze erzeugten Zündfunken gezündet. Zur Erzeugung des Zündfunkens umfassen Zündkerzen eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode, zwischen denen der Zündfunken erzeugt wird. Die Masseelektrode liegt an der Masse des Verbrennungsmotors an. Die Mittelelektrode ist über einen Anschlussbolzen mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden. Ferner ist die Mittelelektrode über ein Widerstandselement elektrisch mit dem Anschlussbolzen verbunden. Das Widerstandselement weist einen ohmschen Widerstand auf und hat die Aufgabe, bei anliegender Zündspannung einen definierten Zündstrom zu ermöglichen. Bei anliegender Zündspannung und Fließen des Zündstroms wird ein Zündfunken zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ausgebildet, der zur Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches führt.
  • Üblicherweise liegt die Zündspannung bei Zündkerzen im Bereich von 10 kV bis 40 kV. Um bei dieser Hochspannung einen definierten Zündstrom zu erzeugen, muss die Höhe des durch das Widerstandselement realisierten ohmschen Widerstandes möglichst exakt definiert sein. Das Widerstandselement ist beim Einsatz in einem Verbrennungsmotor einem korrosiven Angriff ausgesetzt, insbesondere durch Verbrennungsgase, Gasdruck und Temperaturen. Als Widerstandselement werden daher regelmäßig Widerstandseinschmelzungen eingesetzt, die üblicherweise aus einer erhärteten Glasschmelze mit Zusatzstoffen bestehen, da solche Widerstandseinschmelzungen besonders korrosionsfest ausbildbar sind, so dass diese nur einer reduzierten Erosion unterliegen. Durch die Zusatzstoffe der Widerstandseinschmelzung, die insbesondere elektrisch leitfähige Partikel wie beispielsweise Metall-, Graphit- oder Rußpartikel umfassen können, kann die Höhe des ohmschen Widerstandes der Widerstandseinschmelzung eingestellt werden. Allerdings kann der notwendige ohmsche Widerstand, um den gewünschten Zündstrom bei anliegender Zündspannung zu ermöglichen, bei solchen Widerstandseinschmelzungen nur mit einer hohen Toleranz eingestellt werden. Die Toleranz bei Widerstandseinschmelzungen gemäß dem Stand der Technik liegt daher regelmäßig über 50% und kann bis zu 200% betragen.
  • Hierdurch ist ein Zündstrom nur mit einer entsprechend hohen Toleranz definierbar.
  • WO 00/48279 A1 offenbart eine Zündkerze, umfassend eine Masseelektrode, eine Mittelelektrode, einen Anschlussbolzen und ein Widerstandselement in Form einer kohlenstoffbasierten Glaseinschmelzung. EP 2 482 394 A1 offenbart eine Zündkerze mit einem Widerstand aus gesintertem Glaspulver. EP 1 035 550 A2 offenbart eine Zündkerze, bei dem der die Mittelelektrode kontaktierende Widerstand über eine Glaseinschmelzung mit dem Anschlussbolzen kontaktiert ist, so dass die Glaseinschmelzung auf der dem Anschlussbolzen zugewandten Seite des Widerstandselementes angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zündkerze mit einem Widerstandselement mit einer geringen Toleranz des ohmschen Widerstandes zur Verfügung stellen zu können, insbesondere mit einer geringeren Toleranz als bei Widerstandselementen gemäß dem Stand der Technik.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Zündkerze zur Verfügung zu stellen.
  • Zur Lösung der Erfindung wird zur Verfügung gestellt eine Zündkerze, welche umfasst:
    • eine Masseelektrode,
    • eine Mittelelektrode,
    • einen Anschlussbolzen und
    • ein Widerstandselement,
    • wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode zur Erzeugung eines Zündfunkens zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ausgebildet sind,
    • die Mittelelektrode über das Widerstandselement elektrisch mit dem Anschlussbolzen verbunden ist und wobei
    • das Widerstandselement eine Widerstandseinschmelzung und einen Widerstand umfasst;
    • und wobei die Zündkerze die weiteren Merkmale nach Anspruch 1 umfasst.
  • Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, das Widerstandselement mehrteilig beziehungsweise aus mehreren Komponenten zusammengesetzt auszubilden, wobei das Widerstandselement zumindest eine Widerstandseinschmelzung und einen Widerstand umfasst. Dies ermöglicht es, die Funktionen des Widerstandselements voneinander zu entkoppeln und den einzelnen Komponenten des Widerstandselements spezifische Funktionen zuzuweisen. Indem das Widerstandselement eine Widerstandseinschmelzung und zusätzlich einen Widerstand umfasst, kann die Widerstandseinschmelzung besonders erosionsfest ausgebildet sein, während der Widerstand mit einem genau definierbaren ohmschen Widerstand, insbesondere mit einer nur geringen Toleranz realisiert sein kann. Insbesondere kann die Widerstandseinschmelzung elektrisch leitfähig sein, also nur einen geringen ohmschen Widerstand aufweisen, während der ohmsche Widerstand des Widerstandselements durch den Widerstand realisiert sein kann. Dies ermöglicht es, das Widerstandselement zum einen hochkorrosionsfest und zum anderen mit einem definierten ohmschen Widerstand mit nur geringer Toleranz auszubilden.
  • Bevorzugt ist die Widerstandseinschmelzung elektrisch leitfähig. Insoweit weist die Widerstandseinschmelzung bevorzugt nur einen geringen ohmschen Widerstand auf. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Widerstandseinschmelzung einen ohmschen Widerstand unter 100 Ohm auf.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Widerstandseinschmelzung in Form einer Glasschmelze vor, besonders bevorzugt in Form einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze. Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Widerstandseinschmelzung in Form einer Glasschmelze mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Partikeln vor.
  • Unter einer Widerstandseinschmelzung wird im Sinne der Erfindung eine erstarrte Schmelze verstanden, die einen elektrischen Widerstand aufweist. Dieser elektrische Widerstand ist, wie zuvor ausgeführt, bevorzugt gering.
  • Entsprechend wird unter einer Glasschmelze im Sinne der Erfindung eine erstarrte Glasschmelze verstanden.
  • Widerstandseinschmelzungen in Form einer erstarrten Glasschmelze, insbesondere in Form einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Grundsätzlich kann zur Ausbildung der Widerstandseinschmelzung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die hierzu aus dem Stand der Technik bekannten Glasschmelzen zurückgegriffen werden. Um eine Glasschmelze elektrisch leitfähig auszubilden, können in die Glasschmelze elektrisch leitfähige Partikel eingebettet sein, beispielsweise Metallpartikel, Graphitpartikel oder Rußpartikel. Als Glas können die aus dem Stand der Technik bekannten Gläser verwendet werden.
  • Besonders bevorzugt umfasst eine Widerstandseinschmelzung in Form einer Glasschmelze ein Glas in Form von Borosilikatglas. Besonders bevorzugt umfasst eine als leitfähige Glasschmelze ausgebildete Widerstandseinschmelzung Borosilikatglas, in das leitfähige Partikel in Form von Aluminiumpulver und Antimonoxid (Sb2O4) eingebettet sind. Aluminiumpulver und Antimonoxid bilden in der Glasschmelze gemäß der Perkolationstheorie ein leitfähiges Cluster beziehungsweise Perkolat aus. Die Widerstandseinschmelzung kann besonders bevorzugt in Form eines in eine Glasschmelze eingebetteten elektrisch leitfähigen Perkolats vorliegen. Bevorzugt umfasst eine als solch leitfähige Glasschmelze ausgebildete Widerstandseinschmelzung 50 bis 60 Masse-% Borosilikatglas, 10 bis 20 Masse-% Aluminiumpulver, Rest Antimonoxid, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Glasschmelze.
  • Mit einer entsprechend ausgebildeten Glasschmelze kann ohne weiteres ein ohmscher Widerstand unter 100 Ohm erzeugt werden.
