AT522986A1

AT522986A1 - spark plug

Info

Publication number: AT522986A1
Application number: ATA50842/2019A
Authority: AT
Inventors: Gruber Friedrich
Original assignee: Brigitte Gruber
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-04-15
Also published as: AT522986B1; DE102020124859A1

Abstract

Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode (2) und zumindest eine Masseelektrode (4), wobei die Mittelelektrode (2) stirnseitig sternförmig mit Zacken (1) ausgebildet ist sodass n äußere Ecken (20), n innere Ecken (21) und 2n Mittelelektrodenkanten (22) gebildet werden, wobei die wenigstens eine Masseelektrode (4) n konvexe Ecken (30) aufweist, welche jeweils durch 2n Masseelektrodenkanten (32) gebildet werden, wobei jede der 2n Mittelelektrodenkanten (22) zumindest abschnittsweise parallel zu je einer der 2n Masseelektrodenkanten (32) ausgebildet ist und einen Elektrodenspalt (5) bilden.Spark plug, comprising a center electrode (2) and at least one ground electrode (4), the center electrode (2) being star-shaped with prongs (1) at the end so that n outer corners (20), n inner corners (21) and 2n center electrode edges (22 ), wherein the at least one ground electrode (4) has n convex corners (30) which are each formed by 2n ground electrode edges (32), each of the 2n center electrode edges (22) at least in sections parallel to one of the 2n ground electrode edges (32) ) is formed and form an electrode gap (5).

Description

Zündkerze spark plug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Ottomotor, umfassend eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode. Weiters betrifft die Erfindung einen Ottomotor mit The present invention relates to a spark plug for an Otto engine, comprising a center electrode and a ground electrode. The invention also relates to a gasoline engine

einer Zündkerze. a spark plug.

Gas-Ottomotoren sind Hubkolbenverbrennungsmotoren, die nach dem Prinzip der Fremdzündung (z.B. durch Zündung mittels einer Zündeinrichtung) betrieben werden und Gas-Otto engines are reciprocating piston internal combustion engines that are operated according to the principle of external ignition (e.g. by ignition by means of an ignition device) and

deren Kraftstoff ein brennbares Gas ist. whose fuel is a flammable gas.

Solche Gas-Ottomotoren werden vielfach stationär betrieben, d.h. sie sind Teil einer ortsfesten Anlage, wobei die Kraftstoffversorgung durch Anschluss an eine Gasleitung, z.B. an eine Erdgasleitung erfolgt. Der Leistungsbereich dieser Motorenklasse erstreckt sich von wenigen kW bis zu mehr als 18.000 kW pro Motor. Such gas-Otto engines are often operated stationary, i.e. they are part of a stationary system, whereby the fuel is supplied by connection to a gas line, e.g. to a natural gas line. The power range of this engine class extends from a few kW to more than 18,000 kW per engine.

Die technologische Entwicklung der letzten 10 Jahre hat dazu geführt, dass sich die spezifische Leistung der Gas-Ottomotoren mehr als verdoppelt hat und der spezifische Kraftstoffverbrauch um ca. 20 % reduziert werden konnte. Damit wurde die Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen erheblich gesteigert und deren Marktposition weiter gefestigt. The technological development of the last 10 years has meant that the specific output of gasoline engines has more than doubled and the specific fuel consumption has been reduced by approx. 20%. This significantly increased the profitability of these systems and further strengthened their market position.

Mit der Steigerung der spezifischen Leistung ist allerdings auch eine höhere thermische und mechanische Belastung von Motorbauteilen verbunden, insbesondere jener, die den Brennraum umgeben. Dazu gehören in erster Linie die Zündkerzen, bei denen die Elektrodentemperaturen ein Niveau erreichen, an dem selbst die widerstandsfähigsten With the increase in specific power, however, there is also a higher thermal and mechanical load on engine components, especially those that surround the combustion chamber. First and foremost, this includes the spark plugs, where the electrode temperatures reach a level at which even the most resilient

Materialien in den Grenzbereich der Belastbarkeit kommen. Materials come to the limit of their resilience.

Die thermische Belastung ist vor allem bei jenen Zündkerzen extrem hoch, die in den Vorkammern moderner Hochleistungs-Gas-Ottomotoren eingesetzt werden. Bei diesen Anwendungsfällen verwendet man üblicherweise Zündkerzen, deren Elektroden aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen und die durch konstruktive und materialtechnische Maßnahmen möglichst gut gekühlt sind. Die Standzeit der Zündkerzen bei Vorkammermotoren beträgt etwa 1000 bis 2000 Volllast-Betriebsstunden, bis ein Austausch The thermal load is extremely high, especially with those spark plugs that are used in the prechambers of modern high-performance gasoline engines. In these applications, spark plugs are usually used, the electrodes of which are made of a noble metal or a noble metal alloy and which are cooled as well as possible by structural and material-related measures. The service life of the spark plugs in pre-chamber engines is around 1000 to 2000 full-load operating hours before they are replaced

der Zündkerzen oder zumindest ein Nachstellen der Elektroden erforderlich wird. the spark plugs or at least readjustment of the electrodes becomes necessary.

Bei einer Gesamtlaufzeit einer Motoranlage umfassend einen Gas-Ottomotor von 100.000 bis With a total running time of an engine system including a gas-Otto engine from 100,000 to

150.000 Betriebsstunden müssen etwa 50 bis 100 mal die Zündkerzen gewechselt werden. 150,000 hours of operation, the spark plugs have to be changed around 50 to 100 times.

Arbeitsaufwand ergeben sich daraus erhebliche Kosten für den Betreiber der Motoranlage. This results in considerable labor costs for the operator of the engine system.

Um die Standzeit der Zündkerzen zu verlängern, versucht man beispielsweise verschleißbeständigere Elektrodenwerkstoffe zu entwickeln, die Kühlungsbedingungen für In order to extend the service life of the spark plugs, attempts are being made, for example, to develop electrode materials that are more wear-resistant, the cooling conditions for

die Elektroden zu verbessern und die Abbrandreserve zu vergrößern. to improve the electrodes and to increase the burn-up reserve.

Zur Vergrößerung der Abbrandreserve werden entweder die Elektrodenflächen vergrößert und/oder mehrere Elektroden parallel eingesetzt. Dabei ergibt sich oft zwangsläufig das Problem, dass bei großflächigen Elektroden die Gemischzugänglichkeit in den Elektrodenspalt behindert und ein Teil der Energie des Funkens oder des Flammenkerns von den Elektrodenflächen absorbiert wird. Dies führt in der Regel zu einer Verschlechterung der Entflammungseigenschaften der Zündkerze, mit negativen Auswirkungen auf das To increase the erosion reserve, either the electrode areas are enlarged and / or several electrodes are used in parallel. This often inevitably results in the problem that, in the case of large-area electrodes, the mixture accessibility into the electrode gap is impeded and part of the energy of the spark or the flame core is absorbed by the electrode surfaces. This usually leads to a deterioration in the ignition properties of the spark plug, with negative effects on the spark plug

Startverhalten sowie auf die Erreichbarkeit möglichst geringer Abgasemissionen. Start behavior and the attainability of the lowest possible exhaust emissions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zündeinrichtung bereit zu stellen, bei The object of the present invention is therefore to provide an ignition device at

der die Gemischzugänglichkeit in den Elektrodenspalt verbessert wird. which improves the mixture accessibility in the electrode gap.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode und zumindest eine Masseelektrode, wobei die Mittelelektrode stirnseitig sternförmig mit Zacken ausgebildet ist, sodass n äußere (konvexe) Ecken, nz innere (konkave) Ecken und 2n Mittelelektrodenkanten gebildet werden, wobei die wenigstens eine Masseelektrode n konvexe Ecken aufweist, welche jeweils durch 2n Masseelektrodenkanten gebildet werden, wobei jede der 2n Mittelelektrodenkanten zumindest abschnittsweise parallel zu je This object is achieved by a spark plug comprising a center electrode and at least one ground electrode, the center electrode being designed in the shape of a star with prongs, so that n outer (convex) corners, nz inner (concave) corners and 2n center electrode edges are formed, with the at least one Ground electrode has n convex corners, which are each formed by 2n ground electrode edges, each of the 2n center electrode edges at least in sections parallel to each

einer der 2m Masseelektrodenkanten ausgebildet ist und einen Elektrodenspalt bilden. one of the 2m ground electrode edges is formed and form an electrode gap.

