WO1987001877A1 - Bougie d'allumage a etincelle glissante - Google Patents

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WO1987001877A1
WO1987001877A1 PCT/DE1986/000366 DE8600366W WO8701877A1 WO 1987001877 A1 WO1987001877 A1 WO 1987001877A1 DE 8600366 W DE8600366 W DE 8600366W WO 8701877 A1 WO8701877 A1 WO 8701877A1
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WO
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insulating body
spark plug
electrode
plug according
combustion chamber
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PCT/DE1986/000366
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English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Benedikt
Gerhard Heess
Werner Herden
Karl-Hermann Friese
Helmut Reum
Jürgen SCHMATZ
Siegbert Schwab
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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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
    • H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface

Definitions

  • the invention is based on a spark plug with a sliding spark gap for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • Such spark plugs with a sliding spark gap are distinguished from spark plugs with an air spark gap by a substantially lower ignition voltage requirement related to the electrode spacing.
  • the ignition spark must be very high in energy so that despite cooling on the slideway, sufficient energy is still available for the fuel mixture ignition. With a given ignition system, this energy is higher, the greater the operating voltage after ignition of the sliding spark gap.
  • the arc voltage is again directly dependent on the size of the 'surface gap of the forming thus the length between the electrodes in each case Slideway on the combustion chamber surface of the insulating body.
  • a larger sliding spark gap in turn requires a larger ignition voltage than a small one.
  • the spark plug according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the slideway length of the spark gap can be significantly increased for a given ignition voltage. Due to the proposed formation of the free surface of the insulating body on the combustion chamber side and the provision of a so-called rear electrode representing the cathode behind the surface, the distance from this surface can be constant or changeable and its angle of inclination to this surface can be arbitrary, even 90 If the voltage rises at the spark plug due to the dielectric displacement, a surface charge forms along the surface of the insulating body. This surface charge, which is proportional to the field strength and the relative dielectric constant (dielectric constant) of the surface material of the insulating body, causes an ignition voltage which is greatly reduced compared to the pure gas discharge and is not very dependent on the pressure Motor vehicles used
  • Ignition systems provided ignition systems can be bridged with the spark in the spark plug slideway lengths according to the invention in the cm range. Since the operating voltage also rises with the possible large slideway length, it is very easy to transfer energy that is predominantly supplied to the gaseous fuel-air mixture over the long distance of the glide spark gap becomes.
  • the shape of the surface of the insulating body and the electrodes can be chosen as desired, provided that the teaching according to the invention is observed. With an acceptable ignition voltage, it is expedient to design the surface in such a way that the greatest possible slideway length is achieved in order to achieve the highest possible operating voltage.
  • the energy delivered by the spark plug according to the invention to the combustible fuel mixture is approximately ten times as high as in the case of a conventional spark plug.
  • the spark plug according to the invention has a much lower ignition voltage requirement with the same energy transfer to the fuel-air mixture.
  • the spark plug according to the invention can be used both for a sliding glow discharge with a burning time of milliseconds and for a sliding breakdown discharge with a burning time of nanoseconds.
  • the erosion that occurs on the combustion chamber-side surface of the insulating body during the breakdown discharge due to the very hot ignition spark can be distributed symmetrically over the circumference, since in this configuration the individual slideways are lengthened by the erosion and the spark always on the shorter one
  • the formation of the surface discharge is promoted with increasing dielectric constant of the insulating body material
  • the formation of a surface charge on the surface of the insulating body is promoted by the lower part of the insulating body on the combustion chamber side, which leads to a particularly low ignition voltage.
  • the capacity of the spark plug is relatively low, which prevents hot erosion-causing breakdown discharge.
  • a breakdown at the separation point is prevented by the highly insulating separation layer according to claim 9.
  • An arc discharge after ignition is avoided according to the embodiment of the invention according to claim 11 by a resistance of about 1 k ⁇ in the lead of the center electrode.
  • Fig.12 candle in Fig. 1 according to eleven different embodiments.
  • the spark plug shown in FIG. 1 for an internal combustion engine has a rotationally symmetrical insulating body 10, which is encompassed on a longitudinal section by a likewise rotationally symmetrical metal housing 11.
  • the metal housing 11 has a thread 13 on an end section 12 with a reduced diameter, with which the spark plug can be screwed into a cylinder head of the internal combustion engine.
  • a hexagon key 14 is used for screwing in.
  • a sealing ring 15 ensures gas-tight installation of the spark plug in the cylinder head.
  • the metal housing carries an annular ground electrode 16 on the end face of its combustion chamber-side end section 12 provided with the thread 13.
  • the insulating body 10 eliminates on its surface a number of annular grooves 17 as a so-called leakage current barrier and is provided with a central axial through hole 18.
