WO1994013046A1 - Zündkerze für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO1994013046A1
WO1994013046A1 PCT/DE1993/001133 DE9301133W WO9413046A1 WO 1994013046 A1 WO1994013046 A1 WO 1994013046A1 DE 9301133 W DE9301133 W DE 9301133W WO 9413046 A1 WO9413046 A1 WO 9413046A1
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Irene Jennrich
Lothar Weber
Andreas Niegel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/38—Selection of materials for insulation
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    • 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
    • H01T13/14—Means for self-cleaning

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • a spark plug is already known (patent specification DE 31 29 025 C2), in which the longitudinal section (foot) of the insulating body on the combustion-rouge side is provided with a coating which is intended to prevent electrically conductive deposits and from a paraffin solution with at least 0.1%.
  • a paraffin solution with at least 0.1%.
  • silicone oil there is silicone oil;
  • the inside of the spark plug metal housing facing the insulator body can also be coated with such a coating.
  • the paraffin and the silicone must be dissolved in a solvent such as trichlorethylene, chlorobenzene, toluene or the like, the use of which is undesirable from a physiological point of view and for reasons of environmental protection.
  • This coating on the insulator base is intended to avoid electrically conductive deposits which form when the internal combustion engine is operating at temperatures of the insulator base below 500 ° C. These deposits are carbon, water and
  • Silicone oil has already been proposed for such coatings, but this has not proven to be sufficiently effective, because it caused undesired electrical conductivity of the insulating body base due to the penetration of carbon and / or water into the silicone 01 layer.
  • the spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the fact that the material used as protection against soiling of the insulator base is not only sufficiently effective, but is also solvent-free, that is to say physiologically harmless and environmentally friendly; Therefore, no expensive suction devices are required to apply such coatings.
  • Another advantage is that the coating according to the invention is easy to grip and does not lose its protection against contamination even when such spark plugs are stored for a long time.
  • Advantageous further developments and improvements of the spark plug specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims. It is particularly advantageous if the inside of the metal housing facing the insulating body base is also covered with such a coating, because as a result of this measure the undesired outflow of energy is prevented even more and the application of the coating is also mostly simplified.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description; the figure shows a spark plug in longitudinal view with a section through its end section on the combustion chamber side in an enlarged view.
  • the (high-voltage) spark plug 10 shown in the figure of the drawing has an essentially tubular metal housing 11, which has on its outside a screw thread 12 and a key hexagon 13 as a means for installing the spark plug 10 in an internal combustion engine, not shown , in particular in an internal combustion engine of motor vehicles.
  • This metal housing 11 has, in the region of its end on the combustion chamber side, a counterelectrode 14 which is hook-shaped.
  • the illustration of a sealing ring or a sealing surface arranged on the screw thread 12 side has been omitted.
  • the metal housing 11 comprises, in a known manner, a ceramic, rotationally symmetrical insulating body 16, which in most cases essentially consists of sintered aluminum oxide, has on the connection side a so-called head 16/1 which protrudes from the metal housing 11 and which contains a collar (not shown) within the metal housing 11 and then an insulating body foot which is still essentially encompassed by the metal housing 11 Connect 16/2.
  • This insulating body 16 is held firmly and sealingly in the area mentioned by the metal housing 11, inter alia by means of a sealing ring 17, which is located between the connection-side, frustoconical end of the insulating body 16/2 and one in the axial bore 15 of the metal housing 11 annular shoulder (without reference numerals) is arranged.
  • the insulating body 16 has, in a known manner, a longitudinal bore 18 from which a connection element 19, which in the present example is designed as a threaded section, protrudes; this connection element 19 serves to connect the spark plug 10 to a known ignition system (not shown).
  • a substantially cylindrical central electrode 20 is also fixed in a sealed manner, which is in electrical connection with the connecting element 19 and is made of a fire-resistant material, e.g. B. consists of a nickel alloy.
  • the air spark gap formed between the end section of this center electrode 20 on the combustion chamber side and the counter electrode 14 is designated by 21.
