DE10339759B4

DE10339759B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE10339759B4
Application number: DE10339759.0A
Authority: DE
Inventors: Manfred Vogel; Thomas Kaiser; Paulo Ricardo; Dirk Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: WO2005027287A1; DE10339759A1

Abstract

Zündkerze (10) mit einem in einem Gehäuse (21) angeordneten Isolator (22), der eine Längsbohrung zur Aufnahme eines Mittelleiters (23) aufweist, wobei der Mittelleiter (23) eine Mittelelektrode (32) und ein innerhalb des Isolators (22) angeordnetes strombegrenzendes Widerstandselement (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine Länge a und das Widerstandselement (31) eine Länge b aufweist, wobei a - b höchstens 40 mm beträgt, und dass der Isolator (22) auf seiner einem Brennraum zugewandten Seite ein brennraumseitiges Ende (22a) aufweist, wobei der Abstand z des Widerstandselements (31) vom brennraumseitigen Ende (22a) des Isolators (22) höchstens 12 mm beträgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Derartige Zündkerzen sind beispielsweise aus der DE 198 53 844 A1 bekannt. Die Zündkerze umfasst einen in einem Gehäuse angeordneten Isolator und mindestens eine an dem Gehäuse festgelegte Masseelektrode. Der Isolator weist eine Innenbohrung auf, in der ein Mittelleiter angeordnet ist. Der Mittelleiter besteht in dieser Reihenfolge aus einer Mittelelektrode, einem Panatelement und einem Anschlussbolzen. Das Panatelement umfasst ein strombegrenzendes Widerstandspanat, das durch ein erstes Kontaktpanat mit der Mittelelektrode und durch ein zweites Kontaktpanat mit dem Anschlussbolzen verbunden ist. Die Länge des Widerstandspanats liegt bei einer Länge des Isolators von über 60 mm üblicherweise im Bereich von 5 bis 10 mm. Durch Anlegen einer Spannung an den Anschlussbolzen bildet sich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine Funkenstrecke aus, durch die ein Luft-Brennstoff-Gemisch in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors entzündet wird.
Eine Zündkerze mit ähnlichem Aufbau ist in der DE 198 18 214 A1 beschrieben. Hier wird vorgeschlagen, dass das strombegrenzende Widerstandspanat zwei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.
Aus der DE 32 29 002 A1 ist weiterhin einer Zündkerze mit einem Widerstandselement bekannt, dessen Länge zwischen 8 mm und 20 mm liegt. In der US 6 326 720 B1 ist eine Zündkerze beschrieben, die ein Widerstandselement mit einer Länge zwischen 7,0 mm und 15,0 mm und einen Isolator mit einer Länge von über 58,5 mm aufweist. In der DE 44 31 143 A1 , der US 6 191 525 B1 und der US 5 095 242 A sind weitere Eigenschaften eines strombegrenzenden Widerstandselements beschrieben. Aus der DE 196 51 454 A1 ist Zündkerze bekannt, bei der das Widerstandselement nahe am brennraumseitigen Ende des Isolators angeordnet ist.
Bei derartigen Zündkerzen ist nachteilig, dass bei Anlegen einer Hochspannung durch den entstehenden Überschlag zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode eine hohe elektromagnetische Störstrahlung verursacht wird, die aufwendige Maßnahmen zur Abschirmung notwendig macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Zündkerze bereit zu stellen, bei die elektromagnetische Störstrahlung minimiert wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass durch den Funkenüberschlag nur noch eine geringe elektromagnetische Störstrahlung verursacht wird, so dass eine aufwendige Abschirmung entfallen kann.
Die Zündkerze weist einen Isolator auf, der in einem Gehäuse angeordnet ist, und in den eine Längsbohrung eingebracht ist. In der Längsbohrung ist ein Mittelleiter eingebracht, der eine Mittelelektrode, einen Anschlussbolzen und ein strombegrenzendes Widerstandselement, beispielsweise ein Widerstandspanat, umfasst.
Es ist vorgesehen, dass eine Länge b des Widerstandselements mindestens 10 mm, vorzugsweise mindestens 15 mm beträgt, und/oder dass für eine Länge a des Isolators und für die Länge b des Widerstandselements die Beziehung a - b ≤ 45 mm, insbesondere a - b ≤ 40 mm, gilt. Unter der Länge eines Elements, beispielsweise des Widerstandselement, des Isolators oder eines Panatelements, ist im Rahmen dieser Schrift die Ausdehnung des Elements in der Richtung parallel zur Längsachse der Zündkerze zu verstehen. Weiterhin wird vorteilhaft das Widerstandselement derart im Isolator angeordnet, dass der Abstand des Widerstandselements vom brennraumseitigen Ende des Isolators höchstens 12 mm beträgt.