DE3523299A1

DE3523299A1 - Auxiliary spark gap

Info

Publication number: DE3523299A1
Application number: DE19853523299
Authority: DE
Inventors: Rudolf R Dr Ing Maly; Otto Dipl Ing Loeffler; Hans Prof Dipl Ing Dr Albrecht
Original assignee: Daimler Benz AG; Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Current assignee: Daimler Benz AG; Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-08

Abstract

In the case of an auxiliary spark gap, in the case of which electrodes (1, 2; 11, 12) are located opposite one another in a gas-filled chamber, it is provided in order to suppress the spark gap switching through when the polarity of the applied voltage is reversed that the breakdown voltage in one polarity direction of the auxiliary spark gap is greater than in the other polarity direction of the same. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorfunkenstrecke, bei wel cher zwei Elektroden in einer gasgefüllten Kammer einander gegenüber stehen.The invention relates to a spark gap, in which cher two electrodes in a gas-filled chamber each other face each other.

Solche Vorfunkenstrecken liegen bei einer Hochspannungs zündanlage, wie sie insbesondere bei fremdzündenden Verbren nungsmotoren zum Einsatz kommt, mit der eigentlichen Funken strecke in Reihe.Such spark gaps are at a high voltage Ignition system, as is particularly the case with spark ignition voltage motors is used, with the actual spark stretch in line.

Bekannte Vorfunkenstrecken (DE-GM 19 29 291, DE-AS 24 18 261) sind symmetrisch aufgebaut und wirken dem entsprechend symmetrisch, das heißt die Durchbruchsspannung ist unabhängig davon, mit welcher Polarität die Spannung an der Vorfunkenstrecke liegt.Known spark gaps (DE-GM 19 29 291, DE-AS 24 18 261) are symmetrical and act accordingly symmetrical, that is the breakdown voltage is independent of the polarity with which the voltage is applied the spark gap is.

Nun treten beim Durchschalten einer Hochspannungs-Fun kenstrecke aufgrund der Schwingkreiseigenschaften des gesam ten Systems auch Spannungen an der Funkenstrecke auf, die der ursprünglich angelegten Zündspannung entgegengerichtet sind. Es handelt sich dabei um sehr schnelle Vorgänge mit Spannungsanstiegen von offenbar mehr als 100 kV/µs und es ist unerwünscht, daß auch unter dem Einfluß dieser entgegenge setzt gerichteten Spannungsimpulse Ströme in der Funkenstrek ke fließen, weil dies zu elektromagnetischer Störstrahlung im Bereich benutzter Funksendefrequenzen führt.Now occur when switching through a high voltage fun distance due to the resonant circuit properties of the total systems also have voltages on the spark gap that the ignition voltage originally applied are. These are very fast processes with Voltage increases of apparently more than 100 kV / µs and it is undesirable that even under the influence of these sets directional voltage pulses currents in the spark gap ke flow because this leads to electromagnetic interference leads in the area of used radio transmission frequencies.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Durch schalten der Funkenstrecke bei Polaritätsumkehr der angeleg ten Spannung unterdrückt ist.The object of the invention is therefore a spark gap of the type mentioned in such a way that the through switch the spark gap when the polarity is reversed voltage is suppressed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorfunken strecke gelöst, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist.According to the invention, this object is achieved by preliminary sparking route solved, as characterized in claim 1.

Wegen der, wie oben erwähnt, schnell ablaufenden Span nungsanstiegsvorgänge an der Vorfunkenstrecke ist es höchst zweckmäßig, daß als Füllgas ein Gas mit guten Funkenlöschei genschaften vorgesehen ist, welches dafür sorgt, daß die Ent ladung zwischen den Elektroden bereits gelöscht ist, bis sich die Gegenspannung mit umgekehrter Polarität aufgebaut hat.Because of the fast-running chip, as mentioned above The rate of increase in the spark gap is highest expedient that a gas with good spark quenching as the filling gas properties is provided, which ensures that the Ent charge between the electrodes is already cleared until the reverse voltage builds up with reverse polarity Has.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 5.Further advantageous embodiments of the invention are Subject of subclaims 3 to 5.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung be schrieben. Auf dieser zeigtPreferred embodiments of the Invention in conjunction with the accompanying drawings wrote. On this shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Vorfunkenstrecke, Fig. 1 a first embodiment of the inventive SEN auxiliary spark gap,

