AT394792B

AT394792B - Zuendkerze

Info

Publication number: AT394792B
Application number: AT0023290A
Authority: AT
Inventors: Friedrich Gruber; Reinhart Auer; Georg Kranabetter
Original assignee: Jenbacher Werke Ag
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1992-06-25
Also published as: DE8902032U1; IT9004806A0; NL9000353A; US5107168A; IT9004806A1; IT1240665B; ATA23290A; JPH0334283A

Description

AT 394 792 B

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer gegenüber dem Kerzengewinde isolierten Mittelelektrode und mit elektrisch mit dem Kerzengewinde verbundenen Massenelektroden, wobei am brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode ein zumindest teilweise aus Platin oder einer Platinlegierung bestehender Aufsatzteil angebracht ist, zwischen dem und den von dar Seite an ihn herangeführten Massenelektroden die Funkenstrecken liegen.

Um eine Zündkerze mit geringeren Zündspannungen betreiben zu können, ist es günstig, wenn die Elektrodenflächen, zwischen denen der Zündfunken überspringen soll, relativ klein und spitz sind (hohe lokale Feldstärke). Andererseits wird aber von einer Zündkerze auch hohe Standfestigkeit (geringer Elektrodenabbrand) verlangt, wofür kleine Elektrodenflächen eher ungünstig sind. Um sowohl geringe Zündspannungen als auch hohe Standfestigkeit haben zu können, ist man bereits auf hochwertigere Elektrodenmaterialien übergegangen, die von sich aus einen geringen Elektrodenabbrand aufweisen.

Eine bekannte Zündkerze weist eine Mittelelektrode aus Kupfer (zur verbesserten Wärmeabfuhr) auf, die von einem Nickel-Mantel umgeben ist. Diese Zündkerze ist relativ preisgünstig. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Standfestigkeit, wie sie etwa bei stationären Gasmotoren verlangt wird, trotz des Nickel-Mantels zu gering ist. Als Material höherer Abbrandfestigkeit haben sich Platin bzw. Platinlegierungen erwiesen. Da Platin aber sehr teuer ist, hat man bereits eine dünne drahtartige Mittelelektrode aus Platin vorgesehen. Nachteilig wirkt sich dabei die geringe mechanische Stabilität der Mittelelektrode, die schlechte Wärmeabfuhr durch den Platindraht sowie die Schwierigkeit aus, mehrere Massenelektroden - wie es an sich günstig wäre - an den dünnen Platindraht heranzuführen. Außerdem weist der dünne Platindraht praktisch keine Abbrandreserven auf. Es ist bereits auch bekannt, an der Mittelelektrode einer Zündkerze einen Aufsatzteil aus Platin oder Platinlegierungen anzuordnen, der die Form eines Zylinders aufweist und an dem zwei gerade Massenelektroden von der Seite herangeführt sind. Bei dieser Zündkerze ist zwar eine gute Gemischzugänglichkeit zur Funkenstrecke gegeben, allerdings ist dort der Abbrand an den zu den Massenelektroden weisenden Zylindermantelbereichen trotz Verwendung von Platin hoch, wodurch der Aufsatzteil seine Zylinderform verliert und sich unter anderem der Elektrodenabstand ändert. Aufgrund der veränderten Form des Aufsatzteiles ist es dann sehr schwierig, einen für einen optimalen Motorlauf nötigen, wohldefinierten Elektrodenabstand einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Zündkerze der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die eine sehr hohe Standfestigkeit, insbesondere einen geringen Abbrand der Elektroden aufweist und dennoch mit relativ geringen Zündspannungen betreibbar ist. Im Bedarfsfall soll eine bequeme Nachstellmöglichkeit mit definiertem Elektrodenabstand gegeben sein.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Aufsatzteil im wesentlichen die Form eines mit der Deckfläche zum Brennraum weisenden Prismas aufweist, und daß die Massenelektroden seitlich neben den Seitenflächen des im wesentlichen prismenförmigen Aufsatzteiles im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckfläche bzw. der Grundfläche verlaufen.

