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    公开号:WO1987007094A1
    申请号:PCT/DE1987/000202
    申请日:1987-05-06
    公开日:1987-11-19
    发明作者:Walter Benedikt；Werner Herden；Jürgen SCHMATZ；Siegbert Schwab
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H01T13-00
    专利说明:
    [0001] Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
    [0004] Solche Zündkerzen mit Gleitfunkenstrecke, die sich an der brennraumseit igen Oberfläche des Isolierkörpers zwischen der Mittel- und Masseelektrode ausbildet, zeichnen sich durch eine gegenüber einer Zündkerze mit Luftfunkenstrecke wesentlich niedrigere Zündspannung aus. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Zündspannung umso niedriger ist, je größer die Dielektrizitätskonstante des Isolierkörperwerkstoffes ist. Ein solcher Isolierkörper aus hochdielektrischem Material führt jedoch in einer Zündkerze zu einer relativ hohen Kapazität, die an der Gleitfunkenstrecke eine Durchbruchentladung bewirkt. Infolge des bei der Durchbruchentladung entstehenden sehr heißen Funkens von einigen zehntausend Grad erodieren die Oberflächen der Elektroden und besonders die Gleitbahn der Gleitfunkenstrecke stark, wodurch wiederum die ordnungsgemäße Funktion der Zündkerze und deren Lebensdauer wesentlich beeinträchtigt werden.
    [0005] Bei einer bekannten Zündkerze der eingangs genannten Art (Patentanmeldung P 35 33 123.2) hat man zur Vermeidung der Durchbruchphase mit hoher Energie den Isolierkörper im brennraumseitigen Endbereich quergeteilt und das volumengrößere anschlußseitige Oberteil aus einem Werkstoff mit niedriger Dielektrizitätskonstanten und das volumenkleinare brennraumseitige Unterteil aus einem Werkstoff mit einer sehr viel höheren Dielektrizitätskonstanten gemacht. Insgesamt läßt sich die Gesamtkapazität der Zündkerze jedoch nicht klein genug halten, so daß die Energie in mitunter auftretenden Durchbruchphasen doch noch nennenswerte Erosion in der Isolierkörperoberfläche bewirkt.
    [0006] Vorteile der Erfindung
    [0007] Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen das Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den koaxialen Schichtaufbau des Isolierkörpers oder Kerzensteins sich ein koaxialer Kondensator mit geschichtetem Dielektrikum ergibt, dessen Gesamtkapazität durch die kleinere Kapazität der niederdielektrischen Schicht, also der Schicht mit der sehr viel kleineren Dielektrizitätskonstanten, bestimmt wird. Ohne Erhöhung der Kerzankapazität können daher Keramiken mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten bis zu 10 000 in dar hochdielektrischen Schicht verwendet werden, wenn nur die niederdielektrische Schiebt eine ralativ kleine Dielektrizitätszahl von ungefähr 10 bis 50 aufweist.
    [0008] Die erfindungsgsmäße Zündkerze hat bei Vorsehen einer vorteilhaft hochdielektrischen Gleitbahn eine nur kleine Kerzenkapazität und zeigt dadurch bedingt nur geringe Erosionen an der Gleitbahn. Durch die hohe Dielektrizitätskonstante der Isolierkörperoberfläche, auf welcher sich die Gleitbahn ausbildet, ist der Zündspannungsbedarf der Zündkerze niedrig, so daß ein erheblicher Teil der von der Zündanlage zur Verfügung gestellten Energie an das Kraftstoffgemisch übertragen wird. Dadurch sind gute Entflammungsbedingungen auch für magere Kraftstoffgsmische geschaffen. Durch den niedrigen Zündspannungsbedarf ergeben sich sämtliche Vorteile einer Niederspannungszündung, wie kleinere Zündspule, gute Entstörwirkung, geringer Aufwand an Hochspannungsisolation.
    [0009] Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Zündkerze möglich.
