WO2011069728A1

WO2011069728A1 - Zündkerze

Info

Publication number: WO2011069728A1
Application number: PCT/EP2010/065622
Authority: WO
Inventors: Martin Schubert; Andre Moc; Ulrich Eisele
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-06-16
Also published as: DE102009054572A1

Abstract

Es wird eine Zündkerze (10) mit mindestens einer Masseelektrode (61), einem keramischen Isolator (31) und einer Mittelelektrode (51), wobei der Isolator (31) überwiegend aus Aluminiumoxid (AI₂O₃) besteht und die Masseelektrode (61) von der Mittelelektrode (51) elektrisch trennt vorgeschlagen. Der keramische Isolator (31) enthält entweder einen Anteil von GeO₂ mit einem Anteil von 0,01 bis 1 Masseprozent oder MoO₃ mit einem Anteil von 0,01 bis 2 Masseprozent oder eine Kombination aus GeO₂ und MoO₃ mit einem Anteil von 0,01 bis 1 Masseprozent.

Description

Beschreibung Titel

Zündkerze Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.

Eine derartige Zündkerze ist beispielsweise aus der EP 0 269 267 Bl bekannt. Die Zündkerze weist ein Gehäuse auf, an dem eine Masseelektrode festgelegt ist. Im Gehäuse befindet sich ein überwiegend aus Aluminiumoxid (AI₂O₃) bestehender gesinterter keramischer Isolator mit einer Längsbohrung, in der eine Mittelelektrode angeordnet ist. Durch Anlegen einer Hochspannung erstreckt sich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine Funkenstrecke.

Zukünftige Verbrennungsmaschinen, in denen derartige Zündkerzen zum Einsatz kommen, unterliegen einer ständigen Verkleinerung. Dies hat zur Folge, dass sich auch die Abmessungen des Isolators verringern, wobei die Zündspannung unverändert bleibt oder gar angehoben werden muss. Um eine zuverlässige Isolation von Mittel- und Masseelektrode auch bei Bauraumreduzierung zu gewährleisten, sind keramische Isolatoren mit deutlich verbesserter Spannungs- und Durchschlagsfestigkeit erforderlich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze hat den Vorteil, dass der Isolator ein Material umfasst, das eine ausgezeichnete elektrische Spannungs- bzw. Durchschlagsfestigkeit aufweist. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der überwiegend aus Aluminiumoxid (AI₂O₃) bestehende Isolator einen Anteil von Ge0₂ und/oder M0O₃ enthält. Die Kationen Ge⁴⁺ und/oder Mo⁶⁺ werden dabei aufgrund ihres zum Kation Al³⁺ ähnlichen Ionenradius auf die Al³⁺-Position eingebaut und erzeugen wegen des erforderlichen Ladungsausgleiches Aluminiumleerstellen im Aluminiumoxidgitter. Diese

Aluminiumleerstellen wirken nun als Streuzentrum bzw. Falle für Ladungsträger und verzögern damit die Ausbreitung einer Elektronenlawine, was letztlich eine erhöhte Spannungsfestigkeit zur Folge hat. Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Zündkerze möglich.

Als wirkungsvoll bzgl. der Erhöhung der Spannungsfestigkeit hat sich eine Keramik herausgestellt, die Ge0₂ in einem Bereich von 0,01 bis 1 Masseprozent enthält. Liegt der Anteil an Ge0₂ hingegen unterhalb von 0,01 Masseprozent, ist die Konzentration an

Aluminiumleerstellen in der Keramik zu gering, womit sich die Dotierung als wirkungslos bezüglich der Spannungsfestigkeit erweist. Auch ein Anteil von Ge0₂ oberhalb von 2 Masseprozent verschlechtert die Spannungsfestigkeit, da eine vollständige Auflösung in den Gefügebestandteilen der Keramik nicht mehr

gewährleistet ist. Da die Löslichkeit im Al₂0₃-Gitter überschritten ist, beginnt auch das

Glas bzw. die Glasschmelze, Entmischungserscheinungen zu zeigen. Als besonders spannungsfest hat sich eine Keramik herausgestellt, die Ge0₂ im Bereich von 0,01 bis 0,4 Masseprozent enthält. Das im letzten Abschnitt Gesagte gilt gleichermaßen für eine Keramik, die M0O₃ in einem Bereich von 0,01 bis 2 Masseprozent enthält. Für den Fall, dass der Anteil an M0O₃ unterhalt von 0,01 Masseprozent liegt, erweist sich die Dotierung bezüglich der Spannungsfestigkeit als wirkungslos, da die Aluminiumleerstellen in der Keramik zu gering sind. Gleichermaßen ist die vollständige Auflösung von M0O3 in den