  • Besonders bevorzugt sind die Widerstandseinschmelzung, insbesondere eine Widerstandseinschmelzung in Form einer wie vorstehend ausgebildeten Glasschmelze, und der Widerstand derart angeordnet, dass der Widerstand durch die Widerstandseinschmelzung vor Korrosion, insbesondere durch den Verbrennungsmotor, geschützt ist. Insoweit "schützt" die Widerstandseinschmelzung den Widerstand vor den Brenngasen des Verbrennungsmotors. Dies ermöglicht es insbesondere in vorteilhafter Weise, dass der Widerstand nicht in besondere Weise ausgebildet sein muss, um gegenüber den Brenngasen erosionsfest zu sein. Vielmehr kann insoweit in vorteilhafter Weise als Widerstand grundsätzlich ein beliebiger aus dem Stand der Technik bekannter Widerstand, der bei den Zündspannungen für eine Zündkerze einen definierten Zündstrom erzeugt und eine nur geringe Toleranz aufweist, eingesetzt werden.
  • Der Widerstand des Widerstandselements kann grundsätzlich in Form eines jeden aus dem Stand der Technik bekannten Widerstandes vorliegen, durch den bei der üblichen Zündspannung für eine Zündkerze, also insbesondere bei einer Zündspannung im Bereich von 10 kV bis 40 kV, ein definierter Zündstrom erzeugbar ist.
  • Der Widerstand liegt in Form eines keramischen Hochspannungswiderstandes vor, bevorzugter in Form eines zylindrischen keramischen Hochspannungswiderstandes. Die vorstehenden Hochspannungswiderstände können bevorzugt als keramischer Schichtwiderstand, insbesondere in Form eines Metalloxid-Schichtwiderstandes, besonders bevorzugt in Form eines zylindrischen Metalloxid-Schichtwiderstandes vorliegen. Besonders bevorzugt können diese Widerstände als induktionsfreie Hochspannungswiderstände vorliegen.
  • Durch entsprechende Widerstände kann ein Widerstand zur Verfügung gestellt werden, der einen ohmschen Widerstand aufweist, durch den bei der üblichen Zündspannung der Zündkerzen, also insbesondere im Bereich von 10 kV bis 40 kV, ein definierter Zündstrom erzeugbar ist. Bevorzugt weist der Widerstand einen ohmschen Widerstand im Bereich von 3 kOhm bis 15 kOhm, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 kOhm und ganz besonders bevorzugt von 5 kOhm auf.
  • Durch entsprechend ausgebildete Widerstände kann ein Widerstand mit nur einer sehr geringen Toleranz des ohmschen Widerstandes zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt weist der Widerstand eine Toleranz des ohmschen Widerstandes unter +/- 10%, besonders bevorzugt von nicht mehr als +/- 5% auf.
  • Die Widerstandseinschmelzung und der Widerstand sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Beispielsweise kann ein als zylindrischer keramischer Hochspannungswiderstand ausgebildeter Widerstand die Widerstandseinschmelzung unmittelbar elektrisch kontaktieren. Beispielsweise kann auch ein Anschlussdraht des Widerstandes elektrisch mit der Widerstandseinschmelzung verbunden sein, beispielsweise teilweise in diese eingebettet sein.
  • Die Widerstandseinschmelzung ist auf der der Mittelelektrode - und damit auf der dem Brennraum - zugewandten Seite des Widerstandselements angeordnet, während der Widerstand auf der dem Anschlussbolzen zugewandten - und damit der dem Brennraum abgewandten - Seite des Widerstandselements angeordnet. Hierdurch kann der Widerstand, wie oben ausgeführt, in vorteilhafter Weise durch die Widerstandseinschmelzung gegenüber der Massenelektrode beziehungsweise den Brenngasen abgeschirmt sein. Die elektrische Leitung von der Mittelelektrode zum Anschlussbolzen umfasst damit die Mittelelektrode, die sich daran anschließende Widerstandseinschmelzung, den sich daran anschließenden Widerstand und den sich daran anschließenden Anschlussbolzen.
  • Die Widerstandseinschmelzung und der Widerstand sind bevorzugt separat, also als separate Bauteile ausgebildet. Der Widerstand liegt also bevorzugt als separates Bauteil vor, insbesondere als von der Widerstandseinschmelzung separates Bauteil. Bei dem Widerstand handelt es sich also bevorzugt nicht um einen Bestandteil der Widerstandseinschmelzung. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Funktion der Widerstandseinschmelzung, nämlich insbesondere einen erosionsfesten elektrischen Leiter zur Verfügung zu stellen, nicht durch den Widerstand beeinträchtigt wird und ferner die Funktion des Widerstandes, nämlich insbesondere einen definierten ohmschen Widerstand mit einer nur geringen Toleranz des ohmschen Widerstandes zu realisieren, nicht durch die Widerstandseinschmelzung beeinträchtigt wird.
