EP1863142A1 - Zündkerze - Google Patents

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EP1863142A1
EP1863142A1 EP07010751A EP07010751A EP1863142A1 EP 1863142 A1 EP1863142 A1 EP 1863142A1 EP 07010751 A EP07010751 A EP 07010751A EP 07010751 A EP07010751 A EP 07010751A EP 1863142 A1 EP1863142 A1 EP 1863142A1
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EP
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grooves
spark plug
plug according
ground electrode
electrode
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Werner Niessner
Gunther Vogt
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Beru AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • 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
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for internal combustion engines having a center electrode and one or more ground electrodes.
  • a spark plug for internal combustion engines having a center electrode and one or more ground electrodes.
  • Such a spark plug is z. B. from the DE 197 19 937 C2 known. It has an embedded in an insulator center electrode, which is equipped at its tip with a precious metal plate.
  • the center electrode is inserted in a metallic body, which is provided with an external thread, with which the spark plug can be rotated in a designated threaded bore of the internal combustion engine.
  • the noble metal chip with which the center electrode is equipped has a flat end surface. It faces a flat end surface of the ground electrode, which is arcuate and is based on the metallic body.
  • spark plugs in which emanating from the front edge of the metallic body several ground electrodes.
  • ground electrodes There are two, three or four ground electrodes, which end in front of the blunt end surface of the center electrode or in front of the cylindrical surface of the cylindrical center electrode.
  • spark plugs in which a V-shaped or U-shaped notch is provided in the end face of the center electrode or in the face of the ground electrode opposite thereto. This is to cause the flame, which is formed by the spark, forms better. This is based on the consideration that there is more ignitable fuel-air mixture at the edge of the spark plug electrodes than in the middle of the opposing electrode surfaces, because the electrodes shield the space between them.
  • the V-shaped or U-shaped notch in the center electrode or in the ground electrode the flashover is moved to the edge region of the electrode, where the probability of finding an ignitable fuel-air mixture is greater.
  • the disadvantage here is that the erosion of the electrodes concentrated on the edge region, which has a progressive increase in the voltage requirement for a flashover result.
  • the present invention has for its object to achieve with simple means an improved ignitability of the spark plug.
  • the spark plug according to the invention having a center electrode and having one or more ground electrodes has at least one ground electrode which has a plurality of juxtaposed grooves on its side facing the center electrode.
  • the grooves are evenly distributed over the surface of the ground electrode opposite the center electrode, so that the spark formation can occur distributed uniformly over the electrode surface accordingly.
  • the grooves may be formed and arranged in different ways. It is possible to impress in a formed as a roof electrode ground electrode in the opposite end of the blunt end of the central electrode surface concentric grooves. Preferably, however, the grooves extend so that each groove has a longitudinal median plane in which lies the longitudinal axis of the central electrode. The grooves then run parallel to one another, in particular over the full length of the ground electrode. This makes it possible to produce a profiled semi-finished product for the manufacture of the ground electrodes by a continuous process, for. Example, using a wire drawing process or an extrusion process, in which the material is pulled or pressed through a die, which has a clear cross-section with the desired for the ground electrode cross-sectional profile. Another possibility exists It is to transform a profile rectangular in cross-section by profile rolling in a desired profile for the ground electrode.
  • the grooves may extend both parallel and transverse to the longitudinal axis of the center electrode.
  • the ridges delimiting the grooves are preferably formed so as to taper from the bottom of the grooves to their tip facing the center electrode. It is preferred that in the cross-sectional profile of the grooves of the back is more curved than the bottom of the grooves in order to achieve a particularly high field line density on the back parts. At the bottom of the grooves, the cross-sectional profile of the ground electrode preferably has a vanishing curvature.
  • the grooves may be of different widths and depths, but preferably they are equal to one another, which promotes uniform heating and uniform burnup of the electrodes and thus a long service life of the electrodes.
  • the grooves are 0.2 mm to 0.5 mm deep, in particular 0.25 mm to 0.3 mm.
  • the grooved surface of the ground electrodes may have a wavy profile.
  • the grooves are bounded by wedge surfaces which enclose an angle of 45 ° to 120 ° with each other, with an angle of 80 ° to 100 °, in particular a right angle is preferred.
  • the two adjoining the profiled surface of the ground electrode side surfaces of the ground electrode may be formed flat and preferably have broken edges.
  • a convex or convex shape of the side surfaces of the electrodes is particularly preferred. It has the advantage that the electrode can be flowed around particularly easily, whereby the propagation of an ignitable fuel-air mixture in the ignition gap between the center electrode and ground electrode is favored.
  • Figure 1 shows a spark plug with a ceramic insulator 1, which is inserted in a metallic body 2, an external thread 8 and in the rear, cut in Figure 1 portion of the body 2 has a hexagon or a double hexagon on which a spark plug key can be inserted.