Insbesondere bei thermisch sehr hoch beanspruchten Zündkerzen ist es wichtig, die Elektroden gut zu kühlen. Großflächige und nachstellbare Elektroden, sowie eine möglichst gute Kühlung führen aber meist zu Zielkonflikten. Die im vorliegenden Erfindungsvorschlag beschriebene Lösung bezieht sich daher in erster Linie auf die Optimierung der geometrischen In the case of spark plugs that are subject to very high thermal loads, it is particularly important to cool the electrodes well. Large-area and adjustable electrodes, as well as the best possible cooling, usually lead to conflicting goals. The solution described in the present invention proposal therefore primarily relates to the optimization of the geometric

Gestalt sowie der Anordnung der Elektroden für thermisch sehr hochbelastete Zündkerzen. Shape and the arrangement of the electrodes for spark plugs with very high thermal loads.

Des Weiteren wird eine Lösung vorgestellt, die den Gasaustausch zwischen dem Brennraum Furthermore, a solution is presented that allows gas exchange between the combustion chamber

des Motors und dem Atmungsraum der Zündkerze auf spezielle Art und Weise regelt. of the engine and the breathing space of the spark plug in a special way.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Breite des Elektrodenspalts entlang der jeweiligen It is preferably provided that the width of the electrode gap along the respective

Masseelektrodenkante und der jeweiligen Mittelelektrodenkante im Wesentlichen konstant ist. Ground electrode edge and the respective center electrode edge is substantially constant.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nı Masseelektroden vorgesehen sind, wobei In one embodiment it is provided that nı ground electrodes are provided, wherein

jede Masseelektrode eine konvexe Ecke bildet. each ground electrode forms a convex corner.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest die äußeren Ecken der Mittelelektroden ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung aufweisen, besonders bevorzugt, dass sie aus It is preferably provided that at least the outer corners of the center electrodes have a noble metal or a noble metal alloy, particularly preferably that they are made of

Edelmetall oder Edelmetalllegierungen bestehen. Precious metal or precious metal alloys exist.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass den Zacken der sternförmigen Mittelelektrode jeweils ein gleichschenkeliges Dreieck mit maximaler Überdeckung als Referenz-Dreieck zuordenbar ist, dessen Schenkel mit den Seitenlinien der Zacken auf gleicher Linie liegen und dessen Grundlinie die Verbindung zwischen den beiden Basispunkten der Zacken bildet, wobei die Höhe H1 dieses eingeschriebenen Referenzdreieckes zur Länge L1 der Grundlinie in einem Verhältnis H1/L1 steht, welches zwischen 0,75 und 1,40 liegt. In one embodiment it is provided that the prongs of the star-shaped central electrode can each be assigned an isosceles triangle with maximum overlap as a reference triangle, the legs of which lie on the same line with the side lines of the prongs and the base line of which forms the connection between the two base points of the prongs, where the height H1 of this inscribed reference triangle to the length L1 of the base line is in a ratio H1 / L1 which is between 0.75 and 1.40.

In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Höhe H1 des Referenzdreieckes im Verhältnis zum Durchmesser (D) des Gewindes der Zündkerze in einem Verhältnis H1/D steht, welches zwischen 0,11 und 0,21 liegt. In this case it can be provided that the height H1 of the reference triangle is in relation to the diameter (D) of the thread of the spark plug in a ratio H1 / D which is between 0.11 and 0.21.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass den Zacken der stirnseitigen sternförmigen Mittelelektrode ein Referenzdreieck zuordenbar ist, wobei der Abstand der Grundlinie des In one embodiment it is provided that a reference triangle can be assigned to the prongs of the star-shaped central electrode on the end face, the distance from the base line of the

Zackens vom Mittelpunkt des Sterns mindestens 1,5 mm beträgt. Point from the center of the star is at least 1.5 mm.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Abschnitte der Mittelelektrode, welche aus Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen, durch eine Schweiß- oder Lötverbindung mit dem Mittelelektrodenstempel verbunden sind, wobei dieser Stempel einen Kern aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung und einen Mantel aufweist, der aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit besteht, die größer ist als 60 W/m K. Furthermore, it can be provided that the sections of the center electrode, which consist of noble metal or a noble metal alloy, are connected to the center electrode stamp by a welded or soldered connection, this stamp having a core made of copper or a copper-based alloy and a jacket consisting of consists of a material with a thermal conductivity greater than 60 W / m K.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Masseelektroden im Bereich der Elektrodenspalte aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen, die mit dem jeweiligen Masseelektroden-Träger durch eine Schweiß- oder Lötverbindung verbunden sind und wobei diese Träger wiederum aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitkoeffizient In one embodiment it is provided that the ground electrodes in the area of the electrode gaps consist of a noble metal or a noble metal alloy, which are connected to the respective ground electrode carrier by a welded or soldered connection and these carriers in turn consist of a material whose thermal conductivity coefficient

einen Wert aufweist, der größer als 60 W/m K ist. has a value that is greater than 60 W / m K.

Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass im Grundkörper der Zündkerze zwischen je 2 One embodiment provides that in the base body of the spark plug between 2

Masseelektroden kanalförmige Freistellungen vorgesehen sind, die den Atmungsraum der Ground electrodes, channel-shaped clearances are provided, which form the breathing space

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Grundkörper der Zündkerze im Bereich des Gewindes aus zwei unterschiedlichen Materialien besteht, welche durch eine Schweißoder Lötverbindung miteinander verbunden sind, wobei das Material am brennraumseitigen In one embodiment it is provided that the base body of the spark plug consists of two different materials in the area of the thread, which are connected to one another by a welded or soldered connection, the material on the combustion chamber side

Gewindebereich einen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, der größer als 65 W/m K ist. Thread area has a coefficient of thermal conductivity that is greater than 65 W / m K.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Volumen (Va) des Atmungsraumes in mm? zur Querschnittsfläche (Q) in mm? im Bereich des Gewindes in einem Verhältnis (Va/Q) steht, Furthermore, it can be provided that the volume (Va) of the breathing space in mm? to the cross-sectional area (Q) in mm? there is a ratio (Va / Q) in the area of the thread,

das größer als 0,16 mm, jedoch kleiner als 0,3 mm ist. that is larger than 0.16 mm but smaller than 0.3 mm.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Summe der stirnseitigen Oberflächen (O0), die die Mittelelektrode und die Masseelektroden inklusive der Masseelektrodenträger und des Sterns der Mittelelektrode aufweisen, zur gesamten Querschnittsfläche (Q) der Zündkerze In one embodiment it is provided that the sum of the end-face surfaces (O0), which the center electrode and the ground electrodes, including the ground electrode carrier and the star of the center electrode have, to the total cross-sectional area (Q) of the spark plug

am brennraumseitigen Gewindeende ein Verhältnis (O/Q) aufweist, das größer ist als 0,50. at the end of the thread on the combustion chamber side has a ratio (O / Q) that is greater than 0.50.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Dicke (H2) der Elektroden entlang der Längsachse der Mittelelektrode zur Gesamtlänge der jeweiligen Masseelektrodenkante der Mittelelektrode in einem Verhältnis steht, dessen Wertebereich zwischen minimal 0,03 und In one embodiment it is provided that the thickness (H2) of the electrodes along the longitudinal axis of the center electrode is in a ratio to the total length of the respective ground electrode edge of the center electrode, the value range of which is between a minimum of 0.03 and

maximal 0,1 variieren kann. can vary a maximum of 0.1.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die gesamte Elektrodenoberfläche der In one embodiment it is provided that the entire electrode surface of the

Mittelelektrode größer ist als 35 mm®. Center electrode is larger than 35 mm®.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die maximale Distanz (A1) zwischen der Spitze der Masseelektrode und dem brennraumseitigen Gewindeansatz der Zündkerze In one embodiment it is provided that the maximum distance (A1) between the tip of the ground electrode and the thread attachment of the spark plug on the combustion chamber side

geringer ist als das 0,5-fache des Durchmessers des Gewindes. is less than 0.5 times the diameter of the thread.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Elektrodenspalt in Richtung der Zündkerzenlängsachse eine definierte Kontur aufweist, wobei in einem oberen, einem Brennraum bzw. einer Vorkammer eines Ottomotors zugewandten Bereich die angrenzenden Elektrodenflächen parallel zueinander angeordnet sind und im unteren, dem Atmungsraum zugewandten Bereich eine Aufweitung des Elektrodenspaltes vorgesehen ist, in einer Art und Weise, dass der Abstand der gegenüberliegenden In one embodiment of the invention it can be provided that the at least one electrode gap has a defined contour in the direction of the spark plug longitudinal axis, the adjacent electrode surfaces being arranged parallel to one another in an upper region facing a combustion chamber or an antechamber of a gasoline engine and in the lower region The area facing the breathing space is provided with a widening of the electrode gap, in such a way that the distance between the opposite

Elektrodenflächen an einer Stelle, die um ein Sechstel der Elektrodendicke bzw. der Electrode areas at a point that is one sixth of the electrode thickness or the

auf den Neuzustand der Zündkerze. on the new condition of the spark plug.

