WO1994011933A1 - Electrical heated plug for igniting fuel-air mixtures - Google Patents

Electrical heated plug for igniting fuel-air mixtures Download PDF

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WO1994011933A1
WO1994011933A1 PCT/DE1993/001028 DE9301028W WO9411933A1 WO 1994011933 A1 WO1994011933 A1 WO 1994011933A1 DE 9301028 W DE9301028 W DE 9301028W WO 9411933 A1 WO9411933 A1 WO 9411933A1
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WO
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insulating body
electrical insulating
electrical
combustion chamber
heating element
Prior art date
Application number
PCT/DE1993/001028
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German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Rieger
Ernst Linder
Roger Potschin
Gerhard Ziegler
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • 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
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/18—Means for heating, e.g. for drying

Definitions

  • the invention is based on an electrically heated spark plug according to the type of the main claim.
  • An electrically heated spark plug is already known (DE-AS 19 08 971), in which a wire-shaped resistance heating element is embedded in the longitudinal section of the electrical insulating body on the combustion chamber side, comprising the central electrode is; the electrical leads to the resistance heating element are also embedded in the electrical insulating body.
  • the installation of such a resistance heating element and its supply lines in the electrical insulating body is very expensive and the durability of such an arrangement is unsatisfactory because of the different thermal expansion coefficients of the electrical insulating body and resistance heating element.
  • the electrically heated spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the resistance heating element can be attached to a spark plug in a technically simple and cost-effective manner and remains functional in the long term.
  • the electrical insulating body is produced from two components, the first of which comprises the longitudinal bore, is of essentially rotational metric shape and has a diameter over its entire length which is essentially the diameter of the resistance heating element has supporting longitudinal section, and of which the second component is designed like a sleeve and pushed onto the first component and fixed thereon, forming the collar of the electrical insulating body.
  • FIGS. 2 and 3 show developments of configurations of resistance heating elements applied to the spark plug electrical insulating body. Description of the embodiments
  • the (high-voltage) spark plug 10 shown in FIG. 1 has an essentially tubular metal housing 11 which has a screw-in thread 11/1 on its outside on the combustion chamber side and a key hexagon 11/2 on the connection side as a means for installing the spark plug 10 in a ( Internal combustion engine (not shown), in particular for an internal combustion engine of motor vehicles; the representation of a sealing ring has been dispensed with.
  • this metal housing 11 comprises, in a known manner, a rotationally symmetrical electrical insulating body 12, which, for example, essentially consists of sintered aluminum oxide, has a so-called head 12/1 on the connection side, which faces in the direction Connect a 12/2 collar and a 12/3 foot to the combustion chamber.
  • This electrical insulating body 12 lies with a shoulder 12/4, which is formed between the collar 12/2 and the foot 12/3 of the electrical insulating body 12, on a shoulder 11/4 in the through bore 11/3 of the metal housing 11;
  • a sealing ring 14 is arranged between the shoulder 12/4 of the electrical insulating body 12 and the shoulder 11/4 of the metal housing 11.
  • the connection-side region of the metal housing 11 is shaped as a flange edge 11/5 via this flange ring 15.
  • the electrical insulating body 12 is held firmly and tightly in the metal housing 11.
  • the shrink area of the metal housing 11 is identified in the figure by the reference number 11/6.
  • the electrical insulating body 12 can also be fixed in a known manner by cementing or the like in the metal housing 11.
  • the electrical insulating body 12 has, in a known manner, a step-shaped longitudinal bore 12/6, the head bore 12/7 of which is located in the connection-side area has a larger diameter than the foot bore 12/8 of the electrical insulation body 12 on the combustion chamber side; the foot hole 12/8 begins approximately in the area of the shoulder 11/4 in the through hole 11/3 of the metal housing 11.
  • a center electrode 16 extends in this foot hole 12/8, the shaft 16/1 of which essentially fills the cross section of the foot hole 12/8 of the electrical insulating body foot 12/3, with its end on the combustion chamber side over a spark gap 17 at the end on the combustion chamber side of the metal housing 11 is attached to the ground electrode 13 and merges at its connection-side section via a collar 16/2 into a head 16/3, which in turn is provided with a smaller diameter.
  • the collar 16/2 of this center electrode 16 lies in the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12 on a shoulder 12/9 formed between the head bore 12/7 and the foot bore 12/8 and consequently determines the longitudinal fixation of the center electrode 16.
  • the center electrode 16 consists in a known manner of a corrosion-resistant material (e.g.
  • the head 16/3 of the central electrode 16 is preferably provided with anchoring means (for example grooves, wings) and is surrounded by an electrically conductive and heat-conductive casting compound 18 which fills the area of the head bore 12/7 of the electrical insulating body 12 located here and extends further in this head bore 12/7 on the connection side.
  • Such casting compounds 18 are known (for example from DE-PS 1 206 209, US Pat. No. 2,106,158), they can additionally also be provided with substances acting as electrical resistance (for example, US Pat. No. 3,903,453).
  • a pin-shaped connecting element 19 with the end section of its shaft 19/1 on the combustion chamber side is immersed in the potting compound 18; the section of the connecting element 19 which is immersed in the sealing compound 18 is equipped in a known manner with anchoring means 19/3 (for example thread, knurling).
  • This bolt-shaped connecting element 19 is made of metal and has a head 19/2 adjoining its shaft 19/1 on the connection side; this head 19/2 of the connecting element 19 has a diameter which is larger than the diameter of the shaft 19/1 and which fills the cross section of the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12.
  • a flange 19/4 is also formed on the connection side, which closes the connection-side end of the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12 and merges into a threaded section (not shown), on which one section has a so-called SAE Profile provided connecting nut 20 is screwed on.
