DE10148690B4

DE10148690B4 - Zündvorrichtung

Info

Publication number: DE10148690B4
Application number: DE10148690.1A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Morita; Shinichi Okabe; Takehiko Kato; Hiroshi Yorita; Keiji Kanao; Tetsuya Miwa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: US6844662B2; US20040061421A1; US6653767B2; DE10148690A1; US20020038992A1; JP2002184551A

Abstract

Zündvorrichtung mit einer Zündkerze und einer Zündspannungsquelle (50), wobei die Zündkerze mit einer Mittelelektrode (32) und einer Masseelektrode (42) versehen ist, die einander gegenüberliegend beabstandet sind, zumindest die Masseelektrode (42) aus einer Iridiumlegierung besteht, ein Funkenspalt (R1) zwischen der Mittelelektrode (32) und der Masseelektrode (42) weniger als 1,1 mm beträgt, Querschnitte (S1, S2) der Mittelelektrode (32) und der Masseelektrode (42) in einem kugelförmigen Bereich, in dem ein Abstand (R2) von einem Mittelpunkt (P) des Funkenspalts (R1) innerhalb von 0,6 mm hegt, kleiner oder gleich 0,95 mm2 sind und der Querschnitt (S2) der Masseelektrode (42) kleiner als der Querschnitt (S1) der Mittelelektrode (32) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspannungsquelle (50) dazu dient, an die Masseelektrode (42) eine erste Spannung anzulegen und an die Mittelelektrode (32) eine zweite Spannung anzulegen, die höher als die erste Spannung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, die für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, um das in eine Verbrennungskammer eingebrachte Kraftstoffgemisch zu zünden.
Zur Verbesserung der Kraftstoffgemischverbrennung kommt zum Beispiel herkömmlicherweise eine Mehrfachzündung zum Einsatz, bei der mehrere in derselben Verbrennungskammer vorgesehene Zündkerzen verwendet werden, oder wird die Ansaugluftmenge gesteigert, indem ein Einlasskanal mit vergrößertem Durchmesser verwendet wird.
Bei diesen die Verbrennung verbessernden Techniken steht einer Zündkerze nur begrenzter Platz zur Verfügung. Unter diesen Umständen sind eine Verkleinerung der Zündkerze wie auch eine Verkleinerung der Zündspule der Schlüssel zur effektiven Nutzung des begrenzten Verbrennungsraums.
Eine wirksame Vorgehensweise, mit der sich die Zündkerze und Zündspule verkleinern lassen, ist, den Funkenspalt, d. h. den Zwischenraum zwischen einer gegenüberliegend angeordneten Mittelelektrode und Masseelektrode, zu verkürzen. Dadurch lässt sich wirksam die Entladespannung, d. h. die zur Zündung des Kraftstoffgemischs erforderliche Spannung, verringern.
Während ihrer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten stießen die Erfinder jedoch auf den Umstand, dass sich die Entzündbarkeit des Kraftstoffgemischs durch einfaches Engermachen des Funkenspalts verschlechtert, da die Elektroden durch den engeren Funkenspalt bedingt das Wachstum des Flammenkerns behindern. Mit anderen Worten absorbierten die Elektroden die Flammenwärme, bevor der Flammenkern ausreichend wachsen konnte.
Die EP 0 800 247 A1 offenbart eine Zündvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Zündkerzen der Zündvorrichtung sind in zwei Gruppen aufgeteilt, wobei an die Mittelelektroden der ersten Zündkerzengruppe eine negative Spannung und an die Mittelelektroden der zweiten Zündkerzengruppe eine positive Spannung angelegt wird. Die Zündkerzen beider Gruppen haben einen Funkenspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode von 1,0 mm. Der Durchmesser der Mittelelektroden und Masseelektroden ist je nach Zündkerzengruppe verschieden eingestellt, beträgt aber nicht mehr als 0.9 mm. Im Fall der ersten Zündkerzengruppe ist der Durchmesser der Mittelelektrode, an die die negative Spannung angelegt wird, größer als der der Masseelektrode. Im Fall der zweiten Zündkerzengruppe ist der Durchmesser der Mittelelektrode, an die die positive Spannung angelegt wird, kleiner als der der Masseelektrode. Die Mittelelektrode und die Masseelektrode bestehen aus einer Platinlegierung oder einer Iridiumlegierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die trotz eines engeren Funkenspalts der Zündkerze eine angemessene Entzündbarkeit gewährleisten kann, so dass sich eine Verkleinerung der Zündkerze realisieren lässt, und mit der sich im Einsatz die Zündspule verkleinern lässt.