Weiters kann ich einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass im Gewindebereich der Zündkerze Bohrungen angeordnet sind, die den Außenbereich des Zündkerzengewindes mit dem Atmungsraum der Zündkerze verbinden und durch die das Spülgas für eine Vorkammer geleitet wird, wobei zwischen den Bohrungen und dem Furthermore, in one embodiment of the invention, bores are arranged in the thread area of the spark plug which connect the outer area of the spark plug thread with the breathing space of the spark plug and through which the purge gas for an antechamber is passed, with between the bores and the

brennraumseitigen Gewindeende mindestens ein ganzer Gewindegang vorhanden ist. There is at least one entire thread end on the combustion chamber side.

In einem Aspekt der Erfindung ist ein Ottomotor, insbesondere Gas-Ottomotor, mit einem Brennraum, umfassend eine Zündkerze der vorgenannten Art vorgesehen, wobei im Grundkörper der Zündkerze zwischen je 2 Masseelektroden kanalförmige Freistellungen vorgesehen sind, die den Atmungsraum der Zündkerze mit dem Brennraum eines Ottomotors verbinden und über die der Druckausgleich sowie ein Flammendurchtritt nach der Zündung erfolgt, wobei die Summe (Of) der Querschnittsflächen der Strömungskanäle senkrecht zur Strömungsrichtung zur gesamten OQuerschnittsfläche (Q) der Zündkerze am In one aspect of the invention, an Otto engine, in particular a gas Otto engine, is provided with a combustion chamber comprising a spark plug of the aforementioned type, with channel-shaped clearances being provided in the base body of the spark plug between two ground electrodes, which connect the breathing space of the spark plug with the combustion chamber of an Otto engine connect and through which the pressure equalization as well as a flame passage takes place after ignition, the sum (Of) of the cross-sectional areas of the flow channels perpendicular to the flow direction to the total O cross-sectional area (Q) of the spark plug on

brennraumseitigen Gewindeende in einem Verhältnis (Qf/Q) steht, das größer ist als 0,03. The thread end on the combustion chamber side has a ratio (Qf / Q) that is greater than 0.03.

Darüber hinaus werden die verwendeten Materialien hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bauweise der Zündkerze In addition, the materials used are based on the design of the spark plug proposed according to the invention with regard to their wear resistance and thermal conductivity

abgestimmt. Voted.

In der Summe und der Kombination der Merkmale und Besonderheiten, weist die vorgeschlagene Zündkerzenbauart damit deutliche Vorteile hinsichtlich der erreichbaren Standzeit, bei zugleich ausgezeichneter Entflammungseigenschaft des Brennstoff-In the sum and the combination of the features and special features, the proposed spark plug design has clear advantages in terms of the service life that can be achieved, while at the same time the fuel has excellent flammability properties.

Luftgemisches im Motor auf. Air mixture in the engine.

Nachfolgend werden weitere Vorteile und Details der Erfindung anhand von Figuren Further advantages and details of the invention are given below with reference to figures

erläutert. explained.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Mittel- und Masseelektrode einer Zündkerze. Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Achse I-I der Fig. 1. Fig. 1 shows a plan view of the center and ground electrodes of a spark plug. FIG. 2 shows a section along the axis I-I of FIG. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Beispiel der Fig. 1. FIG. 3 shows a section through the example of FIG. 1.

Fig. 4 zeigt einen Zacken des Beispiels von Fig. 1 FIG. 4 shows a prong of the example of FIG. 1

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Beispiel der Fig. 1. FIG. 5 shows a section through the example of FIG. 1.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Zündkerze. 6 shows a further variant embodiment of a spark plug.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Zündkerze. 7 shows a further variant embodiment of a spark plug.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch die Elektroden einer Zündkerze. 8 shows a section through the electrodes of a spark plug.

Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Zündkerze. Erkennbar ist die geometrische Ausführung der Masseelektroden 4 und Mittelelektrode 2 in Blickrichtung auf das brennraumseitige Ende der Fig. 1 is a spark plug according to the invention. The geometric design of the ground electrodes 4 and center electrode 2 can be seen in the direction of view of the end of the combustion chamber

Zündkerze an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Spark plug in a preferred embodiment.

Die Zündkerze umfasst eine Mittelelektrode 2 und sechs Masseelektroden 4. Die Mittelelektrode 2 weist stirnseitig sternförmig sechs Zacken 1 auf, sodass sechs äußere (konvexe) Ecken 20, sechs innere (konkave) Ecken 21 und zwölf Mittelelektrodenkanten 22 gebildet werden. Die Masseelektroden 4 weisen sechs konvexe Ecken 30 auf, welche jeweils durch zwei Masseelektrodenkanten 32 gebildet werden. Jede der Mittelelektrodenkanten 22 ist parallel zu je einer der Masseelektrodenkanten 32 ausgebildet. Zwischen den Mittelelektrodenkanten 22 und den Masseelektrodenkanten 32 ist ein Elektrodenspalt 5 ausgebildet. The spark plug comprises a center electrode 2 and six ground electrodes 4. The center electrode 2 has six prongs 1 on the end face in a star shape, so that six outer (convex) corners 20, six inner (concave) corners 21 and twelve center electrode edges 22 are formed. The ground electrodes 4 have six convex corners 30, which are each formed by two ground electrode edges 32. Each of the center electrode edges 22 is formed parallel to one of the ground electrode edges 32. An electrode gap 5 is formed between the center electrode edges 22 and the ground electrode edges 32.

Die Breite des Elektrodenspalts 5 ist entlang der jeweiligen Masseelektrodenkante 32 und der jeweiligen Mittelelektrodenkante 22 im Wesentlichen konstant. Die Ausführungsvariante der Fig. 1 weist sechs Zacken 1 auf. Die Beispiele der Fig. 6 und der Fig. 7 weisen fünf bzw. The width of the electrode gap 5 is essentially constant along the respective ground electrode edge 32 and the respective center electrode edge 22. The embodiment variant in FIG. 1 has six prongs 1. The examples of FIG. 6 and FIG. 7 have five or

sieben Zacken 1 auf. seven points 1 on.

Der Außendurchmesser der dargestellten Zündkerzenprojektion ist der Gewindedurchmesser (D) der Zündkerze. The outside diameter of the spark plug projection shown is the thread diameter (D) of the spark plug.

Die Mittelelektrode 2 hat die Form eines sechszackigen Sternes, wobei die Zacken 1 die Form eines gleichschenkeligen Dreieckes aufweisen und die (gedachte) Grundlinie die gerade The center electrode 2 has the shape of a six-pointed star, the teeth 1 having the shape of an isosceles triangle and the (imaginary) base line being straight

Verbindung von zwei benachbarten Kerbpunkten ist. Connection of two adjacent notch points is.

Die Zacken 1 bestehen aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung, die durch eine Schweiß- oder Lötverbindung mit einem Basiskörper 2 der Mittelelektrode, dem The prongs 1 consist of a noble metal or a noble metal alloy, which by a welded or soldered connection with a base body 2 of the center electrode, the

Mittelelektroden-Stempel (englisch: Stem), verbunden sind. Center electrode stamp (English: Stem), are connected.