  • the ground electrode 13 shown in FIG. 1 is designed as a bent wire welded to the metal housing 11, but it can also be of another known configuration.
  • Such ground electrodes 13 are made of erosion-resistant material, e.g. made of a nickel alloy, but they can also have a copper core and / or be equipped with precious metals.
  • a longitudinal section located on the head 12/1 of the electrical insulating body 12 is provided with a plurality of coaxial annular grooves 12/11, which serve as a leakage current barrier;
  • Such ring grooves 12/11 are state of the art and can be of different profiles.
  • a depression 12/11 is formed coaxially around the end section of the central electrode 16 on the combustion chamber side, the dimensions of which depend on the particular type of internal combustion engine; Such a depression 12/11 is called a breathing space.
  • the foot 12/3 of the electrical insulating body 12 is of circular cylindrical shape and closes on the combustion chamber side with its end face 12/10 approximately with the end face 11/6 of the metal housing 11, but can also protrude somewhat behind the metal housing end face 11/6 or somewhat above this metal housing face 11/6 protrude.
  • a resistance heating element 21 is arranged according to the invention, which is applied using thick-film technology (e.g. screen printing method, rolling process) and consists of a suitable material (e.g. platinum alloy, tungsten alloy).
  • the configuration of the resistance heating element 21 can - as shown in development - be carried out as shown in FIG. 2 of the drawing, i.e. with tracks 21/1 which run essentially in the circumferential direction of the electrical insulator base 12/3 and are connected in series with one another.
  • a resistance heating element 21 ' In another embodiment of a resistance heating element 21 ', the tracks 21/1' run axially parallel on the electrical insulator base 12/3, and are then also electrically connected in series.
  • a resistance heating element 21, 21 ' is preferably applied to that longitudinal section of the electrical insulating body base 12/3 by means of screen printing or roller technology which comprises the depression 12/11 (breathing space) of the electrical insulating body 12.
  • the resistance heating element 21 is connected by means of web-like electrical conductors 22, which are also applied to the electrical insulating body 12 by a screen printing or rolling method, with connecting elements 23/1. 23/2 electrically connected, which are preferably ring-shaped and are fixed on the electrical insulating body head 12/1. These connection elements 23/1, 23/2 are separated from one another by means of an insulating washer 24 arranged between the two.
  • a first electrical conductor 22 (in FIG.
  • connection element 23/1 located furthest on the connection side on the electrical insulating body head 12/1, while the second electrical conductor 22 (in Figure 1 on the left side of the electrical insulating body 12) is connected to the connection element 23/2 which is close to the metal housing 11.
  • the electrical insulating body 12 is composed of two components, the first component comprising the head 12/1 and the base 12/3 and a central section 12/13 of the electrical insulating body 12, all of which have an outer diameter like the electrical insulator base 12/3.
  • the second component of the preferred embodiment of the electrical insulating body 12 is the electrical insulating body collar 12/2, which in this case is tubular and is fixed on the central section 12/13 of the first described component of the electrical insulating body 12 (preferably by sintering).
  • the electrical conductors 22 extending from the resistance heating element 21 do not lead over the electrical insulating body collar 12/2, but over the surface of the central electrical insulating body section 12/13.
  • the resistance heating element 21 and the associated electrical conductors 22 can be applied to the electrical insulating body 12 in a single application step (screen printing or rolling process).
  • the resistance heating element 21 and the electrical conductors 22 are covered by means of an electrically insulating layer (not shown) or by means of the described tubular collar 12/2 and are thus protected against unwanted electrical contact with the metal housing 11 which is electrically grounded.
  • the resistance heating element 21 and the electrical conductors 22 can preferably be applied to the cylindrical first component of the electrical insulating body 12 which is still in the "green state"; then this first component is finish-sintered with the applied resistance heating element 21 and the electrical conductors 22, and only then is the tubular collar 12/2 sintered onto the first component of the electrical insulating body 12 in an additional sintering step.
  • the insulating layer can be applied to the heating element 21 or the electrical conductors 22 by known methods (e.g. spraying, dipping).
  • the heating power supplied via the connection elements 23/1, 23/2 can be regulated as a function of the electrical resistance of the resistance heating element 21 and consequently can be kept at a minimum required level.
  • the heat value of the candle is influenced by the formation of the depression 12/11 located in the electrical insulating body end face 12/10 (breathing space).
  • spark plugs with electrical resistance heating element 21 prevent deposits of soot, 01, coal and ash in the area of such spark plugs 10 on the combustion chamber side and consequently bring about a better cold start, a more reliable ignition and a longer service life of the spark plugs. They also enable a lower ignition voltage requirement and larger heat value ranges.
  • the resistance heating element 21, 21 'according to the present invention is very efficient and simple to apply to the electrical insulating body 12.

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

The proposal is for an electrically heated plug (10) for igniting fuel-air mixtures. This plug (10) surrounds a tubular electric insulator (12) sealed in the through drilling (11/3) of its tubular metal casing (11) in the longitudinal drilling (12/6) of which is secured a central electrode (16) which is electrically connected to a connector (19); the electric insulator (12) is fitted with a collar (12/2) to provide a gastight seal in the metal casing (11). The heating element (21) is fitted on a cylindrical longitudinal section (12/3) of the insulator (12) on the combustion chamber side as a thick film of predetermined configuration, in which the conductors (22) to the heating element (21) are also taken. In the preferred embodiment, the insulator (12) consists of two components, the first containing the longitudinal drilling (12/6) and having over its entire length the same diameter as the longitudinal section (12/3) bearing the heating element (21) and the second having a sleeve shape forming the collar (12/2) and being pushed over and secured to the first.