  • the area of the spark plug 10 which is directly accessible to the internal combustion engine combustion chamber comprises, in particular, its outer side 16/2 "from the insulating body foot 16/2 and the inner side 15/1 facing this outer side 16/2 'of the insulating body foot 16/2 the metal housing axial bore 15; this area is delimited on the connection side by the sealing ring 17 between the insulating body 16 and the metal housing 11. Restricted access to the combustion chamber of the internal combustion engine is, however, also the narrow annular gap (without reference numeral) formed between the central electrode 20 and the longitudinal bore 18 of the insulating body, which is sealed on the connection side by a sealing compound (not shown), preferably by an electrically conductive glass.
  • At least the outer side 16/2 "of the insulating body foot 16/2, which extends as far as the sealing ring 17, but preferably also the described inner side 15/1 of the metal housing 11 are coated with a coating 22 which avoids electrically conductive deposits which form during operation of internal combustion engines at temperatures of the insulator base 16/2 below 500 ° C. These deposits can be carbon, water and other electrically conductive substances resulting from the fuel Deposits would come from the ignition system, even before the actual ignition point of the internal combustion engine in the form of leakage currents, undesirably from the central electrode 20 via these deposits on the outside 16/2 'of the insulating base 16/2 to the mostly electrically grounded metal object drain off at home 11.
  • the coating 22 according to the invention consists of solvent-free silicone rubber or solvent-free silicone resin.
  • the solvent-free silicone rubber can also be provided with a proportion of filler (for example highly disperse silica).
  • the coating 22 consisting of silicone rubber can be mixed with silicone oil, the proportion of the silicone oil being up to 99.9%, but preferably between 75 and 85%.
  • the silicone can be types that crosslink through moisture or harden due to the influence of light or heat.
  • the silicone can also be used as a varnish, but this varnish should not be mixed with substances that separate carbon during thermolysis.
  • the coating 22 is preferably introduced via nozzles into the area (16/2 'and 15/1) on the combustion chamber side, accessible to the internal combustion engine combustion chamber, this material also being able to penetrate into the annular gap located between the center electrode 20 and the longitudinal bore 18 of the insulating body; since the material used for the coating 22 is physiologically harmless and environmentally friendly, no expensive extraction systems are required when practicing this method.
  • the application of such coatings 22 to the combustion chamber side section 16/2 of the insulating body 16, i. H. both on its outer side 16/2 'and on the corresponding area of the longitudinal insulating bore 18, can also be carried out at a suitable point on the occasion of the assembly process of such spark plugs 10 by dipping processes, brushing processes, printing processes and of course also by spraying.
  • the coating 22 according to the invention can also be used in spark plugs in which the counterelectrode 14 is arranged in another known manner and the spark gap 21 is not a pure air spark gap but also a combined air-sliding spark gap or even a pure sliding spark gap.

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Abstract

Es wird eine Zündkerze (10) vorgeschlagen, die zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen dient. Die Zündkerze weist auf ihrem Isolierkörper-Fuß (16/2) einen Überzug (22) auf, der - insbesondere bei Einbau von Zündkerzen in Neufahrzeuge - vor Zündaussetzern und Kaltstartschwierigkeiten infolge von elektrisch leitfähigen Ablagerungen schützen soll. Dieser Überzug (22) besteht aus lösungsmittelfreiem Silikon-Kautschuk bzw. -Harz. Der Silikon-Kautschuk kann Füllstoff enthalten und wird zwecks guter Verarbeitbarkeit mit Silikon-Öl versehen. Zweckmäßigerweise wird auch die dem Brennraum ausgesetzte Innenseite (15/1) des Metallgehäuses (11) mit diesem Überzug (22) bedeckt. Dieser Überzug (22) ist physiologisch unbedenklich, umweltfreundlich, griffest und bedarf beim mittels Düsen vorgenommenen Aufsprühen auf den entsprechenden Zündkerzen-Bereich keiner teueren Absauganlagen.