Dieser Basiskörper besteht bevorzugt aus einem Mantel aus Nickel oder einer Nickelbasislegierung oder einem anderen Material, dessen Wärmeleitfähigkeit einen Wert zwischen 30 und 85 W/m K aufweist, sowie aus einem Kern aus hochwärmeleitfähigen Material, z.B. Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung, über den die an der Oberfläche einströmende Wärme effizient in den Grundkörper 6 und in der Folge in den This base body preferably consists of a jacket made of nickel or a nickel-based alloy or some other material whose thermal conductivity has a value between 30 and 85 W / m K, as well as a core made of highly thermally conductive material, e.g. copper or a copper-based alloy, via which the Heat flowing in at the surface efficiently enters the base body 6 and subsequently into the

Kühlwassermantel des Zylinderkopfes des Motors abgeleitet wird. The cooling water jacket of the cylinder head of the engine is derived.

71728 71728

Sternzacken der Mittelelektrode bis auf den freibleibenden Elektrodenspalt 5 ausfüllen. Fill in the star points of the center electrode except for the electrode gap 5 that remains free.

Die Seitenflächen der Masseelektroden begrenzen zusammen mit den Seitenflächen der Sternzacken der Mittelelektrode den Elektrodenspalt, innerhalb dem die Funkenüberschläge bei der Zündung stattfinden. The side surfaces of the ground electrodes, together with the side surfaces of the star points of the center electrode, delimit the electrode gap within which the arcing occurs during ignition.

Insgesamt hat die Zündkerze in dieser Ausführung dementsprechend 2 x 6 = 12 In total, the spark plug in this version accordingly has 2 x 6 = 12

Elektrodenspalte mit jeweils der Länge L2 der Elektrodenseiten. Electrode column each with the length L2 of the electrode sides.

Die Masseelektroden 4 bestehen, ähnlich wie die Sternzacken der Mittelelektrode, zumindest teilweise aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung. Diese sind durch eine Schweiß- oder Lötverbindung mit jeweils einem Elektrodenträger 3 verbunden, der aus einem hochwärmeleitendem Material besteht und der mit dem Grundkörper 6 der Zündkerze, The ground electrodes 4 consist, similarly to the star points of the center electrode, at least partially from a noble metal or a noble metal alloy. These are each connected by a welded or soldered connection to an electrode carrier 3, which consists of a highly thermally conductive material and which is connected to the base body 6 of the spark plug,

ebenfalls durch eine Schweiß- oder Lötverbindung verbunden ist. is also connected by a welded or soldered connection.

Der Grundkörper der Zündkerze ist jener metallische Teil der Zündkerze, der das Einschraubgewinde und den Schlüsselansatz umfasst und in den der Keramikkörper mit der The main body of the spark plug is that metallic part of the spark plug that includes the screw-in thread and the key attachment and into which the ceramic body with the

Mittelelektrode und dem Hochspannungs-Anschluß eingebaut ist. Center electrode and the high-voltage connection is installed.

Die brennraumseitigen Oberflächen der Masseelektroden sowie der Mittelelektrode sind bis auf eine maximale Abweichung von +/- 0,2 mm bündig zueinander bzw. liegen innerhalb The surfaces of the earth electrodes and the center electrode on the combustion chamber side are flush with one another or within a maximum deviation of +/- 0.2 mm

dieser Toleranz auf einer gemeinsamen Ebene. this tolerance on a common level.

Zwischen jeweils zwei Masseelektroden befinden sich schlitzförmige Ausnehmungen 7 im Kerzen-Grundkörper, die eine kanalförmige Verbindung zwischen dem Brennraum bzw. der Vorkammer und dem Gasvolumen zwischen den Elektroden und dem Keramikfuß der Zündkerze darstellen. Der dieses Gasvolumen umfassende Bereich der Zündkerze wird als Atmungsraum 8 bezeichnet, dementsprechend werden diese Verbindungskanäle im weiteren Textverlauf als Atmungskanäle bezeichnet. Ihr Zweck ist es, einen Druckausgleich zwischen dem Brennraum bzw. der Vorkammer des Motors und dem Atmungsraum der Zündkerze Between two ground electrodes there are slot-shaped recesses 7 in the plug base body, which represent a channel-shaped connection between the combustion chamber or the antechamber and the gas volume between the electrodes and the ceramic base of the spark plug. The area of the spark plug that encompasses this gas volume is referred to as breathing space 8; accordingly, these connecting channels are referred to as breathing channels in the following text. Its purpose is to equalize the pressure between the combustion chamber or the prechamber of the engine and the breathing chamber of the spark plug

herzustellen. Dabei ist das Verhältnis der Summe der Strömungs-Querschnittsflächen der Ausnehmungen 7 to manufacture. Here is the ratio of the sum of the flow cross-sectional areas of the recesses 7

zum Volumen des Atmungsraumes 8 der Zündkerze von besonderer Bedeutung. of particular importance to the volume of the breathing space 8 of the spark plug.

Vorzugsweise sollte dieses Verhältnis größer sein, als 0,03. Preferably this ratio should be greater than 0.03.

Mittelelektrode sowie den oberen Teil des Stems 2. Center electrode and the upper part of the stem 2.

In Fig. 2 ist die Schnittebene dabei so gewählt, dass sie die Masseelektroden in der Mitte schneidet und dementsprechend zwischen 2 Sternzacken hindurchgeführt wird. Daraus ist der maximale Abstand Al der Spitze der Masseelektrode 4 vom brennraumseitigen Gewindeansatz 10 ersichtlich. Dieser Abstand im Verhältnis zum Gewindedurchmesser der Zündkerze ist ein wichtiges Gestaltungsmerkmal, für das erfindungsgemäß ein oberer In FIG. 2, the cutting plane is selected in such a way that it intersects the ground electrodes in the middle and is accordingly passed through between two star points. This shows the maximum distance A1 between the tip of the ground electrode 4 and the threaded attachment 10 on the combustion chamber side. This distance in relation to the thread diameter of the spark plug is an important design feature for which, according to the invention, an upper

Grenzwert angegeben wird. Limit value is specified.

In Fig. 3 geht die Schnittebene durch die Mitte der Sternzacken 1 sowie durch die Atmungskanäle 7 im Kerzengrundkörper. An der Höhe (H1) der Zacken der Mittelelektrode ist der Überstand der Elektroden über den Stem 2 ersichtlich. Des Weiteren ist in dieser In Fig. 3, the sectional plane goes through the center of the star points 1 and through the breathing channels 7 in the candle body. The protrusion of the electrodes over the stem 2 can be seen at the height (H1) of the prongs of the center electrode. The moreover one is in this

Abbildung die Strömungskontur der Atmungskanäle erkennbar. Figure shows the flow contour of the respiratory channels.

Für den Atmungsraum 8 ist es zur optimalen Funktion der erfindungsgemäßen Zündkerzenausführung sehr vorteilhaft, ein möglichst gut abgestimmtes Volumen vorzusehen. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Volumen (Va) des Atmungsraumes (in mm”) zur Querschnittsfläche (Q) der Zündkerze (in mm”) im Bereich des Kerzengewindes in einem Verhältnis (Va/Q) steht, das größer als 0,16 mm, jedoch kleiner als 0,30 mm ist. Bei einem größeren Volumen ergeben sich deutlich verschlechterte Bedingungen für die Spülung For the breathing space 8, it is very advantageous for the spark plug design according to the invention to function optimally to provide a volume that is as well coordinated as possible. It is preferably provided that the volume (Va) of the breathing space (in mm ”) to the cross-sectional area (Q) of the spark plug (in mm”) in the area of the plug thread is in a ratio (Va / Q) that is greater than 0.16 mm but less than 0.30 mm. With a larger volume, the conditions for the rinsing are significantly worse

des Atmungsraumes, sowie für die Wärmeableitung von den Elektroden. the breathing space, as well as for the heat dissipation from the electrodes.

