Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zundanordnung wie Glühkerzen, Zündkerz oder Glühvorsätzen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Diese Zündanord nungen weisen an ihrer mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch ausgesetzten Obe fläche normalerweise Keramik in Form von Aluminiumoxid oder ein Metall auf. Dem Mechanismus der Verbrennung wird dabei gewöhnlich kein beson¬ deres Augenmerk geschenkt, so daß die Zündtemperaturen verhältnismäßig hoch liegen. Je höher jedoch die Zündtemperatur, umso kürzer ist die Lebensdauer der Zündaggregate. Außerdem ist es umso schwieriger, ein möglichst Schadstoffarmes Abgas zu erreichen, je höher die Zündtemperat des Brennstoff-Luft-Ge ischs ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen de Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Zündtemperatur an einer solchen Zündanordnung um bis zu 100 °C unter derjenigen Zündtem¬ peratur liegt, die mit einer Zündvorrichtung erreicht werden kann, welc die katalytische Beschichtung nicht aufweist.

Zündanordnungen werden an exponierten Stellen durch Funkenbildung oder Erwärmung so stark erhitzt, daß das sie umgebende Brennstoff-Luft-Gemisc mehr oder weniger plötzlich verbrennt, zum Beispiel in Otto-Motoren oder Diesel-Motoren. Um nun eine möglichst niedrige Zündtemperatur zu er¬ reichen, muß der Primärvorgang der Zündung beschleunigt werden, der bei Kohlenwasserstoffen, die Hauptbestandteile derartiger Brennstoffe sind, in einem Crackprozeß besteht. Erst danach erfolgt die mit Hilfe der beim Crackprozeß entstandenden Radikale sehr stark beschleunigte Oxidation de Kohlenwasserstoffe, die in Form einer Explosion abläuft. Es hat sich nun gezeigt, daß die Beschleunigung dieses Crackprozesses von Kohlenwasser¬ stoffen mit Katalysatoren erzielbar ist, die an ihrer Oberfläche mög¬ lichst starke Coulomb-Felder besitzen, hohe Temperaturen bis ca. 1300 °C vertragen und unter den Betriebsbedingungen eines Benzin- oder Diesel¬ motors ausreichende Aktivitäten aufweisen. Diese Katalysatoren müssen daher aus anorganischen Stoffen mit überwiegend ionisch gebundenen Gitterbausteinen bestehen. Das bedeutet, daß kovalente Bindungskräfte und/oder ein leichter Valenzwechsel, gleichbedeutend mit einer leichten Austauschbarkeit von p-, d- oder f-Elektronen mit den Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff, bei diesen Stoffen so weit wie erforderlich verringert werden sollten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhaft Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zünd anordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die katalytische Beschichtung aus einem modifizierten Aluminiumoxid besteht, das noch Siliciumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid oder Ceroxid sowie mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe der Alkali- oder Erdalkalimetalle und darüber hinaus gegebenenfalls noch mindestens ein Oxid eines d-Übergangs metalls, vor allen Dingen Chromoxid und/oder Nickeloxid enthält.

Außer den oben bereits erwähnten, möglichst starken Coulomb-Feldern müssen die für die katalytische Beschichtung verwendeten Materialien h Temperaturen bis ca. 1300 °C vertragen und unter den Betriebsbedingung eines Benzin- oder Dieselmotors eine ausreichende Aktivität aufweisen. Sie müssen daher aus anorganischen Stoffen mit überwiegend ionisch gebundenen Gitterbausteinen bestehen, wie dies bei den obengenannten Stoffen der Fall ist. Kovalente Bindungskräfte und/oder leichter Valenz Wechsel, d. h. eine leichte Austauschbarkeit von p-, d- oder f-Elektro mit den Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff, sind wohl bei diesen Stoffe so weit wie erforderlich verringert. - Beim Versatz der Oxide von AI, S Y, La und Ce als Basisoxide mit d-Metalloxiden, die für sich genommen Oxidationskatalysatoren darstellen, können sich durch Reaktion mit eine zweiten d-Metalloxid oder einem anderen Metalloxid neue katalytisch oxidativ inaktive Verbindungen bilden, zum Beispiel Spinelle, Perowskit Pyrochlore oder andere komplexe Metalloxide, die ebenfalls den Ver¬ brennungsmechanismus derart beeinflussen, daß die Zündtemperatur herab¬ gesetzt wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Beschichtung von Keramikglühstiftkerzen oder Zündkerzen aus Stahl oder Siliciumnitrid (Si_N_) oder Glühvorsätzen z. B. aus Platin oder