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Entstehung der elektromagnetischen Störstrahlung eine beim Überschlag parallel zum ohmschen Widerstand des Widerstandselements wirkende Koppelkapazität eine wesentliche Rolle spielt. Diese Koppelkapazität kann näherungsweise mit einem Plattenkondensatormodell beschrieben werden und ist umgekehrt proportional zur Länge des Widerstandselements. Um die elektromagnetische Störstrahlung zu verringern, wird nun diese Koppelkapazität möglichst klein gehalten und entsprechend die Länge des Widerstandselements möglichst groß gewählt, während die weiteren in der Längsbohrung des Isolators angeordneten Elemente eine möglichst geringe Länge aufweisen.
Durch die in dem abhängigen Anspruch genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Zündkerze möglich.
Die Koppelkapazität kann weiterhin vorteilhaft vermindert werden, wenn auf Höhe des Widerstandselements zwischen dem Isolator und dem Gehäuse ein Hohlraum vorgesehen ist, da durch den Hohlraum das elektrische Feld im Isolator reduziert wird.
Vorteilhaft wird das Widerstandselement durch ein Widerstandspanat gebildet, das durch ein erstes Kontaktpanat mit der Mittelelektrode und durch ein zweites Kontaktpanat mit dem Anschlussbolzen verbunden ist, so dass eine zuverlässige Kontaktierung des Widerstandspanats gewährleistet ist. Das Widerstandspanat sowie das erste und das zweite Kontaktpanat bilden ein Panatelement mit einer Länge c. Vorzugsweise ist die Beziehung a - c ≤ 40 mm, insbesondere a - c ≤ 35 mm, erfüllt. Ebenfalls vorzugsweise beträgt die Länge des Panatelements mindestens 15 mm, insbesondere mindestens 20 mm.
Bevorzugt weist das Widerstandselement einen Durchmesser von kleiner 5,0 mm, insbesondere von 3, 5 mm, auf. Die strombegrenzende Wirkung des Widerstandselements wird erreicht, wenn das Widerstandselement einen Widerstand von mindestens 100 Ohm, vorzugsweise einen Widerstand von 1 bis 10 kQ, insbesondere von 6 kΩ, aufweist.
Bei kleinbauenden Zündkerzen hat sich eine Geometrie mit 35 mm ≤ a ≤ 45 mm und 10 mm ≤ b ≤ 20 mm als besonders vorteilhaft erwiesen. Dagegen erwies sich für größere Zündkerzen eine Geometrie als vorteilhaft, bei der a ≥ 50 mm und b ≥ 20 mm.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze in Schnittdarstellung und 2 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls in Schnittdarstellung eine weitere Zündkerze.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze 10, die einen in einem metallischen Gehäuse 21 angeordneten Isolator 22 aufweist. Der Isolator 22 weist eine gestufte Längsbohrung auf, in der ein Innenleiter 23 angeordnet ist. Am Gehäuse 21 ist eine Masseelektrode 24 vorgesehen, die als Dachelektrode ausgestaltet ist.
Der Innenleiter umfasst brennraumseitig eine Mittelelektrode 32 und anschlussseitig einen Anschlussbolzen 33. Zwischen der Mittelelektrode 32 und dem Anschlussbolzen 33 ist ein ein Widerstandselement bildendes Widerstandspanat 31 vorgesehen. Das Widerstandspanat 31 ist durch ein erstes Kontaktpanat 34 mit der Mittelelektrode 32 und durch ein zweites Kontaktpanat 35 mit dem Anschlussbolzen 33 elektrisch verbunden. Das Widerstandspanat 31 und das erste und das zweite Kontaktpanat 34, 35 bilden das Panatelement 30.
Beim Anlegen einer Spannung an den Anschlussbolzen 33 bildet sich zwischen der Mittelelektrode 32 und der Masseelektrode 24 ein Funkenüberschlag (Zündfunke, Luftfunkenstrecke) aus. Mittelelektrode 32 und Masseelektrode 24 weisen eine erosionsbeständige Edelmetallspitze auf.
Während des Überschlags wirkt das Widerstandspanat 31 strombegrenzend. Hierzu weist das Widerstandspanat 31 einen Widerstand von mindestens 100 Ohm aus. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Widerstand des Widerstandspanats 31, beispielsweise Graphit, 6 kΩ bei einer Toleranz von ± 3 kQ. Das Widerstandspanat 31 wird hergestellt, indem beschichtete Glas- oder Glaskeramikmaterialien eingeschmolzen werden, so dass sich ein Gefüge bildet. Diese Glasmatrix mit leitenden und nichtleitenden Phasen bildet das Widerstandspanat 31.
Zwischen dem Isolator 22 und dem Gehäuse 21 ist auf Höhe des Widerstandspanats 31 ein Hohlraum 41a vorgesehen.
Die Länge b des Widerstandspanats 31 beträgt bei dem ersten Ausführungsbeispiel 30 mm, die Länge a des Isolators 22 beträgt 60 mm. Die Länge c des Panatelements 30 beträgt 35 mm.
Eine deutliche Verminderung der elektromagnetischen Störstrahlung wurde auch bei Zündkerzen mit den im folgenden angegebenen Abmessungen beobachtet:

