CH654956A5

CH654956A5 - IGNITION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES.

Info

Publication number: CH654956A5
Application number: CH303/82A
Authority: CH
Inventors: Paul Edward Jun Rempes; Jonathan Wayne Hinton; Nolan Arthur Ryan
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1986-03-14
Also published as: JPS57180887A; FR2504745A1; NL8201670A; SE8107635L; DE3149676A1; AU545056B2; GB2097469B; GB2097469A; JPH0374491U; BE891667A; IT1149685B; AU7965882A; IT8219847A0; FR2504745B1; MX157006A; CA1198331A; BR8202241A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Zündende und einem Anschlussende, sowie einem Metallgehäuse, das lösbar in eine Brennkraftmaschine einbaubar ist, wobei das Gehäuse am Zündende eine ringförmige geerdete Elektrode aufweist und ein keramischer Isolator in dem Gehäuse angeordnet ist, der eine Mittelbohrung aufweist, in welcher eine Mittelelektrode angeordnet ist, die eine Zündspitze hat, die im Abstand von der geerdeten Elektrode angeordnet ist.- The invention relates to an ignition device for internal combustion engines, having an ignition end and a connection end, and a metal housing which can be detachably installed in an internal combustion engine, the housing having an annular, grounded electrode at the ignition end and a ceramic insulator being arranged in the housing and having a central bore has, in which a center electrode is arranged, which has an ignition tip, which is arranged at a distance from the grounded electrode.

Zündvorrichtungen des Hochenergie-Typs werden z.B. bei einem Düsenmotor mittels einer Kondensatorentladung gezündet, entweder mit Hochspannung oder mit Niederspannung. Dabei erfolgt die Zündentladung mit Hochspannung gewöhnlich längs einer Fläche eines dielektrischen Keramikkörpers, die angrenzend an einen Zündspalt oder an eine Funkenstrecke zwischen einer Mittelelektrode und einer geerdeten Elektrode liegt. Die Hochspannung liegt gewöhnlich im Bereich von 10 000 bis 30 000 Volt und sie ist erforderlich zur Ionisierung der Zündstrecke, damit die Zündvorrichtung sich entladen kann. High energy type igniters are e.g. ignited in a jet engine by means of a capacitor discharge, either with high voltage or with low voltage. The high-voltage ignition discharge usually takes place along a surface of a dielectric ceramic body which is adjacent to an ignition gap or to a spark gap between a center electrode and a grounded electrode. The high voltage is usually in the range of 10,000 to 30,000 volts and is required to ionize the ignition path so that the igniter can discharge.

Zündvorrichtungen mit Niederspannungs-Zündsystemen, die im Bereich von 200-5000 Volt liegen, haben eine elektrisch halbleitende Oberfläche benachbart zu der Funkenstrecke zwischen einer Mittelelektrode und einer geerdeten Elektrode. Es wurde gefunden, dass bei einer Zündvorrichtung mit einer halbleitenden Fläche die erforderliche Spannung zur Erzeugung des Zündfunkens oder der Zündentladung reduziert wird im Vergleich zu einer Zündvorrichtung, bei der an dieser Stelle ein Isolator verwendet wird. Ignitors with low voltage ignition systems that are in the range of 200-5000 volts have an electrically semiconductive surface adjacent to the spark gap between a center electrode and a grounded electrode. It has been found that an ignition device with a semiconducting surface reduces the voltage required to generate the ignition spark or ignition discharge compared to an ignition device in which an insulator is used at this point.

Sowohl bei einer Hochspannungszündvorrichtung, wie auch bei einer Niederspannungszündvorrichtung wird ein zuvor aufgeladener Kondensator entladen, wenn der Funke zwischen der geerdeten Elektrode und der Mittelelektrode überspringt. Die Entladung des Kondensators führt zu einem Zündfunken hoher Energie, beispielsweise bis etwa 20 Joule. In both a high-voltage ignition device and a low-voltage ignition device, a previously charged capacitor is discharged when the spark jumps between the grounded electrode and the center electrode. The discharge of the capacitor leads to a spark of high energy, for example up to about 20 joules.