Um die obigen und andere verwandte Aufgaben zu lösen, sieht die Erfindung eine Zündvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 vor.
Bei der Zündkerze der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung findet eine Iridiumlegierung Verwendung. Aufgrund ihrer hervorragenden Haltbarkeit lässt sich durch die Iridiumlegierung die Haltbarkeit der Zündelektrode verbessern.
Wie von den Erfindern beabsichtigt, entspricht die Zündkerze einer kleineren Zündkerze mit einem Funkenspalt von weniger als 1,1 mm. Die Erfinder kamen zu einem optimalen Ergebnis, mit dem eine zufriedenstellende Entzündbarkeit gewährleistet werden konnte, wenn die Querschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode in einem kugelförmigen Bereich, in dem der Abstand vom Mittelpunkt des Funkenspalts innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 0,95 mm² waren.
Der Flammenkern tritt im Funkenspalt auf und wächst in Richtung der Verbrennungskammer. Mit anderen Worten begegnet der Flammenkern während des Wachstumsvorgangs der Masseelektrode und trifft auf sie auf. Angesichts dessen ist der Querschnitt der Masseelektrode kleiner als der Querschnitt der Mittelelektrode, um so zu verhindern, dass die Masseelektrode das Flammenwachstum behindert.
Bei der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung besteht die negative Elektrode (d. h. die Masseelektrode) aus einer Iridiumlegierung und die positive Elektrode (d. h. die Mittelelektrode) aus einer Iridiumlegierung oder einem anderen Metall. Aufgrund ihrer geringen Austrittsarbeit lässt die Iridiumlegierung die Elektronen naturgemäß leicht frei. Die Verwendung einer Iridiumlegierung für die negative Elektrode erlaubt es demnach, die Elektronen leicht von der negativen Elektrode abzulösen. Dementsprechend kann die erforderliche Entladungsspannung gesenkt oder verringert werden. Die Erfindung sieht also eine Zündvorrichtung vor, mit der sich im Einsatz die Zündspule verkleinern lässt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Zündvorrichtung ist die Mittelelektrode stabförmig und wird so von einem zylinderförmigen Metallanschlussstück getragen, dass ein ferner Endabschnitt der Mittelelektrode aus einem Ende des Metallanschlussstücks vorragt. Die Masseelektrode ist stabförmig und an einem Trageelement befestigt, das fest mit dem Metallanschlussstück verbunden ist. Das Trageelement weist einen nahen Abschnitt, der von dem einem Ende des Metallanschlussstücks aus gerade und parallel zur Mittelelektrodenachse verläuft, und einen fernen Abschnitt auf, der in der Mitte des Trageelements gebogen ist und die Masseelektrode trägt. Das freie Ende der Masseelektrode liegt einer Seitenfläche der Mittelelektrode gegenüber. Außerdem liegt das freie Ende der Masseelektrode am nächsten zur Mittelelektrode.