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Stahl erfolgt so, daß eine aus vorgesintertem Metalloxid-Gemisch und Dicköl hergestellte Paste auf die heizbare Kuppe einer Keramik-Glühstif kerze, wie sie in der DE-PS 31 46 653 beschrieben ist oder auf die Kupp einer Glühkerze aus Stahl für Dieselmotoren oder einer Glühstiftkerze a Siliciumnitrid aufgestrichen und eingesintert wird. Die Metalloxid¬ gemische werden - bis auf SiO_ - aus den wässrigen Lösungen der Metall¬ salze und anschließende Temperung gewonnen. SiO wurde als feines Pulver in der wässrigen Lösung vor der Fällung suspendiert.

Beispiel 1:

24,15 g A1C1 . 6 H O, 10,66 g CrCl . 6 H O und 3,33 g MgCl wurden in 400 ml H O gelöst und die Lösung auf 80 °C erwärmt. Dann wurde tropfenweise mit halbkonzentriertem NH OH bei pH = 8 gefällt.

Nach der Fällung wurde bis zur Trockene eingedampft und anschließend innerhalb von 5 Stunden auf 500 °C erhitzt, um alles NH , H O und

NH,C1 zu vertreiben. Die Oxide wurden dann 24 Stunden in Toluol naß 4 gemahlen, an Luft und im Vakuumtrockenschrank bei 90 °C getrocknet und anschließend mit einem in der Dickschichttechnik gebräuchlichen, handels üblichen Dicköl zu einer streichfähigen Paste verarbeitet. Die Paste wir auf die heizbare Kuppe einer Glühstiftkerze gestrichen und zwei Stunden bei 1300 °C eingebrannt. Die Beschichtung weist eine Dicke von ca. 1000 nm auf.

Beispiel 2:

24,15 g A1C-■1_3 . 6 H_20 und 3,33 g CaCl_ ^~ _ werden in 400 ml H2_0 gelöst. In der Lösung werden 1,2 g SiO -Pulver mit einer Korngröße von 100 bis 1000 nm suspendiert. Dann wird weiter wie in Beispiel 1 ver¬ fahren.

Beispiel 3:

24,15 g A.1C1 . 6 H O und 3,33 g CaCl werden in 400 ml H O gelöst. Aus der Lösung wird dann mit NH OH gefällt und bis zur Pasten¬ herstellung verfahren, wie dies im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Paste wird dann auf die Kuppe einer Glühkerze für Dieselmotoren, die zum Bei¬ spiel aus Stahl besteht, aufgestrichen und bei 1300 "C an Luft 2 bis 3 Stunden gesintert. Die Dicke der Beschichtung betrug ca. 1000 nm.

Beispiel 4:

Die nach Beispiel 3 hergestellte Paste wird auf eine Glühstiftkerze aus Siliciumnitrid aufgestrichen und bei 1550 °C 2 Stunden unter einem Argon-Wasserstoff-Gemisch oder an Luft bei 1300 °C gesintert.

Die Ergebnisse, die mit derartigen Beschichtungen erhalten werden, sind der folgenden Tabelle zu entnehmen, in welcher die Zündtemperaturen (T ) von Otto-Kraftstoffen an keramischen Glühstiftkerzen bei einem Luft/Brennstoffverhältnis Lambda von 1,0 und 0,9 in einem Otto-Motor aufgeführt sind.

Tabelle: Zündtemperaturen T_ von beschichteten und unbeschichteten

Keramik-Glühstiftkerzen bei _* Λ.= 1,0 und A= 0,9 im Benzinmotor (Briggs u. Stratton) bei 100 % Nachentflammung sowie, in der vorletzten Spalte, der Mittelwert beider; -> T = jeweilige Erniedrigung der Zündtemperatur

Man sieht, daß man durch die erfindungsgemäße Maßnahme einer den Crack¬ prozeß von Kohlenwasserstoffen katalysierenden Beschichtung die Zünd¬ temperatur eines Benzin-Luft-Gemisches um bis zu 100 °C absenken kann. Dies führt, wie oben bereits betont, zu einer längeren Lebensdauer der Zündanordnung; es können darüber hinaus die schädlichen Abgaskomponenten auf einem Minimum gehalten werden; schließlich ist es auch möglich, die Vorheiztemperatur beim Dieselmotor zu erniedrigen.