Fig. 2 eine Zündkerze mit einer erfindungsgemäßen Vor funkenstrecke im Längsschnitt, FIG. 2 is a spark plug with an inventive Prior spark gap in longitudinal section,

Fig. 3 eine weitere Zündkerze mit einer erfindungsge mäßen Vorfunkenstrecke im Längsschnitt, Fig. 3 shows a further spark plug having a erfindungsge MAESSEN auxiliary spark gap in longitudinal section;

Fig. 4 einen Zündkerzenstecker mit einer erfindungsge mäßen Vorfunkenstrecke im Längsschnitt, Fig. 4 shows a spark plug connector having a erfindungsge MAESSEN auxiliary spark gap in longitudinal section;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorfun kenstrecke mit Schattenspalt, "keulenförmiger" Mittelelektrode und becher förmiger Elektrode mit gefaster Kante, Fig. 5 shows a further embodiment of the invention Vorfun kenstrecke with shadow gap "hypercardioid" center electrode and cup-shaped electrode having bevelled edge,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorfunkenstrecke mit Schattenspalt, wobei sich Elektro denoberflächen mit unterschiedlicher Elektronenaustrittsar beit gegenüberstehen, Fig. 6 shows a further embodiment of the auxiliary spark gap erfindungsge MAESSEN with shadow gap, with the surfaces electric beit face with different Elektronenaustrittsar,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorfunkenstrecke, bei der sich ebenfalls Elektroden oberflächen mit unterschiedlicher Elektronenaustrittsarbeit gegenüberstehen, Fig. 7 shows a further embodiment of the erfindungsge MAESSEN auxiliary spark gap, in which also the electrode surfaces face each with a different electron work,

Fig. 8 eine der Fig. 7 ähnliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorfunkenstrecke, und Fig. 8 is a Fig. 7 similar embodiment of an auxiliary spark gap according to the invention, and

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorfunkenstrecke. Fig. 9 shows a further embodiment of the erfindungsge MAESSEN auxiliary spark gap.

Fig. 1 zeigt eine Vorfunkenstrecke, bei welcher die ei ne Elektrode 1 in Form eines Stabes bzw. Bolzens und die an dere Elektrode 2 als diesen koaxial umgebender Becher ausge bildet ist. Beide Elektroden befinden sich in einer zylin drischen gasgefüllten Kammer, deren Mantelwand durch einen die beiden Elektroden elektrisch voneinander isolierenden Isolatorkörper 6 gebildet ist und die an ihren Stirnseiten durch an den Elektroden befindliche Flansche verschlossen sind. Die Kammer ist mit einem unter Druck stehenden Füllgas 3 mit guten Löscheigenschaften, z.B. Stickstoff oder Stick stoff gemischt mit Wasserstoff oder Ammoniak gefüllt. Fig. 1 shows a spark gap, in which the egg ne electrode 1 in the form of a rod or bolt and the other electrode 2 as this coaxially surrounding cup is formed. Both electrodes are located in a cylindrical gas-filled chamber, the jacket wall of which is formed by an insulator body 6 which electrically isolates the two electrodes and which are closed at their ends by flanges located on the electrodes. The chamber is filled with a pressurized filling gas 3 with good extinguishing properties, for example nitrogen or nitrogen mixed with hydrogen or ammonia.

Auch bei für beide Elektroden gleicher Elektronenaus trittsarbeit ist bei der gewählten Geometrie der Elektroden erreicht, daß die Durchbruchsspannung der Vorfunkenstrecke niedriger ist, wenn die stabförmige Elektrode 1 die Kathode darstellt, als sie es ist, wenn die becherförmige Elektrode 2 die Kathode darstellt.Even for both electrodes the same electron work function is achieved in the selected geometry of the electrodes that the breakdown voltage of the spark gap is lower when the rod-shaped electrode 1 is the cathode than it is when the cup-shaped electrode 2 is the cathode.

Wird nun diese Vorfunkenstrecke mit der stabförmigen Elektrode 1 als Kathode gezündet, und steht später als Folge der Schwingkreiseigenschaft der Hochspannungszündung, deren Teil sie ist, eine Spannung umgekehrter Polarität zwischen den Elektroden 1 und 2 an, so führt diese aufgrund der für diese Polaritätsrichtung erhöhtenDurchbruchsspannung der Vor funkenstrecke zu keinem Durchbruch und damit zu keinen Strö men in umgekehrter Richtung mehr. Wichtig hierbei ist, daß das Füllgas der Vorfunkenstrecke für ein Löschen des Funkens sorgt, bevor die Spannung in der umgekehrten Richtung aufge baut ist.If this spark gap is now ignited with the rod-shaped electrode 1 as the cathode, and later, as a result of the resonant circuit property of the high-voltage ignition, of which it is a part, a voltage of reversed polarity is present between the electrodes 1 and 2 , this leads to the increased breakdown voltage for this polarity direction Before the spark gap there was no breakthrough and therefore no more currents in the opposite direction. It is important here that the filling gas of the spark gap ensures that the spark is extinguished before the voltage builds up in the opposite direction.