Diese Gestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Trageelement in der Mitte gebogen ist, so dass das freie Ende der Masseelektrode einer Seitenfläche der Mittelelektrode gegenüberliegt und dazwischen der Funkenspalt gebildet wird. Auf diese Weise kann die tatsächliche Länge von dem freien Ende der Masseelektrode zum Metallanschlussstück verkürzt werden. Der entlang des Trageelements verlaufende Wärmeweg ist so kurz, dass die Wärme der Masseelektrode ohne Schwierigkeiten zum Metallanschlussstück hin abgeführt werden kann. Die Entzündbarkeit lässt sich angemessen aufrecht erhalten. Abgesehen davon ist bei dieser Gestaltung das freie Ende der stabförmigen Masseelektrode am nächsten zur Mittelelektrode gelegen. Diese Gestaltung führt von der Mittelelektrode aus gesehen zu einem klaren und in einem engen Bereich fokussierten Entladungsziel. Dadurch lässt sich die Entzündbarkeit verbessern.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:
1 einen wesentlichen Teil einer Zündkerze gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel;
2 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Funkenspalt und Magergrenze;
3 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und Verbrennungsschwankungsgrad für verschiedene Elektrodendurchmesser;
4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Funkenspalt und Magergrenze A/F für verschiedene Elektrodendurchmesser;
5 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Mittelelektrodendurchmesser und Magergrenze A/F;
6 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Abstand R2 und Magergrenze A/F;
7 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen verstrichener Zeit und Flammenkerndurchmesser;
8 einen wesentlichen Teil einer Zündkerze bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 einen wesentlichen Teil einer Zündkerze bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
In den Zeichnungen sind identische Teile mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
Nicht zur Erfindung gehörendes Beispiel
1 zeigt einen wesentlichen Teil einer Zündkerze gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel. In 1 besteht ein Metallanschlussstück 10 aus Kohlenstoffstahl und ist durch Kaltschmieden oder einen Schneidevorgang in eine Zylinderform gebracht worden. 1 zeigt nur ein Ende des Metallanschlussstücks 10. Die Zündkerze wird mittels eines um das Metallanschlussstück 10 herum vorgesehenen Schraubabschnitts 11 an einem Motorkörper befestigt.
Von dem Innenraum des zylinderförmigen Metallanschlussstücks 10 wird eine Mittelelektrode 30 aufgenommen. Ein zwischen der Mittelelektrode 30 und der Innenwand des Metallanschlussstücks 10 gelegener Isolator 20 isoliert die Mittelelektrode 30 elektrisch von dem Metallanschlussstück 10. Die Mittelelektrode 30 ist stabförmig und verläuft in Längsrichtung der Zündkerze, d. h. in Längsrichtung des Metallanschlussstücks 10. Aus dem Metallanschlussstück 10 ragt ein ferner Endabschnitt der Mittelelektrode 30 vor.
Der ferne Endabschnitt der Mittelelektrode 30 setzt sich aus einem Basisabschnitt 31 aus einer Nickellegierung oder dergleichen und einer Spitze 32 aus einer Iridiumlegierung zusammen. Die Spitze 32 ist direkt auf den Basisabschnitt 31 geschweißt. Der Basisabschnitt 31 ist zu einem konischen Körper gestaltet und hat eine von der Unterseite des Basisabschnitts 31 zur Oberseite des Basisabschnitts 31 verlaufende konische oder sich verjüngende Oberfläche. Die Oberseite des Basisabschnitts 31 ist kleiner als die Unterseite des Basisabschnitts 31. Die Oberseite wie auch die Unterseite sind lotrecht zur Achse der Mittelelektrode 30. Die Spitze 32 ist zu einem zylinderförmigen Stab gestaltet, der sich von der Oberseite des Basisabschnitts 31 in Längsrichtung der Zündkerze gerade nach oben erstreckt.
Der Spitze 32 der Mittelelektrode 30 liegt eine Masseelektrode 40 gegenüber. Die Masseelektrode 40 setzt sich aus einer Spitze 42 aus einer Iridiumlegierung, die zu einem zylinderförmigen Stab gestaltet ist, und einem Trageelement 41 aus einer Nickellegierung oder dergleichen zusammen. Das Trageelement 41 trägt die Spitze 42.
Das Trageelement 41 ist stabförmig und an seinem nahen Ende an dem Metallanschlussstück 10 befestigt. Ein naher Abschnitt des Trageelements 41 verläuft von dem Metallanschlussstück 10 aus gerade und parallel zur Achse der Mittelelektrode 30, d. h. parallel zur Achse der Zündkerze. Von ungefähr der Mitte des Trageelements 41 aus biegt ein ferner Abschnitt des Trageelements 41 ab. Ein fernes Ende des Trageelements 41 hängt über der Spitze 32 (d. h. dem fernen Endabschnitt) der Mittelelektrode 30.
Die Spitze 32 der Mittelelektrode 30 wird im Folgenden als Mittelelektrodenspitze bezeichnet. Die Spitze 42 der Masseelektrode 40 wird im Folgenden als Masseelektrodenspitze bezeichnet.
