EP0101547A2 - High-tension spark plug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a high-voltage spark plug according to the preamble of the main claim.
- a high-voltage spark plug is already known (GB-PS 547 119), in which there is a relatively short center electrode made of platinum in the bottom of the combustion chamber on the longitudinal bore of the electrical insulating body of this spark plug; The central electrode is followed by a metal body in the longitudinal bore, which is pressed against the central electrode and the wall of the longitudinal bore at temperatures in the range from 900 to 950 degrees Celsius during the assembly of the spark plugs.
- An electrically conductive glass fusible link is then arranged in the longitudinal bore in a known manner on the connection-side end of the metal body. The close contact between the metal body and the center electrode or the longitudinal bore wall serves for good heat dissipation from the ignition area of the spark plug.
- the high-voltage spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is easier and cheaper to assemble in the area of its electrical insulating body, its central electrode, its metal body and its casting compound, and that it nevertheless fulfills the conditions with regard to its function (including heat dissipation) and service life able to fulfill.
- FIG. 1 shows the side view of an enlarged high-voltage spark plug in half section
- FIG. 2 shows the section through the combustion chamber-side section of the electrical insulating body with the central electrode, metal body, sealing compound and part of the connecting bolt, which is shown further enlarged.
- the high-voltage spark plug 10 shown in FIGS. 1 and 2 has an essentially tubular metal housing 11 which has a screw-in screw on its outside winch 12, a key hexagon 13 and a sealing seat 14 as a means for installing the spark plug 10 in an engine head, not shown; In the region of its end on the combustion chamber side, this housing 11 has a ground electrode 15, which in the present example is designed as a welded wire, but can also be of a different configuration.
- the metal housing 11 comprises in its step-shaped through bore 16 in a known manner a rotationally symmetrical electrical insulating body 17.
- This electrical insulating body 17 which for example essentially consists of aluminum oxide, has a so-called head 17/1 on the connection side, with a collar 17/2 in the direction of the combustion chamber Connect collar 17/3 and a foot 17/4.
- This electrical insulating body 17 lies with a shoulder 18, which is formed between the foot 17/4 and the collar shoulder 17/3, on a shoulder 19 in the through bore 16 of the metal housing 11;
- a sealing ring 20 is usually arranged between the shoulder 18 and the shoulder 19.
- the connection-side area of the metal housing 11 is shaped as a flanged edge 23 over this sealing ring 22.
- the electrical insulating body 17 is held firmly and tightly in the metal housing 11.
- the electrical insulating body 17 can also be fixed in a sealing manner in the metal housing 11 by cementing or the like.
- the electrical insulating body 17 has, in a known manner, a step-shaped longitudinal bore 24 which has a larger diameter in its connection-side area - the so-called head bore 24/1 - than the area on the combustion chamber side - the so-called foot bore 24/2; the foot hole 24/2 begins approximately in the area of the shoulder 17/3.
- the foot bore 24/2 is closed by means of a molded-on, thin-walled base 25, in which there is a central electrode 26 made of precious metal or containing precious metal.
- This center electrode 26 is preferably made of platinum or a platinum metal, extends coaxially to the longitudinal bore 24 of the electrical insulating body 17 and has a diameter of 0.3 mm; the maximum diameter of such a metallic center electrode is 0.5 mm.
- the bottom 25 of the electrical insulating body 17 is only 1.5 mm thick, but can also be made thicker or thinner if necessary.
- the center electrode 26 passing through this base 25 is sintered into the base 25 without a gap in the present example and protrudes 0.5 mm on the connection side into the foot bore 24/2 of the electrical insulating body 17; depending on the embodiment, the connection-side end section of the center electrode 26 can also protrude up to 1 mm into the foot bore 24/2.
- the center electrode 26, which can alternatively be installed without a gap in the bottom 25 of the electrical insulating body 17 by means of putty, glass or the like, closes flush with the end face 27 of the electrical insulating body 17 in the present example and stands at a distance - the so-called spark gap 28 - the free end section opposite the ground electrode 15.
- the end section of the center electrode 26 on the combustion chamber side can also be of a different configuration.
- the center electrode 26 shown with its diameter of 0.3 mm has a total length of 2 mm and is preferably sintered into the base 25 of the electrical insulating body 17 as a pin; depending on the selected thickness of the bottom 25 of the electrical insulating body 17 - preferably it is between 1 and 2.5 mm dic-k - the length of the center electrode 26 is also selected, which will then be between 1 and 3 mm.
- the center electrode 26 can, however, also be introduced as a platinum suspension in a preformed bore in this area with a small diameter of the electrical insulation body 17 that has not yet been sintered, and can then be finish-sintered with the insulation body 17.