Bei Zündkerzen möchte man hohe lokale Feldstärken zwischen der Mittelelektrode und den Massenelektroden erzielen, um eine möglichst geringe Zündspannung zu benötigen. Solche hohen Feldstärken können durch spitze Elektrodenausbildungen erreicht werden. Allerdings hat man dann den Nachteil, daß diese Elektroden relativ schnell abbrennen. Eine Verbesserungsmöglichkeit besteht in der Verwendung von geeigneten Materialien, beispielsweise Platin oder eine Platinlegierung. Bei den bisherigen Elektrodengeometrien hat man aber auch damit keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. Bei der erfindungsgemäßen Elektrodengeometrie, bei der der Aufsatzteil auf der Mittelelektrode aus Platin oder einer Platinlegierung im wesentlichen die Außenform eines Prismas aufweist, ist durch die scharfen Prismenkanten eine hohe örtliche Feldstärke und damit eine Absenkung der Zündspannung gegeben. Gleichzeitig hält sich der Abbrand durch die relativ große wirksame Gesamtlänge der Prismenkanten in Grenzen. Die Funkenstrecken liegen dabei zwischen dem Aufsatzteil und den seitlich neben dem Aufsatzteil im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckfläche bzw. der Grundfläche verlaufenden Massenelektroden, umgeben also praktisch den gesamten prismenförmigen Aufsatzteil. Durch die parallele Führung der Massenelektroden zu den Seitenflächen des prismenförmigen Aufsatzteiles aus Platin ist der ohnehin nur im geringen Ausmaß vorhandene Elektrodenabbrand auch relativ gleichmäßig, sodaß im Bedarfsfall eine einfache Nachstellmöglichkeit mit wohldefiniertem Elektrodenabstand möglich ist.

Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Aufsatzteil auf der Mittelelektrode kommt es im Hinblick auf die Zündfunken- und Abbrandeigenschaften im wesentlichen auf die Außenform, insbesondere die langen Prismenkanten an, während die Grundfläche im allgemeinen zur Verbindung des Aufsatzteiles mit der Mittelelektrode zumindest beiträgt Um den Abbrand gering zu halten, ist es wesentlich, daß die an der Funkenstrecke liegenden Bereiche des prismenförmigen Aufsatzteiles aus Platin bzw. einer Platinlegierung bestehen, während im Mittelteil beispielsweise ein Hartlotstift eingesetzt werden kann, um den Aufsatzteil mit der Mittelelektrode zu verbinden. Bei einer solchen Version ist gleichzeitig eine feste Verbindung des Aufsatzteiles mit der Mittelelektrode möglich, und außerdem eine Materialersparnis an teurem Platin.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aufsatzteil die Form eines geraden Prismas mit quadratischer Grund- bzw. Deckfläche auf. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit im Querschnitt vorzugsweise quadratische, im rechten Winkel abgewinkelte Massenelektrodenstifte vorzusehen, von denen jeweils ein Schenkel parallel zu einer Seitenfläche des Aufsatzteiles verläuft und der andere Schenkel parallel zur anschließenden Seitenfläche des Aufsatzteiles verläuft. Damit werden mit einer Massenelektrode jeweils zwei Seitenflächen des Aufsatzteiles erfaßt, wobei zwischen den Prismen-Höhenkanten und dem Innenwinkel der abgewinkelten -2-

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Massenelektroden besonders hohe Feldstärken auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert

Es zeigen die Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze, die Fig. 2 eine vom Brennraum aus gesehene Unteransicht in vergrößertem Maßstab, die Fig. 3 einen zentralen Längsschnitt durch die Zündkerze gemäß der Linie (A-A) der Fig. 2, die Fig. 4 einen zentralen Längsschnitt wie in Fig. 3, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel, und die Fig. 5 eine vom Brennraum aus gesehene Unteransicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Zündkerze.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze weist einen Isolierkörper (1) zur Isolation der zentralen Mittelelektrode (2) gegenüber dem in Betrieb auf Masse liegenden Gehäuse (3) aus Metall auf, das einstückig mit einer Sechskantmutter (4) und einem Gewinde (5) ausgebildet ist Oben ist ein üblicher Anschlußstift (6) für die Mittelelektrode (2) vorgesehen. Zur Erläuterung der erfindungswesentlichen Teile wird nun auch auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Aufsatzteil, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Platinplättchen (7) besteht, in das ein Hartlotstift (7a) eingesetzt ist, die Form eines Prismas auf, dessen Deckfläche zum Brennraum weist. Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein gerades Prisma mit quadratischer Deck- bzw. Grundfläche, also um einen Quader. Weiters ist es für die erfindungsgemäße Zündkerze wesentlich, daß die Massenelektroden (8a), (8b) bzw. (9a) und (9b) seitlich neben den Seitenflächen des prismenförmigen Aufsatzteiles (7) im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten (10) der Deckfläche verlaufen. Durch die scharfkanüge Ausbildung der Prismenkanten (10) der Deckfläche des Aufsatzteiles (7) aus Platin oder einer Platinlegierung entstehen hohe örtliche Feldstärken zwischen diesem Aufsatzteil (7) der Mittelelektrode (2) und den Massenelektroden (8a), (8b) bzw. (9a), (9b). Gleichzeitig wird durch die große Länge der Kanten der Abbrand in Grenzen gehalten. Jedenfalls wird der Elektrodenabstand über die Kantenlänge relativ gleichmäßig vor sich gehen, sodaß ein späteres Nachstellen mit wohldefiniertem Elektrodenabstand rasch möglich ist.