Die Höhe (H2) der Elektroden parallel zur Kerzenachse gibt zugleich auch die Breite der Elektrodenfläche an. Diese Höhe (H2) bzw. Breite soll erfindungsgemäß in einem Verhältnis zur Gesamtsumme der Längen (L2) der Elektrodenflächen der Mittelelektrode stehen, das größer als 0,03 jedoch kleiner als 0,1 ist. The height (H2) of the electrodes parallel to the candle axis also indicates the width of the electrode surface. According to the invention, this height (H2) or width should be in a ratio to the total sum of the lengths (L2) of the electrode surfaces of the center electrode, which is greater than 0.03 but less than 0.1.

Die Einschränkung des erfindungsgemäß anzustrebenden Wertebereiches ist unter anderem deshalb von Bedeutung, weil in diesem Wertebereich die Neigung des Elektrodenwerkstoffes The limitation of the range of values to be aimed for according to the invention is important, inter alia, because the inclination of the electrode material is in this range of values

zur Perlen- oder Fadenbildung innerhalb des Elektrodenspaltes am geringsten ist. for the formation of pearls or threads within the electrode gap is the least.

Zum Zweck einer optimalen Kühlung der Masseelektroden ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem brennraumseitigen Gewindeansatz 10 der Zündkerze und der davon am weitesten entfernten Stelle der Masseelektrode 4 keine größere Distanz besteht, als das 0,5-For the purpose of optimal cooling of the ground electrodes, it is provided according to the invention that there is no greater distance than the 0.5-

fache des Gewindedurchmessers (D) der Zündkerze. Damit können die Temperaturen der times the thread diameter (D) of the spark plug. This allows the temperatures of the

der Elektrodenflächen weiter verbessert werden kann. the electrode areas can be further improved.

Die Sternzacken der Mittelelektrode können im Bereich der Spitze auch abgeflacht ausgeführt sein, sodass sie eine Ähnlichkeit mit gleichseitigen Trapezen aufweisen. Die im Folgenden ausgeführten Kriterien und Angaben hinsichtlich der speziellen Merkmale beziehen sich auf ein den Sternzacken eingeschriebenes gleichschenkeliges Referenzdreieck (9) mit maximaler Überdeckung, dessen Schenkel mit den Elektrodenflächen der Sternkörper auf einer gleichen The star points of the center electrode can also be designed to be flattened in the area of the tip, so that they have a similarity to equilateral trapezoids. The criteria and information given below with regard to the special features relate to an isosceles reference triangle (9) inscribed on the star points with maximum overlap, the legs of which are on the same level as the electrode surfaces of the star bodies

Linie liegen. Line lie.

Fig. 4 zeigt einen Segmentbereich der Mittelelektrode mit 2 Sternzacken, wobei der linke Zacken zur Illustration eine abgeflachte Spitze aufweist. Dieser trapezförmige Zacken ist mit einem gleichschenkeligen Referenzdreieck zur Deckung gebracht, dessen mit unterbrochener Linie dargestellte Spitze aus dem Trapez herausragt. Die Höhe des gleichschenkeligen Dreieckes von der Basislinie wird mit H1 bezeichnet, die Seitenlänge der Schenkel mit L2 4 shows a segment area of the center electrode with 2 star points, the left point having a flattened tip for illustration. This trapezoidal point is made to coincide with an isosceles reference triangle, the point of which, shown with a broken line, protrudes from the trapezoid. The height of the isosceles triangle from the base line is denoted by H1, the side length of the legs is denoted by L2

und die Länge der Basislinie mit L1. and the length of the baseline with L1.

Ein Kriterium für die optimale Funktion der vorgeschlagenen Zündkerzenbauart bildet das Verhältnis der Seitenlänge (L1) zur Länge der Basislinie (H1). Für dieses Verhältnis (L1/H1) A criterion for the optimal function of the proposed spark plug design is the ratio of the side length (L1) to the length of the base line (H1). For this ratio (L1 / H1)

wird erfindungsgemäß ein Wertebereich zwischen 0,75 und 1,40 vorgeschlagen. a value range between 0.75 and 1.40 is proposed according to the invention.

Ein weiteres wichtiges Funktionskriterium ist das Verhältnis der Länge der Basislinie (H1) zum Gewindedurchmesser (D) der Zündkerze. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte Another important function criterion is the ratio of the length of the base line (H1) to the thread diameter (D) of the spark plug. To get the best results you should

dieses Verhältnis (H1/D) nicht geringer als 0,11, jedoch nicht größer als 0,21 sein. this ratio (H1 / D) must not be less than 0.11 but not greater than 0.21.

Die wesentlichen Gründe für die Definition und Einschränkung dieser Wertebereiche ergeben sich aus der umfassenden Optimierung von teilweise gegenläufigen Effekten einzelner Maßnahmen zur Steigerung der Lebensdauer und der Verbesserung der The main reasons for the definition and restriction of these value ranges result from the comprehensive optimization of partially opposing effects of individual measures to increase the service life and improve the

Entflammungseigenschaften der Zündkerze. Ignition properties of the spark plug.

Die Masseelektroden-Träger 3 können in den Kerzengrundkörper 6 (bzw. den Gewindekörper) versenkt sein, sodass die brennraumseitigen Begrenzungsflächen der Elektrodenträger und des Kerzengrundkörpers zumindest annähernd bündig sind. Dazu sind für die Elektrodenträger Nuten vorgesehen, in die die Elektrodenträger möglichst spielfrei The ground electrode carriers 3 can be countersunk into the plug body 6 (or the threaded body) so that the boundary surfaces of the electrode carriers and the plug body on the combustion chamber side are at least approximately flush. For this purpose, grooves are provided for the electrode carriers, in which the electrode carriers are as free from play as possible

eingelassen sind und mit denen sie verschweißt oder verlötet werden. are embedded and with which they are welded or soldered.

Einfacher und vielfach ausreichend ist es jedoch, die Masseelektrodenträgen am However, it is simpler and often sufficient to attach the ground electrode carriers to the

brennraumseitigen Ende des Kerzengrundkörpers ohne Versenkung anzubringen, sodaß die To attach the end of the candle body on the combustion chamber side without countersinking, so that the

Masseelektroden gegenüber dem brennraumseitigen Ende des Grundkörpers überstehen bzw. Earth electrodes protrude or protrude from the end of the base body on the combustion chamber side.

erhaben sind, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt. are raised as shown in FIGS. 2 and 3.

Für den Elektrodenträger ist vorzugsweise ein sehr gut wärmeleitender Werkstoff vorgesehen, A very good heat-conducting material is preferably provided for the electrode carrier,

mit einem Wärmeleitkoeffizienten von > 60 W/m K, beispielsweise Nickel. with a coefficient of thermal conductivity of> 60 W / m K, for example nickel.

Besonders vorteilhaft hat sich eine Variante herausgestellt, bei der der Kerzengrundkörper aus zwei unterschiedlichen Materialien besteht, die unterschiedliche Wärmeleitkoeffizienten A variant has been found to be particularly advantageous in which the candle base body consists of two different materials that have different coefficients of thermal conductivity

aufweisen. exhibit.

In Fig. 5 ist der Aufbau dieser Variante beispielhaft dargestellt. Der dem Brennraum zugewandte Teil 12 des Kerzengrundkörpers 6 besteht dabei aus einem Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten von größer als 65 W/m K (z.B. Nickel oder Molybdän). Dieser ist durch eine Schweiß- oder Lötverbindung mit dem Kerzengrundkörper 6 verbunden. Das Material des Kerzengrundkörpers besteht dagegen aus einem kostengünstigen und gut bearbeitbaren Werkstoff mit den erforderlichen Festigkeitseigenschaften, beispielsweise aus In Fig. 5, the structure of this variant is shown as an example. The part 12 of the basic candle body 6 facing the combustion chamber consists of a material with a coefficient of thermal conductivity greater than 65 W / m K (e.g. nickel or molybdenum). This is connected to the candle base body 6 by a welded or soldered connection. The material of the candle body, on the other hand, consists of an inexpensive and easily machinable material with the required strength properties, for example from

einem Werkzeugstahl. a tool steel.