Gefügebestandteilen der Keramik bei einem Anteil größer 2 Masseprozent nicht mehr gewährleistet, wodurch die Spannungsfestigkeit sich ebenfalls verschlechtert. Eine Keramik mit M0O₃ im Bereich von 0,01 bis 0,2 Masseprozent hat sich als besonders spannungsfest herausgestellt. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze teilweise in Schnittdarstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze 10 mit einem brennraumseitigen Ende 11 und einem anschlussseitigen Ende 12. Die Zündkerze 10 umfasst ein metallisches Gehäuse 21, das mit einem Gewinde 22 und mit einem Sechskant 23 versehen ist. Die Zündkerze 10 wird mittels eines an dem Sechskant 23 angreifenden Werkzeugs in ein Gegengewinde eines Zylinderkopfes eines

Verbrennungsmotors eingeschraubt, so dass die Zündkerze 10 mit ihrem brennraumseitigen Ende 11 in einen Brennraum 29 eines Zylinders des Verbrennungsmotors ragt.

Im Gehäuse 21 ist ein keramischer Isolator 31 festgelegt. Der Isolator 31 weist eine Längsbohrung 32 mit einer Symmetrieachse auf, die die Längsachse 33 des Isolators 31 und damit der Zündkerze 10 bildet. In der Längsbohrung 32 des Isolators 31 sind anschlussseitig ein Anschlussbolzen 24 und brennraumseitig eine Mittelelektrode 51 eingebracht. Anschlussbolzen 24 und Mittelelektrode 51 sind durch ein ebenfalls in der Längsbohrung 32 des Isolators 31 angeordnetes Widerstandselement 25 elektrisch verbunden, das bei Anlegen einer Hochspannung an den Anschlussbolzen 24 strombegrenzend wirkt.

Der Isolator 31 ragt am brennraumseitigen Ende 11 der Zündkerze 10 aus dem Gehäuse 21 heraus. Die Mittelelektrode 51 erstreckt sich über die Stirnseite des Isolators 31 hinaus in den Brennraum 29.

Am Gehäuse 21 ist eine Masseelektrode 61 festgelegt. Die Masseelektrode 61 ist als sogenannte Dachelektrode ausgebildet, die sich ausgehend vom Gehäuse 21 zunächst in eine Richtung parallel zur Längsachse 33 der Zündkerze 10 erstreckt und die eine Biegung um 90 Grad hin zur Mittelelektrode 51 aufweist, so dass sich die Masseelekt- rode 61 bis über die Mittelelektrode 51, also bis in den Bereich der Längsachse 33 der Zündkerze 10 erstreckt (Luftfunkenkerze).

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht der keramische Isolator 31 überwiegend aus Aluminiumoxid (AI₂O₃).

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist der Isolator 31 einen

Germaniumoxidanteil im Bereich von 0,01 bis 1 Masseprozent, insbesondere von 0,01 bis 0,4 Masseprozent auf. Ein Beispiel für die erste Ausführungsform ist eine Keramik mit einem Germaniumoxidanteil von 0,04 Masseprozent und einem überwiegenden Anteil aus Aluminiumoxid.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist der Isolator 31 einen Molybdänoxidanteil im Bereich von 0,01 bis 2 Masseprozent, insbesondere von 0,01 bis 0,2 Masseprozent auf. Ein Beispiel für die erste Ausführungsform ist eine Keramik mit einem Molybdänoxidanteil von 0,05 Masseprozent und einem überwiegenden Anteil aus Aluminiumoxid.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung weist der Isolator 31 einen Germaniumoxidanteil im Bereich von 0,01 bis 1 Masseprozent, insbesondere von 0,01 bis 0,4 Masseprozent, und einen Molybdänoxidanteil im Bereich von 0,01 bis 2

Masseprozent, insbesondere von 0,01 bis 0,2 Masseprozent auf. Ein Beispiel für die erste Ausführungsform ist eine Keramik mit einem Germaniumoxidanteil von 0,03 Masseprozent und einem Molybdänoxidanteil von 0,02 Masseprozent und einem überwiegenden Anteil aus Aluminiumoxid.

Claims

Ansprüche

1. Zündkerze (10) mit mindestens einer Masseelektrode (61), einem keramischen Isolator (31) und einer Mittelelektrode (51), wobei der Isolator (31) überwiegend aus Aluminiumoxid (A1₂0₃) besteht und die Masseelektrode (61) von der

Mittelelektrode (51) elektrisch trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Isolator Ge0₂ und/oder Mo0₃ enthält.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ge0₂ im Bereich von 0,01 bis 1, insbesondere von 0,01 bis 0,4 Masseprozent liegt.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Mo0₃ im Bereich von 0,01 bis 2, insbesondere von 0,01 bis 0,2 Masseprozent liegt.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an A1₂0₃ mindestens 93 Masseprozent beträgt.