Von der Lage des prismenförmigen Aufsatzteiles (7) hat sich eine Lage, bei der die Deckfläche des Aufsatzteiles (7) senkrecht zur Längsachse der Mittelelektrode (2) liegt, als vorteilhaft erwiesen. Dies ermöglicht zusammen mit den Massenelektroden eine symmetrische Ausbildung der Zündkerze. Um eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Aufsatzteil (7) aus Platin bzw. einer Platinlegierung und der Mittelelektrode zu gewährleisten, ist es günstig, wenn die Grundfläche des Aufsatzteiles (7) zumindest teilweise am brennraumseiti-gen Ende der Mittelektrode (2) anliegt In Fig. 3 ist eine besonders bevorzugte Verbindungsart zwischen Aufsatzteil (7) und Mittelelektrode (2) dargestellt. Der Aufsatzteil (7) aus Platin, der eine prismenförmige Außenform aufweist, ist in der Mitte mit einer Bohrung versehen, die mit einer Bohrung im Kupferkem (2a) der Mittelelektrode fluchtet. In diese fluchtenden Bohrungen wird ein Stift aus Hartlot (7a) eingesetzt und dann durch Erhitzen eingeschmolzen. Damit ergibt sich eine mechanisch sehr robuste Verbindung zwischen dem Aufsatzteil (7) aus Platin oder einer Platinlegierung und der Mittelelektrode (2). Außerdem weist diese Verbindungsart den Vorteil auf, daß teures Platin eingespart wird, weil im Mittelteil des Aufsatzteiles nur relativ billiges Hartlot (7a) angeordnet werden muß, während an der Funkenstrecke liegende Bereiche des Aufsatzteiles selbstverständlich aus Platin bzw. einer Platinlegierung bestehen, um einen geringen Abbrand sicherzustellen.

Aus herstellungstechnischen Gründen und im Hinblick auf eine ideale Funkenstrecke mit wohldefiniertem Elektrodenabstand ist es günstig, wenn der Aufsatzteil (7) die Form eines geraden Prismas aufweist. Aus symmetrischen Überlegungen wird man den Schwerpunkt der Deckfläche des Aufsatzteiles (7) auf der gedachten Längsachse der Mittelelektrode (2) anordnen.

Um einerseits Platin einzusparen und andererseits doch ausreichende Kantenlängen, entlang denen sich die Funkenstrecke ausbildet, vorzusehen, ist es günstig, wenn die Diagonalabmessungen der Deckfläche des Aufsatzteiles (7) aus Platin bzw. einer Platinlegierung im Bereich des Durchmessers der Mittelektrode (2) liegen. Ein Vergleich des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels mit dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt, daß das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel etwas weniger Platin benötigt, während beim in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Grundfläche des Aufsatzteiles (7) aus Platin etwas über die Mittelelektrode vorsteht, auch die Längskanten (11) der Grundfläche des prismenförmigen Aufsatzteiles (7) an der Funkenstrecke zwischen dem Aufsatzteil (7) und den Massenelektroden liegt.

Die Massenelektrodenstifte weisen günstigerweise ebene, jeweils zu den ebenen Seitenflächen des Aufsatzteiles (7) parallele Seitenflächen auf, um einen wohldefinierten Elektrodenabstand zu gewährleisten. Günstigerweise wird man die Massenelektrodenstifte in an sich bekannter Weise mit rechteckigem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt ausbilden, wobei es durchaus auch möglich ist, diese Massenelektrodenstifte zumindest an den zur Funkenstrecke weisenden Bereichen mit Platin oder einer Platinlegierung zu versehen.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichdich, daß die Deckflächen des Aufsatzteiles (7) aus Platin bzw. einer Platinlegierung und die zum Brennraum weisenden Flächen der Massenelektroden (8a), (8b) bzw. (9a), (9b) in einer Ebene liegen. Diese Ausbildung fördert einerseits die Gemischzugänglichkeit und erlaubt anderseits ein einfaches gemeinsames Nachfeilen des Aufsatzteiles und der Massenelektroden, um nach längerem Betrieb wieder scharfe Elektrodenkanten herzustellen.