- the connection-side area of the center electrode 26 is provided with a recess 29 which is arranged axially to the center electrode 26 and is preferably of a conical or similar shape.
- this recess 29 which according to the present example is 0.3 mm deep, the point 30 of a metal body 31 serving as a contact pin projects;
- This metal body 31 with its taper 30 located on the combustion chamber side is preferably of circular cross-section, consists of a relatively inexpensive material, but has good thermal conductivity, high corrosion resistance (with sufficient electrical conductivity of scale layers being formed), high corrosion resistance to prevent spark gaps and a coefficient of thermal expansion that is adapted to the ceramic material of the electrical insulating body 17.
- This metal body 31 can for example consist of a nickel alloy, which is known under the trade name Vacon 20 (company VAC-Hanau), has a diameter of the order of 1.5 to 2.5 mm and extends with its connection-side End portion somewhat in the head bore 24/1 of the electrical insulating body 17.
- a head 32 is formed on the connection-side end portion of the metal body 31, which is provided with a taper 33 pointing towards the connection area.
- the head 32 of the metal body 31 lies closely in the foot hole 24/2 of the electrical insulating body 17; the end section of the metal body 31 on the combustion chamber side is additionally fixed in a guide part 24/2 'of the foot bore 24/2.
- connection-side end section of the metal body 31 including the taper 33 of its head 32 and the connection-side region of the head bore 24/1 of the insulating body 17 is filled with an electrically conductive casting compound 34; such casting compounds 34 are known per se (e.g. DE-PS 1 206 209, US-PS 2 106 578) and can additionally also contain layers (not shown) acting as electrical resistance (US-PS 3 903 453).
- connection bolt 36 On the connection side protrudes into this potting compound 34 the connection bolt 36 provided on the combustion chamber side with an anchoring 35 (eg thread or cross knurling);
- This connecting bolt 36 is made of unalloyed steel, rests with a collar 37 on the end face 38 of the electrical insulating body 17 and has a connecting thread 39 which protrudes from the electrical insulating body 17 on the connection side.
- the metal body 31 which, depending on the embodiment of the spark plug 10, is between 8 and 20 mm long, not only is expensive material saved for central electrodes 26 which contain or contain noble metal, but it is also avoided that casting compounds 34 are in an area of the spark plug 10 are arranged in which they occur due to high operating temperatures Melted in the combustion chamber (not shown) of internal combustion engines and, as a result, may be adversely affected. For this reason, the length of the metal body 31 is chosen such that the casting compound 34 always remains safely below the transformation range of the selected, electrically conductive casting compound 34 at all operating temperatures occurring in this area.
- the metal body 31 usually has a length between 8 and 20 mm and usually a diameter on the order of 1 to 2.5 mm.
- the metal body 31 has a diameter of 1.5 mm, a head diameter of 2 mm and an overall length of 12 mm. While the head bore 24/1 of the electrical insulating body 17 has a diameter of 4.5 mm, the diameter of the foot bore 24/2 is 2.1 mm and the diameter of the guide part 24/2 'of the foot bore 24/2 is 1.53 mm.
- the metal body 31 is inserted into the longitudinal bore 24 of the electrical insulating body 17 at room temperature and pressed against the connection-side end section of the center electrode 26 at approximately 100 N; this pressure is sufficient to form the recess 29 in this area of the central electrode 26.
- the connecting bolt 36 is also pressed into the casting compound 34, in which it is held securely and with good electrical contact as a result of its anchoring means 35.
- the metal body 31 is only partially in close contact with the electrical insulating body 17, it has been found that the heat generated in the area of the central electrode 26 is sufficiently dissipated to the electrical insulating body 17 in all operating states.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Hochspannungszündkerze nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Hochspannungszündkerze bekannt (GB-PS 547 119), bei der sich eine relativ kurze Mittelelektrode aus Platin in dem brennraumseitigen Boden der Längsbohrung des Elektroisolierkörpers dieser Zündkerze befindet; der Mittelelektrode schließt sich in der Längsbohrung ein Metallkörper an, welcher anläßlich der Zündkerzen-Montage bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 950 Grad Celsius mittels eines Stempels gegen die Mittelelektrode und die Wandung der Längsbohrung gepreßt wird. Auf dem anschlußseitigen Ende des Metallkörpers ist in der Längsbohrung dann in bekannter Weise ein elektrisch leitender Glasschmelzschluß angeordnet. Der enge Kontakt zwischen dem Metallkörper und der Mittelelektrode bzw. der Längsbohrungs-Wandung dient der guten Wärmeableitung aus dem Zündbereich der Zündkerze.The invention relates to a high-voltage spark plug according to the preamble of the main claim. A high-voltage spark plug is already known (GB-PS 547 119), in which there is a relatively short center electrode made of platinum in the bottom of the combustion chamber on the longitudinal bore of the electrical insulating body of this spark plug; The central electrode is followed by a metal body in the longitudinal bore, which is pressed against the central electrode and the wall of the longitudinal bore at temperatures in the range from 900 to 950 degrees Celsius during the assembly of the spark plugs. An electrically conductive glass fusible link is then arranged in the longitudinal bore in a known manner on the connection-side end of the metal body. The close contact between the metal body and the center electrode or the longitudinal bore wall serves for good heat dissipation from the ignition area of the spark plug.