Die Masseelektrodenspitze 42 ist über einen Basisabschnitt 43 aus einer Nickellegierung oder dergleichen mit einer Oberfläche des Trageelements 41 verschweißt. Die Masseelektrodenspitze 42 liegt der Mittelelektrodenspitze 32 gegenüber. Der Basisabschnitt 43 kann gegebenenfalls weggelassen werden.
Die Masseelektrodenspitze 42 verläuft von dem Basisabschnitt 43 aus gerade zur Mittelelektrodenspitze 32 hin. Die Mittelelektrodenspitze 32 und die Masseelektrodenspitze 42 sind aneinander gegenüberliegend angeordnet, so dass sie zwischen sich einen Funkenspalt bilden. Mit anderen Worten sind diese Spitzen 32 und 42 die am nächsten einander gegenüberliegenden Abschnitte der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40.
Der Funkenspalt R1, d. h. der Abstand zwischen der Mittelelektrodenspitze 32 und der Masseelektrodenspitze 42, beträgt weniger als 1,1 mm. Der Querschnitt S1 der Mittelelektrode 30 und der Querschnitt S2 der Masseelektrode 40 sind in einem kugelförmigen Bereich, in dem ein Abstand R2 vom Mittelpunkt P des Entladungsspalts R1 innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 0,95 mm². Der Abstand von dem Mittelpunkt P zur Mittelelektrodenspitze 32 ist gleich dem Abstand von dem Mittelpunkt P zur Masseelektrode 42. Wie in 1 gezeigt ist, definiert die Kugelfläche K eine Grenze für den angesprochenen Raum, in dem der Abstand R2 vom Mittelpunkt P innerhalb von 0,6 mm liegt. Die Mittelelektrodenspitze 32 und die Masseelektrode 42 liegen vollständig in dem Kugelraum K.
In diesem Zusammenhang steht S1 für einen zur Achse der Mittelelektrode 30 lotrechten Querschnitt der Mittelelektrodenspitze 32 und S2 für einen zur Achse der Masseelektrode 40 lotrechten Querschnitt der Masseelektrodenspitze 42. Beide Querschnitte S1 und S2 sind kleiner oder gleich 0,95 mm². Mit anderen Worten haben die Mittelelektrodenspitze 32 und die Masseelektrodenspitze 42 einen Querschnitt, dessen Durchmesser kleiner oder gleich 1,1 mm ist.
Die Beschränkung auf den angesprochenen Größenbereich für den Funkenspalt R1 und für die Querschnitte S1 und S2 der Mittelelektrodenspitze 32 und der Masseelektrodenspitze 42 gehen auf die von den Erfindern durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zurück. Die einzelnen Ergebnisse dieser Forschungs- und Entwicklungsarbeiten werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 erläutert.
Der bei diesem Beispiel verwendete Versuchskörper ist eine allgemein bekannte Zündkerze, die eine Mittelelektrode aus einem zylinder- und stabförmigen Körper aufweist, die einer rechteckigen, zu einem L-förmigen und stabförmigen Körper gestalteten Masseelektrode gegenüberliegt, so dass zwischen diesen ein Funkenspalt gebildet wird. Es wird kurz auf die durch ihren besonderen Aufbau bedingten Wirkungen der Mittelelektrode eingegangen, wobei sich ähnliche Wirkungen für die Masseelektrode ergaben.
2 zeigt Versuchsergebnisse, die im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen dem Funkenspalt (mm) und der Magergrenze erzielt wurden. Die Magergrenze wurde als Anhaltspunkt für die Entzündbarkeit verwendet. Die Magergrenze ist der höchste A/F-Wert bzw. das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, mit dem eine kontinuierliche Kraftstoffverbrennung ohne Fehlzündung gewährleistet werden kann. So lässt sich eine kontinuierliche Verbrennung gewährleisten, wenn der Verbrennungsschwankungsgrad PmiCOV (%) 15% beträgt. PmiCOV steht für den Streuungsgrad des mittleren effektiven Drucks zum Durchschnittswert. In dieser Hinsicht führt eine Senkung der Magergrenze zu einer Verschlechterung der Entzündbarkeit.