  • a connecting bolt 19 which is connected to a connecting piece 20 from the iso- lier body 10 protrudes from the end facing away from the combustion chamber, and a central electrode 21 which extends in the end section of the insulating body 10 on the combustion chamber side and is electrically and mechanically connected to the connecting bolt 19 via a glass melt flow mass formed here as a resistance chipboard 27.
  • the combustion chamber end face of the center electrode 21 is exposed. When a high voltage is applied between the center electrode 21 and the ground electrode 16, a sliding spark gap is formed between them, the ignition spark flashing along a slideway formed on the free surface 22 of the insulating body 10 on the combustion chamber side.
  • the insulating body 10 is cross-divided in its end section on the combustion chamber side and therefore has an upper part 23 on the connection side and a lower part 24 on the combustion chamber side.
  • the upper part 23 consists of aluminum oxide (Al 2-, 03-,) with a dielectric constant £ .r
  • a separating layer 25 made of silicone rubber, epoxy resin or glass is present in the parting plane between the upper part 23 and the lower part 24, as in the case of
  • the insulating body 10 can also be made in one piece and then preferably consists of aluminum oxide.
  • the surface 22 of the insulating body 10 is shaped in such a way that it is separated from a plurality of the imaginary field lines.
  • lines 30 (FIG. 2) of the electrical field which is formed between the central electrode 21 and the ground electrode 16 when a voltage is applied.
  • the electrode which forms the cathode or a part of this electrode viewed in the direction of the field line, is behind the surface 22 at a distance from and at any angle of inclination to this surface 22 leads. The distance is arbitrary. It can be the same or change along surface 22. Because of its position "behind” the surface 22, this electrode is also called the "rear electrode".
  • the course of the field lines 30 is shown schematically in FIG. 2 as a representative of all of the figures.
  • the electrode representing the cathode is formed by the central electrode 16, while in the exemplary embodiments according to FIGS. 3, 6, 11 and 12 the ground electrode 16 is the cathode represents.
  • the cathode is identified by a (-) and the anode by a (+).
  • the holes penetrate from the annular end face of the ground electrode 16 (in the exemplary embodiments according to FIGS. 2, 4, 5 and 7-10) or from the end face of the center electrode 21 ( In the exemplary embodiments according to FIGS.
  • the majority of the field lines emanating from the surface 22 are at an acute or right angle and end in the cathode lying behind the surface 22 and at a distance from this.
  • these surface elements of the surface 22, which are inclined or perpendicular to the electrical field lines an electron charge is formed on the surface 22 when the voltage rises between the electrodes 16, 21 as a result of the dielectric displacement in the insulating body 10. tional of the field strength and the relative dielectric constant or dielectric constant of the insulating body 10.
  • the ignition spark between the electrodes 16, 21 can already jump at a much lower ignition voltage than is the case with a pure gas discharge or sliding discharges not designed in this way.
  • the electrodes are arranged concentrically to one another, their electrode walls running parallel to one another.
  • the surface 22 of the insulating body 10 rises continuously from the anode (+) to the cathode (-) in such a way that the normals of any small surface elements with the longitudinal axis 29 of the insulating body 10 or the Longitudinal axis of the electrodes 16, 21 include an angle that is greater than 0 ° and at most 90 °.
  • the increase in the surface can also be discontinuous.
  • the central electrode 21 forming the cathode (-) projects far beyond the end of the ground electrode 16 forming the anode (+).
  • the end section of the insulating body 10 is hat-shaped, specifically in such a way that its longitudinal profile has a straight line (FIGS. 2 and 9) that rises from the ground electrode 16 toward the center electrode 21, or is curved or curved (FIG. 4.5) has a contour. With a discontinuous increase in the surface, a stair-like contour results.
  • the end of the center electrode 21 forming the anode (+) is set back far from the ring-shaped end of the ground electrode 16 forming the cathode (-) and the end section of the insulating body 10 on the combustion chamber side formed kra ⁇ terike, in such a way that in the longitudinal profile from the central electrode 21 to the ground electrode 16 rising edges with straight (Fig. 3, 11 and 12) or curved or arcuate (Fig. 6) contour.
  • the central electrode 21 representing the cathode is angled in the insulating body region protruding beyond the annular ground electrode 16 with respect to the part of the central electrode 21 which is concentric with the ground electrode 16.
  • the ignition spark which forms between the center electrode 21 and the ground electrode 16 is forced onto a predetermined slideway, as denoted by 26 in FIG. 7.
  • the surface 22 of the insulating body 10 on the combustion chamber side runs transversely to the longitudinal axis of the insulating body 10.
  • the ring-shaped ground electrode 16 thickens in the end region and, with its free ring surface, projects somewhat above the surface 22.