Description

Elektrisch beheizte Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-GemischenElectrically heated spark plug for igniting fuel-air mixtures
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer elektrisch beheizten Zündkerze nach der Gattung des Hauptanspruchs- Es ist schon eine elektrisch beheiz¬ te Zündkerze bekannt (DE-AS 19 08 971), bei der ein drahtförmiges Widerstandsheizelement in den brennraumseitigen, die Mittelelektrode umfassenden Längsabschnitt des Elektroisolierkörpers eingebettet ist; auch die elektrischen Zuleitungen zum Widerstandsheizelement sind in dem Elektroisolierkörper mit eingebettet. Der Einbau eines derartigen Widerstandsheizelements und seiner Zuleitungen in den Elektroisolierkörper ist sehr teuer und die Haltbarkeit einer sol¬ chen Anordnung ist wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs¬ koeffizienten von Elektroisolierkörper und Widerstandsheizelement unbefriedigend.The invention is based on an electrically heated spark plug according to the type of the main claim. An electrically heated spark plug is already known (DE-AS 19 08 971), in which a wire-shaped resistance heating element is embedded in the longitudinal section of the electrical insulating body on the combustion chamber side, comprising the central electrode is; the electrical leads to the resistance heating element are also embedded in the electrical insulating body. The installation of such a resistance heating element and its supply lines in the electrical insulating body is very expensive and the durability of such an arrangement is unsatisfactory because of the different thermal expansion coefficients of the electrical insulating body and resistance heating element.
Weiterhin ist es bekannt (DE 40 07 190 Cl), bei elektrisch beheizten Zündkerzen im Bereich der Mittelelektrode um den Elektroisolierkör¬ per herum ein drahtförmiges Widerstandsheizelement anzuordnen, die¬ ses mittels einer keramischen Hülse zu umfassen und die Zwischen¬ räume zwischen dem Widerstandsheizelement und der keramischen Hülse mit einer keramischen Masse zu füllen; auch diese Ausführungsform einer elektrischen Heizung für eine Zündkerze ist sehr teuer und gewährleistet auf Dauer keine Betriebssicherheit.Furthermore, it is known (DE 40 07 190 Cl) to arrange a wire-shaped resistance heating element in the area of the central electrode in the area of the central electrode in the case of electrically heated spark plugs, to enclose this by means of a ceramic sleeve and to cover the spaces between the resistance heating element and the ceramic sleeve fill with a ceramic mass; This embodiment of an electric heater for a spark plug is also very expensive and does not guarantee operational reliability in the long run.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Zündkerze mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor¬ teil, daß das Widerstandsheizelement auf technisch einfache und ko¬ stengünstige Weise an einer Zündkerze angebracht werden kann und auf Dauer funktionstüchtig bleibt.In contrast, the electrically heated spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the resistance heating element can be attached to a spark plug in a technically simple and cost-effective manner and remains functional in the long term.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen elektrisch beheizten Zündkerze möglich. Besonders vor¬ teilhaft ist es, wenn der Elektroisolierkörper aus zwei Bauteilen hergestellt wird, von denen das erste die Längsbohrung umfaßt, von im wesentlichen rotationss mmetrischer Form ist und über seine ge¬ samte Länge im wesentlichen einen Durchmesser hat, welcher dem Durchmesser des das Widerstandsheizelement tragenden L ngsabschnitts hat, und von denen das zweite Bauteil hülsenartig ausgebildet und auf das erste Bauteil aufgeschoben und darauf, den Bund des Elektro¬ isolierkörpers bildend, festgelegt ist.The measures listed in the subclaims permit advantageous further developments and improvements of the electrically heated spark plug specified in the main claim. It is particularly advantageous if the electrical insulating body is produced from two components, the first of which comprises the longitudinal bore, is of essentially rotational metric shape and has a diameter over its entire length which is essentially the diameter of the resistance heating element has supporting longitudinal section, and of which the second component is designed like a sleeve and pushed onto the first component and fixed thereon, forming the collar of the electrical insulating body.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert; die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine vergrößert dargestellte Zündkerze gemäß der Erfindung und die Figuren 2 und 3 zeigen Abwicklungen von auf dem Zündkerzen-Elektroisolierkörper aufgebrachten Konfigurationen von WiderStandsheizelementen. Beschreibung der AusführungsbeispieleEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the description; 1 shows a longitudinal section through an enlarged spark plug according to the invention and FIGS. 2 and 3 show developments of configurations of resistance heating elements applied to the spark plug electrical insulating body. Description of the embodiments
Die in der Figur 1 dargestellte (Hochspannungs-)Zündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner brennraumseitigen Außenseite ein Einschraubgewinde 11/1 und an- schlußseits ein Schlüsselsechskant 11/2 als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in eine (nicht dargestellte) Brennkraftmaschine aufweist, insbesondere für eine Brennkraftmaschine von Kraftfahr¬ zeugen; auf die Darstellung eines Dichtringes wurde verzichtet. Die¬ ses Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner stufenförmigen Durchgangs¬ bohrung 11/3 in bekannter Weise einen rotationssy metrischen Elek¬ troisolierkörper 12, der z.B. im wesentlichen aus gesintertem Alumi¬ niumoxid besteht, anschlußseits einen sogenannten Kopf 12/1 besitzt, welchem sich in Richtung Brennkammer ein Bund 12/2 und ein Fuß 12/3 anschließen. Dieser Elektroisolierkörper 12 liegt mit einer Schulter 12/4, welche zwischen dem Bund 12/2 und dem Fuß 12/3 des Elektro¬ isolierkörpers 12 gebildet ist, auf einem Absatz 11/4 in der Durch¬ gangsbohrung 11/3 des Metallgehäuses 11; in üblicher Weise ist zwi¬ schen der Schulter 12/4 des Elektroisolierkörpers 12 und dem Absatz 11/4 des Metallgehäuses 11 ein Dichtring 14 angeordnet. Auf einer anschlußseitigen Schulter 12/5 des Elektroisolierkörpers 12, die zwischen dem Kopf 12/1 und dem Bund 12/2 des Elektroisolierkörpers 12 gebildet ist, liegt in bekannter Weise ein Bördelring 15; über diesen Bördelring 15 ist der anschlußseitige Bereich des Metall¬ gehäuses 11 als