Anstatt einzelne Sternzacken aus Edelmetall getrennt voneinander auf einen MittelelektrodenStem durch einen Schweiß- oder Lötvorgang anzubringen, können die Sternzacken auch ringbzw. kranzförmig miteinander verbunden sein, wobei die Befestigung am Stem z. B. durch eine einzige durchgehende Schweißverbindung (beispielsweise durch Laserschweißen) erfolgt. Instead of attaching individual star points made of precious metal separately from one another on a center electrode stem by welding or soldering, the star points can also be ring or. be connected to each other in a ring, the attachment to the stem z. B. by a single continuous weld connection (for example by laser welding).

Im Fig. 6 ist eine Variante mit 5 Sternzacken und im Fig. 7 eine Variante mit 7 Sternzacken dargestellt. Die Moasseelektroden sowie die Atmungskanäle sind nur in einem Sektorenausschnitt gezeigt. Auch diese Bauarten führen zu sehr günstigen Ergebnissen, besonders günstig erweist sich jedoch eine 6-zählige Form der Elektroden, der deshalb 6 shows a variant with 5 star points and FIG. 7 shows a variant with 7 star points. The Moasse electrodes and the respiratory channels are only shown in a sector detail. These types of construction also lead to very favorable results, but a 6-fold shape of the electrodes has proven to be particularly favorable, which is why

erfindungsgemäß der Vorzug gegeben wird. according to the invention, preference is given.

Grundsätzlich ist der Aufbau der vorgeschlagenen Lösung komplexer und in der Herstellung aufwendiger als handelsübliche bzw. am Markt angebotene Zündkerzentypen. Allerdings können gerade durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konstruktionsmerkmale und Materialeigenschaften eine Reihe sehr günstiger Effekte und Ergebnisse erreicht werden, sodass sich sowohl hinsichtlich der Standzeit als auch hinsichtlich der Entflammungseigenschaften deutliche Vorteile gegenüber Zündkerzentypen nach dem Stand In principle, the structure of the proposed solution is more complex and more expensive to manufacture than commercially available spark plug types or those offered on the market. However, a number of very favorable effects and results can be achieved precisely through the design features and material properties proposed according to the invention, so that there are clear advantages over the prior art spark plug types both in terms of service life and in terms of inflammation properties

der Technik ergeben. the technology.

Insbesondere ist der Mehraufwand in der Fertigung nur ein Bruchteil der Kosteneinsparungen In particular, the additional effort in production is only a fraction of the cost savings

aufgrund der gesteigerten Lebensdauer der Zündkerze. due to the increased service life of the spark plug.

Ein wesentlicher Aspekt, der der vorgeschlagenen Bauweise zugrunde liegt, bezieht sich auf die maximale Kühlung der Elektrodenflächen der Masseelektroden. Diese Temperaturen sind bei den herkömmlichen Kerzenbauarten üblicherweise in einer Größenordnung von 100 °C höher, als die Temperaturen an den Mittelelektroden. Dementsprechend hoch sind auch die Verschleißraten der Moasseelektroden und die Heißkorrosion der Elektrodenträger, An essential aspect on which the proposed construction is based relates to the maximum cooling of the electrode surfaces of the ground electrodes. With conventional candle designs, these temperatures are usually in the order of 100 ° C. higher than the temperatures at the center electrodes. The wear rates of the Moasse electrodes and the hot corrosion of the electrode carriers are correspondingly high,

insbesondere im Einsatz in Vorkammern von Hochleistungsmotoren. especially when used in antechamber of high-performance engines.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bauweise können die Temperaturen an der Masseelektrode jedoch um mehr als 100 °C gegenüber Zündkerzen nach dem Stand der Due to the design proposed according to the invention, however, the temperatures at the ground electrode can be more than 100 ° C. compared to spark plugs according to the prior art

Technik, bezogen auf gleiche Einsatzbedingungen, abgesenkt werden. Technology, based on the same operating conditions, can be reduced.

Bei der Mittelelektrode wirkt sich besonders der sehr hohe Wärmeleitkoeffizient des Edelmetall-Materiales der Sternzacken günstig aus, insbesondere wenn z.B. Irıdium oder eine Irıdium-Rhodium-Legierung eingesetzt wird, deren Wärmeleitfähigkeit höher ist, als 120 W/m K. The very high coefficient of thermal conductivity of the noble metal material of the star points has a particularly favorable effect on the center electrode, especially if, for example, irıdium or an irıdium-rhodium alloy is used, the thermal conductivity of which is higher than 120 W / m K.

Da der Stem der Mittelelektrode einen massiven Kern (11) aus einem hochwärmeleitfähigen Material aufweist (z.B. Kupfer) sowie einen relativ dünnen Mantel mit ebenfalls guter Wärmeleitfähigkeit (z.B. Nickel), ist die Wärmeableitung auch hier sehr effizient, sodaß trotz ausladender Geometrie der Mittelelektrode mit einer relativ großen, der Verbrennungshitze ausgesetzten Oberfläche der Sternzacken die Temperatur an den Elektrodenflächen relativ Since the stem of the center electrode has a solid core (11) made of a highly thermally conductive material (e.g. copper) and a relatively thin jacket with also good thermal conductivity (e.g. nickel), the heat dissipation is also very efficient here, so that despite the expansive geometry of the center electrode with a the relatively large surface of the star points exposed to the heat of combustion, the temperature at the electrode surfaces is relative

niedrig gehalten werden kann. can be kept low.

Durch die vorgeschlagene Elektrodenform kann eine maximal große, funkenwirksame Elektrodenfläche und damit eine sehr hohe Abbrandreserve realisiert werden. Damit werden With the proposed electrode shape, a maximally large, spark-effective electrode surface and thus a very high erosion reserve can be realized. So be

auch ohne Elektrodennachstellung sehr lange Kerzenstandzeiten erreicht. A very long candle service life is achieved even without adjusting the electrodes.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Elektrodengeometrie ergibt sich aus der Spitzenwirkung der Elektroden auf die für den Funkenüberschlag erforderliche Durchbruchsspannung. Durch die Feldstärkenüberhöhung an den Elektrodenspitzen wird die Durchbruchsspannung deutlich reduziert, und damit kann bei einem vom Zündsystem vorgegebenen Limit für das maximale Zündspannungsangebot ein deutlich größerer Another advantage of the electrode geometry proposed according to the invention results from the peak effect of the electrodes on the breakdown voltage required for the sparkover. The increase in the field strength at the electrode tips significantly reduces the breakdown voltage, and with a limit specified by the ignition system for the maximum ignition voltage supply, a significantly higher one can be achieved

Elektrodenspalt (bzw. Elektrodenabstand) gefahren werden. Electrode gap (or electrode gap).

Da trotz der maximal vergrößerten Elektrodenfläche beim vorgeschlagenen Design keine Since, in spite of the maximally enlarged electrode area, none in the proposed design

erhöhte Abschirmwirkung der Elektroden hinsichtlich der Gemisch-Zugänglichkeit in den increased shielding effect of the electrodes with regard to the mixture accessibility in the

Elektrodenspalt sowie der Energieabsorption durch die Elektrodenflächen gegeben ist, wird die Flammenkernbildung nicht behindert. Die erfindungsgemäße Zündkerze weist dementsprechend sehr gute Entflammungseigenschaften auch bei einem sehr kleinen Elektrodenspalt auf. Damit ergibt sich insgesamt ein sehr großer zulässiger Variationsbereich für den Elektrodenspalt, sodass eine sehr große Elektrodenmaterial-Reserve genützt werden kann und damit entsprechend hohe Kerzenstandzeiten ohne Nachstellerfordernisse erreichbar If there is an electrode gap and the energy absorption by the electrode surfaces, the formation of the flame kernel is not hindered. The spark plug according to the invention accordingly has very good ignition properties even with a very small electrode gap. Overall, this results in a very large permissible range of variation for the electrode gap, so that a very large reserve of electrode material can be used and accordingly long candle service lives can be achieved without the need for adjustment

sind. are.

Das vorgeschlagene Konzept unterstützt die gegenwärtige Entwicklung von Zündsystemen für stationäre Hochleistungsmotoren, wo unter anderem daran gearbeitet wird, die Hochspannungsfestigkeit und das Zündspannungsangebot des gesamten Zündsystems The proposed concept supports the current development of ignition systems for stationary high-performance engines, where work is being carried out, among other things, on the high-voltage strength and the ignition voltage range of the entire ignition system

inklusive der Zündkerzen zu steigern. Including the spark plugs to boost.