Verschiedene halbleitende und isolierende Materialien wurden bisher bei Zündanlagen für Niederspannung und für Hochspannung verwendet. Beispielsweise zeigt das US-Patent 3 558 959 eine Niederspannungs-Zündvorrichtung, die Halbleiterkörper verwendet, die aus heissverpressten Mischungen aus Tonerde und Siliciumkarbid bestehen. Es wurde ferner vorgeschlagen, Halbleiter, die sich für Niederspannungsanwendungen eignen, durch Pressen eines Körpers zu erzeugen, der aus einem Gemisch aus Siliciumkarbid und Aluminiumsilikat besteht, wobei dieser Körper in Siliciumkarbid-Partikel eingebettet und gebrannt wird (US-Patente 3 376 367 und 3 573 231). Auch das US-Patent 3 968 057 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines tonerdegebundenen Siliciumkarbid-Halbleiters zur Verwendung mit hochenergetischen Niederspannungs-Zündsyste-men, und das US-Patent 4 120 829 beschreibt einen verbesserten Siliciumkarbid-Halbleiter, der eine elektrisch nicht-leitende Glas-Bindungsphase hat. Various semiconducting and insulating materials have previously been used in low and high voltage ignition systems. For example, U.S. Patent 3,558,959 shows a low voltage igniter that uses semiconductor bodies made from hot-pressed mixtures of alumina and silicon carbide. It has also been proposed to produce semiconductors suitable for low voltage applications by pressing a body composed of a mixture of silicon carbide and aluminum silicate, which body is embedded and fired in silicon carbide particles (U.S. Patents 3,376,367 and 3 573 231). U.S. Patent 3,968,057 also describes a method of making an alumina bonded silicon carbide semiconductor for use with high energy, low voltage ignition systems, and U.S. Patent 4,120,829 describes an improved silicon carbide semiconductor which is an electrically non-conductive glass -Binding phase.

Siliciumnitridgebundene Siliciumkarbid-Halbleiter zur Verwendung in Niederspannungs-Zündanlagen sind in dem US-Pa-tent 3 052 814 beschrieben. Nach diesem Patent sind Zündeinrichtungen mit einem Siliciumkarbid-Halbleiterkörper, der mit Siliciumnitrid gebunden ist, besser in der Lage, Druckkräften, extremen Temperaturen, Schwingungen und Zündfunkenerosion zu widerstehen, die im Betrieb in einer Verbrennungskammer auftreten, als Zündanlagen, die Materialien der vorher verwendeten Art verwenden. Die Verwendung von Halbleiterkörpern aus einem nitrierten Gemisch aus Silicium und Siliciumkarbid führte zu einer Reduzierung der Probleme hinsichtlich hoher Posorität, niedriger Druckfestigkeit, geringem Widerstand gegen Funkenerosion und chemischer Veränderung der Verbrennungskammer (mit hieraus resultierender Veränderung der elektrischen Eigenschaften), die bei Halbleitern in Zündanlagen der vorherigen Art aufgetreten waren. Silicon nitride bonded silicon carbide semiconductors for use in low voltage ignition systems are described in U.S. Patent 3,052,814. According to this patent, igniters with a silicon carbide semiconductor body bonded with silicon nitride are better able to withstand the compressive forces, extreme temperatures, vibrations and spark erosion that occur during operation in a combustion chamber than igniters, the materials of the kind previously used use. The use of semiconductor bodies made of a nitrided mixture of silicon and silicon carbide led to a reduction in the problems with regard to high posority, low compressive strength, low resistance to spark erosion and chemical change in the combustion chamber (with the resultant change in the electrical properties) which occurs in semiconductors in ignition systems previous type had occurred.