Die erfindungsgemäße Hochspannungszündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie im Bereich ihres Elektroisolierkörpers, ihrer Mittelelektrode, ihres Metallkörpers und ihrer Vergußmasse einfacher und kostengünstiger zu montieren ist und daß sie dennoch die Bedingungen hinsichtlich ihrer Funktion (auch Wärmeableitung) und Lebensdauer zu erfüllen vermag.The high-voltage spark plug according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is easier and cheaper to assemble in the area of its electrical insulating body, its central electrode, its metal body and its casting compound, and that it nevertheless fulfills the conditions with regard to its function (including heat dissipation) and service life able to fulfill.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Hochspannungszündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß sich ohne besonderen zusätzlichen Aufwand eine Schweißverbindung zwischen Mittelelektrode und Metallkörper ergibt.The measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the high-voltage spark plug specified in the main claim. It is particularly advantageous that there is a welded connection between the central electrode and the metal body without any special additional effort.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Seitenansicht einer vergrößert dargestellten Hochspannungszündkerze im Halbschnitt und Figur 2 den weiter vergrößert dargestellten Schnitt durch den brennraumseitigen Abschnitt des Elektroisolierkörpers mit Mittelelektrode, Metallkörper, Vergußmasse und einem Teil des Anschlußbolzens.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows the side view of an enlarged high-voltage spark plug in half section, and FIG. 2 shows the section through the combustion chamber-side section of the electrical insulating body with the central electrode, metal body, sealing compound and part of the connecting bolt, which is shown further enlarged.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestelle Hochspannungszündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 12, ein Schlüsselsechskant 13 und einen Dichtsitz 14 als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in einen nicht dargestellten Motorkopf aufweist; im Bereich seines brennraumseitigen Endes hat dieses Gehäuse 11 eine Masseelektrode 15, welche im vorliegenden Beispiel als angeschweißter Draht ausgebildet ist, jedoch auch von anderer Konfiguration sein kann. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner stufenförmigen Durchgangsbohrung 16 in bekannter Weise einen rotationssymmetrischen Elektroisolierkörper 17. Dieser Elektroisolierkörper 17, der beispielsweise im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, hat anschlußseits einen sogenannten Kopf 17/1, welchem sich in Richtung Brennraum ein Bund 17/2, ein Bundansatz 17/3 und ein Fuß 17/4 anschließen. Dieser Elektroisolierkörper 17 liegt mit einer Schulter 18, welche zwischen dem Fuß 17/4 und dem Bundansatz 17/3 gebildet ist, auf einem Absatz 19 in der Durchgangsbohrung 16 des Metallgehäuses 11; üblicherweise ist zwischen der Schulter 18 und dem Absatz 19 ein Dichtring 20 angeordnet. Auf der anschlußseitigen Schulter 21, die zwischen dem Kopf 17/1 und dem Bund 17/2 des Elektroisolierkörpers 17 gebildet ist, liegt üblicherweise auch ein Dichtring 22; über diesem Dichtring 22 ist der anschlußseitige Bereich des Metallgehäuses 11 als Bördelrand 23 geformt. Infolge der beschriebenen Fixierung des Elektroisolierkörpers 17 im Gehäuse 11 und zusätzlich mittels des bekannten Warmschrumpfprozesses (US-PS 2 111 916) ist der Elektroisolierkörper 17 fest und dicht im Metallgehäuse 11 gehalten. Anstelle der Anwendung dieses Bördel- und Warmschrumpfprozesses kann der Elektroisolierkörper 17 aber auch durch Einkitten oder ähnliches im Metallgehause 11 abdichtend festgelegt werden.The high-