Die Verhaltensasymmetrie der Vorfunkenstrecke gemäß Fig. 1, deren Elektrodenoberflächen die gleiche Elektronen austrittsarbeit haben, beruht darauf, daß im wirksamen Elektrodenbe reich die elektrischen Feldstärken an der Oberfläche der stabförmigen Elektrode 1 höher sind als die elektrischen Feldstärken an der ihr mit Abstand 4 gegenüberstehenden Ober fläche der becherförmigen Elektrode 2.The behavior asymmetry of the spark gap according to FIG. 1, the electrode surfaces of which have the same electron work function, is based on the fact that in the effective electrode area the electric field strengths on the surface of the rod-shaped electrode 1 are higher than the electric field strengths on the surface at a distance of 4 opposite them the cup-shaped electrode 2 .

Die Fig. 2 und 3 zeigen Zündkerzen mit Vorfunken strecken, die prinzipiell den Aufbau derjenigen der Fig. 1 haben. Figs. 2 and 3 show spark plugs with stretch Vorfunken, the principle that the structure have to FIG. 1.

Fig. 4 zeigt einen Zündkerzenstecker mit einer Vorfun kenstrecke gemäß Fig. 1. FIG. 4 shows a spark plug connector with a spark gap as shown in FIG. 1.

Fig. 5 zeigt eine derjenigen der Fig. 1 ähnliche Vor funkenstrecke, bei welcher jedoch im Außenbereich der be cherförmigen Elektrode 2 ein Schattenspalt 5 vorgesehen ist, in welchem sich zerstäubtes Elektrodenmaterial an elektrisch neutraler Stelle ablagern kann. Um die Streuung der Durch bruchs- bzw. Ansprechspannung der Funkenstrecke zu reduzie ren ist die stabförmige Elektrode 1 "keulenförmig" ausge bildet und weist die becherförmige Elektrode 2 eine verrun dete und gefaste Kante an der Bohrung auf. Fig. 5 shows one of that of Fig. 1 similar spark gap, but in which in the outer region of the cher-shaped electrode 2, a shadow gap 5 is provided, in which atomized electrode material can be deposited at an electrically neutral point. In order to reduce the scatter of the breakdown or response voltage of the spark gap, the rod-shaped electrode 1 is "club-shaped" and the cup-shaped electrode 2 has a rounded and chamfered edge on the bore.

Die Ausführungsformen der Fig. 6, 7 und 8 zeigen im Aufbau des Isolators 6 bzw. 6 a, 6 b unterschiedliche Vorfun kenstrecken, bei welcher sich Elektroden 11 und 12 mit aus gedehnten, gleich großen und parallelen ebenen Flächen im Abstand 4 gegenüberstehen. Hier ist die Verhaltensasymmetrie der Vorfunkenstrecke in Bezug auf die Polarität der anliegen den Spannung dadurch erreicht, daß sich die Elektronenaus trittsarbeit der beiden Elektroden 11, 12 unterscheidet. Hierzu können entweder unterschiedliche Werkstoffe, mit unter schiedlicher Elektronenaustrittsarbeit, für die Elektroden vorgesehen sein oder aber eine der beiden Elektroden weistan der der anderen Elektrode gegenüberstehenden Oberfläche eine Belegung auf, die zu einer Elektronenaustrittsarbeit aus dieser Elektrode führt, die geringer als diejenige der anderen Elektrode ist.The embodiments of FIGS. 6, 7 and 8 show in the structure of the insulator 6 and 6 a , 6 b different Vorfun ken routes, in which electrodes 11 and 12 face each other with extended, equally large and parallel flat surfaces at a distance of 4 . Here, the behavioral asymmetry of the spark gap in relation to the polarity of the applied voltage is achieved in that the electron work function of the two electrodes 11 , 12 differs. For this purpose, either different materials, with different electron work functions, can be provided for the electrodes or one of the two electrodes has an assignment on the surface opposite the other electrode, which leads to an electron work function from this electrode that is less than that of the other electrode .