Description

Zündkerze für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brennkraft aschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Zündkerze be¬ kannt (Patentschrift DE 31 29 025 C2), bei der der brennrau seitige Längsabschnitt (Fuß) des Isolierkörpers mit einem Überzug versehen ist, der elektrisch leitfähige Ablagerungen verhindern soll und aus einer Paraffinlösung mit mindestens 0,1 % Silikon-Öl besteht; gemäß dieser Patentschrift kann auch die dem Isolierkörper-Fuß zugewendete Innenseite des Zündkerzen-Metallgehäuses mit einem solchen Überzug beschichtet sein. Zur Herstellung dieses Überzugs müssen das Paraf¬ fin und das Silikon in einem Lösungsmittel wie Trichloräthylen, Chlorbenzol, Toluol o. ä. gelöst werden, deren Anwendung unter phy¬ siologischen Gesichtspunkten und aus Gründen des Umweltschutzes un¬ erwünscht sind.
Dieser Überzug auf dem Isolierkörper-Fuß soll elektrisch leitfähige Ablagerungen vermeiden, die sich im Betrieb von Brennkraftmaschinen bei Temperaturen des Isolierkörper-Fußes unter 500° C bilden. Bei diesen Ablagerungen handelt es sich um Kohlenstoff, Wasser und
anderen elektrisch leitfähigen, aus dem Kraftstoff entstandenen Stoffen. Infolge dieser Ablagerungen kann aus der Zündanlage stam¬ mende Energie bereits vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt der Brenn¬ kraf maschine in Form von Kriechströmen unerwünschterweise abfließen und zu Kaltstartproblemen und Zündaussetzern in der Brennkraftma¬ schine führen; diese Ablagerungen mit ihren vorstehend beschriebenen Folgen wirken sich besonders störend beim Einbau von Zündkerzen in Neufahrzeuge aus, die sich während ihrer Einlaufphase von einigen 100 km häufig nur mit niedrigen Geschwindigkeiten und/oder niedriger Last bewegen und demzufolge die Temperatur des Isolierkörper-Fußes der Zündkerzen nicht über die sogenannte Freibrenntemperatur von 500° C bringen.
Vorgeschlagen wurde für derartige Überzüge auch bereits Silikon-Öl, doch erwies sich dieses als nicht hinreichend wirksam, es führte nämlich infolge des Eindringens von Kohlenstoff und/oder Wasser in die Silikon-01-Schicht zu unerwünschter elektrischer Leitf higkeit des Isolierkörper-Fußes.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der als Schutz vor Verschmutzung des Isolierkörper-Fußes verwendete Stoff nicht nur hinreichend wirksam, sondern dabei lösungsmittelfrei, also physiolo¬ gisch unbedenklich und umweltfreundlich ist; für das Aufbringen der¬ artiger Überzüge sind deshalb keine teuren Absaugungen erforderlich. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der erfindungsgemäße Überzug griffest ist und auch bei längerer Lagerung derartiger Zündkerzen seinen Schutz vor Verschmutzung nicht verliert. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die dem Isolierkörper-Fuß zugewendete Innenseite des Metallge¬ häuses mit einem solchen Überzug bedeckt wird, weil infolge dieser Maßnahme der unerwünschte Abfluß von Energie noch mehr verhindert und außerdem auch das Aufbringen des Überzugs zumeist vereinfacht wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar¬ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert; die Figur zeigt eine Zündkerze in Längsansicht mit einem Schnitt durch ihren brennraumseitigen Endabschnitt in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in der Figur der Zeichnung dargestellte (Hochspannungs-) Zünd¬ kerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 12 und ein Schlüssel¬ sechskant 13 als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine aufweist, insbesondere in eine Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen. Dieses Metallgehäuse 11 hat im Bereich seines brennraumseitigen Endes eine Gegenelektrode 14 welche hakenförmig ausgebildet ist. Auf die Darstellung eines an- schlußseits vom Einschraubgewinde 12 angeordneten Dichtringes bzw. einer Dichtfläche wurde verzichtet. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner Axialbohrung 15 in bekannter Weise einen keramischen, rota¬ tionssymmetrischen Isolierkörper 16, der zumeist im wesentlichen aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht, anschlußseits einen aus dem Metallgehause 11 herausragenden, sogenannten Kopf 16/1 besitzt, wel¬ chem sich innerhalb des Metallgehäuses 11 ein (nicht dargestellter) Bund und dann noch ein im wesentlichen noch vom Metallgehause 11 um¬ faßter Isolierkörper-Fuß 16/2 anschließen. Dieser Isolierkörper 16 wird im genannten Bereich von dem Metallgehause 11 fest und abdich¬ tend gehalten, u. a. mittels eines Dichtringes 17, der zwischen dem anschlußseitigen kegelstumpfförmig verlaufenden Ende des Isolierkör¬ per-Fußes 16/2 und einer in der Axialbohrung 15 des Metallgehäuses 11 befindlichen ringförmigen Schulter (ohne Bezugszeichen) angeord¬ net ist.