Verfahren zur Erzeugung von geformten Siliciumnitrid-Kör-pern aus Silicium sind in dem Britischen Patent Nr. 717 555 beschrieben. Die reaktionsgebundenen Siliciumnitrid-Körper, die so erzeugt werden, gelten als widerstandsfähig gegen Wärmeschocks, sie sollen eine hohe mechanische Festigkeit und einen hohen Widerstand gegen Oxidation und chemische Angriffe haben. Auch die dielektrischen Eigenschaften von Siliciumnitrid-Körpern, die nach diesem Patent hergestellt werden, sollen ähnlich denjenigen aus Tonerde bzw. Aluminiumoxid sein. In dem Britischen Patent wird ferner vorgeschlagen, die Siliciumnitrid-Körper auch dort zu verwenden, wo hohe Temperaturen auftreten, z.B. in Verbrennungskammern von Düsenmotoren, Auskleidungen von Abgasdüsen, Raketen-Verbrennungskammern und Abgasdüsen, sowie in Zündkerzen. Methods for producing shaped silicon nitride bodies from silicon are described in British Patent No. 717,555. The reaction-bonded silicon nitride bodies that are produced in this way are considered to be resistant to thermal shocks, they are said to have a high mechanical strength and a high resistance to oxidation and chemical attacks. The dielectric properties of silicon nitride bodies which are produced according to this patent are also said to be similar to those made from alumina or alumina. The British patent also suggests using the silicon nitride bodies where high temperatures occur, e.g. in combustion chambers of jet engines, linings of exhaust nozzles, rocket combustion chambers and exhaust nozzles, as well as in spark plugs.

Obwohl viele Materialien für Zündvorrichtungen vorgeschlagen wurden, die unter hohen Beanspruchungen arbeiten (US-Patente 2 684 665,2 786 158, 3 334 304 und 3 558 959), ist die Verwendung von Siliciumnitrid oder Siliciumnitrid gemischt mit anderen Materialien für die Oberflächen von Isolatoren, die benachbart zum Zündspalt von Zündanlagen liegen, die mit Hochspannung gezündet werden und eine hohe Energie haben, bisher nicht vorgeschlagen worden. Solche Zündvorrichtungen unterliegen sehr strengen thermischen, mechanischen und elektrischen Beanspruchungen im Betrieb, z.B. in Düsenmotoren und anderen Brennkraftmaschinen. Bisher in solchen Zündvorrichtungen verwendete Isolatoren wurden aus Tonerde und Berylliumoxid hergestellt, aus denen keramische Körper geformt wurden, die elektrische Isolatoren bildeten und die angrenzend an das Zündende einer Zündanlage hoher Energie angeordnet waren. Isolatoren aus Tonerde bzw. Aluminiumoxid unterliegen jedoch einer starken Funkenerosion und einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens infolge thermischer Schocks, wäh- Although many materials have been proposed for igniters that operate under high stress (U.S. Patents 2,684,665,2786,158, 3,334,304 and 3,558,959), the use of silicon nitride or silicon nitride is mixed with other materials for the surfaces of insulators , which are adjacent to the ignition gap of ignition systems that are ignited with high voltage and have a high energy, have not previously been proposed. Such ignition devices are subject to very strict thermal, mechanical and electrical stresses during operation, e.g. in jet engines and other internal combustion engines. Insulators previously used in such igniters have been made from alumina and beryllium oxide, from which ceramic bodies have been formed that form electrical insulators and which are located adjacent the ignition end of a high energy ignition system. However, insulators made of alumina or aluminum oxide are subject to severe spark erosion and deterioration in operating behavior due to thermal shocks,