Beispiel 1: a = 53 mm, b = 20 mm
Beispiel 2: a = 53 mm, b = 30 mm
Beispiel 3: a = 60 mm, b = 40 mm
Beispiel 4: a = 63 mm, b = 27 mm
Beispiel 5: a = 63 mm, b = 40 mm
Beispiel 6: a = 63 mm, b = 50 mm
Beispiel 7: a = 70 mm, b = 33 mm
Beispiel 8: a = 70 mm, b = 40 mm
Beispiel 9: a = 75 mm, b = 45 mm
Beispiel 10: a = 40 mm, b = 10 mm
Beispiel 11: a = 40 mm, b = 15 mm

Die 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze 10, die sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch unterscheidet, dass das Widerstandspanat 31 näher am brennraumseitigen Ende 22a des Isolators 22 angeordnet ist. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich außerdem in der Elektrodenkonfiguration. Einander entsprechende Elemente sind in den 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Zündkerze 10 gemäß 2 weist zwei Masseelektroden 24 auf, die seitlich neben dem brennraumseitigen Ende 22a des Isolators angeordnet sind. Die Mittelelektrode 32 ist an ihrem brennraumseitigen Ende als dünner Edelmetallstift ausgebildet, der bündig mit der brennraumseitigen Stirnfläche 22a des Isolators 22 abschließt. Zwischen der Mittelelektrode 32 und den Masseelektroden 24 bilden sich Gleitfunkenstrecken aus. Der Edelmetallstift der Mittelelektrode 32 sitzt auf einem Kontaktstift der Mittelelektrode 32 auf, das in das erste Kontaktpanat 34 eingebettet ist. Durch diese platzsparende Anordnung ist es möglich, den Abstand z des Widerstandspanats 31 zum brennraumseitigen Ende 22a des Isolators 22 zu verringern. Der Abstand z beträgt beim zweiten Ausführungsbeispiel 10 mm. Durch die Anordnung des Widerstandspanats 31 mit geringem Abstand zum brennraumseitigen Endes 22a des Isolators ist auf Höhe des Widerstandspanats 31 zwischen dem Isolator 22 und dem Gehäuse 21 ein zum Brennraum hin offener Hohlraum 41b ausgebildet.
Die Abmessung der Zündkerze 10 bezüglich der Längen a, b und c von Isolator 22, Widerstandspanat 31 und Panatelement 30 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Die oben angegebenen Beispiele 1 bis 11 für die Längen a und c von Isolator 22 und Widerstandspanat 31 sind ebenfalls auf die Zündkerze 10 gemäß 2 übertragbar.

Claims

Zündkerze (10) mit einem in einem Gehäuse (21) angeordneten Isolator (22), der eine Längsbohrung zur Aufnahme eines Mittelleiters (23) aufweist, wobei der Mittelleiter (23) eine Mittelelektrode (32) und ein innerhalb des Isolators (22) angeordnetes strombegrenzendes Widerstandselement (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine Länge a und das Widerstandselement (31) eine Länge b aufweist, wobei a - b höchstens 40 mm beträgt, und dass der Isolator (22) auf seiner einem Brennraum zugewandten Seite ein brennraumseitiges Ende (22a) aufweist, wobei der Abstand z des Widerstandselements (31) vom brennraumseitigen Ende (22a) des Isolators (22) höchstens 12 mm beträgt.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (31) eine Länge von mindestens 10 mm aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement als Widerstandspanat (31) ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelleiter (23) eine Mittelelektrode (32), das Widerstandselement (31) und einen Anschlussbolzen (33) umfasst, wobei sich durch Anlegen einer Spannung an den Anschlussbolzen (33) zwischen der Mittelelektrode (32) und einer am Gehäuse (21) festgelegten oder durch einen Abschnitt des Gehäuses (21) gebildeten Masseelektrode (24) einen Funkenstrecke ausbildet.
Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (31) durch ein erstes Kontaktelement (34) mit der Mittelelektrode (32) und durch ein zweites Kontaktelement (35) mit dem Anschlussbolzen (33) verbunden ist.
Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement ein Widerstandspanat (31) und das erste und zweite Kontaktelement ein erstes und zweites Kontaktpanat (34, 35) ist.
Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Panatelement (30) aus dem Widerstandspanat (31) und dem ersten und dem zweiten Kontaktpanat (34, 35) besteht, und dass das Panatelement (30) eine Länge c aufweist, wobei a - c ≤ 40 mm beträgt.
Zündkerze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Panatelement (30) aus dem Widerstandspanat (31) und dem ersten und dem zweiten Kontaktpanat (34, 35) besteht, und dass das Panatelement (30) eine Länge von mindestens 15 mm aufweist
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (31) einen Durchmesser von kleiner 5,0 mm aufweist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (31) einen Widerstand von mindestens 100 Ohmaufweist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Höhe, auf der das Widerstandselement (31) im Isolator (22) angeordnet ist, zwischen dem Isolator (22) und dem Gehäuse (21) zumindest bereichsweise ein Hohlraum (41a, 41b) vorgesehen ist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine Länge a und das Widerstandselement (31) eine Länge b aufweist, wobei 35 mm ≤ a ≤ 45 mm und b ≤ 20 mm.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine Länge a und das Widerstandselement (31) eine Länge b aufweist, wobei a ≥ 50 mm und b ≥ 20 mm.