    [0010] Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Bei Verwendung von Materialien mit sehr hoher relativer Dielektrizitätskonstante, z.B. zwischen 500 bis 10 000, wird eine niedrige Zündspannung schon bei relativ dünnèn Schichten erzielt, deren Schichtdicke zwischen
    [0011] 0,1 bis 1 mm liegt. Solche Schichten können gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 7 durch Plasmaspritzen auf einen Kerzenstein aus z.B. Aluminiumoxid aufgebracht werden. Mit dieser Technik können gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 8 mehrere Schichten aus Werkstoff mit hoher Dielektrizitätskonstanten übereinander aufgebracht werden, wobei die Dielektrizitätskonstante der einzelnen Schichten stufig oder kontinuierlich anwachsen kann. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 9 genügt es dabei, die hochdielektrische
    [0012] Schicht oder Schichten nur im Gleitbahnbereich aufzubringen und im übrigen den Kerzenstein oder Isolierkörper ohne Trennstellen ganz aus Aluminiumoxid-Keramik herzustellen.
    [0013] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 11. Durch diese Überlappung der Schichten in axialer Richtung wird eine Hochspannungsfestigkeit zwischen den Schichten in axialer Richtung erreicht, wobei durch eine Überlappung bis in den Gleitbahnbereich die Hochspannungsbeanspruchung der hochdielektrischen Schicht klein gehalten wird.
    [0014] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 16. Durch die ringförmigen Isolierscheiben werden die radialen kraisringförmigen Trennstellen zwischen den Schichten hochspannungsfest abgedichtet.
    [0015] Zeichnung
    [0016] Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen
    [0017] Fig. 1 bis 6 jeweils eine Zündkarze zur Hälfte in Seitenansicht und zur Hälfte längsgeschnitten gemäß sechs verschiedenen Ausführungsbeispielen.
    [0018] Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0019] Die in der Zeichnung dargestellten Zündkerzen für Brennkraftmaschinen weisen alle einen Isolierkörper 10 auf, der auf einem Längsabschnitt von einem metallischen Kerzengehäuse 11 umfaßt ist. Das Kerzengehäuse 11 trägt auf einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 12 ein Außengewinde 13 mittels dessen die Zündkarze in einen nicht dargestallten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt wird. Zum Einschrauben dient in bekannter Weise ein Schlüsselsecbskant 14. Der Endabschnitt 12 trägt auf seiner in den Brennraum der Brennkraftmas ch ine hineinragenden Stirnseite eine ringförmige Masseelektrode 15. Der eine zentrale axiale Ourchgangsbohrung 16 aufweisende rotationssymmetrische Isolierkörper 10 ragt auf beiden Seiten des Kerzengehäuses 11 aus diesem heraus. Innerhalb der Durchgangsbohrung 16 ist ein metallischer Anschlußbolzen 17 angeordnet, der an seinem brennraumfernen Endabscbnittein Anschlußstück 18 zum elektrischen Anschluß der Zündkerze an die Zündanlage trägt. Im unteren Bereich der Durchgangsbohrung befindet sich eine Mittelelektrode 19, die an der brennraumseitigen Stirnfläche des Isolierkörpers 10 freiliegt. Der Anschlußbolzen 17 und die Mittelelektrode 19 sind durch eine Glasschmelzflußmasse 20 leitend miteinander verbunden.
    [0020] Bei allen Zündkerzen gemäß Fig. 1 bis 6 weist der Isolierkörper 10 zumindest im brennraumseitigen Endabschnitt zwei in Radialrichtung ganz oder teilweise aneinanderliegende koaxiale Materialschichten mit stark unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten auf. Die relative Dielektrizitätskonstante dar dabei verwendeten Materialen liegt zwischen 10 und 10 000, vorzugsweise zwischen 50 und 5000. Die in den beiden Materialschichten verwendeten Materialen werden dabei so gepaart, daß die Differenz zwischen ihren Dielektrozitätskonstanten möglichst groß ist.