  • a center electrode 3 is embedded, which has a blunt end surface 9.
  • the center electrode 3 may have a tip of a noble metal or a noble metal alloy, for. B. of platinum or iridium or of an alloy of these two precious metals.
  • a bent ground electrode 4 which z. B. is formed as a roof electrode, ie, its front portion of the blunt end surface of the center electrode 3 opposite.
  • the grooves 6 are bounded by five wedge-shaped ridges 5 whose wedge angle is approximately 50 ° in the example shown.
  • the depth of the grooves 6 in the example shown is about 0.25 mm, the distance of the grooves 6, measured from center to center, in the example shown is about 0.6 mm.
  • the backs 5 are rounded; their radius is about 0.1 mm.
  • the side surfaces 7 of the ground electrode 4 are also rounded, with a radius of about 1.5 mm.
  • ground electrode 4 is a common material into consideration, for. B. a nickel-based alloy.

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Abstract

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Masseelektrode auf ihrer der Mittelelektrode zugewandten Seite mehrere nebeneinander angeordnete Rillen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Verbrennungsmotoren mit einer Mittelelektrode und mit einer oder mehreren Masseelektroden. Eine solche Zündkerze ist z. B. aus der DE 197 19 937 C2 bekannt. Sie hat eine in einem Isolator eingebettete Mittelelektrode, welche an ihrer Spitze mit einem Edelmetallplättchen bestückt ist. Die Mittelelektrode steckt in einem metallischen Körper, welcher mit einem Außengewinde versehen ist, mit welchem die Zündkerze in eine dafür vorgesehene Gewindebohrung des Verbrennungsmotors gedreht werden kann. Das Edelmetallplättchen, mit welchem die Mittelelektrode bestückt ist, hat eine flache Endfläche. Ihr liegt eine flache Endfläche der Masseelektrode gegenüber, welche bogenförmig verläuft und auf dem metallischen Körper fußt.
  • Der Zündfunke schlägt zwischen den beiden einander gegenüberliegenden, ebenen Elektrodenflächen über.
  • Bekannt sind auch Zündkerzen, bei welchen vom vorderen Rand des metallischen Körper mehrere Masseelektroden ausgehen. Meistens sind es zwei, drei oder vier Masseelektroden, welche vor der stumpfen Endfläche der Mittelelektrode oder vor der zylindrischen Mantelfläche der zylindrischen Mittelelektrode enden.
  • Bekannt sind auch Zündkerzen, bei welchen in der Endfläche der Mittelelektrode oder in der ihr gegenüberliegenden Fläche der Masseelektrode eine V-förmige oder U-förmige Kerbe vorgesehen ist. Diese soll bewirken, dass sich die Flamme, die durch den Zündfunken gebildet wird, besser ausbildet. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass sich am Rand der Zündkerzenelektroden mehr zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch befindet als in der Mitte der einander gegenüberliegenden Elektrodenflächen, weil die Elektroden den Raum zwischen sich abschirmen. Durch die V-förmige oder U-förmige Kerbe in der Mittelelektrode oder in der Masseelektrode wird der Funkenüberschlag in den Randbereich der Elektrode verlagert, wo die Wahrscheinlichkeit, ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch anzutreffen, größer ist.
  • Nachteilig dabei ist, dass sich der Abbrand der Elektroden auf den Randbereich konzentriert, was eine fortschreitende Erhöhung des Spannungsbedarfes für einen Funkenüberschlag zur Folge hat.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine verbesserte Zündfähigkeit der Zündkerze zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zündkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Zündkerze mit einer Mittelelektrode und mit einer oder mehreren Masseelektroden hat wenigstens eine Masseelektrode, die auf ihrer der Mittelelektrode zugewandten Seite mehrere nebeneinander angeordnete Rillen aufweist.
  • Das hat wesentliche Vorteile:
    • Dadurch, dass nicht nur eine einzige U- oder V-förmige Kerbe vorgesehen ist, sondern dass mehrere nebeneinander angeordnete Rillen vorgesehen sind, konzentriert sich der Funkenüberschlag nicht ausschließlich auf den Randbereich der Elektroden. Infolgedessen tritt der Abbrand nicht nur im Randbereich der Elektroden auf, sondern verteilt sich auf die einander gegenüberliegenden Elektrodenflächen.
    • Dadurch, dass mehrere Rillen nebeneinander vorgesehen sind, sind auf der Masseelektrode mehrere von Rücken gebildet, auf welche sich die elektrischen Feldlinien konzentrieren und die Zündspannung herabsetzen.
    • Durch die Herabsetzung der Zündspannung verlängert sich ohne Beeinträchtigung der Zündwilligkeit die Lebensdauer der Zündkerze.