Durch Sicherstellen einer höheren Magergrenze lässt sich bei einem mageren A/F-Wert (d. h. mit einem Mindestverbrauch an Kraftstoff) die erforderliche Motorgeschwindigkeit oder die erforderliche Motorleistung erzielen. Mit anderen Worten können sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Emission verbessert werden.
Die Mittelelektrode der untersuchten Zündkerze hatte einen Durchmesser von 2,5 mm. Die Leistungsüberprüfung wurde bei Leerlaufgeschwindigkeit (800 U/min) durchgeführt, bei der der Motor harten Verbrennungsbedingungen unterlag. Wie aus 2 hervorgeht, ist die Magergrenze bei 14,6 im Großen und Ganzen gesättigt, wenn der Funkenspalt größer oder gleich 1,1 mm ist. Wenn der Funkenspalt dagegen kleiner als 1,1 mm ist, unterschreitet die Magergrenze 14,6 und verschlechtert sich daher in diesem Bereich die Entzündbarkeit.
3 zeigt Versuchsergebnisse, die im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen dem A/F-Wert und dem Verbrennungsschwankungsgrad für drei verschiedene Durchmesser (ϕ 2,5 mm, ϕ 1,1 mm, ϕ 0,4 mm) der Mittelelektrode bei einem 0,8 mm großen Funkenspalt erhalten wurden.
4 zeigt Versuchsergebnisse, die für die angesprochenen drei verschiedenen Durchmesser der Mittelelektrode im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen dem Funkenspalt (mm) und der Magergrenze A/F erhalten wurden. Wie vorstehend erläutert wurde, stellt die Magergrenze A/F einen Wert dar, bei dem ohne Fehlzündung eine kontinuierliche Verbrennung aufrecht erhalten und insbesondere ein Verbrennungsschwankungsgrad PmiCOV (%) von 15% erzielt werden kann. Der Zusammenhang in den 3 und 4 ergab sich, als der Versuchsmotor mit Leerlaufgeschwindigkeit (800 U/min) betrieben wurde.
Wie aus 3 hervorgeht, führt bei einem großem A/F-Wert eine größerer Unterschied beim Mittelelektrodendurchmesser zu einem größeren Unterschied beim Verbrennungsschwankungsgrad.
Wie aus 4 hervorgeht, nimmt die Magergrenze bei kleinem Funkenspalt ab und führt ein größerer Unterschied beim Mittelelektrodendurchmesser zu einem größeren Unterschied bei der Magergrenze A/F.
Aus den in den 3 und 4 gezeigten Versuchsergebnissen ergibt sich, dass die Magergrenze verglichen mit dem Fall ϕ 1,1 mm für den Fall ϕ 2,5 mm stark abnimmt. Allerdings gibt es bei der Magergrenze A/F keinen wesentlichen Unterschied zwischen dem Fall ϕ 1,1 mm und dem Fall ϕ 0,4 mm. Unter der Annahme, dass die Magergrenze ein Anhaltspunkt für die Entzündbarkeit ist, suchten die Erfinder daher nach einem optimalen Zusammenhang zwischen dem Elektrodendurchmesser (mm) und der Magergrenze.
5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Mittelelektrodendurchmesser (mm) und der Magergrenze A/F, der aus Versuchen gewonnen wurde, die mit einem Motor durchgeführt wurden, der bei einem Funkenspalt von 0,8 mm unter Leerlaufgeschwindigkeit (800 U/min) betrieben wurde. Aus den in 5 gezeigten Versuchsergebnissen ergibt sich, dass die Magergrenze stabil ist, wenn der Mittelelektrodendurchmesser kleiner oder gleich 1,1 mm (Querschnitt = 0,95 mm²) ist.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Abstand R2 und der Magergrenze A/F, der sich aus einem Versuch ergab, bei dem der Motor bei einem Funkenspalt von 0,8 mm unter Leerlaufgeschwindigkeit (800 U/min) betrieben wurde. Der Elektrodendurchmesser betrug 1,1 mm.