  • Die Zündkerze kann einen Isolator und ein Gehäuse umfassen, wie sie für Zündkerzen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Soweit die Zündkerze ein Gehäuse umfasst, ist die Massenelektrode bevorzugt am Gehäuse angeordnet, insbesondere elektrisch leitend am Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse dient insbesondere zur Befestigung der Zündkerze an einem Verbrennungsmotor, insbesondere am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Zur Befestigung des Gehäuses am Zylinderkopf kann das Gehäuse in bekannter Weise ein Außengewinde aufweisen, über das die Zündkerze in ein korrespondierendes Innengewinde am Zylinderkopf einschraubbar ist.
  • Ein Isolator der Zündkerze kann am Gehäuse befestigt sein, insbesondere in bekannter Weise in das Gehäuse aufgenommen und in diesem festgelegt sein. Der Isolator hat insbesondere die Aufgabe, die Mittelelektrode, das Widerstandselement und den Anschlussbolzen gegenüber dem Gehäuse elektrisch zu isolieren. Hierzu kann die Isolierung in bekannter Weise eine Durchgangsöffnung beziehungsweise Innenbohrung aufweisen, in die die Mittelelektrode, das Widerstandselement und der Anschlussbolzen zumindest teilweise aufgenommen sind. Insbesondere kann das Widerstandselement vollständig in die Durchgangsöffnung aufgenommen sein, während die Mittelelektrode und der Anschlussbolzen nur teilweise in die Durchgangsöffnung aufgenommen sind und in bekannter Weise über die Durchgangsöffnung nach außen hervor ragen. An dem die Durchgangsöffnung des Isolators überragenden Ende der Mittelelektrode ragt diese mit Abstand gegen die Massenelektrode hervor, wodurch im Spalt zwischen der Massenelektrode und der Mittelelektrode eine Funkenstrecke zur Ausbildung eines Zündfunkens ausgebildet ist.
  • An dem über den Isolator hervor ragenden Ende des Anschlussbolzens kann bevorzugt ein Anschlussstecker beziehungsweise ein Kerzenstecker ausgebildet sein, über die der Anschlussbolzen in bekannter Weise mit einer elektrischen Spannungsquelle verbindbar ist.
  • Die Widerstandseinschmelzung liegt bevorzugt dichtend in der Durchgangsöffnung des Isolators ein, also derart, dass sie die Durchgangsöffnung vollständig abdichtet beziehungsweise vollständig versperrt. Hierzu kann die Widerstandseinschmelzung, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in situ im Isolator beziehungsweise in der Durchgangsöffnung des Isolators ausgebildet sein. Hierfür werden in bekannter Weise die Komponenten zur Ausbildung der Widerstandseinschmelzung, also insbesondere beispielsweise Glaspulver und elektrisch leitfähige Partikel, in der Durchgangsöffnung angeordnet, dort aufgeschmolzen und anschließend abkühlen beziehungsweise erstarren gelassen. Gemäß der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform kann insoweit bevorzugt eine Mischung, welche Borosilikatglaspulver, Aluminiumpulver und Antimonoxidpulver umfasst, in der Durchgangsöffnung des Isolators angeordnet, dort aufgeschmolzen und anschließend erstarren gelassen werden, so dass man anschließend eine Widerstandseinschmelzung erhält, die dichtend in der Durchgangsbohrung des Isolators einliegt.