    • Das Vorsehen mehrer Rillen führt zu feineren Oberflächenstrukturen, welche geeignet sind, die Zündspannung herabzusetzen.
    • Dadurch, dass mehrere Rillen vorgesehen sind und sich die Funkenüberschläge nicht mehr auf den Randbereich der Elektroden konzentrieren, kommt es im Randbereich der Elektroden nicht mehr zu lokalen Überhitzungen.
    • Die an den Fußpunkten des Funkenüberschlags auftretenden Temperaturspitzen gleichen sich schneller aus, als wenn nur eine einzige V-förmige oder U-förmige Kerbe in einer der Zündkerzenelektroden vorhanden wäre. Das wirkt sich günstig auf die Lebensdauer der Zündkerze aus.
  • Vorzugsweise sind die Rillen gleichmäßig über die der Mittelelektrode gegenüberliegende Oberfläche der Masseelektrode verteilt, so dass auch die Funkenbildung entsprechend gleichmäßig über die Elektrodenfläche verteilt auftreten kann.
  • Die Rillen können in unterschiedlicher Weise ausgebildet und angeordnet sein. Es ist möglich, in eine als Dachelektrode ausgebildete Masseelektrode in die dem stumpfen Ende der Mittelelektrode gegenüberliegende Fläche konzentrische Rillen einzuprägen. Vorzugsweise erstrecken sich die Rillen jedoch so, dass jede Rille eine Längsmittelebene hat, in welcher die Längsachse der Mittelelektrode liegt. Die Rillen verlaufen dann parallel zueinander, insbesondere über die volle Länge der Masseelektrode. Das macht es möglich, ein profiliertes Halbzeug für die Herstellung der Masseelektroden durch ein kontinuierliches Verfahren herzustellen, z. B. unter Anwendung eines Drahtziehverfahrens oder eines Strangpressverfahrens, bei welchem das Material durch eine Matrize gezogen oder gepresst wird, welche einen lichten Querschnitt mit dem für die Masseelektrode gewünschten Querschnittsprofil hat. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein im Querschnitt rechteckiges Profil durch Profilwalzen in ein für die Masseelektrode gewünschtes Profil umzuformen.
  • Bei Zündkerzen, in welchen eine oder mehrere Masseelektroden so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Endfläche der Mantelfläche der Mittelelektrode gegenüberliegen, können die Rillen sowohl parallel als auch quer zur Längsachse der Mittelelektrode verlaufen.
  • Die Rücken, die die Rillen begrenzen, sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich ausgehend vom Grund der Rillen bis zu ihrer der Mittelelektrode zugewandten Spitze verjüngen. Dabei ist es bevorzugt, dass im Querschnittsprofil der Rillen der Rücken stärker gekrümmt ist als der Grund der Rillen, um auf den Rückenpartien eine besonders hohe Feldliniendichte zu erreichen. Am Grund der Rillen hat das Querschnittsprofil der Masseelektrode vorzugsweise eine verschwindende Krümmung.
  • Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, in den Masseelektroden drei bis fünf Rillen nebeneinander anzuordnen, insbesondere vier Rillen, was bedeutet, dass fünf Rücken vorhanden sind, welche die vier Rillen begrenzen. Mit einer solchen Kombination erzielt man eine optimale Verbindung von Zündwilligkeit und Lebensdauer.
  • Die Rillen können unterschiedlich breit und unterschiedlich tief sein, vorzugsweise sind sie jedoch untereinander gleich, was eine gleichmäßige Erwärmung und einen gleichmäßigen Abbrand der Elektroden und damit eine hohe Lebensdauer der Elektroden begünstigt.
  • Vorzugsweise sind die Rillen 0,2 mm bis 0,5 mm tief, insbesondere 0,25 mm bis 0,3 mm.
  • Die gerillte Oberfläche der Masseelektroden kann ein wellenförmiges Profil haben. Vorzugsweise sind die Rillen durch Keilflächen begrenzt, die einen Winkel von 45° bis 120° miteinander einschließen, wobei ein Winkel von 80° bis 100°, insbesondere ein rechter Winkel bevorzugt wird.
  • Die beiden an die profilierte Oberfläche der Masseelektrode anschließenden Seitenflächen der Masseelektrode können eben ausgebildet sein und haben vorzugsweise gebrochene Kanten. Besonders bevorzugt ist jedoch eine ballige oder konvexe Gestalt der Seitenflächen der Elektroden. Sie hat den Vorteil, dass die Elektrode besonders leicht umströmt werden kann, wodurch das Ausbreiten eines zündfähigen Kraftstoff-Luftgemisches im Zündspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode begünstigt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
    • Figur 1
    zeigt das vordere Ende einer erfindungsgemäßen Zündkerze in einer Seitenansicht mit Blickrichtung schräg zur Masseelektrode, und
    Figur 2
    zeigt die Querschnittsform der Masseelektrode.
