Hochspannungszündkerze

Abstract

 @ Es wird eine Hochspannungszündkerze vorgeschlagen, die zum Zünden von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen dient. Diese Hochspannungszündkerze weist als Besonderheit eine kurze und dünne aus Edelmetall bestehende oder Edelmetall enthaltende Mittelelektrode auf, welche spaltfrei im brennraumseitigen Boden des Elektroisolierkörpers eingebaut ist und über einen in Form eines Kontaktstift ausgebildeten Metallkörper mit einer an sich bekannten Vergußmasse verbunden ist. Der Metallkörper besteht dabei aus einem relativ billigen Material, z.B. einer Nickellegierung. Der Metallkörper, der sich anläßlich der Montage mit dem anschlußseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode verschweißt, ist nur teilweise eng im entsprechenden Bereich der Längsbohrung des Elektroisolierkörpers geführt, erlaubt aber eine einfache und kostengünstige Montage und erfüllt dennoch überraschenderweise die Anforderungen hinsichtlich der Wärmeableitung aus dem Bereich der Mittelelektrode auf den Elektroisolierkörper. - Der übrige Aufbau dieser Hochspannungszündkerze entspricht dem heutzutage üblichen Aufbau von Zündkerzen.

Beschreibung

[0001] 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.

Vorteile der Erfindung

[0002] 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.

[0003] 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.

Zeichnung

[0004] 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.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

Ansprüche

1. Hochspannungszündkerze, mit einem metallischen, im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, das auf seiner Außenseite Mittel für den Einbau in eine Brennkraftmaschine besitzt, in seiner Durchgangsbohrung einen im wesentlichen rotationssymmetrischen, bevorzugterweise gesinterten Elektroisolierkörper abdichtend umfaßt und an seinem brennraumseitigen Endabschnitt eine Masseelektrode besitzt, welche mit Abstand (Funkenstrecke) einer relativ kurzen, aus Edelmetall bestehenden bzw..Edelmetall enthaltenden Mittelelektrode gegenübersteht, die spaltfrei und abgedichtet im brennraumseitigen Boden der abgestuften Längsbohrung des Elektroisolierkörpers fixiert ist, einen kleineren Durchmesser hat als die sich anschlußseits erstreckenden Stufen der Längsbohrung, innerhalb der Längsbohrung mit einem Metallkörper in direktem Kontakt steht, wobei der anschlußseitige Endabschnitt dieses Metallkörpers in der Längsbohrung mit einer elektrisch-leitenden Vergußmasse abdichtend kontaktiert ist und in dieser Vergußmasse ein Endabschnitt eines elektrisch-leitenden, mit seinem anderen Endabschnitt aus dem anschlußseitigen Ende des Elektroisolierkörpers herausragenden Anschlußbolzen verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (31) aus relativ billigem Material besteht, stiftförmig ausgebildet ist, exakt seitlich in der Längsbohrung (24/2, 24/2¹) des Elektroisolierkörpers (17) geführt ist, brennraumseits eine Anspitzung (30) aufweist, mit welcher er in engem Kontakt mit dem anschlußseitigen Ende der Mittelelektrode (26) steht, und mit seinem anschlußseitigen Endabschnitt bis in denjenigen Bereich der Längsbohrung (24/2, 24/1) des Elektroisolierkörpers (17) hineinragt, welcher während allen in diesem Bereich vorkommenden Betriebstemperaturen stets sicher unter dem Transformationsbereich der elektrisch-leitenden Vergußmasse (34) bleibt.

2. Hochspannungszündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anspitzung (30) des Metallkörpers (31) zumindest teilweise in eine Vertiefung (29) im anschlußseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode (26) ragt und bevorzugterweise darin verschweißt ist.

3. Hochspannungszündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlußseitige Endabschnitt der Mittelelektrode (26) bis zu 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm in die Längsbohrung (24, 24/2') des Elektroisolierkörpers (17) hineinragt.

4. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (31) in seinem anschlußseitigen Bereich einen Kopf (32) aufweist, der eng in der Längsbohrung (24/2) des Elektroisolierkörpers (17) anliegt und an seinem anschlußseitigen Endabschnitt bevorzugterweise eine Verjüngung (33) besitzt, welche mit der elektrisch-leitenden Vergußmasse (34) in direkter Berührung ist.

5. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der stiftförmige Metallkörper (31) bevorzugt eine Länge zwischen 8 und 20 mm und einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 2,5 mm hat.

6. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Mittelelektrode (26) einen Durchmesser von maximal 0,5 mm und eine bevorzugte Länge zwischen 1 und 3 mm hat.

Zeichnung