Aus dem in 6 gezeigten Ergebnis ergibt sich, dass die Magergrenze bei 15,1 im Großen und Ganzen gesättigt ist, wenn der Abstand R2 größer oder gleich 0,6 mm ist. Die Magergrenze unterschreitet allerdings 15,1, wenn der Abstand R2 kleiner als 0,6 mm ist, weshalb sich in diesem Bereich die Entzündbarkeit verschlechtert. Mit anderen Worten lässt sich folgern, dass sich die Entzündbarkeit deutlich verschlechtert, wenn der Elektrodendurchmesser in dem kugelförmigen Bereich, in dem der Abstand R2 innerhalb von 0,6 mm liegt, dicker als 1,1 mm ist.
7 zeigt den Zusammenhang zwischen der verstrichenen Zeit und dem Flammenkerndurchmesser (mm), der anhand des Wachstums eines Flammenkerns ermittelt wurde, das während eines tatsächlichen Motorbetriebs überwacht wurde. Der Flammenkerndurchmesser steht für die Größe (Durchmesser) einer Flamme, die beim Zünden eines Kraftstoffgemischs durch eine Zündkerze erzeugt wird.
Aus 7 ergibt sich, dass die Flamme rasch wächst, nachdem der Flammenkerndurchmesser 1,2 mm überschritten hat. Die dargestellte Tendenz wird gewöhnlich für verschiedene A/F-Bedingungen festgestellt, auch wenn die Zeit, die der Flammenkerndurchmesser zum Erreichen von 1,2 mm benötigt, von den A/F-Bedingungen abhängt.
Aus den in den 6 und 7 gezeigten Ergebnissen lässt sich schließen, dass der Elektrodendurchmesser in einem kugelförmigen Bereich, in dem der Abstand R2 von dem Mittelpunkt P des Funkenspalts R1 innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 1,1 mm (entspricht einem Durchmesser von 0,95 mm²) sein sollte.
Wie vorstehend beschrieben ist, bestehen die Mittelelektrode 32 wie auch die Masseelektrode 42 in diesem Beispiel aus einer Iridiumlegierung mit hervorragender Haltbarkeit. Somit kann die Haltbarkeit dieser Elektroden verbessert werden. Allerdings lässt sich die Haltbarkeit der Zündkerzenelektroden auch dann verbessern, wenn nur für die Mittelelektrode 32 oder Masseelektrode 42 eine Iridiumlegierung verwendet wird.
Das beschriebene Beispiel basiert also auf einer kleineren Zündkerze mit einem Funkenspalt R1 von weniger als 1,1 mm. Die Erfinder konnten daher als optimiertes Ergebnis festhalten, dass sich eine zufriedenstellende Entzündbarkeit gewährleisten lässt, wenn die Querschnitte S1 und S2 der Mittelelektrode 32 und der Masseelektrode 42 in einem kugelförmigen Bereich, in dem der Abstand R2 von dem Mittelpunkt P des Funkenspalts R1 innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 0,95 mm² (entspricht einem Elektrodendurchmesser von 1,1 mm) sind. Eine diese Bedingung erfüllende Elektrode ist ausreichend dünn und behindert daher das Wachstum des Flammenkerns nicht. Es lässt sich daher eine angemessene Entzündbarkeit gewährleisten.
Wenn der Basisabschnitt 31 der Mittelelektrode 30, der Basisabschnitt 43 der Masseelektrode 40 oder das Trageelement 41 innerhalb des durch den Abstand R2 = 0,6 mm definierten kugelförmigen Bereichs gelegen ist, sollte der entsprechende Abschnitt durch maschinelle Bearbeitung verkleinert werden, so dass der Querschnitt kleiner oder gleich 0,95 mm² ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
8 zeigt einen wesentlichen Teil einer Zündkerze bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in 8 gezeigte Zündkerze zeichnet sich dadurch aus, dass der Durchmesser der Masseelektrodenspitze 42 kleiner als der der Mittelelektrode 32 ist.
Die Masseelektrodenspitze 42, d. h. der gegenüberliegende Abschnitt der Masseelektrode 40, besteht aus einer Iridiumlegierung. Die Mittelelektrode 32 besteht aus einer Platinlegierung. Allerdings könnte die Mittelelektrodenspitze 32 auch aus einer Iridiumlegierung bestehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Funkenspalt zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 kleiner oder gleich 1,1 mm und sind die Querschnitte dieser Elektroden 30 und 40 in einem Bereich, in dem der Abstand R2 von dem Mittelpunkt P des Funkenspalts R1 innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 0,95 mm².