Bördelrand 11/5 geformt. Infolge der beschriebenen Fixierung des Elektroisolierkörpers 12 im Metallgehäuse 11 und zu¬ sätzlich mittels des bekannten Warmschrumpfprozesses (US-BS 2 111 916) ist der Elektroisolierkörper 12 fest und dicht im Metallgehäuse 11 gehalten. Der Schrumpfbereich des Metallgehäuses 11 ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 11/6 gekennzeichnet. Anstelle der Anwendung dieses Bördelund Warmschrumpfprozesses kann der Elek¬ troisolierkörper 12 aber auch in bekannter Weise durch Einkitten o.a. im Metallgehäuse 11 abdichtend festgelegt sein. Der Elektroisolierkörper 12 besitzt in bekannter Weise eine stufen¬ förmige Längsbohrung 12/6, deren im anschlußseitigen Bereich befind¬ liche Kopfbohrung 12/7 einen größeren Durchmesser hat als die im brennraumseitigen Bereich des Elektroisolierkörpers 12 befindliche Fußbohrung 12/8; die Fußbohrung 12/8 beginnt etwa im Bereich des Absatzes 11/4 in der Durchgangsbohrung 11/3 des Metallgehäuses 11.The (high-voltage) spark plug 10 shown in FIG. 1 has an essentially tubular metal housing 11 which has a screw-in thread 11/1 on its outside on the combustion chamber side and a key hexagon 11/2 on the connection side as a means for installing the spark plug 10 in a ( Internal combustion engine (not shown), in particular for an internal combustion engine of motor vehicles; the representation of a sealing ring has been dispensed with. In its step-shaped through bore 11/3, this metal housing 11 comprises, in a known manner, a rotationally symmetrical electrical insulating body 12, which, for example, essentially consists of sintered aluminum oxide, has a so-called head 12/1 on the connection side, which faces in the direction Connect a 12/2 collar and a 12/3 foot to the combustion chamber. This electrical insulating body 12 lies with a shoulder 12/4, which is formed between the collar 12/2 and the foot 12/3 of the electrical insulating body 12, on a shoulder 11/4 in the through bore 11/3 of the metal housing 11; In a conventional manner, a sealing ring 14 is arranged between the shoulder 12/4 of the electrical insulating body 12 and the shoulder 11/4 of the metal housing 11. On a connection-side shoulder 12/5 of the electrical insulating body 12, which is formed between the head 12/1 and the collar 12/2 of the electrical insulating body 12, there is a flange ring 15 in a known manner; The connection-side region of the metal housing 11 is shaped as a flange edge 11/5 via this flange ring 15. As a result of the described fixation of the electrical insulating body 12 in the metal housing 11 and additionally by means of the known heat shrinking process (US-BS 2 111 916), the electrical insulating body 12 is held firmly and tightly in the metal housing 11. The shrink area of the metal housing 11 is identified in the figure by the reference number 11/6. Instead of using this flanging and heat shrinking process, the electrical insulating body 12 can also be fixed in a known manner by cementing or the like in the metal housing 11. The electrical insulating body 12 has, in a known manner, a step-shaped longitudinal bore 12/6, the head bore 12/7 of which is located in the connection-side area has a larger diameter than the foot bore 12/8 of the electrical insulation body 12 on the combustion chamber side; the foot hole 12/8 begins approximately in the area of the shoulder 11/4 in the through hole 11/3 of the metal housing 11.
In dieser Fußbohrung 12/8 erstreckt sich eine Mittelelektrode 16, deren Schaft 16/1 im wesentlichen den Querschnitt der Fußbohrung 12/8 des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 ausfüllt, dabei mit ihrem brennkammerseitigen Ende über eine Funkenstrecke 17 einer am brenn¬ raumseitigen Ende des Metallgehäuses 11 befestigten Masse-Elektrode 13 gegenübersteht und an ihrem anschlußseitigen Abschnitt über einen Bund 16/2 in einen wiederum mit kleinerem Durchmesser versehenen Kopf 16/3 übergeht. Der Bund 16/2 dieser Mittelelektrode 16 liegt in der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkörpers 12 auf einem zwischen der Kopfbohrung 12/7 und der Fußbohrung 12/8 gebildeten Absatz 12/9 auf und bestimmt infolgedessen die Längsfixierung der Mittelelektrode 16. Die Mittelelektrode 16 besteht in bekannter Weise aus einem korrosionsfesten Material (z.B. aus einer Nickellegierung), sie kann in bekannter Weise auch mit einem (nicht dargestellten) Kern aus Wärme gut leitendem Material (z.B. Kupfer) und/oder im Zündbereich auch mit abbrandfesten Edelmetallen o.a. versehen sein. Der Kopf 16/3 der Mittelelektrode 16 ist in bevorzugter Weise mit Verankerungsmitteln (z.B. Nuten, Flügel) versehen und ist von einer elektrisch leitenden und Wärme gut leitenden Vergußmasse 18 umgeben, die den hier befindlichen Bereich der Kopfbohrung 12/7 des Elektroisolierkörpers 12 ausfüllt und sich in dieser Kopfbohrung 12/7 auch noch weiter anschlußseits erstreckt. Derartige Vergußmassen 18 sind bekannt (z.B. aus DE-PS 1 206 209, US-PS 2 106 158), sie können zusätzlich auch noch mit als elektri¬ scher Widerstand wirkenden Stoffen versehen sein (z.B. US-PS 3 903 453).A center electrode 16 extends in this foot hole 12/8, the shaft 16/1 of which essentially fills the cross section of the foot hole 12/8 of the electrical insulating body foot 12/3, with its end on the combustion chamber side over a spark gap 17 at the end on the combustion chamber side of the metal housing 11 is attached to the ground electrode 13 and merges at its connection-side section via a collar 16/2 into a head 16/3, which in turn is provided with a smaller diameter. The collar 16/2 of this center electrode 16 lies in the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12 on a shoulder 12/9 formed between the head bore 12/7 and the foot bore 12/8 and consequently determines the longitudinal fixation of the center electrode 16. The center electrode 16 consists in a known manner of a corrosion-resistant material (e.g. from a nickel alloy), it can also be provided in a known manner with a core (not shown) made of heat-conducting material (e.g. copper) and / or in the ignition area also with erosion-resistant noble metals or the like. The head 16/3 of the central electrode 16 is preferably provided with anchoring means (for example grooves, wings) and is surrounded by an electrically conductive and heat-conductive casting compound 18 which fills the area of the head bore 12/7 of the electrical insulating body 12 located here and extends further in this head bore 12/7 on the connection side. Such casting compounds 18 are known (for example from DE-PS 1 206 209, US Pat. No. 2,106,158), they can additionally also be provided with substances acting as electrical resistance (for example, US Pat. No. 3,903,453).