  • Eine solche dichtend in der Durchgangsöffnung einliegende Widerstandseinschmelzung hat insbesondere den Vorteil, dass der Widerstand hierdurch in besonderer Weise wirksam durch die Widerstandseinschmelzung vor Korrosion, insbesondere durch den Verbrennungsmotor, geschützt ist, insbesondere soweit die Widerstandseinschmelzung auf der der Mittelelektrode - und damit auf der dem Brennraum - zugewandten Seite des Widerstandselementes angeordnet ist, während der Widerstand auf der dem Anschlussbolzen zugewandten - und damit der dem Brennraum abgewandten - Seite des Widerstandselementes angeordnet ist.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Widerstandseinschmelzung homogen vor, also in Form eines homogenen Körpers, und weist keine Inhomogenitäten auf, wie beispielsweise Drähte oder sonstige elektrische Leitungen. Dies hat insbesondere auch den Vorteil einer hohen Erosionsfestigkeit und gleichmäßiger elektrischer Eigenschaften der Widerstandseinschmelzung.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verbrennungsmotor, der wenigstens eine erfindungsgemäße Zündkerze umfasst. Dabei kann die wenigstens eine Zündkerze, wie zuvor ausgeführt, bevorzugt am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sein.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur sowie der zugehörigen Figurenbeschreibung.
  • Sämtliche Merkmale der Erfindung können, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombiniert sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
  • Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine teilgeschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze.
  • In ihrer Gesamtheit ist die Zündkerze in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
  • Die Zündkerze 1 weist in bekannter Weise ein Metallgehäuse 8 auf, das über ein Außengewinde 10 so weit in ein (in Figur 1 nicht dargestelltes) korrespondierendes Innengewinde am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors einschraubbar ist, bis es gegen eine als Anschlag dienende Schulter des Gehäuses 8 anschlägt. Zur Abdichtung ist an dieser Schulter des Gehäuses 8 ein Dichtelement 12 angeordnet.
  • In das Gehäuse 8 ist in bekannter Weise ein keramischer Isolator 9 aus Aluminiumoxid aufgenommen und dort festgelegt.
  • Das Gehäuse 8 sowie der Isolator 9 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse X ausgebildet.
  • Am Gehäuse 8 ist in bekannter Weise eine Masseelektrode 2 elektrisch leitend angeordnet. Das freie Ende der Masseelektrode 2 liegt im Bereich der Längsachse X.
  • Konzentrisch zur Längsachse X ist eine Durchgangsöffnung 13 durch den Isolator 9 geführt. In der Durchgangsöffnung 13 ist eine Mittelelektrode 3 angeordnet, die die Durchgangsöffnung 13 mit einem freien Ende in Richtung auf die Masseelektrode 2 überragt und mit Abstand zur Masseelektrode 2 endet. In dem hierdurch zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 2 ausgebildeten Spalt ist eine Funkenstrecke zur Erzeugung eines Zündfunkens der Zündkerze 1 ausgebildet.
  • In der Durchgangsöffnung 13 ist ferner ein Anschlussbolzen 4 ausgebildet, der die Durchgangsöffnung 13 mit einem freien Ende 11 überragt. Das freie Ende 11 des Anschlussbolzens 4 ist als Kerzenstecker zur Verbindung mit einer elektrischen Spannungsquelle ausgebildet. In der Durchgangsöffnung 13 ist ferner ein Widerstandselement 5 ausgebildet, über das die Mittelelektrode 3 elektrisch mit dem Anschlussbolzen 4 verbunden ist. Das Widerstandselement 5 ist vollständig innerhalb der Durchgangsöffnung 13 angeordnet. Das Widerstandselement 5 umfasst eine Widerstandseinschmelzung 6 sowie einen Widerstand 7. Der Widerstand 7 liegt unmittelbar elektrisch leitend an der Widerstandseinschmelzung 6 an. Die Widerstandseinschmelzung 6 ist auf der der Mittelelektrode 3 zugewandten Seite des Widerstandselements 5 angeordnet und unmittelbar elektrisch leitend mit der Mittelelektrode 3 verbunden. Der Widerstand 7 ist auf der dem Anschlussbolzen 4 zugewandten Seite des Widerstandselements 5 angeordnet und kontaktiert den Anschlussbolzen 4 unmittelbar elektrisch leitend.
  • Die Widerstandseinschmelzung 6 besteht aus einer elektrisch leitfähigen, erstarrten Glasschmelze und liegt dichtend in der Durchgangsöffnung 13 ein, dichtet also die Durchgangsöffnung 13 im Bereich der Widerstandseinschmelzung 6 vollständig ab. Die Widerstandseinschmelzung 6 besteht aus einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze, die aus 55 Masse-% Borosilikatglas, 15 Masse-% Aluminium und 30 Masse-% Antimonoxid (Sb2O4) besteht, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Glasschmelze.