Der Isolierkörper 16 besitzt in bekannter Weise eine Längsbohrung 18, aus der anschlußseits ein im vorliegenden Beispiel als Gewinde¬ abschnitt ausgebildetes Anschlußelement 19 herausragt; dieses An¬ schlußelement 19 dient zur Verbindung der Zündkerze 10 mit einer nicht dargestellten, bekannten Zündanlage. In der Längsbohrung 18 des Isolierkörpers 17 ist außerdem eine im wesentlichen zylinderför- mige Mittelelektrode 20 abgedichtet festgelegt, die mit dem An¬ schlußelement 19 in elektrischer Verbindung steht und aus einem ab- brandfesten Material, z. B. aus einer Nickellegierung besteht. Die zwischen dem brennraumseitigen Endabschnitt dieser Mittelelektrode 20 und der Gegenelektrode 14 gebildete Luft-Funkenstrecke ist mit 21 bezeichnet.
Der dem (nicht dargestellten) Brennkraftmaschinen-Brennraum direkt zugängliche Bereich der Zündkerze 10 umfaßt vom Isolierkörper-Fuß 16/2 insbesondere seine Außenseite 16/2" und die dieser Außenseite 16/2' des Isolierkörper-Fußes 16/2 zugewendete Innenseite 15/1 der Metallgehause Axialbohrung 15; dieser Bereich wird anschlußseits durch den Dichtring 17 zwischen Isolierkörper 16 und Metallgehause 11 begrenzt. Beschränkt dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugänglich ist aber auch noch der zwischen der Mittelelektrode 20 und der Isolierkör¬ per-Längsbohrung 18 gebildete enge Ringspalt (ohne Bezugszeichen) der anschlußseits von einer nicht dargestellten Dichtmasse, bevor¬ zugt von einem elektrisch leitfähigem Glas, verschlossen ist.
Zumindest die bis zum Dichtring 17 reichende Außenseite 16/2" des Isolierkörper-Fußes 16/2, in bevorzugter Weise jedoch auch die be¬ schriebene Innenseite 15/1 des Metallgehäuses 11 sind mit einem Überzug 22 beschichtet, der elektrisch leitfähige Ablagerungen ver¬ meidet, die sich im Betrieb von Brennkraftmaschinen bei Temperaturen des Isolierkörper-Fußes 16/2 unter 500° C bilden; bei diesen Abla¬ gerungen kann es sich um Kohlenstoff, Wasser und anderen elektrisch leitfähigen, aus dem Kraftstoff entstandenen Stoffen handeln. Infol¬ ge solcher Ablagerungen würde aus der Zündanlage stammende Energie bereits vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine in Form von Kriechströmen unerwünschterweise von der Mittelelektrode 20 über diese Ablagerungen auf der Außenseite 16/2 ' des Isolierkör¬ per-Fußes 16/2 zum zumeist elektrisch an Masse liegendem Metallge¬ hause 11 abfließen. Diese Ablagerungen mit ihren vorstehend be¬ schriebenen Folgen wirken sich besonders störend beim Einbau von Zündkerzen in Neufahrzeuge aus, die sich während ihrer Einlauf hase von einigen 100 km häufig nur mit niedrigen Geschwindigkeiten und/oder niedriger Last bewegen und demzufolge die Temperatur des Isolierkörper-Fußes 16/2 der Zündkerzen nicht über die sogenannte Freibrenntemperatur von 500° C bringen. Die elektrisch leitfähigen Ablagerungen machen sich dabei aufgrund ihrer unerwünschten Wir¬ kungen besonders beim Kaltstart derartiger Brennkraftmaschinen be¬ merkbar. Der erfindungsgemäße Überzug 22 besteht aus lösungsmittelfreiem Silikon-Kautschuk bzw. lösungsmittelfreiem Silikon-Harz. Der lö¬ sungsmittelfreie Silikon-Kautschuk kann dabei auch mit einem Anteil an Füllstoff (z. B. hochdisperse Kieselsäure) versehen sein. Zwecks guter Verarbeitbarkeit kann der aus Silikon-Kautschuk bestehende Überzug 22 mit Silikon-Öl vermischt werden, wobei der Anteil des Silikon-Öls bis zu 99,9 %, bevorzugt jedoch zwischen 75 und 85 %, betragen kann. Bei dem Silikon kann es sich um Typen handeln, die durch Feuchtigkeit vernetzen oder infolge des Einflusses von Licht bzw. Wärme aushärten. Das Silikon kann auch als Lack hierbei Anwen¬ dung finden, jedoch sollte dieser Lack nicht mit Substanzen versetzt sein, die bei einer Ther olyse Kohlenstoff abscheiden.