  • the field lines emanating from the ground electrode 16 representing the anode (+) penetrate the surface 22 of the insulating body 10 at an angle which is greater than 0 ° on its way to the so-called rear electrode.
  • the sliding discharge occurring in the described spark plug can be implemented as a breakdown discharge in the nanosecond range or as a glow discharge in the millisecond range or as a * mixture of these discharge forms.
  • a capacitor must be provided in the spark plug or in the plug of the spark plug.
  • Spark plugs for breakdown discharge can, however, also have a one-piece insulating body 10 made of a material with a high dielectric constant. In addition, a spark gap can be provided.
  • the surface 22 of the insulating body 10 is melted along the respective slideway that is formed and partially removed (erosion). It is therefore important to ensure that the entire surface burns evenly. This is achieved with spark plugs according to the embodiments according to FIGS. 9-12.
  • at least one of the electrodes 16, 21 is formed in its end section 161 or 211 such that the shortest distances between the electrodes 16, 22 measured in the sectional areas of the insulating body 10 running parallel to the surface 22 End sections 161 and 211 increase with increasing distance of the parallel cut surfaces from the surface 22.
  • the cut surfaces form conical shells.
  • Ceramic materials with a small grain size (less than 10 ⁇ m) and without pores have been shown to be particularly resistant to erosion. Suitable materials are aluminum oxide (Al j O-.), Sapphire, silicon nitrite (Si ⁇ N.), Quartz, zirconium oxide (ZrO_), Prozellan, Pyrex, Duran glasses etc.
  • Aluminum oxide Al j O-.
  • Sapphire silicon nitrite
  • Quartz zirconium oxide
  • Prozellan Pyrex
  • Pretreatment of the surface 22 by melting for example by laser application or gas discharge, improves the resistance to erosion.
  • the spark plug In order to achieve a glow discharge discharge, the spark plug must have the lowest possible capacity.
  • the insulating body 10 is formed in two parts, as described in FIG. 1. Possibly. a spark gap is provided in the connector or in the spark plug.
  • the sliding glow discharge is a relatively cold discharge in terms of gas discharge, since the electrons are released from the electrode surfaces by ion impacts and not thermally. An erosion

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit Gleit¬ funkenstrecke für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Solche Zündkerzen mit Gleitfunkenstre-eke zeichnen sich gegenüber Zündkerzen mit Luftfunkenstrecke durch einen wesentlich.niedrigeren, auf den Elektrodenabstand be¬ zogenen Zündspannungsbedarf aus. Jedoch muß der Zünd- funke sehr energiereich sein, damit trotz Abkühlen auf_ der Gleitbahn noch genügend Energie für die Kraftstoff¬ gemischentflammung zur Verfügung steht. Diese Energie ist bei vorgegebener Zündanlage um so höher, je größer die Brennspannungnach der Zündung der Gleitfunkenstrek- ke ist. Die Brennspannung ist wiederum direkt abhängig von der Größe der' Gleitfunkenstrecke, also von der Länge der sich zwischen den Elektroden jeweils ausbildenden Gleitbahn auf der brennraumseitigen Oberfläche des Isolierkörpers. Eine größere Gleitfunkenstrecke be¬ nötigt allerdings wiederum eine größere Zündspannung als eine kleine.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei vorgegebener Zündspannung die Gleitbahnlänge der Gleitfunkenstrecke wesentlich ver- größert werden kann. Aufgrund der vorgeschlagenen Aus¬ bildung der brennraumseitigen freien Oberfläche des Isolierkörpers und des Vorsehens einer die Katode dar¬ stellenden sog. Hinterelektrode hinter der Oberfläche, deren Abstand von dieser Oberfläche konstant oder ver- änderlich und deren Neigungswinkel zu dieser Oberfläche beliebig, auch 90 , sein kann, bildet sich beim Spannungs¬ anstieg an der Zündkerze infolge der dielektrischen Ver¬ schiebung eine Oberflächenladung längs der Oberfläche des Isolierkörpers aus. Diese Oberflächenladung, die proportional der Feldstärke sowie der-"relativen Dielek¬ trizitätskonstanten (Dielektrizitätszahl) des Oberflä¬ chenmaterials des Isolierkörpers ist, bewirkt eine gegen¬ über der reinen Gasentladung stark reduzierte und vom Druck wenig abhängige Zündspannung. Mit den von den heute üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendeten
Zündanlagen zur Verfügung gestellten Zündspannungen lassen sich bei der erfindungsgemäßen Zündkerze Gleitbahnlängen im cm-Bereich mit dem Zündfunken überbrücken. Da mit der möglichen großen Gleitbahnlänge auch die Brennspannung ansteigt, läßt sich sehr leicht Energie übertragen, die auf der langen Wegstrecke der Gleitfunkenstrecke über¬ wiegend dem gasförmigen Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. Die Form der Oberfläche des Isolierkörpers und der Elektroden kann bei Einhaltung der erfindungsge¬ mäßen Lehre beliebig gewählt werden. Zweckmäßig ist es, bei einer vertretbaren Zündspannung die Oberfläche so auszubilden, daß zur Erzielung einer möglichst ho¬ hen Brennspannung eine möglichst große Gleitbahnlänge erreicht wird.