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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rend Berylliumoxid, obwohl Isolatoren aus diesem Material widerstandsfähiger gegen thermische Schocks sind, für Menschen toxisch wirkt und daher für die Herstellung von Zündanlagen nicht verwendet werden sollte. rend beryllium oxide, although insulators made from this material are more resistant to thermal shocks, are toxic to humans and should therefore not be used for the manufacture of ignition systems.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zündvorrichtung, insbesondere eine Zündvorrichtung hoher Energie für Brennkraftmaschinen, insbesondere auch für Düsenmotoren, zu schaffen. The invention is therefore based on the object of providing an improved ignition device, in particular a high-energy ignition device for internal combustion engines, in particular also for jet engines.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Zündvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Isolator, der zu einem wesentlichen Teil aus Siliciumnitrid besteht, in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Oberfläche angrenzend an die Zündstrecke aufweist, längs welcher der Zündfunke bei Entladung zwischen der Zündspitze der Mittelelektrode und der geerdeten Elektrode verläuft. According to the invention, this object is achieved with an ignition device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that an insulator, which consists essentially of silicon nitride, is arranged in the housing and has a surface adjacent to the ignition path, along which the ignition spark Discharge runs between the ignition tip of the center electrode and the grounded electrode.

Die erfindungsgemässe Zündvorrichtung kann beim Betrieb mit hoher Energie und einem geeignet geformten Körper, der in geeigneter Weise im Gehäuse der Zündvorrichtung angeordnet ist, auch unter strengen Betriebsbedingungen, wie z.B. Düsenmotoren, in welchen die Zündvorrichtungen strengen thermischen, mechanischen und elektrischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, eine höhere Standfestigkeit als die bisher gebräuchlichen Zündvorrichtungen aufweisen. Die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften eines Isolatorkörpers aus Siliciumnitrid-Material geben diesem nicht nur grösseren Widerstand gegenüber Funkenerosion und thermischen Schocks, als Isolatoren aus Tonerde, sondern auch unerwarteterweise die Eigenschaften und das Betriebsverhalten von Isolatoren aus Berylliumoxid, ohne jedoch deren toxische Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die erfindungsgemässe Zündvorrichtung mit Siliciumnitrid kann daher ohne Gefahren für die menschliche Gesundheit verwendet werden. The ignition device according to the invention can operate with high energy and a suitably shaped body which is suitably arranged in the housing of the ignition device, even under severe operating conditions, such as e.g. Jet engines, in which the ignition devices are exposed to strict thermal, mechanical and electrical stresses, have a higher stability than the previously used ignition devices. The thermal, mechanical and electrical properties of an insulator body made of silicon nitride material not only give it greater resistance to spark erosion and thermal shocks than insulators made of alumina, but also unexpectedly the properties and operating behavior of insulators made of beryllium oxide, but without their toxic disadvantages to have to take. The inventive ignition device with silicon nitride can therefore be used without any danger to human health.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der For example, embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing, in which

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Hochspannungs-Zündvor-richtung nach der Erfindung zeigt. Fig. 1 shows a longitudinal section of a high-voltage ignition device according to the invention.