Der Elektroisolierkörper 17 besitzt in bekannter Weise eine stufenförmige Längsbohrung 24, die in ihren anschlußseitigen Bereich - die sogenannte Kopfbohrung 24/1 - einen größeren Durchmesser hat als der brennraumseitige Bereich - die sogenannte Fußbohrung 24/2; die Fußbohrung 24/2 beginnt etwa im Bereich des Bundansatzes 17/3. Die Fußbohrung 24/2 ist mittels eines angeformten, dünnwandigen Bodens 25 verschlossen, in welchem sich eine aus Edelmetall bestehende bzw. Edelmetall enthaltende Mittelelektrode 26 befindet. Diese Mittelelektrode 26 besteht vorzugsweise aus Platin oder einem Platinmetall, erstreckt sich koaxial zur Längsbohrung 24 des Elektroisolierkörpers 17 und hat einen Durchmesser von 0,3 mm; der maximale Durchmesser einer derartigen metallischen Mittelelektrode beträgt 0,5 mm. Der Boden 25 des Elektroisolierkörpers 17 ist nur 1,5 mm dick, kann im Bedarfsfalle jedoch auch dicker oder dünner gestaltet werden. Die durch diesen Boden 25 hindurchführende Mittelelektrode 26 ist im vorliegenden Beispiel in den Boden 25 spaltfrei eingesintert und ragt anschlußseits 0,5 mm in die Fußbohrung 24/2 des Elektroisolierkörpers 17; je nach Ausführungsform kann der anschlußseitige Endabschnitt der Mittelelektrode 26 aber auch bis zu 1 mm in die Fußbohrung 24/2 hineinragen. Die Mittelelektrode 26, die alternativ auch mittels Kitt, Glas oder ähnlichem im Boden 25 des Elektroisolierkörpers 17 spaltfrei eingebaut sein kann, schließt im vorliegenden Beispiel bündig mit der Stirnfläche 27 des Elektroisolierkörpers 17 ab und steht mit Abstand - der sogenannten Funkenstrecke 28 - dem freien Endabschnitt der Masseelektrode 15 gegenüber. Je nach Anwendungsbereich kann der brennraumseitige Endabschnitt der Mittelelektrode 26 aber auch von anderer Konfiguration sein, er kann z. B. aus der Stirnfläche 27 herausragen oder auch mit einem Kopf versehen sein. Die dargestellte Mittelelektrode 26 mit ihrem Durchmesser von 0,3 mm hat eine Gesamtlänge von 2 mm und wird in bevorzugter Weise als Stift in den Boden 25 des Elektroisolierkörpers 17 eingesintert; je nach der gewählten Dicke des Bodens 25 des Elektroisolierkörpers 17 - bevorzugterweise ist er zwischen 1 und 2,5 mm dic-k - wird auch die Länge der Mittelelektrode 26 ausgewählt, die dann zwischen 1 und 3 mm liegen wird. Die Mittelelektrode 26 kann aber auch als Platin-Suspension in eine in diesem Bereich befindliche vorgeformte Bohrung mit kleinem Durchmesser des noch nicht fertiggesinterten Elektroisolierkörpers 17 eingebracht und dann mit dem Isolierkörper 17 fertiggesintert werden.The electrical
Der anschlußseitige Bereich der Mittelelektrode 26 ist mit einer Vertiefung 29 versehen, welche axial zur Mittelelektrode 26 angeordnet ist und bevorzugt von kegelförmiger oder ähnlicher Form ist. In diese Vertiefung 29, die gemäß dem vorliegenden Beispiel 0,3 mm tief ist, ragt die Anspitzung 30 eines als Kontaktstift dienenden Metallkörpers 31 hinein; dieser Metallkörper 31 mit seiner brennraumseits befindlichen Anspitzung 30 ist bevorzugterweise von kreisförmigem Querschnitt, besteht aus einem relativ billigen Werkstoff, besitzt jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit (mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit von sich bildenden Zunderschichten), eine hohe Korrosionsfestigkeit zur Vermeidung von Vorfunkenstrecken und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Keramikmaterial des Elektroisolierkörpers 17 angepaßt ist. Dieser Metallkörper 31 kann beispielsweise aus einer Nickellegierung bestehen, welche unter dem Handelsnamen Vacon 20 bekannt ist (Firma VAC-Hanau), hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 1,5 bis 2,5 mm und reicht mit seinem anschlußseitigem Endabschnitt etwas in die Kopfbohrung 24/1 des Elektroisolierkörpers 17. In vorteilhafter Weise ist an den anschlußseitigen Endabschnitt des Metallkörpers 31 ein Kopf 32 angeformt, welcher mit einer zum Anschlußbereich weisenden Verjüngung 33 versehen ist. Der Kopf 32 des