Mit den heute zur Verfügung stehenden Zündspannungen ist die von der erfindungsgemäßen Zündkerze an das brennbare Kraftstoffgemisch abgegebene Energie etwa zehnmal so hoch wie bei einer herkömmlichen Zündkerze. Umgekehrt besteht bei der erfindungsgemäßen Zündkerze bei gleicher Energieübertragung an das Kraftstoff-Luftge¬ misch ein sehr viel kleinerer Zündspannungsbedarf.
Die erfindungsgemäße Zündkerze kann sowohl für eine Gleit-Glimmentladung mit einer Brenndauer von Milli¬ sekunden als auch für eine Gleit-Durchbruchentladung mit einer Brenndauer von Nanosekunden verwendet wer¬ den. Die bei der Durchbruchentladung infolge des sehr heißen Zündfunkens an der brennraumseitigen Oberfläche des Isolierkörpers auftretende Erosion kann bei der Aus¬ führungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5 symmetrisch über den Umfang verteilt werden, da bei dieser Gestal¬ tung die einzelnen Gleitbahnen sich durch die Erosion verlängern und der Zündfunke immer auf der kürzeren
Gleitbahn überspringt. Zusätzlicher Schutz gegen Erosion kann durch die Ausgestaltung der brennraumseitigen Ober¬ fläche des Isolierkörpers gemäß den Ausführungsformen in Anspruch 6 oder 7 erzielt werden.
Bei der Gleit-Glimmentladung werden solche Erosionsschä¬ den verhindert. Mit der erfindungsgemäßen Zündkerze wird hierbei eine hohe Brennspannung erreicht (typischer¬ weise 1 kV) , wodurch sich - da die Wärmeverluste über den schlecht wärmeleitenden Isolierkörper und die Energieabfuhr über die Elektroden (Quenching-Verluste) wegen des großen Elektrodenabstandes sehr gering sind - ein der Gleit-Durchbruchentladung nahezu vergleichba¬ rer hoher Wirkungsgrad bei der Energieübertragung an das Kraftstoff-Luftgemisch ergibt.
Da wie eingangs erwähnt, die Ausbildung der Oberflächen- entladung mit zunehmender Dielektrizitätszahl des Iso¬ lierkörper-Werkstoffes begünstigt wird, ist es zweck¬ mäßig, den Isolierkörper aus einem Werkstoff mit hoher Dielektrizitätszahl herzustellen. Damit erhält aber die Zündkerze zugleich- eine relativ große Kapazität, was die Neigung zu einer Gleit-Durchbruchentladung fördert. Um trotz hoher Dielektrizitätszahl des Isolierstoffes eine Gleit-Glimmentladung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die Zündkerze gemäß der Ausführungsform der Erfindung in Anspruch 8 auszubilden. Durch das hochdi- elektrische brennraumseitige Isolierkörper-Unterteil wird die Ausbildung einer Oberflächenladung an der Ober¬ fläche des Isolierkörpers gefördert, was zu einer beson¬ ders niedrigen Zündspannung führt. Durch die Zweiteilig¬ keit des Isolierkörpers, dessen volumenkleineres Unter- teil nur die hohe Dielektrizitätszahl aufweist, ist die Kapazität der Zündkerze jedoch relativ niedrig, wodurch eine heiße erosionsverursachende Durchbruchentladung ver¬ hindert wird. Ein Durchschlag an der Trennstelle wird durch die hochisolierende Trennschicht gemäß Anspruch 9 verhindert. Eine Bogenentladung nach Zündung wird gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 11 durch einen Widerstand von etwa 1 k-Ω.in der Zuleitung der Mittelelektrode vermieden.
ERSATZBLATT Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge¬ stellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Zündkerze einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 jeweils eine schematische Darstellung des bis brennraumseitigen Endabschnittes der Zünd-
Fig.12 kerze in Fig. 1 gemäß elf verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze für eine Brennkraft¬ maschine weist einen rotationssymmetrischen Isolierkör¬ per 10 auf, der auf einem Längsabschnitt von einem eben- falls rotationssymmetrischen Metallgehäuse 11 umfaßt wird. Das Metallgehäuse 11 trägt auf einem im Durchmesser redu¬ zierten Endabschnitt 12 ein Gewinde 13, mit welchem, die Zündkerze in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt werden kann. Zum Einschrauben dient ein Schlüsselsechskant 14. Ein Dichtring 15 sorgt für den gasdichten Einbau der Zündkerze im Zylinderkopf. Das Metallgehäuse trägt auf der Stirnseite seines brennraum¬ seitigen, mit dem Gewinde 13 versehenen Endabschnittes 12 eine ringförmige Masseelektrode 16.