Fig. 2 zeigt einen schematischen vergrösserten senkrechten Teilschnitt eines Siliciumnitrid-Isolators, der im Gehäuse der Zündvorrichtung nach Fig. 1 eingebaut ist. FIG. 2 shows a schematic enlarged vertical partial section of a silicon nitride insulator which is installed in the housing of the ignition device according to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt schematisch das Zündende einer weiteren Ausführungsform einer Hochspannungs-Zündvorrichtung nach der Erfindung. 3 schematically shows in longitudinal section the ignition end of a further embodiment of a high-voltage ignition device according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Hochspannungs-Zündvorrichtung 10 hoher Energie dargestellt, mit einem Zündende 11 und einem Anschlussende 12. Die Zündvorrichtung 10 hat ein metallisches Gehäuse 13, eine Mittelelektrode 14, sowie Isolatoren 15, 16, 17, die in einem Ringraum zwischen dem Gehäuse 13 und der Elektrode 14 angeordnet sind. Das Gehäuse 13 hat einen einwärts gerichteten ringförmigen Abschnitt 18 am Zündende 11 der Zündvorrichtung 10, der eine geerdete Elektrode bildet. Im Betrieb wird die Zündvorrichtung oder Zündkerze 10 lösbar derart eingebaut, dass der ringförmige Abschnitt 18 sich in die Brennkammer eines nicht-dargestellten Morors erstreckt, und sie ist über den Motor durch den Kontakt über das Gehäuse 13 geerdet. Der Isolator 15, der ein Körper aus Aluminiumoxid ist, ist benachbart ans Anschlussende 12 der Zündvorrichtung 10 angeordnet, und er hat einen zylindrischen Hohlraum 19, in welchem ein Kontakt eines zugehörigen, nicht-gezeigten Zündsystems elektrisch mit einem Abschnitt der Mittelelektrode 14 verbindbar ist, der sich in den Hohlraum 19 hineinerstreckt. Der Isolator 16, der aus Tonerde bzw. Aluminiumoxid besteht, hat eine zentrale Bohrung, die die Mittelelektrode 14 enthält, und die sich axial von der Basis des Hohlraums 19 aus bis zu einem rohrförmigen Abschnitt 20 des Isolators erstreckt, der an einem Punkt kurz vor dem Zündende 11 der Zündvorrichtung 10 endigt und dort zwischen dem Isolator 17 und der Mittelelektrode 14 in einem ringförmigen Raum 21 liegt. 1 shows a high-voltage ignition device 10 of high energy, with an ignition end 11 and a connection end 12. The ignition device 10 has a metallic housing 13, a central electrode 14, and insulators 15, 16, 17, which are located in an annular space between the Housing 13 and the electrode 14 are arranged. The housing 13 has an inwardly directed annular portion 18 at the ignition end 11 of the ignition device 10, which forms a grounded electrode. In operation, the igniter or spark plug 10 is releasably installed such that the annular portion 18 extends into the combustion chamber of a non-illustrated morem, and is grounded via the motor through the contact via the housing 13. The insulator 15, which is a body of aluminum oxide, is arranged adjacent to the connection end 12 of the ignition device 10, and it has a cylindrical cavity 19 in which a contact of an associated ignition system, not shown, can be electrically connected to a section of the center electrode 14, which extends into the cavity 19. The insulator 16, which is made of alumina, has a central bore which contains the center electrode 14 and which extends axially from the base of the cavity 19 to a tubular portion 20 of the insulator which is just before a point ends at the ignition end 11 of the ignition device 10 and lies there between the insulator 17 and the center electrode 14 in an annular space 21.

Der Isolator 17, üer im wesentlichen aus reinem Siliciumnitrid besteht, liegt zwischen dem ringförmigen Raum 21 und er hat einen rohrförmigen Abschnitt 22, der zwischen dem Abschnitt des Isolators 16 und dem Gehäuse 13 liegt und sich axial in Richtung auf das Anschlussende 12 der Zündvorrichtung 10 5 erstreckt. Die Mittelelektrode 14 hat einen radial erweiterten Zündkopf 23, der an der Elektrode angebracht ist und in dem Ringraum 21 liegt, derart, dass ein Abschnitt an den Siliciumni-trid-Isolator 17 am Zündende 11 angrenzt. Der Isolator 17 verläuft axial von seinem rohrförmigen Abschnitt 22 aus dem io Zündende 11 der Zündvorrichtung 10 und er hat eine Oberfläche 24 angrenzend an die Funkenstrecke zwischen dem Zündkopf 23 der Mittelelektrode 14 und der ringförmigen geerdeten Elektrode des Gehäuses 13. The insulator 17, which consists essentially of pure silicon nitride, lies between the annular space 21 and has a tubular section 22, which lies between the section of the insulator 16 and the housing 13 and extends axially towards the connection end 12 of the ignition device 10 5 extends. The center electrode 14 has a radially widened ignition head 23 which is attached to the electrode and lies in the annular space 21 in such a way that a section adjoins the silicon nitride insulator 17 at the ignition end 11. The insulator 17 extends axially from its tubular portion 22 out of the ignition end 11 of the ignition device 10 and has a surface 24 adjacent to the spark gap between the ignition head 23 of the center electrode 14 and the annular grounded electrode of the housing 13.