In die Vergußmasse 18 taucht anschlußseits ein bolzenförmiges An¬ schlußelement 19 mit dem brennraumseitigen Endabschnitt seines Schaftes 19/1 ein; der in die Vergußmasse 18 eintauchende Abschnitt des Anschlußelements 19 ist in bekannter Weise mit Verankerungsmit¬ teln 19/3 (z.B. Gewinde, Rändelung) ausgestattet. * Dieses bolzenför- ige Anschlußelement 19 besteht aus Metall und besitzt einen sich anschlußseits an seinen Schaft 19/1 anschließenden Kopf 19/2; dieser Kopf 19/2 des Anschlußelementes 19 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Schaftes 19/1 und der den Querschnitt der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkörpers 12 ausfüllt. An diesen Kopf 19/2 des Anschlußelementes 19 ist anschlußseits ein Flansch 19/4 noch mit angeformt, der das anschlußseitige Ende der Längsbohrung 12/6 des Elektroisolierkörpers 12 abschließt und in einen (nicht dargestellten) Gewindeabschnitt übergeht, auf welchem eine mit einem sogenannten SAE-Profil ver¬ sehene Anschlußmutter 20 aufgeschraubt ist.A pin-shaped connecting element 19 with the end section of its shaft 19/1 on the combustion chamber side is immersed in the potting compound 18; the section of the connecting element 19 which is immersed in the sealing compound 18 is equipped in a known manner with anchoring means 19/3 (for example thread, knurling). * This bolt-shaped connecting element 19 is made of metal and has a head 19/2 adjoining its shaft 19/1 on the connection side; this head 19/2 of the connecting element 19 has a diameter which is larger than the diameter of the shaft 19/1 and which fills the cross section of the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12. On this head 19/2 of the connecting element 19, a flange 19/4 is also formed on the connection side, which closes the connection-side end of the longitudinal bore 12/6 of the electrical insulating body 12 and merges into a threaded section (not shown), on which one section has a so-called SAE Profile provided connecting nut 20 is screwed on.
Die in der Figur 1 dargestellte Masse-Elektrode 13 ist als an das Metallgehäuse 11 angeschweißter, gebogener Draht ausgebildet, sie kann jedoch auch von anderer bekannter Konfiguration sein. Derartige Masse-Elektroden 13 bestehen aus abbrandfestem Material, z.B. aus einer Nickel-Legierung, sie können aber auch zusätzlich einen Kupferkern aufweisen und/oder mit Edelmetallen bestückt sein.The ground electrode 13 shown in FIG. 1 is designed as a bent wire welded to the metal housing 11, but it can also be of another known configuration. Such ground electrodes 13 are made of erosion-resistant material, e.g. made of a nickel alloy, but they can also have a copper core and / or be equipped with precious metals.
Ein am Kopf 12/1 des Elektroisolierkörpers 12 befindlicher Längsab¬ schnitt ist mit mehreren koaxialen Ringnuten 12/11 versehen, die als Kriechstrombarriere dienen; derartige Ringnuten 12/11 sind Stand der Technik und können von unterschiedlichem Profil sein. In der brennraumseitigen Stirnfläche 12/10 des Elektroisolierkörpers 12 ist eine koaxial um den brennraumseitigen Endabschnitt der Mit¬ telelektrode 16 angeordnete Vertiefung 12/11 eingeformt, deren Ab¬ messungen vom jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abhängig ist; eine solche Vertiefung 12/11 wird als Atmungsraum bezeichnet.A longitudinal section located on the head 12/1 of the electrical insulating body 12 is provided with a plurality of coaxial annular grooves 12/11, which serve as a leakage current barrier; Such ring grooves 12/11 are state of the art and can be of different profiles. In the end face 12/10 of the electrical insulating body 12 on the combustion chamber side, a depression 12/11 is formed coaxially around the end section of the central electrode 16 on the combustion chamber side, the dimensions of which depend on the particular type of internal combustion engine; Such a depression 12/11 is called a breathing space.