Eine Zündspannungsquelle 50 sorgt zwischen der Mittelelektrodenspitze 32 und der Masseelektrodenspitze 42 für eine Entladung. Die an die Masseelektrodenspitze 42 angelegte Spannung ist niedriger als die an die Mittelelektrodenspitze 32 angelegte Spannung. Genauer gesagt bringt die Zündspannungsquelle 50 auf die Mittelelektrodenspitze 32 eine positive Spannung auf, während die Masseelektrodenspitze 42 geerdet ist. Die Zündspannungsquelle 50 bringt also eine erste Spannung auf eine aus einer Iridiumlegierung bestehende Elektrode und eine zweite Spannung, die höher als die erste Spannung ist, auf die andere Elektrode auf.
Die Masseelektrode 40 unterliegt hohen Temperaturen, da sie verglichen mit der Mittelelektrode 30 nahe zur Mitte der Verbrennungskammer liegt. Eine in dem Spalt zwischen der Mittelelektrodenspitze 32 und der Masseelektrodenspitze 42 auftretende Entladung trennt die Teilchen in Elektronen und positive Ionen. Da an die Mittelelektrode 30 eine positive Spannung angelegt wird, treffen die Elektronen auf der Mittelelektrodenspitze 32 auf, während die positiven Ionen auf der Masseelektrodenspitze 42 auftreffen.
Die Masse eines positiven Ions ist größer als die eines Elektrons. Daher besteht die Tendenz, dass die Masseelektrodenspitze 42 von den positiven Ionen stark abgetragen wird.
Angesichts dessen muss die Masseelektrodenspitze 42 haltbar bzw. gegenüber Wärme und Verschleiß beständig sein. Das ist der Grund, warum die Masseelektrodenspitze 42 aus einer Iridiumlegierung besteht.
Ein in dem Funkenspalt zwischen der Mittelelektrodenspitze 32 und der Masseelektrodenspitze 42 erzeugter Flammenkern wächst zur Mitte der Verbrennungskammer hin. Die Masseelektrodenspitze 42 begegnet daher einem wachsenden Flammenkern. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Masseelektrodenspitze 42 jedoch dünner als die Mittelelektrodenspitze 32. Dadurch lässt sich soweit wie möglich verhindern, dass die Masseelektrodenspitze 42 das Wachstum des Flammenkerns behindert.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Masseelektrode 40 mit der Iridiumlegierungsspitze geerdet und auf die der Masseelektrode 40 gegenüberliegende Mittelelektrode 30 wird eine positive Spannung aufgebracht. Die Iridiumlegierung hat eine geringe Austrittsarbeit und lässt daher naturgemäß leicht Elektronen frei. Dies stabilisiert wirksam den Entladungsfunken und senkt die Entladungsspannung.
Zweites Ausführungsbeispiel
9 zeigt einen wesentlichen Teil einer Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in 9 gezeigte Zündkerze zeichnet sich dadurch aus, dass die Masseelektrode und ihr Trageelement gegenüber der in 8 gezeigten Zündkerze abgewandelt sind.
Im Einzelnen ist die Masseelektrodenspitze 42 stabförmig und über ein stabförmiges Trageelement 41 an dem einen Ende des zylinderförmigen Metallanschlussstücks 10 befestigt. Das Trageelement 41 weist einen nahen Abschnitt, der von dem Metallanschlussstück 10 aus gerade und parallel zur Achse der Mittelelektrode 30 (d. h. der Mittelelektrodenspitze 32) verläuft, und einen fernen Abschnitt auf, der in der Mitte des Trageelements 41 gebogen ist, so dass das freie Ende 42a der Masseelektrodenspitze 42 einer Seitenfläche der Mittelelektrode 30 gegenüberliegt. Außerdem ist das freie Ende 42a der Masseelektrodenspitze 42 am nächsten zur Mittelelektrode 30 gelegen.
