EP0672312B1 - Zündkerze für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0672312B1
EP0672312B1 EP94900733A EP94900733A EP0672312B1 EP 0672312 B1 EP0672312 B1 EP 0672312B1 EP 94900733 A EP94900733 A EP 94900733A EP 94900733 A EP94900733 A EP 94900733A EP 0672312 B1 EP0672312 B1 EP 0672312B1
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EP
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coating
internal combustion
spark plug
silicone rubber
insulating
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EP94900733A
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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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Publication date
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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
    • H01T13/38—Selection of materials for 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
    • H01T13/02—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 DE 31 29 025 C2), in which the combustion chamber-side longitudinal section (foot) of the insulating body is provided with a coating which is intended to prevent electrically conductive deposits and from a paraffin solution with at least 0.1% silicone oil consists;
  • 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 base of the insulator is intended to avoid electrically conductive deposits which form during operation of internal combustion engines at temperatures of the base of the insulator below 500 ° C. These deposits are carbon, water and other electrically conductive substances resulting from the fuel. As a result of these deposits, energy originating from the ignition system can undesirably flow away in the form of leakage currents even before the actual ignition time of the internal combustion engine and can lead to cold start problems and misfires in the internal combustion engine; these deposits with their consequences described above have a particularly disruptive effect when installing spark plugs in new vehicles which, during their running-in phase of a few 100 km, often only move at low speeds and / or low loads and consequently do not have the temperature of the insulator base of the spark plugs bring over the so-called free-burning temperature of 500 ° C.
  • Silicone oil has also already been proposed for such coatings, but this has not proven to be sufficiently effective, since it caused undesired electrical conductivity of the insulating body base due to the penetration of carbon and / or water into the silicone oil layer.
  • the spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the material used as protection against soiling of the insulating body foot 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.
  • 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 a substantially tubular metal housing 11, which has on its outside a screw thread 12 and a hexagon socket 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 connection side of the screw-in thread 12 has been dispensed with.
  • the metal housing 11 comprises, in a known manner, a ceramic, rotationally symmetrical insulating body 16, which for the most part essentially consists of sintered aluminum oxide, on the connection side has a protruding from the metal housing 11, the so-called head 16/1, which is followed by a collar (not shown) within the metal housing 11 and then an insulating body foot 16/2, which is essentially still enclosed by the metal housing 11 .
  • 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 foot 16/2 and an annular shoulder located in the axial bore 15 of the metal housing 11 (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 connecting element 19 is used 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 made of a burn-resistant material, for. 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, the outside 16/2 'of the insulator base 16/2 and the inside 15/1 facing this outside 16/2' of the insulator base 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.
  • the narrow annular gap (without reference number) formed between the central electrode 20 and the longitudinal bore 18 of the insulating body, which is closed 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 can be found in the 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 that result from the fuel. As a result of such deposits, energy originating from the ignition system would undesirably in the form of leakage currents from the central electrode 20 via these deposits on the outside 16/2 'of the insulator base 16/2 to the metal housing 11, which is usually electrically connected to ground, even before the actual ignition time of the internal combustion engine flow away.
  • 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 (e.g. 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 deposit carbon during thermolysis.
  • the coating 22 is preferably introduced via nozzles into the area (16/2 'and 15/1) on the combustion chamber side which is accessible to the internal combustion engine combustion chamber, this material also being able to penetrate into the annular gap between the center electrode 20 and the longitudinal bore 18 of the insulating body; since the material used for the cover 22 is physiologically safe and environmentally friendly, no expensive extraction systems are required when carrying out this method.
  • the application of such coatings 22 on the combustion chamber-side section 16/2 of the insulating body 16, i. H. both on its outside 16/2 'and on the corresponding area of the insulating body longitudinal bore 18, can also be carried out at a suitable point on the occasion of the assembly process of such spark plugs 10 by immersion 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 counter electrode 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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  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