Der Fuß 12/3 des Elektroisolierkörpers 12 ist von kreiszylindrischer Form und schließt brennraumseits mit seiner Stirnfläche 12/10 in etwa mit der Stirnfläche 11/6 des Metallgehäuses 11 ab, kann aber auch etwas hinter der Metallgehäuse-Stirnfläche 11/6 zurückstehen oder etwas über diese Metallgehäuse-Stirnfläche 11/6 hinausstehen. Auf der Umfangsflache dieses Elektroiεolierkörper-Fußes 12/3 ist erfindungsgemäß ein Widerstandsheizelement 21 angeordnet, das in Dickschichttechnik (z.B. Siebdruckverfahren, Abwälzverf hren) aufgebracht ist und aus einem geeigneten Material (z.B. Platinle¬ gierung, Wolframlegierung) besteht. Die Konfiguration des Wider¬ standsheizelementes 21 kann - in Abwicklung gezeigt - wie in der Figur 2 der Zeichnung ausgeführt sein, d.h. mit im wesentlichen in Umfangsrichtung des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 verlaufenden Bahnen 21/1, die untereinander in Reihe geschaltet sind.The foot 12/3 of the electrical insulating body 12 is of circular cylindrical shape and closes on the combustion chamber side with its end face 12/10 approximately with the end face 11/6 of the metal housing 11, but can also protrude somewhat behind the metal housing end face 11/6 or somewhat above this metal housing face 11/6 protrude. On the circumferential surface of this electrical insulating foot 12/3, a resistance heating element 21 is arranged according to the invention, which is applied using thick-film technology (e.g. screen printing method, rolling process) and consists of a suitable material (e.g. platinum alloy, tungsten alloy). The configuration of the resistance heating element 21 can - as shown in development - be carried out as shown in FIG. 2 of the drawing, i.e. with tracks 21/1 which run essentially in the circumferential direction of the electrical insulator base 12/3 and are connected in series with one another.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Widerstandsheizele entes 21' verlaufen die Bahnen 21/1' achsparallel auf dem Elektroisolierkör- per-Fuß 12/3, und sind dann ebenfalls elektrisch in Reihe geschal¬ tet. Ein solches Widerstandsheizelement 21, 21' ist bevorzugt auf demjenigen Längsabschnitt des Elektroisolierkörper-Fußes 12/3 mit¬ tels Siebdruck oder Abwälztechnik aufgebracht, der die Vertiefung 12/11 (Atmungsraum) des Elektroisolierkörpers 12 umfaßt.In another embodiment of a resistance heating element 21 ', the tracks 21/1' run axially parallel on the electrical insulator base 12/3, and are then also electrically connected in series. Such a resistance heating element 21, 21 'is preferably applied to that longitudinal section of the electrical insulating body base 12/3 by means of screen printing or roller technology which comprises the depression 12/11 (breathing space) of the electrical insulating body 12.
Das Widerstandheizelement 21 ist über bahnartige elektrische Leiter 22, die auch durch ein Siebdruckoder Abwälzverfahren auf dem Elek¬ troisolierkörper 12 aufgebracht sind, mit Anschlußelementen 23/1, 23/2 elektrisch leitend verbunden, die in bevorzugter Weise ringför¬ mig ausgebildet und auf dem Elektroisolierkörper-Kopf 12/1 fest¬ gelegt sind. Diese Anschlußelemente 23/1, 23/2 sind dabei mittels einer zwischen beiden angeordneten Isolierringscheibe 24 voneinander getrennt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein erster elek¬ trischer Leiter 22 (in Figur 1 auf der rechten Seite des Elektroiso¬ lierkörpers 12) mit dem am weitesten anschlußseits auf dem Elektro¬ isolierkörper-Kopf 12/1 befindlichen Anschlußelement 23/1 verbunden, während der zweite elektrische Leiter 22 (in Figur 1 auf der linken Seite des Elektroisolierkörpers 12) mit dem nahe am Metallgehäuse 11 liegenden Anschlußelement 23/2 verbunden ist.The resistance heating element 21 is connected by means of web-like electrical conductors 22, which are also applied to the electrical insulating body 12 by a screen printing or rolling method, with connecting elements 23/1. 23/2 electrically connected, which are preferably ring-shaped and are fixed on the electrical insulating body head 12/1. These connection elements 23/1, 23/2 are separated from one another by means of an insulating washer 24 arranged between the two. In the present exemplary embodiment, a first electrical conductor 22 (in FIG. 1 on the right side of the electrical insulating body 12) is connected to the connecting element 23/1 located furthest on the connection side on the electrical insulating body head 12/1, while the second electrical conductor 22 (in Figure 1 on the left side of the electrical insulating body 12) is connected to the connection element 23/2 which is close to the metal housing 11.
Bei der bevorzugten Ausführungsform einer solchen Zündkerze 10 ist der Elektroisolierkörper 12 aus zwei Bauteilen zusammengesetzt, wo¬ bei zum ersten Bauteil der Kopf 12/1, und der Fuß 12/3 und ein Mit¬ telabschnitt 12/13 des Elektroisolierkörpers 12 gehören, die alle einen Außendurchmesser wie der Elektroisolierkörper-Fuß 12/3 haben. Das zweite Bauteil der bevorzugten Ausführungsform des Elektroiso¬ lierkörpers 12 ist der Elektroisolierkörper-Bund 12/2, der in diesem Falle rohrförmig ausgebildet ist und auf dem Mittelabschnitt 12/13 des ersten beschriebenen Bauelementes des Elektroisolierkörpers 12 festgelegt ist (vorzugsweise durch Sintern) .In the preferred embodiment of such a spark plug 10, the electrical insulating body 12 is composed of two components, the first component comprising the head 12/1 and the base 12/3 and a central section 12/13 of the electrical insulating body 12, all of which have an outer diameter like the electrical insulator base 12/3. The second component of the preferred embodiment of the electrical insulating body 12 is the electrical insulating body collar 12/2, which in this case is tubular and is fixed on the central section 12/13 of the first described component of the electrical insulating body 12 (preferably by sintering).