Der Isolierkörper 10 beseitzt auf seiner Oberfläche eine Anzahl von Ringnuten 17 als sog. Kriechstrombarriere und ist mit einer zentralen axialen Durchgangsbohrung 18 ver¬ sehen. In der Durchgangsbohrung 18 liegt ein Anschlu߬ bolzen 19, der mit einem Anschlußstück 20 aus dem Iso- lierkörper 10 an dessen vom Brennraum abgekehrten Ende herausragt, und eine Mittelelektrode 21, die sich in dem brennraumseitigen Endabschnitt des Isolierkörpers 10 erstreckt und über eine hier als Widerstandspanat 27 ausgebildete Glasschmelzflußmasse mit dem Anschlu߬ bolzen 19 elektrisch und mechanisch verbunden ist. Die brennraumseitige Stirnseite der Mittelelektrode 21 liegt frei. Beim Anlegen einer Hochspannung zwischen der Mittelelektrode 21 und der Masseelektrode 16 ent- D steht zwischen diesen eine Gleitfunkenstrecke, wobei der Zündfunke längs einer auf der brennraumseitigen freien Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 sich ausbil¬ denden Gleitbahn überschlägt.
In dem in Fig. 1 zu sehenden Ausführungsbeispiel der 15- Zündkerze ist der Isolierkörper 10 in seinem brenn¬ raumseitigen Endabschnitt quergeteilt und weist da¬ durch ein anschlußseitiges Oberteil 23 und ein brenn- raumseitiges Unterteil 24 auf. Das Oberteil 23 besteht aus Aluminiumoxid (Al 2-,03-,) mit einer Dielektrizitätszahl £.r
20. von kleiner als zehn während der Werkstoff des Unterteils 24 eine sehr viel höhere Dielektrizitätszahl, hier etwa 50 -500, aufweist. In der Trennebene zwischen Oberteil 23 und Unterteil 24 ist eine Trennschicht 25 aus Sili¬ kongummi, Epoxydharz oder Glas vorhanden, wie bei be-
2-5r kannten Zündkerzen kann der Isolierkörper 10 aber auch -einstückig ausgeführt werden und besteht dann vorzugs¬ weise aus Aluminiumoxid.
In den Fig. 2 - 12 sind verschiedene Ausführungsformen der Ausbildung des brennraumseitigen Endabschnittes der 30 Zündkerze dargestellt. In allen Ausführungsbeispielen ist die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 derart ge¬ formt, daß sie von einer Mehrzahl der gedachten Feldli- nien 30 (Fig.2)des zwischen der Mitteleiektrode 21 und der Masseelektrode 16 bei Anlegen einer Spannung sich ausbildenden elektrischen Feldes durchstoßen wird. Da¬ bei ist bei jedem Ausführungsbeispiel die Elektrode, welche die Katode bildet bzw. ein Teil dieser Elektro¬ de, in Richtung des Feldlinienverlaufs gesehen, hinter der Oberfläche 22 mit Abstand von und in einem beliebi¬ gen Neigungswinkel zu dieser Oberfläche 22 entlang ge¬ führt. Der Abstand ist dabei beliebig. Er kann längs der Oberfläche 22 gleich sein oder sich verändern. We¬ gen ihrer Lage "hinter" der Oberfläche 22 wird diese Elektrode auch "Hinterelektrode" genannt. Der Verlauf der Feldlinien 30 ist in Fig. 2 stellvertretend für alle Fig. schematisch eingezeichnet.