Bei der Herstellung der Zündkerze können die Masseelektroden sehr präzise positioniert werden. Dadurch ergibt sich ein genauer und gut kontrollierbarer Elektrodenabstand, sodaß für das Betreiberpersonal der Motoranlage von Beginn an keine Einstellarbeiten erforderlich During the manufacture of the spark plug, the ground electrodes can be positioned very precisely. This results in a more precise and easily controllable electrode spacing, so that no adjustment work is required for the operator of the engine system from the start

sind. are.

Grundsätzlich können bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen sternförmigen Geometrie der Mittelelektroden die Masseelektrodenträger auch hakenförmig oder gekrümmt ausgeführt sein, wobei ein gewisser Längenabschnitt des Trägers parallel zur Kerzenachse ausgerichtet ist. Damit kann der Elektrodenspalt durch Verbiegen der Elektrodenträger eingestellt bzw. die Elektrodenabstände auf diese Weise nachgestellt werden. Damit geht jedoch der Vorteil der starken Kühlwirkung teilweise verloren. Darüber hinaus ist eine präzise Ein- oder Nachstellung der Elektroden oft schwer zu erreichen und der bei den hohen Betriebstemperaturen schwer vermeidbare thermische Verzug führt häufig zu einer In principle, in the case of the star-shaped geometry of the center electrodes proposed according to the invention, the ground electrode carriers can also be hook-shaped or curved, with a certain length of the carrier being oriented parallel to the candle axis. In this way, the electrode gap can be set by bending the electrode carrier or the electrode spacing can be readjusted in this way. However, this partially loses the advantage of the strong cooling effect. In addition, a precise adjustment or readjustment of the electrodes is often difficult to achieve and the thermal distortion, which is difficult to avoid at the high operating temperatures, often leads to a

unerwünschten Veränderung des Elektrodenspaltes. undesired change in the electrode gap.

Für den Einsatz in hochbelasteten Vorkammergasmotoren wird deshalb auf die Nachstellbarkeit der Elektroden zugunsten einer besseren Kühlung der Masseelektroden For use in highly loaded pre-chamber gas engines, therefore, the adjustability of the electrodes in favor of better cooling of the ground electrodes is important

verzichtet. waived.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal bezieht sich auf die mögliche Geometrie des Elektrodenspaltes 5. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Gestalt der Elektroden sowie die Implementierung der Atmungskanäle ermöglicht die Nutzung des gezielten EntladungskanalWandereffektes während der Bogenphase. Dabei handelt es sich um die Verlagerung und Dehnung des Entladungskanales während der Zeit der Funkenbrenndauer im Anschluss an den Funkendurchbruch. Diese Phase ist sowohl für die Ausbildung des Flammkernes und Another advantageous feature relates to the possible geometry of the electrode gap 5. The shape of the electrodes proposed according to the invention and the implementation of the breathing channels enable the targeted discharge channel migration effect to be used during the arc phase. This concerns the displacement and expansion of the discharge channel during the spark burn time following the spark breakdown. This phase is both for the formation of the flame core and

damit für die Einleitung der Verbrennung als auch für den Elektrodenverschleiß von großer thus for the initiation of the combustion as well as for the electrode wear of great

Bedeutung. Im Idealfall sollte der Entladungskanal aus dem Inneren des Elektrodenspaltes an den äußeren Rand wandern und dort in den Brennraum ausgedehnt werden, sodass das freie Importance. Ideally, the discharge channel should migrate from the inside of the electrode gap to the outer edge and expand there into the combustion chamber so that the free

Volumen des Flammkernes unbehindert zunehmen kann. Volume of the flame core can increase unhindered.

Dieser Vorgang wirkt sich außer zur Verbesserung des Entflammungsverhaltens auch günstig auf den Elektrodenverschleiß aus, da der Ort, an dem der Entladungskanal die Elektrodenflächen berührt, sich während der Funkenbrennphase verlagert und durch die In addition to improving the ignition behavior, this process also has a favorable effect on electrode wear, since the location at which the discharge channel touches the electrode surfaces is displaced during the spark burning phase and through the

Dehnung des Entladungskanals der lokale Energieeintrag in die Elektroden abnimmt. Elongation of the discharge channel, the local energy input into the electrodes decreases.

In Fig. 8 ist die vorgeschlagene Gestaltung der Elektrodenflächen in einem Schnittbild durch die Elektroden dargestellt. Die Schnittebene ist dabei senkrecht zu den Elektrodenkanten 34 und parallel zur Mittelachse der Zündkerze. Der Elektrodenspalt 5 wird von den gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Masse- sowie der Mittelelektrode begrenzt, wobei es hier nicht von Bedeutung ist, auf welcher Seite sich die Masse- bzw. die Mittelelektrode befindet. Wie auf dem Bild gezeigt, sind die Elektrodenflächen im oberen, dem Brennraum des Motors zugewandten Bereich auf einer Länge H3 parallel zueinander. Im unteren, dem Atmungsraum der Zündkerze zugewandten Bereich weitet sich der Elektrodenspalt dagegen In Fig. 8, the proposed design of the electrode surfaces is shown in a sectional view through the electrodes. The cutting plane is perpendicular to the electrode edges 34 and parallel to the central axis of the spark plug. The electrode gap 5 is delimited by the opposite electrode surfaces of the ground and the center electrode, whereby it is not important here on which side the ground or center electrode is located. As shown in the picture, the electrode surfaces in the upper area facing the combustion chamber of the engine are parallel to one another over a length H3. In contrast, the electrode gap widens in the lower area facing the breathing space of the spark plug

auf. on.

Während der Kompressionsphase im Zylinder des Motors bildet sich eine Strömungskomponente durch den Elektrodenspalt in Richtung des Atmungsraumes des Motors aus, wie anhand des Pfeils 33 angedeutet. Der Funkenüberschlag erfolgt im Bereich der engsten Stelle des Elektrodenspaltes und der dabei ausgebildete Entladungsbogen wandert During the compression phase in the cylinder of the engine, a flow component is formed through the electrode gap in the direction of the breathing space of the engine, as indicated by the arrow 33. The sparkover occurs in the area of the narrowest point of the electrode gap and the resulting discharge arc moves

nach unten, wird dort ausgedehnt und reißt an der untersten Stelle des Elektrodenspaltes ab. downwards, is expanded there and tears off at the lowest point of the electrode gap.

Für die optimale Wirkung des Wandereffektes soll der Abstand (S) der Elektrodenflächen, gemessen an einer Stelle, die im Abstand von H4 = H2/6 von der unteren Grenzfläche der Elektroden entfernt ist, mindestens den doppelten Abstand der Elektrodenflächen im oberen, For the optimal effect of the wandering effect, the distance (S) of the electrode surfaces, measured at a point that is at a distance of H4 = H2 / 6 from the lower boundary surface of the electrodes, should be at least twice the distance between the electrode surfaces in the upper,

parallelen Bereich des Elektrodenspaltes im Neuzustand der Zündkerze aufweisen. have parallel area of the electrode gap when the spark plug is new.

Die geometrischen Merkmale der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zündkerze inklusive der integrierten Atmungskanäle eröffnen darüber hinaus die Möglichkeit einer effizienten Elektrodenkühlung durch Anblasen der Elektroden über Spülbohrungen im oberen Bereich The geometric features of the spark plug proposed according to the invention, including the integrated breathing channels, also open up the possibility of efficient electrode cooling by blowing the electrodes through flushing bores in the upper area

des Zündkerzengewindes. of the spark plug thread.

In Fig. 9 wird dazu anhand eines Schnittes durch die Zündkerze gemäß Figur 3 beispielhaft eine Bohrung 35 gezeigt, die den Außenbereich des Zündkerzengewindes an einer Stelle, die mindestens einen vollen Gewindegang (H5) unterhalb des brennraumseitigen Gewindeendes In FIG. 9, using a section through the spark plug according to FIG. 3, a bore 35 is shown by way of example, which opens the outer area of the spark plug thread at a point which is at least one full thread turn (H5) below the combustion chamber-side thread end

beginnt, mit dem Atmungsraum der Zündkerze verbindet. Um den Umfang des begins to connect with the breathing space of the spark plug. To the extent of the

Zündkerzengewindes können mehrere solcher Bohrungen auf etwa gleicher Höhe angeordnet Spark plug thread, several such holes can be arranged at approximately the same height

sein. be.