Bei dieser Ausführungsform des Elektroisolierkörpers 12 führen die vom Widerstandsheizelement 21 ausgehenden elektrischen Leiter 22 nicht über den Elektroisolierkörper-Bund 12/2, sondern über die Oberfläche des Elektroisolierkörper-Mittelabschnitts 12/13. Infolge dieser Gestaltung des Elektroisolierkörpers 12 kann das Widerstands¬ heizelement 21 und die zugehörigen elektrischen Leiter 22 in einem einzigen Auftragungsschritt (Siebdruck- bzw. Abwälzverfahren) auf dem Elektroisolierkörper 12 aufgebracht werden. Das Widerstandsheizelement 21 und die elektrischen Leiter 22 sind mittels einer elektrisch isolierenden Schicht (nicht dargestellt) bzw. mittels des beschriebenen rohrförmigen Bundes 12/2 abgedeckt und somit vor einem ungewollten elektrischen Kontakt mit dem elek¬ trisch an Masse liegenden Metallgehäuse 11 geschützt.In this embodiment of the electrical insulating body 12, the electrical conductors 22 extending from the resistance heating element 21 do not lead over the electrical insulating body collar 12/2, but over the surface of the central electrical insulating body section 12/13. As a result of this design of the electrical insulating body 12, the resistance heating element 21 and the associated electrical conductors 22 can be applied to the electrical insulating body 12 in a single application step (screen printing or rolling process). The resistance heating element 21 and the electrical conductors 22 are covered by means of an electrically insulating layer (not shown) or by means of the described tubular collar 12/2 and are thus protected against unwanted electrical contact with the metal housing 11 which is electrically grounded.
Das Aufbringen des Widerstandsheizelements 21 und der elektrischen Leiter 22 kann bevorzugterweiεe auf das zylindrische, noch im "grünen Zustand" befindliche erste Bauelement des Elektroisolier¬ körpers 12 erfolgen; anschließend wird dieses erste Bauelement mit dem aufgebrachten Widerstandsheizelement 21 und den elektrischen Leitern 22 fertiggesintert und erst dann der rohrförmige Bund 12/2 in einem zusätzlichen Sinterschritt auf dem ersten Bauelement des Elektroisolierkörpers 12 aufgesintert. Die nicht dargestellte Iso¬ lierschicht kann auf dem Heizelement 21 bzw. den elektrischen Lei¬ tern 22 durch bekannte Verfahren (z.B. Aufspritzen, Tauchen) aufge¬ bracht sein.The resistance heating element 21 and the electrical conductors 22 can preferably be applied to the cylindrical first component of the electrical insulating body 12 which is still in the "green state"; then this first component is finish-sintered with the applied resistance heating element 21 and the electrical conductors 22, and only then is the tubular collar 12/2 sintered onto the first component of the electrical insulating body 12 in an additional sintering step. The insulating layer, not shown, can be applied to the heating element 21 or the electrical conductors 22 by known methods (e.g. spraying, dipping).
Bei einer solchen Zündkerze 10 kann die über die Anschlußelemente 23/1, 23/2 zugeführte Heizleistung in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand des Widerstandsheizelementes 21 geregelt und demzufolge auf einem minimal erforderlichen Niveau gehalten werden. Der Wärme¬ wert der Kerze wird über die Ausbildung der in der Elektroisolier- körper-Stirnflache 12/10 befindlichen Vertiefung 12/11 (Atmungsraum) beeinflußt.With such a spark plug 10, the heating power supplied via the connection elements 23/1, 23/2 can be regulated as a function of the electrical resistance of the resistance heating element 21 and consequently can be kept at a minimum required level. The heat value of the candle is influenced by the formation of the depression 12/11 located in the electrical insulating body end face 12/10 (breathing space).
Bei einer weiteren Ausführungsform einer solchen Zündkerze (nicht dargestellt) ist nur einer der beiden elektrischen Leiter 22 bis an ein Anschlußelement 23/1 geführt, während der andere elektrische Leiter 22 nur bis in den Bereich des Dichtringes 14 führt und dort mit dem elektrisch an Masse liegenden Metallgehäuse 11 in elektri¬ schem Kontakt steht. Zündkerzen mit elektrischem Widerstandsheizelement 21 verhindern Ab¬ lagerungen von Ruß, 01, Kohle und Asche im brennraumseitigen Bereich derartiger Zündkerzen 10 und bewirken demzufolge einen besseren Kaltstart, eine zuverlässigere Zündung und eine längere Lebensdauer der Zündkerzen. Sie ermöglichen außerdem einen geringeren Zündspan- nungsbedarf und größere Wärmewertbereiche. Das Widerstandsheizele¬ ment 21, 21' gemäß vorliegender Erfindung ist sehr rationell und einfach auf dem Elektroisolierkörper 12 aufzubringen. In a further embodiment of such a spark plug (not shown), only one of the two electrical conductors 22 is led to a connecting element 23/1, while the other electrical conductor 22 only leads to the area of the sealing ring 14 and there with the electrical ground lying metal housing 11 is in electrical contact. Spark plugs with electrical resistance heating element 21 prevent deposits of soot, 01, coal and ash in the area of such spark plugs 10 on the combustion chamber side and consequently bring about a better cold start, a more reliable ignition and a longer service life of the spark plugs. They also enable a lower ignition voltage requirement and larger heat value ranges. The resistance heating element 21, 21 'according to the present invention is very efficient and simple to apply to the electrical insulating body 12.