    [0021] Bei den Zündkerzen in Fig. 1 und 2 besteht der Isolierkörper 10 im wesentlichen aus einem ganz durchgehenden Grundkörper 21 aus Alurniniurnoxid-Kerarnik mit relativ kleiner Dielektrizitätskonstanten (kleiner 15), und einer vom brennraumseitigen Ende des Grundkörpers 21 her aufgeschobene Hülse 22 aus hochdielektrischem Werkstoff, z.B. Bariumtitanoxid (Ba2TiO3), mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von ca. 5000. Zur Aufnahme der Hülse 22 ist der Grundkörper 21 über einen brennraumseitigen Endabschnitt im Durchmesser reduziert. Bei der Zündkerze in Fig. 1 erstreckt sich die Hülse 22 vom stirnseitigen Ende des Grundkörpers 21 über nahezu den gesamten Übergreifungsbereich des Kerzengehäuses 11, während in Fig. 2 die Hülse 22 den Grundkörper 21 nur in dem brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers 10 abdeckt und etwa in der Mitte des Endabschnitts 12 des Kerzengehäuses 11 endet. Die brennraumferne ringförmige Stirnfläche der Hülse 22 ist von einer radial vorstehenden Schulter des Grundkörpers 21 überdeckt. In dieser radialen Trennstelle zwischen Grundkörper 21 und Hülse 22 ist eine hochspannungsfeste ringförmige Isolierscheibe 23 aus Silikon oder Epoxidharz eingelegt. Die brennraumseitigen Stirnflächen von Grundkörper 21 und Hülse 22 sind von einem Stirnkopf 24 abgedeckt, dar aus dem gleichen Material gefertigt ist wie die Mittelelektrode 19 und mit dieser leitend verbunden ist.
    [0022] Bei Verwendung von Materialien mit einer sehr hohen relativen Dielektrizitätskonstanten wird eine niedrige Zündspannung schon bei relativ dünnen Schichten von 0,1 bis 1 mm erreicht. In diesem Fall kann die Hülse 22 entfallen und die hochdielektrische Schicht unmittelbar auf den aus Aluminiumoxid-Keramik bestehenden Isolierkörper 10, z.B. durch Plasmaspritzen, aufgebracht werden. Mit dieser Technik ist es auch möglich, mehrere Schichten mit kontinuierlichem bzw. stufigsm Übergang der Dielektrizitätskonstanten zwischen der Keramik und der letzten hochdielektrischen Schicht (z. B. Bariumtitanoxid) übereinander aufzubringen. Dabei ist es auch möglich, die hochdielektrische Schicht bzw. Schichten ausschließlich im Gleitbahnbereich zwischen Stirnkopf 24 der Mittelelektrode 19 und der Masseelektrode 15 am Isoliarkörper 10 vorzussben.
    [0023] Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Zündkerzen verlaufen der Grundkörper 21 und die Hülse 22 nicht koaxial zueinander bis an das brennraumseitige Stirnende des Isolierkörpers 10, sondern überlappen sich nur in Axialrichtung, wobei der Grundkörper 21 in Abstand vor dem brennraumseitigen Ende des Isolierkörpers 10 innerhalb des Umgreifungsbereiches des Kerzsngahäuses 11 endet, während die Hülse 22 bis hin zum freien Stirnende reicht. An der Austrittsstelle aus der im Grundkörper 21 verlaufenden Durchgangsbohrung 16 ist die Mittelelektrode 19 bis auf die Hülse 22 verbreitert, so daß die Hülse 22 auf einem Längsabschnitt den Grundkörper 21 und auf einem sich zum Brennraum hin anschließenden weiteren Längsabschnitt unmittelbar die Mittelelektrode 19 umgibt. Während bei der Zündkerze in Fig. 3 die Hülse 22 sich weit in das Karzengehäuse 11 hinein erstreckt und erst nahe dem Schlüsselsechskant 14 endet, endet die Hülsa 22 bei der Zündkerze in Fig. 4 bereits im Endabschnitt 12 des Kerzengehäuses 11. Die ringförmige Stirnfläche der Hülse 22 liegt in Fig. 4 frei, während sie in Fig. 3 wiederum von dem mit der Mittelelektrode 19 verbundenen Stirnkopf 24 abgedeckt wird.