Der Isolator 17 ist vergrössert in Fig. 2 gezeigt. The insulator 17 is shown enlarged in FIG. 2.

15 Fig. 3 zeigt das Zündende einer Hochspannungs-Zündvorrichtung mit hoher Energie gemäss der Erfindung, die allgemein mit 25 bezeichnet ist. Die Zündvorrichtung 25 hat ein unteres Metallgehäuse 26, das mit einem oberen Metallgehäuse 27 mittels Silberlot 28 verbunden ist, ferner eine Mittelelektrode 29 20 mit einer Zündspitze 30 sowie ringförmige Isolatoren 31 und 32. Nur ein rohrförmiger Abschnitt des Isolators 31 ist dargestellt. Das untere Gehäuse 26 hat einen einwärts gerichteten ringförmigen Abschnitt 33, der eine geerdete Elektrode bildet. Im Betrieb wird die Zündvorrichtung 25 lösbar eingebaut, so 25 dass der ringförmige Abschnitt 33 sich in die Zündkammer eines zugehörigen nicht-gezeigten Motors erstreckt und sie ist über den Motor geerdet bzw. an Masse gelegt durch Kontakt des oberen Gehäuses 27 mit dem Motor. Der Isolator 31, der aus Aluminiumoxid besteht, ist in einem ringförmigen Raum 33 30 zwischen dem oberen Gehäuse 27 und der Mittelelektrode 29 angeordnet und er hat eine zentrale Bohrung, in welcher ein Abschnitt der Mittelelektrode 29 und ein rohrförmiger'Abschnitt 34 des Isolators 32 angeordnet sind. Eine Talk-Dichtung 35 zur Verhinderung einer Gas-Leckage, liegt ringförmig zwi-35 sehen dem unteren Gehäuse 26 und dem rohrförmigen Abschnitt 34 des Isolators 32 und füllt einen Bereich zwischen einem auswärts gerichteten ringförmigen Bund 36 des Isolators 32 und einem einwärts gerichteten ringförmigen Bund 37 des unteren Gehäuses 26 aus. FIG. 3 shows the ignition end of a high voltage, high energy ignition device according to the invention, generally designated 25. The ignition device 25 has a lower metal housing 26 which is connected to an upper metal housing 27 by means of silver solder 28, furthermore a central electrode 29 20 with an ignition tip 30 and annular insulators 31 and 32. Only a tubular section of the insulator 31 is shown. The lower housing 26 has an inwardly directed annular portion 33 which forms a grounded electrode. In operation, the igniter 25 is releasably installed so that the annular portion 33 extends into the ignition chamber of an associated engine, not shown, and is grounded or grounded through the engine through contact of the upper housing 27 with the engine. The insulator 31, which is made of aluminum oxide, is arranged in an annular space 33 30 between the upper housing 27 and the central electrode 29 and has a central bore in which a section of the central electrode 29 and a tubular section 34 of the insulator 32 are arranged are. A talc seal 35 for preventing gas leakage is annular between the lower housing 26 and the tubular portion 34 of the insulator 32 and fills an area between an outwardly facing annular collar 36 of the insulator 32 and an inwardly facing annular collar 37 of the lower housing 26.

40 Der Isolator 32, der im wesentlichen aus reinem Siliciumnitrid besteht, erstreckt sich axial von seinem rohrförmigen Abschnitt 34 aus, bis zu einem Punkt kurz vor der ringförmigen Elektrode 33, und er liegt dort in einem ringförmigen Raum 38 zwischen dem unteren Gehäuse 26 und der Mittelelektrode 29. 45 Eine Oberfläche 39 des Siliciumnitrid-Isolators 32 liegt angrenzend an einen Abschnitt eines radial reduzierten Segmentes 40 der Mittelelektrode 29, während eine Oberfläche 41 des Segmentes an die Zündstrecke zwischen der Zündspitze 30 der Mittelelektrode 29 und der ringförmigen geerdetenElektrode 33 des unteren Gehäuses 26 angrenzt. 40 The insulator 32, which consists essentially of pure silicon nitride, extends axially from its tubular portion 34 to a point just before the annular electrode 33, and it lies there in an annular space 38 between the lower housing 26 and the Center Electrode 29. 45 A surface 39 of the silicon nitride insulator 32 is adjacent a portion of a radially reduced segment 40 of the center electrode 29, while a surface 41 of the segment is adjacent the firing gap between the firing tip 30 of the center electrode 29 and the annular grounded electrode 33 of the lower housing 26 adjoins.