Im Außenbereich des Zündkerzengewindes ist auf der Höhe der Bohrungen eine (z.B. umlaufende) Nut vorhanden, über die das Spülgas zu den Bohrungen im Kerzengewinde geführt wird. In diese Nut wiederum wird das Spülgas über eine Bohrung eingeleitet, die den In the outer area of the spark plug thread there is a (e.g. circumferential) groove at the level of the bores, through which the purge gas is fed to the bores in the spark plug thread. In this groove, in turn, the purge gas is introduced via a hole that the

Brennraum bzw. die Vorkammer des Motors mit Spülgas versorgt. The combustion chamber or the prechamber of the engine is supplied with purge gas.

Das Spülgas selbst kann aus demselben Gas bestehen, das dem Motor als Hauptkraftstoff zugeführt wird, oder allgemein aus einem Gemisch aus einem oder mehrerer brennbarer Gase The purge gas itself can consist of the same gas that is supplied to the engine as the main fuel or, in general, of a mixture of one or more combustible gases

und einem oder mehreren inerten Gasen. and one or more inert gases.

Beim Spülvorgang der Vorkammer innerhalb des Ladungswechselzyklus strömt das Spülgas über ein Vorkammergasventil, durch einen Verbindungskanal im Zylinderkopf bzw. in der Zündkerzenhülse zu der oben beschriebenen Nut und von dort durch die Spülbohrungen in den Atmungsraum der Zündkerze. Bevor das Spülgas in die Vorkammer des Motors gelangt, During the purging process of the prechamber within the gas exchange cycle, the purging gas flows through a prechamber gas valve, through a connecting channel in the cylinder head or in the spark plug sleeve to the groove described above and from there through the purging bores into the spark plug's breathing chamber. Before the purging gas reaches the engine antechamber,

umströmt und kühlt es die Elektroden. it flows around and cools the electrodes.

Claims

1. Spark plug comprising a center electrode (2) and at least one ground electrode (4), characterized in that

the center electrode (2) has a star-shaped design with prongs (1) at the end, so that n outer corners (20), n inner corners (21) and 2n center electrode edges (22) are formed,

wherein the at least one ground electrode (4) has n convex corners (30) which are each formed by 22 ground electrode edges (32),

wherein each of the 2n center electrode edges (22) is formed at least in sections parallel to one of the 2n ground electrode edges (32) and forms an electrode gap (5).

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the width of the electrode gap (5) is essentially constant along the respective ground electrode edge (32) and the respective central electrode edge (22).

3. Spark plug according to claim 1 or claim 2, characterized in that n = 5 to

7, preferably 6.

4. Spark plug according to one of claims 1 to 3, characterized in that nm ground electrodes (4) are provided, each ground electrode (4) forming a convex corner (30).

5. Spark plug according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the outer corners (20) of the central electrodes (2) is a noble metal or a

Have precious metal alloy.

6. Spark plug according to one of claims 1 to 5, characterized in that the prongs (1) of the end face star-shaped center electrode (2) can each be assigned an isosceles triangle with maximum overlap as a reference triangle, the legs of which with the side lines of the prongs (1 ) lie on the same line and whose base line forms the connection between the two base points of the spikes (1), the height H1 of this inscribed reference triangle to the length L1 of the base line having a ratio HI1 / L1, which is between 0.75 and 1.40 lies.

7. Spark plug according to claim 6, characterized in that the height H1 of the

Reference triangle in relation to the diameter (D) of the thread of the spark plug is in a ratio H1 / D, which is between 0.11 and 0.21.

8. Spark plug according to one of claims 1 to 6, characterized in that the prongs (1) of the end face star-shaped center electrode (2) can be assigned a reference triangle, the distance of the base line of the prong (1) from the center of the star at least

1.5 mm.

9. Spark plug according to one of claims 5 to 8, characterized in that the sections made of noble metal or noble metal alloy are connected to the center electrode stamp by a welded or soldered connection, this stamp having a core made of copper or a copper-based alloy and a jacket, made of one material

with a thermal conductivity greater than 60 W / m K.

10. Spark plug according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ground electrodes (4) in the area of the electrode surfaces consist of a noble metal or a noble metal alloy, which are connected to the respective ground electrode carrier (3) by a welded or soldered connection and these ground electrode supports (3) in turn consist of a material whose coefficient of thermal conductivity has a value which is greater than 60 W / m K.

11. Spark plug according to one of claims 1 to 10, characterized in that channel-shaped clearances are provided in the base body (6) of the spark plug between two ground electrodes (4) and connect the breathing space of the spark plug with the combustion chamber or the prechamber of a gasoline engine via which the pressure equalization and flame penetration takes place after ignition, the sum (Qf) of the cross-sectional areas of the flow channels perpendicular to the direction of flow to the total cross-sectional area (Q) of the spark plug at the thread end on the combustion chamber side in a ratio (Qf / Q) that

is greater than 0.03.

12. Spark plug according to one of claims 1 to 11, characterized in that the base body of the spark plug consists of two different materials in the area of the thread, which are connected to one another by a welded or soldered connection, the material having a coefficient of thermal conductivity at the thread area on the combustion chamber side, which is greater than 65 W / m K.

13. Spark plug according to one of claims 11 or 12, characterized in that the volume (Va) of the breathing space in mm? to the cross-sectional area (Q) in mm * in the area of the thread is in a ratio (Va / Q) that is greater than 0.16 mm, but less than 0.30

mm is.

14. Spark plug according to one of claims 1 to 13, wherein the sum of the end-face surfaces (O0), which the center electrode (2) and the ground electrodes (4) including the ground electrode carrier (3) and the star of the center electrode (2) have, for total cross-sectional area (Q) of the spark plug at the thread end on the combustion chamber side has a ratio (O / Q) that is greater than 0.50.

15. Spark plug according to one of claims 1 to 14, characterized in that the thickness (H2) of the center electrode (2) and / or ground electrode (4) along the longitudinal axis of the center electrode (2) to the total length of the respective ground electrode edge (22) of the center electrode (2 has a ratio with a value range between a minimum of 0.03 and

can vary a maximum of 0.1.

16. Spark plug according to one of claims 1 to 15, characterized in that the entire electrode surface of the center electrode (2) is greater than 35 mm.

17. Spark plug according to one of claims 1 to 16, characterized in that the maximum distance (Al) between the tip of the ground electrode (4) and the combustion chamber-side threaded extension (10) of the spark plug is less than 0.5 times

Diameter (D) of the thread.

18. Spark plug according to one of claims 1 to 17, characterized in that the at least one electrode gap (5) has a defined contour in the direction of the spark plug longitudinal axis, the adjacent electrode surfaces being parallel in an upper area facing a combustion chamber or an antechamber of a gasoline engine are arranged to each other and in the lower area facing the breathing space an expansion of the electrode gap (5) is provided in such a way that the distance between the opposing electrode surfaces at a point that is one sixth of the electrode thickness or the gap height H2 above the The lower edge of the electrodes is at least twice the distance between the electrodes in the upper, parallel area of the

Electrode gap, based on the new condition of the spark plug.

19. Spark plug according to one of claims 1 to 18, characterized in that bores (35) are arranged in the thread area of the spark plug, which connect the outer area of the spark plug thread with the breathing space of the spark plug and through which the purging gas for an antechamber is passed, with between the holes (35) and the

There is at least one entire thread end on the combustion chamber side.

20. Otto engine, in particular gas Otto engine, with a combustion chamber or a

Pre-chamber comprising a spark plug according to any one of claims 1 to 17, characterized

characterized in that channel-shaped clearances are provided in the base body (6) of the spark plug between two ground electrodes (4), which connect the breathing space of the spark plug with the combustion chamber or the prechamber of a gasoline engine and through which the pressure equalization and the passage of flames takes place after ignition, The sum (Qf) of the cross-sectional areas of the flow channels perpendicular to the flow direction to the total cross-sectional area (Q) of the spark plug at the combustion chamber-side thread end is in a ratio (Qf / Q) that is greater than 0.03.