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

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Zündkerze bekannt (Patentschrift DE 31 29 025 C2), bei der der brennraumseitige 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 Paraffin und das Silikon in einem Lösungsmittel wie Trichloräthylen, Chlorbenzol, Toluol o. ä. gelöst werden, deren Anwendung unter physiologischen Gesichtspunkten und aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht 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 stammende Energie bereits vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine in Form von Kriechströmen unerwünschterweise abfließen und zu Kaltstartproblemen und Zündaussetzern in der Brennkraftmaschine 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-Öl-Schicht zu unerwünschter elektrischer Leitfähigkeit 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 physiologisch unbedenklich und umweltfreundlich ist; für das Aufbringen derartiger 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 vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die dem Isolierkörper-Fuß zugewendete Innenseite des Metallgehäuses 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 dargestellt 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-) Zündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 12 und ein Schlüsselsechskant 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 anschlußseits vom Einschraubgewinde 12 angeordneten Dichtringes bzw. einer Dichtfläche wurde verzichtet. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner Axialbohrung 15 in bekannter Weise einen keramischen, rotationssymmetrischen Isolierkörper 16, der zumeist im wesentlichen aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht, anschlußseits einen aus dem Metallgehäuse 11 herausragenden, sogenannten Kopf 16/1 besitzt, welchem sich innerhalb des Metallgehäuses 11 ein (nicht dargestellter) Bund und dann noch ein im wesentlichen noch vom Metallgehäuse 11 umfaßter Isolierkörper-Fuß 16/2 anschließen. Dieser Isolierkörper 16 wird im genannten Bereich von dem Metallgehäuse 11 fest und abdichtend gehalten, u. a. mittels eines Dichtringes 17, der zwischen dem anschlußseitigen kegelstumpfförmig verlaufenden Ende des Isolierkörper-Fußes 16/2 und einer in der Axialbohrung 15 des Metallgehäuses 11 befindlichen ringförmigen Schulter (ohne Bezugszeichen) angeordnet ist.
  • Der Isolierkörper 16 besitzt in bekannter Weise eine Längsbohrung 18, aus der anschlußseits ein im vorliegenden Beispiel als Gewindeabschnitt ausgebildetes Anschlußelement 19 herausragt; dieses Anschlußelement 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 zylinderförmige Mittelelektrode 20 abgedichtet festgelegt, die mit dem Anschlußelement 19 in elektrischer Verbindung steht und aus einem abbrandfesten 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 Metallgehäuse Axialbohrung 15; dieser Bereich wird anschlußseits durch den Dichtring 17 zwischen Isolierkörper 16 und Metallgehäuse 11 begrenzt.
  • Beschränkt dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugänglich ist aber auch noch der zwischen der Mittelelektrode 20 und der Isolierkörper-Längsbohrung 18 gebildete enge Ringspalt (ohne Bezugszeichen) der anschlußseits von einer nicht dargestellten Dichtmasse, bevorzugt 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 beschriebene Innenseite 15/1 des Metallgehäuses 11 sind mit einem Überzug 22 beschichtet, der elektrisch leitfähige Ablagerungen vermeidet, die sich im Betrieb von Brennkraftmaschinen bei Temperaturen des Isolierkörper-Fußes 16/2 unter 500° C bilden; bei diesen Ablagerungen kann es sich um Kohlenstoff, Wasser und anderen elektrisch leitfähigen, aus dem Kraftstoff entstandenen Stoffen handeln. Infolge 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 Isolierkörper-Fußes 16/2 zum zumeist elektrisch an Masse liegendem Metallgehäuse 11 abfließen. 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 16/2 der Zündkerzen nicht über die sogenannte Freibrenntemperatur von 500° C bringen. Die elektrisch leitfähigen Ablagerungen machen sich dabei aufgrund ihrer unerwünschten Wirkungen besonders beim Kaltstart derartiger Brennkraftmaschinen bemerkbar.
  • Der erfindungsgemäße Überzug 22 besteht aus lösungsmittelfreiem Silikon-Kautschuk bzw. lösungsmittelfreiem Silikon-Harz. Der lösungsmittelfreie 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 Anwendung finden, jedoch sollte dieser Lack nicht mit Substanzen versetzt sein, die bei einer Thermolyse 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 physiologisch unbedenklich und umweltfreundlich ist, sind bei der Ausübung dieses Verfahrens keine teuren Absauganlagen erforderlich. Das Aufbringen derartiger Überzüge 22 auf den brennraumseitigen Abschnitt 16/2 des Isolierkörpers 16, d. h. sowohl auf seiner Außenseite 16/2' als auch auf den entsprechenden Bereich der Isolierkörper-Längsbohrung 18, kann an geeigneter Stelle anläßlich des Montageprozesses 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 (5)

  1. Zündkerze (10) für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit einem rohrförmigen Metallgehäuse (11), das auf seiner Außenseite Mittel (12, 13) zur Befestigung 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) brennraumseits eine Mittelelektrode (20) abgedichtet umfaßt ist, die anschlußseits mit einem in dieser Isolierkörper-Längsbohrung (18) festgelegten Anschlußelement (19) elektrisch verbunden ist und mit ihrem brennraumseitigen Bereich unter Bildung einer Funkenstrecke (21) einer Gegenelektrode (14) gegenübersteht, wobei der dem Brennnkraftmaschinen-Brennraum ausgesetzte Isolierkörper-Fuß (16/2) mit einem Silikon enthaltenden Überzug (22) zum Schutz vor Verschmutzung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (22) aus lösungsmittelfreiem Silikon-Kautschuk bzw. lösungsmittelfreiem Silikon-Harz besteht.
  2. Zündkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Silikon-Kautschuk bestehende Überzug (22) einen Anteil an Füllstoff enthält.
  3. Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikon-Kautschuk enthaltende Überzug (22) zwecks guter Verarbeitbarkeit Silikon-Öl 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 gekennzeichnet, daß der Überzug (22) auch die dem Isolierkörper-Fuß (16/2) zugewendete Innenseite (15/1) des Metallgehäuses (11) bedeckt.
EP94900733A 1992-12-03 1993-11-27 Zündkerze für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0672312B1 (de)

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