    [0024] Bei den Zündkerzen in Fig. 5 und 6 weist der Isolierkörper 10 wiederum einen Grundkörper 25 aus Aluminiumoxid-Keramik auf, der die Ourchgangsbohrung 16 enthält und innerhalb des metallischen Kerzengehäuses 11 endet. Mit Abstand vor dem brennraumseitigen Ende des Grundkörpers 25 ist die Durchgangsbohrung im Durchmesser erweitert. In diesen dadurch zwischen der Mittelelektrode 19 und dem Grundkörper 25 verbleibenden Zylinderring ist ein Hohlzapfen 26 aus hochdielektrischem Material eingeschoben, so daß er einerseits den Endbereich der Mittelelektrode 19 umgibt und andererseits über einen Längsabschnitt von dem Grundkörper 25 umschlossen ist.
    [0025] Bei der Zündkerze in Fig. 5 ist die Mittelelektrode 19 und der Anschlußbolzen 17 nicht über eine Glasschmelzflußmasse miteinander verbunden, sondern durch eine hochisolierende Trennschicht 27 voneinander getrennt, die zur elektrisch leitenden Verbindung von Anschlußbolzen 17 und Mittelelektrode 19 von einem Kontaktstift 28 durchstoßen ist.
    [0026] Im Unterschied zu Fig. 5 ist in Fig. 6 die Mittelelektrode im brennraumseitigen Endbereich ähnlich wie bei der Zündkerze in Fig. 3 ausgebildet. Der Durchmesser der Mittelelektrode 19 vergrößert sich wiederum im brennraumseitigen Endabschnitt. Der Hohlzapfen 26 ist hisr trichterartig ausgebildet und umgibt wiederum die Mittelelektrode 19 bis hin zu deren brennraums e it igem Ende. Sein Außenumfang fluchtet mit dem Außenumfang des Grundkörpers 25. Am brennraumseitigen Stirnende wird der Hohlzapfen 26 wiederum von dem mit dar Mittelelektrode 19 verbundenen Stirnkopf 24 abgedeckt.
    权利要求:
    Claims

    Ansprüche
    1. Zündkerze mit Gleitfunkenstracke für Brennkraftmaschinen mit einem Kerzengehäuse, das mit einem Gehäussabschnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragt und an ssinem brennraumssitigen Ende eine ringförmige Masseelektrode hat, mit einem von dem Kerzengehäuse auf einem Längsabschnitt umschlossenen Isolierkörper, der brennraumssitig über das Kerzengehäuss vorsteht, und mit einer Mittelelektrode, die in einer Durchgangsbohrung im Isolierkörper einliegt und brennraumendseitig freiliegt, wobei die Gleitfunkenstrecke sich zwischen Mittel- und Masseelektrode längs einer Gleitbahn auf der Oberfläche des Isolierkörpers ausbildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierkörper (10) zumindest im brennraumseitigen Endabschnitt mindestens zwei in Radialrichtung ganz oder teilweise aneinanderliegende koaxiale Matarialschichten (21, 22, 25, 26) mit stark unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten aufweist.
    2. Zündkerze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die relative Dielektrizitätskonstante der verwendeten Materialien zwischen 10 und 10 000, vorzugsweise zwischen 50 und 5000 liegt, und daß in ihrer Dielektrizitätskonstanten möglichst weit auseinanderliegende Materialien gepaart sind.