  • Aluminium und Antimonoxid bilden dabei ein elektrisch leitfähiges Perkolat im Borosilikatglas aus. Das Borosilikatglas weist eine chemische Zusammensetzung aus 81 Masse-% SiO2, 13 Masse-% B2O3, 4 Masse-& Na2O + K2O und 2 Masse-% La2O3 auf, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Borosilikatglases. Die Widerstandseinschmelzung 6 wurde erstellt, indem eine Mischung aus Borosilikatglaspulver, Aluminiumpulver und Antimonoxidpulver in der Durchgangsöffnung 13 angeordnet, dort erschmolzen und anschließend abgekühlt wurde, bis eine erstarrte Glasschmelze erhalten wurde.
  • Die Widerstandseinschmelzung 6 weist einen ohmschen Widerstand von unter 100 Ohm auf.
  • Der Widerstand 7 ist ein Hochspannungswiderstand in Form eines zylindrischen keramischen Schichtwiderstandes. Der Widerstand 7 weist einen ohmschen Widerstand von 5 kOhm mit einer Toleranz von nicht mehr als +/- 5% auf.
  • Durch den Widerstand 7 weist das Widerstandselement 5 der Zündkerze 1 einen sehr exakt definierten ohmschen Widerstand mit einer nur sehr geringen Toleranz auf. Gleichzeitig ist der Widerstand 7 durch die Widerstandseinschmelzung 6, die dichtend in der Durchgangsöffnung 13 einliegt, vor den Brenngasen des Verbrennungsraums geschützt.

Claims (13)

  1. Zündkerze, umfassend
    1.1 eine Masseelektrode (2);
    1.2 eine Mittelelektrode (3);
    1.3 einen Anschlussbolzen (4); und
    1.4 ein Widerstandselement (5); wobei
    1.5 die Masseelektrode (2) und die Mittelelektrode (3) zur Erzeugung eines Zündfunkens zwischen der Masseelektrode (2) und der Mittelelektrode (3) ausgebildet sind;
    1.6 die Mittelelektrode (3) über das Widerstandselement (5) elektrisch mit dem Anschlussbolzen (4) verbunden ist; wobei
    1.7 das Widerstandselement (5) eine Widerstandseinschmelzung (6) und einen Widerstand (7) in Form eines keramischen Hochspannungswiderstandes umfasst;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    1.8 die Widerstandseinschmelzung (6) auf der der Mittelelektrode (3) zugewandten Seite des Widerstandselements (5) angeordnet ist, während der Widerstand (7) auf der dem Anschlussbolzen (4) zugewandten Seite des Widerstandselements (5) angeordnet ist.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Widerstandseinschmelzung (6) elektrisch leitfähig ist.
  3. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Widerstandseinschmelzung (6) einen ohmschen Widerstand unter 100 Ohm aufweist.
  4. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Widerstandseinschmelzung (6) in Form einer Glasschmelze.
  5. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Widerstandseinschmelzung (6) in Form einer Glasschmelze mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Partikeln.
  6. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Widerstandseinschmelzung (6) in Form eines in eine Glasschmelze eingebetteten elektrisch leitfähigen Perkolats.
  7. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstand durch die Widerstandseinschmelzung vor Korrosion geschützt ist.
  8. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Isolator (9), in den das Widerstandselement (5) aufgenommen ist.
  9. Zündkerze nach Anspruch 8, wobei die Widerstandseinschmelzung (6) dichtend in eine Durchgangsöffnung (13) des Isolators (9) aufgenommen ist.
  10. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstand (7) einen ohmschen Widerstand im Bereich von 3 bis 15 kOhm aufweist.
  11. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstand (7) eine Toleranz des ohmschen Widerstandes unter +/- 10 % aufweist.
  12. Zündkerze nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Widerstandseinschmelzung (6) und der Widerstand (7) separat ausgebildet sind.
  13. Verbrennungsmotor, der wenigstens eine Zündkerze (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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DE19910447A1 (de) * 1999-03-10 2000-09-14 Bosch Gmbh Robert Keramischer elektrischer Widerstand
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