in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2,4,5 und 7 - IG wird die die Katode darstellende Elektrode von der Mit¬ telelektrode 16 gebildet, während in den Ausführungsbei¬ spielen gemäß Fig. 3,6,11 und 12 die Masseelektrode 16 die Katode darstellt. In den einzelnen Figuren ist die Katode durch ein (-) und die Anode durch ein (+) gekenn¬ zeichnet. Wie ohne weiteres aus diesen Darstellungen zu erkennen ist, durchstoßen die von der ringförmigen Stirn¬ seite der Masseelektrode 16 (in den Ausführungsbeispie- len gemäß Fig. 2,4, 5.und 7 - 10) bzw. von der Stirnseite der Mittelelektrode 21 (in den Ausführungsbeispielen ge¬ mäß Fig. 3,6,11 und 12) ausgehenden Feldlinien in ihrer Mehrzahl die Oberfläche 22 in einem spitzen oder rechten Winkel und enden in der hinter der Oberfläche 22 und mit Abstand von dieser liegenden Katode. Durch diese zu den elektrischen Feldlinien schräg oder senkrecht gestellten Oberflächenelemente der Oberfläche 22 bildet sich beim Spannungsanstieg zwischen den Elektroden 16,21 infolge der dielektrischen Verschiebung im Isolierkörper 10 eine Elektronenladung an der Oberfläche 22 aus, die propor- tional der Feldstärke sowie der relativen Dielektrizi¬ tätskonstanten bzw. Dielektrizitätszahl des Isolier¬ körpers 10 ist. Durch diese Oberflächenladung kann der •Zündfunke zwischen den Elektroden 16,21 schon bei einer sehr viel niedrigeren Zündspannung überspringen als dies bei einer reinen Gasentladung oder nicht in dieser Weise gestaltetenGleitentladungen der Fall ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der Zündkerze gemäß Fig.2 - 6 und Fig. 9 - Fig. 12 sind die Elektroden konzentrisch zueinander angeordnet, wobei ihre Elektrodenwände paral¬ lel zueinander verlaufen. Die Oberfläche 22 des Isolier¬ körpers 10 steigt in allen Ausführungsbeispielen von der Anode (+) zur Katode (-) hin kontinuierlich an, und zwar derart, daß die Normalen von beliebig kleinen Oberflä- chenelementen mit der Längsachse 29 des Isolierkörpers 10 bzw. der Längsachse der Elektroden 16,21, einen Winkel einschließen, der größer 0° und höchstens 90° ist. Der Anstieg der Oberfläche kann aber auch diskontinuierlich sein.
In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2,4,5,9 und 10 steht dabei die die Katode (-) bildende Mittelelektrode 21 weit über das Ende der die Anode (+) bildenden Masse¬ elektrode 16 vor. In diesen Ausführungsbeispielen ist der Endabschnitt des Isolierkörpers 10 hutartig ausgebildet, und zwar derart, daß sein Längsprofil eine von der Masse¬ elektrode 16 zur Mittelelektrode 21 hin ansteigende gerad¬ linige (Fig.2 und 9), oder kurven- oder bogenförmige (Fig.4,5) Kontur aufweist. Bei einem diskontinuierlichen Anstieg der Oberfläche ergibt sich eine treppenartige Kontur.
ERSÄTZBLATT Bei den Ausführungsbeispielen der Zündkerze gemäß Fig.3,5, 11 und 12 ist das Ende der die Anode (+) bildenden Mit¬ telelektrode 21 zum ringförmigen Ende der die Katode (-) bildenden Masseelektrode 16 weit zurückversetzt und der brennraumseitige Endabschnitt des Isolierkörpers 10 kra¬ terartig ausgebildet, und zwar derart, daß im Längspro¬ fil von der Mittelelektrode 21 zur Masseelektrode 16 hin ansteigende Flanken mit geradliniger (Fig.3, 11 und 12) bzw. kurven- oder bogenförmiger (Fig.6) Kontur entstehen.
Bei der Ausführungsform der Zündkerze gemäß Fig.7 ist die die Katode darstellende Mittelelektrode 21 in dem über die ringförmige Masseelektrode 16 vorstehenden Isolierkörperbereich gegenüber dem mit der Masseelektro¬ de 16 konzentrisch verlaufenden Teil der Mittelelektrode 21 abgewinkelt. Hierdurch wird der zwischen der Mittel¬ elektrode 21 und der Masseelektrode 16 sich ausbildende Zündfunke auf eine vorbestimmte Gleitbahn gezwungen wie sie in Fig. 7 mit 26 bezeichnet ist.
Bei der Ausführungsform der Zündkerze gemäß Fig. 8 ver- läuft die brennraumseitige Oberfläche 22 des Isolierkör¬ pers 10 quer zur Längsachse des Isolierkörpers lO. Durch die sehr breite Mittelelektrode 21, die im vorderen End¬ abschnitt in einen sehr schmalen .Steg übergeht, wird auch hier eine hinter der Oberfläche 22 entlang geführte Hin- terelektrode geschaffen, welche die Katode (-) darstellt. Die ringförmige Masseelektrode 16 verdickt sich im End¬ bereich und steht mit ihrer freien Ringfläche etwas über die Oberfläche 22 vor. Auch hier durchstoßen die von der die Anode (+) darstellenden Masseelektrode 16 ausgehenden Feldlinien auf ihrem Weg zu der sog. Hinterelektrode die Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 in einem Winkel, der größer als 0° ist. Somit ist auch bei der Ausführungs¬ form der Zündkerze gemäß Fig. 8 das' eingangs beschriebene Konstruktionsprinzip verwirklicht.