Der Überzug 22 wird bevorzugt über Düsen in den brennraumseitigen, dem Brennkraftmaschinen-Brennraum zugänglichen Bereich (16/2' und 15/1) eingebracht, wobei auch in den zwischen Mittelelektrode 20 und Isolierkörper-Längsbohrung 18 befindlichen Ringspalt dieses Material mit eindringen kann; da der für den Überzug 22 verwendete Stoff phy¬ siologisch unbedenklich und umweltfreundlich ist, sind bei der Aus¬ übung dieses Verfahrens keine teuren Absauganlagen erforderlich. Das Aufbringen derartiger Überzüge 22 auf den brennraumseitigen Ab¬ schnitt 16/2 des Isolierkörpers 16, d. h. sowohl auf seiner Außen¬ seite 16/2' als auch auf den entsprechenden Bereich der Isolierkör¬ per-Längsbohrung 18, kann an geeigneter Stelle anläßlich des Mon¬ tageprozesses derartiger Zündkerzen 10 auch durch Tauchverfahren, Bestreichverfahren, Druckverfahren und natürlich auch durch Sprühen erfolgen.
Der erfindungsgemäße Überzug 22 kann auch bei Zündkerzen Verwendung finden, bei denen die Gegenelektrode 14 in anderer bekannter Weise angeordnet ist und wobei die Funkenstrecke 21 keine reine Luft¬ funkenstrecke sondern auch eine kombinierte Luft-Gleit-Funkenstrecke oder sogar eine reine Gleitfunkenstrecke ist.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze (10) für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brenn¬ kraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit einem rohrförmigen Metall¬ gehause (11), das auf seiner Außenseite Mittel (12, 13) zur Befe¬ stigung der Zündkerze (10) in einer Brennkraftmaschine aufweist und in seiner Axialbohrung (15) zumindest einen Längsabschnitt eines rohrartigen keramischen Isolierkörpers (16) abdichtend umfaßt, in dessen Längsbohrung (18) brennrau seits eine Mittelelektrode (20) abgedichtet umfaßt ist, die anschlußseits mit einem in dieser Iso¬ lierkörper-Längsbohrung (18) festgelegtem Anschlußelement (19) elek¬ trisch verbunden ist und mit ihrem brennraumseitigen Bereich unter Bildung einer Funkenstrecke (21) einer Gegenelektrode (14) gegen¬ übersteht, wobei der dem Brennkraftmaschinen-Brennraum ausgesetzte Isolierkörper-Fuß (16/2) mit einem Silikon enthaltendem Überzug (22) zum Schutz vor Verschmutzung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (22) lösungsmittelfreien Silikon-Kautschuk bzw. lö¬ sungsmittelfreies Silikon-Harz enthält.
2. Zündkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Silikon-Kautschuk bestehende Überzug (22) einen Anteil an Füll¬ stoff (z. B. hochdisperse Kieselsäure) enthält.
3. Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Silikon-Kautschuk enthaltende Überzug (22) zwecks guter Verarbeitbarkeit Silikon-01 enthält.
4. Zündkerze (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (22) bis zu 99,9 % Silikon-Öl, bevorzugt jedoch 75 bis 85 %, Silikon-Öl enthält.
5. Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Überzug (22) auch die dem Isolierkörper-Fuß (16/2) zugewendete Innenseite (15/1) des Metallgehäuses (11) bedeckt.
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