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrisch beheizte Zündkerze (10) zum Zünden von Kraft¬ stoff-Luft-Gemischen, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit einem rohrförmigen Metallgehäuse (11), das an seiner Außenseite Mittel (11/1, 11/2) zur Befestigung an einer Brennkammer aufweist und in seiner Durchgangsbohrung (11/3) einen rohrartigen Elektroisolierkörper (12) umfaßt, der auf einem mitt¬ leren Längsabschnitt (12/13) mit einem zylinderförmigen Bund (12/2) zur festen und gasdichten Umfassung durch das Metallgehäuse (11) versehen ist, in seiner Längsbohrung (12/6, 12/8) brennraumseits eine Mittelelektrode (16) abdichtend umfaßt, die mit einem im an¬ schlußseitigen Abschnitt (12/7) der Längsbohrung (12/6) des Elektro¬ isolierkörpers (12) befindlichen Anschlußelement (19) elektrisch leitend in Verbindung steht und brennraumseits mit Abstand einer Masse-Elektrode (13) gegenübersteht, und wobei der Elektroisolier¬ körper (12) im Bereiche seines brennraumseitigen Langsabschnitts (12/3) ein Widerstandsheizelement (21) besitzt, welches elektrisch isoliert zur Mittelelektrode (16) angeordnet ist und mit mindestens einem zum anschlußseitigen Bereich der Zündkerze (10) führenden elektrischen Leiter (22) mit Anschlußelement (23/1, 23/2) und ggf. mit einer elektrischen Verbindung zum Metallgehäuse (11) versehen -111. Electrically heated spark plug (10) for igniting fuel-air mixtures, in particular for internal combustion engines of motor vehicles, with a tubular metal housing (11) which on its outside means (11/1, 11/2) for attachment has a combustion chamber and comprises in its through bore (11/3) a tubular electrical insulating body (12) which has a cylindrical collar (12/2) on a central longitudinal section (12/13) for firm and gas-tight encirclement by the metal housing ( 11) is provided, in its longitudinal bore (12/6, 12/8) sealingly comprises a central electrode (16) on the combustion chamber side, which has a central electrode (16) in the connection-side section (12/7) of the longitudinal bore (12/6) of the electrical insulating body (12) located connecting element (19) is electrically conductive and on the combustion chamber side at a distance from a ground electrode (13), and the Elektroisolier¬ body (12) in the region of its combustion chamber side section tts (12/3) has a resistance heating element (21), which is arranged electrically insulated from the center electrode (16) and with at least one electrical conductor (22) leading to the connection-side area of the spark plug (10) with connection element (23/1, 23 / 2) and if necessary provide an electrical connection to the metal housing (11) -11
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der brennraumseitige Langsabschnitt (12/3) des Elektroisolierkörpers (12) von kreiszylindrischer Form ist und das Widerstandsheizelement (21) als Dickschicht vorbestimm¬ ter Konfiguration auf der Umfangsfläche dieses Längsabschnitts (12/3) des Elektroisolierkörpers (12) angeordnet und im Bedarfsfall von einer Elektroisolierschicht bedeckt ist.characterized in that the combustion chamber-side longitudinal section (12/3) of the electrical insulating body (12) is of circular cylindrical shape and the resistance heating element (21) as a thick layer of predetermined configuration on the peripheral surface of this longitudinal section (12/3) of the electrical insulating body (12) arranged and covered by an electrical insulation layer if necessary.
2. Beheizte Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der vom Heizelement (21) ausgehenden elektrischen Leiter (22) bzw. eine elektrische Verbindung zum Metallgehäuse (11) als auf dem Elektroisolierkörper (12) verlaufende Leiterbahn ausge¬ bildet ist und außer den zugehörigen Verbindungsstellen mit einer Elektroisolierschicht versehen ist.2. Heated spark plug according to claim 1, characterized in that at least one of the heating element (21) outgoing electrical conductor (22) or an electrical connection to the metal housing (11) is formed as a conductor track extending on the electrical insulating body (12) and is provided with an electrical insulation layer in addition to the associated connection points.
3. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Elektroisolierkörper (12) aus zwei Bau¬ teilen zusammensetzt, wobei das erste Bauteil die Längsbohrung (12/6) umfaßt, von im wesentlichen rotationssymmetrischer Form ist und im wesentlichen über seine gesamte Länge einen Durchmesser hat, welcher dem Durchmesser des das Heizelement (21) tragenden Langsab¬ schnitts (12/3) des Elektroisolierkörpers (12) entspricht, und wobei das zweite Bauteil hülsenartig ausgebildet ist und auf das erste Bauteil aufgeschoben und darauf, den Bund 12/2 des Elektroisolier¬ körpers (12) bildend, festgelegt ist.3. Heated spark plug according to one of claims 1 or 2, characterized in that the electrical insulating body (12) is composed of two components, the first component comprising the longitudinal bore (12/6), is of substantially rotationally symmetrical shape and in has a diameter substantially over its entire length, which corresponds to the diameter of the longitudinal section (12/3) of the electrical insulating body (12) carrying the heating element (21), and the second component is sleeve-like and is pushed onto the first component and thereon forming the collar 12/2 of the Elektroisolier¬ body (12) is fixed.
4. Zündkerzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der min¬ destens eine zum anschlußseitigen Bereich der Zündkerze (10) führen¬ de, auf dem ersten Bauteil aufgebrachte elektrische Leiter (22) von dem zweiten Bauteil (12/2) in seinem Bereich abgedeckt ist. 4. Spark plugs according to claim 3, characterized in that the min¬ least one to the connection-side region of the spark plug (10) leading de, applied to the first component electrical conductor (22) of the second component (12/2) in its area is covered.
5. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil auf dem ersten Bauteil durch Sintern festgelegt ist.5. Heated spark plug according to one of claims 3 or 4, characterized in that the second component is fixed on the first component by sintering.
6. Beheizte Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der brennraumseitigen Stirnfläche (12/10) des Elektroisolierkörpers (12) eine den brennraumseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode (16) umgebende Vertiefung (12/11) vorhanden ist. 6. Heated spark plug according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the combustion chamber end face (12/10) of the electrical insulating body (12) a combustion chamber end portion of the central electrode (16) surrounding recess (12/11) is present.
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