Die bei der beschriebenen Zündkerze auftretende Gleit¬ entladung kann je nach Konzept der Brennkraftmaschine als Durchbruchentladung im Nanosekundenbereich oder als Glimmentladung im Millisekundenbereich oder als * Mischung dieser Entladungsformen realisiert werden. Bei der Durchbruchentladung ist in der Zündkerze selbt oder im Stecker der Zündkerze ein Kondensator vorzuse¬ hen. Zündkerzen für Durchbruchentladung können aber auch einen einstückigen Isolierkörper 10 aus einem Werk¬ stoff mit hoher Dielektrizitätszahl aufweisen. Zusätz¬ lich kann noch eine Vorfunkenstrecke vorgesehen werden.
Bei der heißen Durchbruchentladung, die einige zehntau¬ send Grad beträgt, wird die Oberfläche 22 des Isolier- körpers 10 längs der jeweiligen sich ausbildenden Gleit¬ bahn angeschmolzen und teilweise abgetragen (Erosion) . Deshalb ist dafür Sorge getragen, daß über die gesamte Oberfläche ein gleichmäßiger Abbrand erfolgt. Dies wird mit Zündkerzen gemäß den Ausführungsformen nach Fig.9 - 12 erzielt. In diesen Ausführungsformen ist mindestens eine der Elektroden 16,21 in .ihrem Endabschnitt 161 bzw. 211 derart ausgebildet, daß die in zur Oberfläche 22 paral¬ lel verlaufenden Schnittflächen des Isolierkörpers 10 gemessenen kürzesten Enrfernungen zwischen den Elektro- den 16,22 im Bereich der Endabschnitte 161 bzw. 211 mit wachsendem Abstand der parallelen Schnittflächen von der Oberfläche 22 zunehmen. Die Schnittflächen bilden in den Ausführungsbeispielen der Fig. 2,3,9 - 12 Kegelmäntel. In den Fig. 9 - 12 ist von den parallelen Schnittflächen je- weils eine Schnittfläche 28 strichliniert eingezeichnet. Wie deutlich zu erkennen ist, verlängert sich bei einem Abbrand der Oberfläche 22 bis auf die Schnittfläche 28 die längs dieser Schnittfläche 28 gemessene kürzeste Ent- fernung zwischen den Elektroden 16,21. An dieser Stel¬ le verlängert sich dabei die Gleitbahnlänge zwischen den Elektroden 16,21 mit zunehmendem Abbrand auf der Oberfläche 22. Da die Gleitbahn mit der kürzesten Ent- fernung von dem Zündfunken bevorzugt wird, verlagert sich der Zündfunke, und ein am Umfang gleichmäßiger Abbrand der Oberfläche 22 wird erzielt.
Als weiteres Mittel zur Reduzierung der Erosion der Oberfläche 22 und damit der Vergrößerung der Lebens- dauer der Zündkerze bieten sich besondere keramische
Materialien an. Dabei haben sich keramische Materialien mit kleiner Körnung (kleiner als 10 um) sowie ohne Poren als besonders abbrandfest gezeigt. Als Materialien kom¬ men in Betracht Aluminiumoxid (AljO-.) , Saphir, Silicium- nitrit (Si-^N.) , Quarz, Zirkoniumoxid (ZrO_) , Prozellan, Pyrex, Duran-Gläser etc. Zur Verbesserung der Ausbildung der Oberflächenentladung und der für die Durchbruchent¬ ladung erforderlichen Kapazität werden Materialien mit hoher Dielektrizitätszahl (£ =50 - 500) bevorzugt. Eine Vorbehandlung der Oberfläche 22 durch Anschmelzen,z.B. durch Laseranwendung oder Gasentladung, verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Erosion.