Die Elektrode mit der niedrigeren Elektronenaustritts arbeit muß wiederum diejenige sein, die für die gewünschte Durchlaßrichtung die Kathode ist.The electrode with the lower electron exit Again, work must be the one for the desired one Passing direction is the cathode.

Auch hier sind durch die Form der Isolatoren hinter den Elektrodenflächen Schattenspalte 5 für die Ablagerung von zerstäubtem Elektrodenmaterial an elektrisch neutraler Stelle vorhanden.Here too, the shape of the insulators provides shadow gaps 5 behind the electrode surfaces for the deposition of atomized electrode material at an electrically neutral point.

Fig. 9 zeigt wiederum eine Ausführungsform einer Vor funkenstrecke, deren Asymmetrie auf der unterschiedlichen Geometrie der einander gegenüberstehenden wirksamen Oberflä chen der beiden Elektroden 1 und 2 beruht. Die eine Elektrode 2, die für die gewünschte Durchlaßrichtung die Anode dar stellt, ist ringzylindrisch ausgebildet und umgibt eine in der Achse des Ringzylinders durchgängig vorgesehene für die gewünschte Durchlaßrichtung die Kathode darstellende im we sentlichen stabförmige Elektrode 1, die sich im Bereich der ringzylindrischen Elektrode 2 in ihrem Durchmesser auf diese hin erweitert und ihr dort mit einer ebenfalls zylindrischen Fläche im Abstand 4 in der mit Gas 3 gefüllten Kammer gegen übersteht. Da die zylindrische Fläche der zentralen Elektrode 1 kleiner ist als die auf sie gerichtete zylindrische Ober fläche der sie umgebenden ringzylindrischen Elektrode 2, er geben sich auch hier solche Feldverhältnisse, daß bei Anle gen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden die elek trische Feldstärke an der Oberfläche der zentralen Elektrode höhere Werte erreicht als an der Oberfläche der ringzylind rischen Elektrode, so daß ein Durchbruch der Funkenstrecke bevorzugt passiert, wenn die zentrale Elektrode die Kathode ist. Fig. 9 shows an embodiment of a spark gap before, the asymmetry of which is based on the different geometry of the opposing effective surface surfaces of the two electrodes 1 and 2 . One electrode 2 , which represents the anode for the desired direction of passage, is of ring-cylindrical design and surrounds a rod-shaped electrode 1 , which is provided in the axis of the ring cylinder and is the cathode for the desired direction of passage, which is located in the area of the ring-cylindrical electrode 2 expanded in diameter to this and there is also a cylindrical surface at a distance 4 in the gas-filled chamber 3 against. Since the cylindrical surface of the central electrode 1 is smaller than the cylindrical upper surface of the ring-cylindrical electrode 2 surrounding it, it also gives such field ratios that the conditions of a voltage between the two electrodes apply to the electrical field strength on the surface the central electrode reaches higher values than on the surface of the ring-cylindrical electrode, so that a breakdown of the spark gap preferably occurs when the central electrode is the cathode.

Claims

1. spark gap, in which two electrodes ( 1 , 2 ; 11 , 12 ) hen opposite each other in a gas-filled chamber, characterized in that the breakdown voltage in a polarization direction of the spark gap is greater than in the other direction of the same polarity.

2. spark gap according to claim 1, characterized in that a gas with good spark quenching properties is provided as the filling gas ( 3 ).

3. spark gap according to claim 2, characterized in that the surface shape of the opposite electrodes ( 1 , 2 ) is selected so that for a certain voltage between the electrodes applied to the surface of one electrode ( 1 ) an elec trical field strength occurs that is greater than the electric field strengths occurring on the surface of the other electrode ( 2 ).

4. spark gap according to claim 3, characterized in that the one electrode ( 1 ) rod-shaped and the other electrode ( 2 ), the rod-shaped electrode is formed coaxially surrounding cup-shaped.

5. spark gap according to claim 2, characterized in that the two electrodes ( 11 , 12 ) face each other with surfaces of the same shape and differing electron work function.

6. spark gap according to at least one of the vorste existing claims, characterized in that turned away from the sparkover area in the chamber at least one shadow gap ( 5 ) for depositing atomized electrode material is seen at an electrically neutral point.

7. Use of a spark gap after at least one of the preceding claims as radio interference suppression.