DE10329269B4

DE10329269B4 - Zündkerze mit mindestens zwei Mittelelektroden

Info

Publication number: DE10329269B4
Application number: DE2003129269
Authority: DE
Inventors: Dittmar Klett; Dietrich Trachte; Thomas Kaiser; Dirk Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: DE10329269A1

Abstract

Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse (21), in dem ein Isolator (22) angeordnet ist, und mit einer ersten Masseelektrode (23a) und einer zweiten Masseelektrode (23b), wobei die erste und die zweite Masseelektrode (23a, 23b) am Gehäuse (21) festgelegt sind, wobei in einer ersten Längsbohrung (35a) des Isolators (22) ein erster Mittelleiter (31a) und in einer zweiten Längsbohrung (35b) des Isolators (22) ein zweiter Mittelleiter (31b) vorgesehen ist, wobei der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumseitigen Ende (36a) eine erste Mittelelektrode (41a) und der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumseitigen Ende (36b) eine zweite Mittelelektrode (41b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine ebene Stirnfläche (24) aufweist, die von den Längsachsen der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) geschnitten wird, dass der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der zweiten Masseelektrode (23b) mindestens dem 1,1-fachen des Abstandes zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der ersten...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 3, 17, 18 sowie nach einer Vorrichtung mit einer Zündkerze.

Aus der DE 195 34 340 C1 , der DE 44 31 143 A1 und der EP 0 101 547 B1 ist eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt, die ein zylindrisches Gehäuse aufweist, in dem ein Isolator angeordnet ist. Der Isolator weist eine Längsbohrung auf in der ein Mittelleiter vorgesehen ist. Der Mittelleiter umfasst an seinem brennraumseitigen Ende eine Mittelelektrode und an seinem dem Brennraum abgewandten Ende ein Anschlusselement. Am Gehäuse ist mindestens eine Masseelektrode festgelegt. Durch Anlegen einer Hochspannung bildet sich zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ein Zündfunke aus, durch den ein Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet werden kann.

Hierbei ist nachteilig, dass insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine eine zuverlässige Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs nicht sicher gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Zündkerze mit mindestens zwei in Längsbohrungen des Isolators angeordneten Mittelleitern hat demgegenüber den Vorteil, dass gleichzeitig oder aufeinanderfolgend zwei Zündfunken erzeugt werden können. Hierdurch wird die Entflammwahrscheinlichkeit insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine deutlich verbessert.

Dieser Vorteil wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 3, 17, 18 erreicht.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Zündkerze möglich.

Da das Luft-Kraftstoff-Gemisch an zwei Zündorten entflammt wird, wird zudem die Flammausbreitung, also das Flammkernwachstum, deutlich beschleunigt. Eine verbesserte Flammausbreitung bewirkt insbesondere in der Startphase eine Verminderung des HC-Anteils im Abgas. Zudem kann bei gleicher Verbrennungsgüte eine höhere Abgasrückführung realisiert werden.

Der erste und der zweite Mittelleiter weist an seinem brennraumseitigen Ende jeweils eine Mittelelektrode und an seinem brennraumfernen Ende jeweils ein Anschlusselement auf.