Wie es insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Massenelektroden - in einer Unteransicht der Zündkerze - abgewinkelt ausgebildet, wobei ein Schenkel (8a) bzw. (9a) jeweils zu einer Seitenfläche des Aufsatztei- -3-

Claims

AT 394 792 B les (7) parallel liegt, während der andere Schenkel (9b) bzw. (8b) parallel zur jeweils angrenzenden Seitenfläche des Aufsatzteiles (7) verläuft. Bei dieser Ausführungsfoim ist es besonders vorteilhaft, daß zwischen den Prismen Höhenkanten (12) und den Innenwinkeln der abgewinkelten Massenelektroden hohe lokale Feldstärken entstehen, die eine weitere Herabsetzung der Zündspannung erlauben. Eine solche Ausführungsfarm läßt sich besonders dann einfach realisieren, wenn der prismenförmige Aufsatzteil (7) eine rechteckige bzw. quadratische Grundfläche oder Deckfläche aufweist, wie dies in Fig.
2 dargestellt ist. Es sind aber durchaus auch andere Deckflächenformen möglich. Beispielsweise ist in Fig. 5 ein Aufsatzteil (7) mit einer Form eines geraden Prismas mit dreieckiger Deckfläche gezeigt Bei dieser Ausführungsform ist jeder Prismenseitenfläche des Aufsatzteiles (7) eine eigene Massenelektrode (8'), (8") bzw. (8’”) zugeordnet. Die Verbindung des Aufsatzteiles (7) in Form eines dreiseitigen Prismas gemäß Fig. 5 mit der Massenelektrode (2) kann beispielsweise durch direktes Verbinden der Grundfläche des Aufsatzteiles (7) mit dem zum Brennraum weisenden Ende der Mittelelektrode erfolgen. Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zündkerze lassen sich gemäß einem bevorzugten Herstellungsverfahren herstellen. Dazu wird ein prismenförmiger Aufsatzteil aus Platin oder einer Platinlegierung mit einer Bohrung versehen, und in der Mittelelektrode (2) der Zündkerze ebenfalls eine zentrale Bohrung vorgenommen. Hierauf legt man den Aufsatzteil (7) auf die Mittelelektrode (2) bis die Bohrungen fluchten und setzt einen Stift (7a) aus einem Metall oder einer Metallegierung, vorzugsweise Hartlot ein. Durch anschließendes Erhitzen wird dieser Metallstift dann fest eingeschmolzen, sodaß eine mechanisch stabile Verbindung zwischen Aufsatzteil (7) und Mittelelektrode (2) entsteht. PATENTANSPRÜCHE 1. Zündkerze mit einer gegenüber dem Kerzengewinde isolierten Mittelelektrode und mit elektrisch mit dem Kerzengewinde verbundenen Massenelektroden, wobei am brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode ein zumindest teilweise aus Platin oder einer Platinlegierung bestehender Aufsatzteil angebracht ist, zwischen dem und den von der Seite an ihn herangeführten Massenelektroden die Funkenstrecken liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatzteil (7) im wesentlichen die Form eines mit der Deckfläche zum Brennraum weisenden Prismas aufweist, und daß die Massenelektroden (8a, 8b; 9a, 9b) seitlich neben den Seitenflächen des im wesentlichen prismenförmigen Aufsatzteiles (7) im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckfläche bzw. der Grundfläche verlaufen. 2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche des Aufsatzteiles (7) senkrecht zur Längsachse der Mittelelektrode (2) liegt.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des Aufsatzteiles (7) zumindest teilweise am brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode (2) anliegt.
4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatzteil einen in seiner Außenform im wesendichen prismenförmigen Körper (7) aus Platin oder einer Platinlegierung aufweist, der eine zentrale Bohrung aufweist, die mit einer Bohrung in der Mittelelektrode (2) fluchtet, wobei die Bohrungen zur Verbindung des Körpers (7) mit der Mittelelektrode (2) mit einem eingeschmolzenen Metall oder einer eingeschmolzenen Metallegierung, insbesondere Hartlot, ausfüllbar sind.
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des Aufsatzteiles (7) direkt mit dem brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode (2) verbunden ist.
6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatzteil (7) die Form eines geraden Prismas aufweist.
7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche bzw. Deckfläche des Aufsatzteiles (7) rechteckig, vorzugsweise quadratisch ist.
8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche bzw. Deckfläche des Aufsatzteiles (7) dreieckig ist.
9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Deck-fläche des Aufsatzteiles (7) auf der gedachten zentralen Längsachse der Mittelelektrode (2) liegt. -4- AT 394 792 B 10. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagonalabmessungen der Deckfläche des Aufsatzteiles (7) im Bereich des Durchmessers der Mittelelektrode (2) liegen. 11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenelektroden 5 (8a, 8b; 9a, 9b) ebene, jeweils zu den Seitenflächen des Aufsatzteiles (7) parallele Seitenflächen aufweisen. 12. Zündkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenelektrodenstifte (8a, 8b; 9a, 9b) in an sich bekannter Weise rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt haben.
10 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-