Metallkörpers 31 liegt dabei eng in der Fußbohrung 24/2 des Elektroisolierkörpers 17; der brennraumseitige Endabschnitt des Metallkörpers 31 ist zusätzlich in einem Führungsteil 24/2' der Fußbohrung 24/2 fixiert. Der anschlußseitige Endabschnitt des Metallkörpers 31 einschließlich der Verjüngung 33 seines Kopfes 32 sowie der anschlußseits sich anschließende Bereich der Kopfbohrung 24/1 des Isolierkörpers 17 ist mit einer elektrisch-leitfähigen Vergußmasse 34 ausgefüllt; derartige Vergußmassen 34 sind an sich bekannt (z. B. DE-PS 1 206 209, US-PS 2 106 578) und können zusätzlich auch noch (nicht dargestellte) als elektrischer Widerstand wirkende Schichten enthalten (US-PS 3 903 453). Anschlußseits ragt in diese Vergußmasse 34 der brennraumseitige, mit einer Verankerung 35 (z. B. Gewinde oder Kreuzrändelung) versehene Anschlußbolzen 36; dieser Anschlußbolzen 36 besteht aus unlegiertem Stahl, liegt mit einem Bund 37 auf der Stirnseite 38 des Elektroisolierkörpers 17 auf und besitzt ein Anschlußgewinde 39, welches anschlußseits aus dem Elektroisolierkörper 17 herausragt.The connection-side area of the
Infolge des Metallkörpers 31, der je nach Ausführungsform der Zündkerze 10 zwischen 8 und 20mm lang ist, wird nicht nur teueres Material für aus Edelmetall bestehende bzw. Edelmetall enthaltende Mittelelektroden 26 gespart, sondern es wird auch vermieden, daß Vergußmassen 34 in einem Bereich der Zündkerze 10 angeordnet sind, in welchem sie aufgrund von auftretenden hohen Betriebstemperaturen im (nicht dargestellten) Brennraum von Brennkraftmaschinen erschmolzen und infolgedessen unter Umständen nachteilig beeinflußt werden. Die Länge des Metallkörpers 31 wird aus diesem Grunde derart gewählt, daß sich die Vergußmasse 34 bei allen in diesem Bereich vorkommenden Betriebstemperaturen stets sicher unter dem Transformationsbereich der gewählten, elektrisch-leitenden Vergußmasse 34 bleibt. Der Metallkörper 31 hat üblicherweise eine Länge zwischen 8 und 20 mm und üblicherweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 2,5 mm.As a result of the
Bei einer praktischen Ausführungsform hat der Metallkörper 31 einen Durchmesser von 1,5 mm, einen Kopfdurchmesser von 2 mm und eine Gesamtlänge von 12 mm. Während die Kopfbohrung 24/1 des Elektroisolierkörpers 17 einen Durchmesser von 4,5 mm hat, beträgt der Durchmesser der Fußbohrung 24/2 2,1 mm und der Durchmesser des Führungsteils 24/2' der Fußbohrung 24/2 1,53 mm. Anläßlich der Montage wird der Metallkörper 31 bei Raumtemperatur in die Längsbohrung 24 des Elektroisolierkörpers 17 eingeführt und mit etwa 100 N gegen den anschlußseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode 26 gepreßt; dieser Preßdruck reicht aus, um in diesem Bereich der Mittelelektrode 26 die Vertiefung 29 zu formen. Nachdem Einfüllen der zunächst als Granulat vorliegenden Vergußmasse 34 in die Kopfbohrung 24/1 des Elektroisolierkörpers 17, dem nachfolgenden Erwärmen dieser vormontierten Einheit auf etwa 850°C und erneuten Preßvorgängen zwischen 500 und 2500 N auf die Vergußmasse 34 findet zwischen der Anspitzung 30 des Metallkörpers 31 und der Vertiefung 29 der Mittelelektrode 26 eine Diffusionsverschweißung statt, welche einen dauerhaften elektrischen Kontakt zwischen Mittelelektrode 26 und Metallkörper 31 gewährleistet. Während sich die vorstehend beschriebene Baueinheit im aufgeheizten Zustande befindet, wird auch der Anschlußbolzen 36 in die Vergußmasse 34 eingedrückt, in welcher er infolge seiner Verankerungsmittel 35 sicher und mit gutem elektrischen Kontakt gehalten wird.In a practical embodiment, the
Obwohl der Metallkörper 31 nur teilweise in engem Kontakt mit dem Elektroisolierkörper 17 ist, hat sich ergeben, daß die im Bereich der Mittelelektrode 26 entstehende Wärme bei allen Betriebszuständen ausreichend auf den Elektroisolierkörper 17 abgeleitet wird.Although the
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