Ein Isolator, der beispielsweise die Form eines der Isolatoren 17 oder 32 hat, kann aus einem geeigneten Material aus Sili-ciumnitrid-Basis, anstatt aus praktisch reinem Siliciumnitrid, 55 hergestellt werden und dann angrenzend an das Zündende der Zündvorrichtung nach der Erfindung angeordnet werden, so dass die Zündentladung längs einer Oberfläche dieses Isolators verläuft. Beispielsweise kann ein solcher Isolator aus Silicium-Aluminum-Oxidnitriden oder aus Verbindungen aus Siliciumni-60 trid oder Silicium-Aluminium-Oxidnitriden und einem oder mehreren weiteren Bestandteilen bestehen, die als Sinter-Hilfen beigegeben werden, wie z.B. Y2O3, Ce203, La203, SC2O3, Ö2O3, MgO, ZnO, NiO, TÌO2, SnÜ2 und SrÜ2. Derartige Sinter-Hilfen eignen sich besonders beim drucklosen Stintern von Silicium-65 Aluminium-Oxidnitriden. Die Zündvorrichtung nach der Erfindung umfasst jedoch Isolatoren, bei denen der Anteil von Siliciumnitrid wesentlich ist, d.h. wenigstens 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise wenigstens etwa 65 Gewichtsprozent. An insulator, for example in the form of one of the insulators 17 or 32, can be made of a suitable material made of silicon nitride, instead of practically pure silicon nitride, 55 and then placed adjacent to the ignition end of the ignition device according to the invention, so that the ignition discharge runs along a surface of this insulator. For example, such an insulator can consist of silicon aluminum oxide nitrides or of compounds made of silicon nitride or silicon aluminum oxide nitrides and one or more further components, which are added as sintering aids, such as e.g. Y2O3, Ce203, La203, SC2O3, Ö2O3, MgO, ZnO, NiO, TÌO2, SnÜ2 and SrÜ2. Such sintering aids are particularly suitable for pressureless sintering of silicon-65 aluminum oxide nitrides. However, the ignition device according to the invention comprises insulators in which the proportion of silicon nitride is essential, i.e. at least 50 weight percent and preferably at least about 65 weight percent.

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4 4th

Eine Zündvorrichtung nach der Erfindung kann auch unter Verwendung eines zweiteiligen Isolators hergestellt werden, der beispielsweise dann die Gesamtform des Isolators 17 nach den Fig. 1 und 2 hat und beispielsweise aus heissverpresstem, im wesentlichen reinem Siliciumnitrid besteht oder einen Kopf aus einem Material auf Siliciumnitrid-Basis hat, der an einem Isolator aus Tonerde angebracht ist. Die Fläche 24 sollte aus Silici-umnitrid-Materialien sein, wobei der Kopf oder diese Spitze dünn sein kann, beispielsweise 3 mm, vorzugsweise aber etwa 4,5 mm und insbesondere sind wenigstens etwa 6-6,5 mm Dicke erwünscht. Siliciumnitrid-Materialien sind unerwarteterweise widerstandsfähig gegen die Erosion von hochenergetischen Zündfunken, die in Zündvorrichtungen, wie der Zündvorrichtung 10, wie sie z.B. in Fig. 3 gezeigt ist, austreten können. An ignition device according to the invention can also be produced using a two-part insulator, which then has, for example, the overall shape of the insulator 17 according to FIGS. 1 and 2 and consists, for example, of hot-pressed, essentially pure silicon nitride or a head made of a material based on silicon nitride. Base that is attached to an alumina insulator. The surface 24 should be made of silicon nitride materials, and the head or tip may be thin, for example 3 mm, but preferably about 4.5 mm and in particular at least about 6-6.5 mm thick is desirable. Silicon nitride materials are unexpectedly resistant to the erosion of high energy ignition sparks found in igniters such as igniter 10 as e.g. 3, can emerge.