  • Figur 1 zeigt eine Zündkerze mit einem keramischen Isolator 1, welcher in einem metallischen Körper 2 steckt, der ein Außengewinde 8 sowie im rückwärtigen, in Figur 1 abgeschnittenen Bereich des Körpers 2 einen Sechskant oder einen Doppelsechskant hat, auf welchen ein Zündkerzenschlüssel gesteckt werden kann. In den Isolator 1 ist eine Mittelelektrode 3 eingebettet, welche eine stumpfe Endfläche 9 hat. Die Mittelelektrode 3 kann eine Spitze aus einem Edelmetall oder aus einer Edelmetalllegierung haben, z. B. aus Platin oder Iridium oder aus einer Legierung dieser beiden Edelmetalle.
  • Vom vorderen Rand des metallischen Körpers 2 geht eine gebogene Masseelektrode 4 aus, welche z. B. als Dachelektrode ausgebildet ist, d. h., ihr vorderer Abschnitt liegt der stumpfen Endfläche der Mittelelektrode 3 gegenüber. Auf der der Mittelelektrode 3 zugewandten Seite der Masseelektrode 4 sind vier zueinander parallele, gleiche Rillen 6 ausgebildet, die einen flachen Grund haben. Die Rillen 6 sind durch fünf keilförmige Rücken 5 begrenzt, deren Keilwinkel im dargestellten Beispiel ca. 50° beträgt. Die Tiefe der Rillen 6 beträgt im dargestellten Beispiel ca. 0,25 mm, der Abstand der Rillen 6, von Mitte zu Mitte gemessen, beträgt im dargestellten Beispiel ca. 0,6 mm. Die Rücken 5 sind gerundet; ihr Radius beträgt ca. 0,1 mm. Die Seitenflächen 7 der Masseelektrode 4 sind ebenfalls gerundet, und zwar mit einem Radius von ca. 1,5 mm.
  • Für die Masseelektrode 4 kommt ein üblicher Werkstoff in Betracht, z. B. eine Nickelbasislegierung.
    • Bezugszahlenliste:
    • 1.
    Isolator
    2.
    metallischer Körper
    3.
    Mittelelektrode
    4.
    Masseelektrode
    5.
    Rücken
    6.
    Rillen
    7.
    Seitenfläche
    8.
    Außengewinde
    9.
    Endfläche

Claims (19)

  1. Zündkerze für Verbrennungsmotoren mit einer Mittelelektrode (3) und mit einer oder mehreren Masseelektroden (4),
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Masseelektrode (4) auf ihrer der Mittelelektrode (3) zugewandten Seite mehrere nebeneinander angeordnete Rillen (6) aufweist.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) gleichmäßig über die der Mittelelektrode (3) gegenüberliegende Oberfläche der Masseelektrode (4) verteilt sind.
  3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) jeweils eine Längsmittelebene haben, in welcher die Längsachse der Mittelelektrode (3) liegt.
  4. Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Masseelektrode (4) eine Längsrichtung aufweist und dass sich die Rillen (6) in der Längsrichtung der Masseelektrode (4) erstrecken.
  5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rillen (6) über die gesamte Länge der wenigstens einen Masseelektrode (4) erstrecken.
  6. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Masseelektrode (4) für den Funkenüberschlag eine Oberfläche hat, welche der Mantelfläche der Mittelelektrode zugewandt ist, und dass die Rillen (6) in dieser Oberfläche der Masseelektrode (4) quer zur Längsachse der Mittelelektrode (3) verlaufen.
  7. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnittsprofil der Rillen (6) der Rücken (5) der Rillen (6) stärker gekrümmt ist als der Grund der Rillen.
  8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil der Rillen (6) an ihrem Grund eine verschwindende Krümmung hat.
  9. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Masseelektrode (4) drei bis fünf, vorzugsweise vier Rillen (6) nebeneinander angeordnet sind.
  10. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) untereinander gleich sind.
  11. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen 0,2 mm bis 0,5 mm tief sind.
  12. Zündkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) 0,25 mm bis 0,3 mm tief sind.
  13. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) durch keilförmig angeordnete Flächen begrenzt sind.
  14. Zündkerze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmig angeordneten Flächen einen Winkel von 50° bis 120° einschließen.
  15. Zündkerze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmig angeordneten Flächen einen rechten Winkel einschließen.
  16. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Masseelektrode (4) im Querschnitt konvexe Seitenflächen (7) hat.
  17. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (4) unter Anwendung eines Drahtziehverfahrens oder eines Strangpressverfahrens hergestellt ist.
  18. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (6) der Masseelektrode (4) durch Prägen gebildet sind.
  19. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (4) durch Profilwalzen profiliert ist.
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