Zur Erzielung einer Gleit-Glimmentladung muß die Zünd¬ kerze eine möglichst niedrige Kapazität aufweisen. Bei Verwendung von hochdielektrischen Materialien zur Ver¬ besserung der Oberflächenentladung wird der Isolierkör¬ per 10 wie in Fig. 1 beschrieben, zweiteilig ausgebildet. Ggf. wird eine Vorfunkenstrecke im Stecker oder in der Zündkerze vorgesehen. Die Gleit-Glimmentladung ist gas- entladungsphysikalisch eine relativ kalte Entladung, da die Elektronen durch Ionenstöße und nicht thermisch aus den Elektrodenoberflächen freigesetzt werden. Eine Erosion
ERSAT 3L der Oberfläche 22 des Isolierkörpers 10 tritt nicht auf.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke für Brennkraft¬ maschinen mit einem Isolierkörper, der in seinem brennraumseitigen Endabschnitt eine zentrale Mittel- elektrode trägt und mit einem den Isolierkörper auf einen Längsabschnitt umfassenden Metallgehäuse, das an seinem brennraumseitigen Ende eine die Mittelelek¬ trode mit Abstand ringförmig umgebende Masseelektro- de trägt, wobei die Gleitfunkenstrecke sich zwischen . den Elektroden längs einer Gleitbahn auf der Oberflä¬ che des Isolierkörpers ausbildet, d d u r h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oberfläche (22) des Isolierkörpers (10) derart geformt ist, daß sie von einer Mehrzahl der gedachten Feldlinien (30) ei- nes zwischen den Elektroden (16,21) sich ausbildenden elektrischen Feldes durchstoßen wird, und daß zumin¬ dest ein Teil der die Katode (-) darstellenden Elek¬ trode (16,21) in Richtung des Feldlinienverlaufs ge¬ sehen hinter der Oberfläche (22) mit gleichem oder veränderlichem Abstand von und in beliebigem Neigungs¬ winkel zu dieser Oberfläche (22) entlanggeführt ist. - 1k -
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 Elektroden (16,21) parallel zueinander verlaufende Elektrodenwände aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet
5; sind, daß die Oberfläche (22) des Isolierkör¬ pers (10) von der Anode (+) zur Katode (-) hin kontinuierlich oder diskontinuierlich ansteigend ausgebildet ist und daß die Normalen beliebig klei¬ ner Oberflächenelemente mit der Längsachse (29) des
10 Isolierkörpers (10) einen Winkel [<*>. ) einschließen, der größer 0° und höchstens 90° ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t,daß die die Katode (-) bildende Mittel¬ elektrode (21) weit über das Ende der die Anode (+) l_5i bildenden Masseelektrode (16) vorsteht und der Ξnd- abschnitt des Isolierkörpers (10) hutartig ausgebil¬ det ist, derart, daß sein Längsprofil ein von der Masseelektrode (16) zur Mittelelektrode (21) hin ansteigende geradlinige, kurven- oder bogenförmige
20 oder treppenartige Kontur aufweist (Fig.2,4,5,7,9,10) .
.4. Zündkerze nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ende der die Anode (+) bildenden Mittelelektrode (21) zum Ende der die Katode (-) bildenden Masseelektrode (16) weit zurück-
25. versetzt und der Endabschnitt des Isolierkörpers (10) kraterartig ausgebildet ist, derart, daß sein Längs¬ profil von der Mittelelektrode (21) zur Masseelektro- de (16) hin ansteigende Flanken mit geradlinig, kur¬ ven- oder bogenförmiger oder treppenartiger Kontur
3.0 aufweist (Fig. 3,6,11,12) .
ERSATZBLATT
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 - 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der Elektroden (16,21) in ihrem . Endabschnitt (161,211) derart ausgebildet ist, daß die in diesem Endabschnittsbereich in längs zur Oberfläche (22) des Isolierkörpers (10) parallel verlaufenden Schnittflächen (28) im Isolierkörper (10) gemessene kürzeste Entfernung von der anderen Elektrode (21,16) mit wachsendem Abstand der Schnittflächen (28) von der Oberfläche (22) zunimmt.
6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zu¬ mindest die Oberfläche (22) des Isolierkörpers
(10) aus einem porenfreien und/oder feinkörnigen keramischen Material besteht.
7. Zündkerze nach Anspruch 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Oberfläche (22) angeschmolzen ist, -vorzugweise durch Laseranwen¬ dung.
8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 - 7, 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) quergeteilt ist und ein Ober¬ teil (23) aus einem Werkstoff mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante und ein brennraumseitiges 5 Unterteil (24) aus einem Werkstoff mit demgegenüber sehr viel höheren, z.B. 5 - 50-fachen, Dielektrizi¬ tätskonstante besteht.
9. Zündkerze nach Anspruch 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Oberteil θ (23) und dem Unterteil (24) eine Trennschicht (25) aus Silikongummi, Epoxydharz oder Glas angeordnet ist.
10. Zündkerze nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trennebene zwischen dem Oberteil. (23) und dem Unterteil (24) im brennraumseitigen Endabschnitt des Isolierkör¬ pers (10) mit Abstand von der Oberfläche (22) vor¬ gesehen ist.
' 11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 8 - 10, bei wel- eher die Mittelektrode mit einem Anschlußbolzen elektrisch leitend verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die elektrische Verbindung zwischen Mittelelektrode (21) und An¬ schlußbolzen (19) hochohmig mit einem Widerstands- wert im Kiloohm-Bereich ausgebildet ist.
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