Der Siliciumnitrid-Isolator nach der Erfindung kann, unabhängig ob er vollständig aus dem Nitrid-Material besteht, oder ob ein Kopf aus diesem Material an einen Isolator aus Tonerde angebracht ist, und unabhängig, ob er im wesentlichen aus Siliciumnitrid oder aus Siliciumnitrid gemischt mit anderen Materialien besteht, durch Heisspressen oder durch druckloses Sintern, oder durch Verfahren mittels Reaktions-Bedingung (reac-5 tion-bonding) hergestellt werden. Heissverpresste Siliciumni-trid-Isolatoren werden vorgezogen, weil sie einen höheren Widerstand gegen Erosion haben als solche Isolatoren, die durch druckloses Sintern oder mittels Reaktions-Bindungsver-fahren hergestellt werden. Heissgepresste Isolatoren eignen sich io daher besonders in Zündvorrichtungen, die starken Beanspruchungen im Betrieb ausgesetzt sind, beispielsweise in Düsenmotoren. Wenn jedoch die Geometrie von Zündvorrichtungen eine Bearbeitung des Isolator-Körpers nach der Herstellung und nach dem Brennen erfordert, werden drucklose Sinterverfahren 15 oder Reaktions-Verbindungsverfahren vorgezogen, weil diese Verfahren eine bessere Bearbeitbarkeit der Isolatoren ermöglichen. The silicon nitride insulator according to the invention, whether it is made entirely of the nitride material or whether a head made of this material is attached to an insulator made of alumina, and whether it consists essentially of silicon nitride or of silicon nitride mixed with others Materials exist, by hot pressing or by pressure-less sintering, or by processes using reaction conditions (reaction-5-bonding). Hot-pressed silicon nitride insulators are preferred because they have a higher resistance to erosion than those insulators that are produced by pressure-free sintering or by means of reaction-bonding processes. Hot-pressed insulators are therefore particularly suitable in ignition devices that are exposed to heavy loads during operation, for example in jet engines. However, if the geometry of igniters requires machining the insulator body after manufacture and after firing, pressureless sintering methods 15 or reaction joining methods are preferred because these methods allow the insulators to be machined better.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Ignition device for internal combustion engines, with an ignition end and a connection end, and a metal housing which can be detachably installed in an internal combustion engine, the housing having an annularly grounded electrode at the ignition end and a ceramic insulator being arranged in the housing and having a central bore, in which a center electrode is arranged, which has an ignition tip, which is arranged at a distance from the grounded electrode, characterized in that an insulator, which consists essentially of silicon nitride, is arranged in the housing and a surface adjacent to the ignition path along which the ignition spark runs when discharging between the ignition tip of the center electrode and the grounded electrode.

2. Ignition device according to claim 1, characterized in that the silicon nitride insulator and the ceramic insulator have tubular sections which are arranged in an annular space between the metallic housing and at least a section of the center electrode.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Ignition device according to claim 2, characterized in that the silicon nitride insulator extends axially from its tubular portion from the ignition end of the ignition device to the surface along which the ignition discharge occurs.

4. Ignition device according to one of claims 1-3, characterized in that the silicon nitride insulator is a hot-pressed ceramic body.

5. Ignition device according to one of claims 1-3, characterized in that the silicon nitride insulator is a pressure-free sintered ceramic body.

6. Ignition device according to one of claims 1-3, characterized in that the silicon nitride insulator is a reaction-bonded ceramic body.