Das andere Ende der Masseelektrodenspitze 42 ist mit dem Trageelement 41 verschweißt. Das freie Ende 42a der Masseelektrodenspitze 42 ist bezüglich der Achse der Masseelektrodenspitze 42 abgeschrägt. Zwischen der Mittelelektrodenspitze 32 und der abgeschrägten oder geneigten Oberfläche des freien Endes 42a der Masseelektrodenspitze 40 ist ein Entladungsspalt R1 gebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Entladungsspalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode kleiner oder gleich 1,1 mm und sind die Querschnitte dieser Elektroden in einem kugelförmigen Bereich, in dem der Abstand R2 von dem Mittelpunkt P des Entladungsspalts R1 innerhalb von 0,6 mm liegt, kleiner oder gleich 0,95 mm².
Die Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels zeichnet sich dadurch aus, dass das stabförmige Trageelement 41 in seiner Mitte gebogen ist, so dass das freie Ende 42a der Masseelektrodenspitze 42 einer Seitenfläche der Mittelelektrodenspitze 32 gegenüberliegt und dadurch den Funkenspalt R1 bildet. Auf diese Weise kann die tatsächliche Länge von dem freien Ende 42a der Masseelektrodenspitze 42 zum Metallanschlussstück 10 verkürzt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher der Wärmeweg, der von der Masseelektrode 42 aus entlang des Trageelements 41 zum Metallanschlussstück 10 verläuft, so kurz, dass die Wärme der Masseelektrode 42 ohne Schwierigkeiten in das Metallanschlussstück 10 abgeführt werden kann. Dadurch kann die Entzündbarkeit angemessen aufrecht erhalten werden.
Abgesehen davon ist das freie Ende 42a der stabförmigen Masseelektrodenspitze 42 bei diesem Ausführungsbeispiel am nächsten zur Mittelelektrodenspitze 32 gelegen. Diese Gestaltung führt von der Mittelelektrode aus gesehen zu einem klaren und in einem engen Bereich fokussierten Entladungsziel. Dadurch lässt sich die Entzündbarkeit verbessern.
Die Erfindung lässt sich in verschiedenen Formen ausführen, ohne von den aufgezeigten wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sollen dabei nur der Veranschaulichung dienen. Der genaue Schutzumfang der Erfindung ist den Patentansprüchen zu entnehmen.

Claims

Zündvorrichtung mit einer Zündkerze und einer Zündspannungsquelle (50), wobei die Zündkerze mit einer Mittelelektrode (32) und einer Masseelektrode (42) versehen ist, die einander gegenüberliegend beabstandet sind, zumindest die Masseelektrode (42) aus einer Iridiumlegierung besteht, ein Funkenspalt (R1) zwischen der Mittelelektrode (32) und der Masseelektrode (42) weniger als 1,1 mm beträgt, Querschnitte (S1, S2) der Mittelelektrode (32) und der Masseelektrode (42) in einem kugelförmigen Bereich, in dem ein Abstand (R2) von einem Mittelpunkt (P) des Funkenspalts (R1) innerhalb von 0,6 mm hegt, kleiner oder gleich 0,95 mm² sind und der Querschnitt (S2) der Masseelektrode (42) kleiner als der Querschnitt (S1) der Mittelelektrode (32) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspannungsquelle (50) dazu dient, an die Masseelektrode (42) eine erste Spannung anzulegen und an die Mittelelektrode (32) eine zweite Spannung anzulegen, die höher als die erste Spannung ist.
Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittelelektrode (32) stabförmig ist und so von einem zylinderförmigen Metallanschlussstück (10) getragen wird, dass ein ferner Endabschnitt der Mittelelektrode (32) aus einem Ende des zylinderförmigen Metallanschlussstücks (10) vorragt, die Masseelektrode (42) stabförmig ist und an einem fest mit dem zylinderförmigen Metallanschlussstück (10) verbundenen Trageelement (41) befestigt ist, das Trageelement (41) einen nahen Abschnitt, der von dem einen Ende des zylinderförmigen Metallanschlussstücks (10) aus gerade und parallel zur Mittelelektrodenachse verläuft, und einen fernen Abschnitt aufweist, der in der Mitte des Trageelements (41) gebogen ist, so dass das freie Ende der Masseelektrode (42) einer Seitenfläche der Mittelelektrode (32) gegenüberliegt, und das freie Ende der Masseelektrode (42) am nächsten zur Mittelelektrode (32) liegt.