    3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichten (21, 22) koaxial zueinander bis an das brennraumseitige Stirnende des Isolisrkörpers (10) verlaufen.
    4. Zündkerze nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die niederdielektrische Schicht (21) die Mittelelektrode (19) umgibt und über einen bis zum Stirnende des Isolierkörpers (10) reichenden Längsabschnitt von der hochdielektrischen Schicht (22) umschlossen ist.
    5. Zündkerze nach Anspruch 3 oder 4, dadu rch ge ke n nz e i c h n e t , daß die niederdielektrische Schicht (21) mit dem aus dem gleichen Material bestehenden Isolierkörper (10) einstückig ist und daß die hochdielektrische Schicht (22) auf dem Isolierkörper (10) aufgebracht ist.
    5. Zündkerze nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke der hochdielektrischen Schicht bei sehr hoher Dielektrizitätskonstanten zwischen 0,1 und 1 mm gewählt ist.
    7. Zündkerze nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die hochdielektrische Schicht auf den Isolierkörper (10) mittels Plasmaspritzen aufgebracht ist.
    8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere hochdielektrische Schichten mit kontinuierlich oder stufig anwachsenden Dielektrizitätskonstanten in Radialrichtung übereinander liegen.
    9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die hochdielektrische Schicht bzw. Schichten ausschließlich im Gleitbahnbereich der Gleitfunkenstrecke vorgesehen sind.
    10. Zündkerze nach einem dar Ansprüche 3 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittelelektrode (19) mit einem vorzugsweise einstückigen Stirnkopf (24) über das brennraumseitige Ende des Isolierkörpers (10) vorsteht und daß der Stirnkopf (24) die ringförmige Stirnfläche der Matsrialschichten (21, 22) überdeckt. 11. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Materialschichten (21, 22; 25, 26) sich in Axialrichtung überlappen und nur die hochdielektrische Schicht (22; 26) am brennraumseitigen Ende aus dem Kerzengehäuse (11) vorsteht.
    12. Zündkerze nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die hochdielektrische Schicht (22) im Überlappungsbereich die niederdielektrische Schicht (21) umschließt und zumindest in dem aus dem Kerzengehäuse (11) vorstehenden Endabschnitt die Mittelelektrode (19) umgibt.
    13. Zündkerze nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die hochdielektrische Schicht (26) die Mittelelektrode (19) zumindest im brennraumseitigen Endabschnitt umgibt und im überlappungsbereich von der niederdielektrischen Schicht (25) umschlossen ist.
    14. Zündkerze nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Überlappungsbereich der Schichten (21, 22; 25, 26) innerhalb des Kerzengehäuses (11) gelegt ist.
    15. Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vom brennraumsaitigen Ende des Isolierkörpers (10) abgskehrte Stirnfläche der hochdielektrischen Schicht (22) von der niederdielektrischen Schicht (21) überdeckt ist.
    16. Zündkerze nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Isolierkörper
    (10) und der vom brennraumseitigen Ende abgekehrten ringförmigen Stirnfläche der hochdielektrischen Schicht (22) eine hochspannungsfeste Isolierscheibe (23), z.B. aus Silikon oder Epoxidharz, eingelegt ist.
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    1987-11-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1987-12-10| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987902423 Country of ref document: EP |
    1988-06-01| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987902423 Country of ref document: EP |
    1989-12-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987902423 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19863616668|DE3616668A1|1986-05-16|1986-05-16|Zuendkerze mit gleitfunkenstrecke|
    DEP3616668.5||1986-05-16||DE19873761239| DE3761239D1|1986-05-16|1987-05-06|Zuendkerze mit gleitfunkenstrecke.|
    BR8707310A| BR8707310A|1986-05-16|1987-05-06|Vela de ignicao com trecho de centelha de deslizamento|
    KR1019880700045A| KR880701479A|1986-05-16|1987-05-06|크리이페이지 점화 갭을 갖는 점화 플러그|
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