Bei einer Ausführungsform weist die Zündkerze eine Masseelektrode auf, deren Abstand zu der ersten und der zweiten Mittelelektrode innerhalb der Fertigungstoleranzen gleich ist. Damit bildet sich eine erste Funkenstrecke zwischen der ersten Mittelelektrode und der Masseelektrode und eine zweite Funkenstrecke zwischen der zweiten Mittelelektrode und der Masseelektrode aus. Unter einem Abstand zweier Elektroden ist im Rahmen dieser Anmeldung immer der kleinste Abstand zwischen den Elektroden zu verstehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zündkerze eine erste und eine zweite Masseelektrode auf. Die Anordnung der Masseelektroden und der Mittelelektroden beeinflusst die Lage der beiden Funkenstrecken, durch die die Entflammwahrscheinlichkeit und die Geschwindigkeit des Flammkernwachstums beeinflusst wird. Es hat sich als vorteillhaft erwiesen, die Abstände zwischen den Masseelektroden und den Mittelelektroden so zu gestalten, dass sich eine erste Funkenstrecke zwischen der ersten Masseelektrode und der ersten Mittelelektrode und eine zweite Funkenstrecke zwischen der zweiten Masseelektrode und der zweiten Mittelelektrode ausbildet. Hierdurch kann der Abstand zwischen den beiden Funkenstrecken vergrößert werden, wodurch die Entflammwahrscheinlichkeit und die Geschwindigkeit des Flammkernwachstums weiter verbessert wird. Diese Vorteile ergeben sich auch bei einer Anordnung, bei der der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode um mindestens 30 Prozent, insbesondere um mindestens 50 Prozent größer ist als der Abstand zwischen der ersten Masseelektrode und der ersten Mittelelektrode und/oder als der Abstand zwischen der zweiten Masseelektrode und der zweiten Mittelelektrode. Mit dem Abstand der Mittelelektroden ist der kleinste Abstand der brennraumseitigen Enden der beiden Mittelelektroden gemeint. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Durch eine Schaltungsanordnung wird an den ersten und den zweiten Mittelleiter getrennt voneinander jeweils ein Hochspannungszündimpuls angelegt, durch den der Zündfunken erzeugt wird. Werden die beiden Hochspannungszündimpulse nahezu zeitgleich über die jeweiligen Anschlusselemente an die beiden Mittelleiter angelegt, so entstehen auch die beiden Zündfunken gleichzeitig, was ein sehr schnelles Durchbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemischs, also ein sehr schnelles Flammkernwachstum zur Folge hat. Damit verkürzt sich auch der Druckverlauf im Brennraum, so dass zur Verbesserung der Leistung der Brennkraftmaschine ein Zündzeitpunkt gewählt werden kann, der näher am oberen Totpunkt des Kolbens liegt.

Alternativ können die beiden Hochspannungszündimpulse mit einer definierten Verzögerung an die beiden Mittelleiter angelegt werden, wodurch die Geräuschentwicklung vermindert wird.

Um eine Entladung zwischen dem ersten und dem zweiten Mittelleiter zu vermeiden, sind die beiden Mittelleiter im Isolator galvanisch getrennt angeordnet, wobei die Wandstärke des Isolators zwischen den beiden Mittelleitern mindestens 1,0 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm beträgt.

Vorteilhaft beträgt der Abstand zwischen den beiden Mittelelektroden mindestens 1,4 mm und liegt insbesondere im Bereich von 1,7 mm bis 4,5 mm, bevorzugt bei 1,9 mm. Hierdurch werden zum einen Überschläge zwischen den Mittelelektroden vermieden, und zum anderen sind die Funkenstrecken (unabhängig von Anzahl und Lage der Masseelektroden) so weit voneinander beanstandet, dass die Entflammwahrscheinlichkeit und das Flammkernwachstum verbessert wird.

Um Überschläge zwischen den beiden Anschlusselementen zu vermeiden, sind die Anschlusselemente innerhalb der Längsbohrungen des Isolators versenkt angeordnet oder schließen zumindest bündig mit dem brennraumfernen Ende des Isolators ab. Bevorzugt sind die Anschlusselemente in der jeweiligen Längsbohrung des Isolators um mindestens 5 mm versenkt angeordnet. Alternativ sind die beiden Anschlusselemente bezüglich der Längsachse der Zündkerze um mindestens 10 mm, vorzugsweise um 15 mm bis 30 mm zueinander versetzt angeordnet.

Die Erfindung lässt sich für Zündkerzen mit Luftfunkenstrecken, für Zündkerzen mit Gleitfunkenstrecken und für Zündkerzen mit Luftfunken- und Gleitfunkenstrecke realisieren. Die Masseelektroden können entsprechend als Dachelektroden und/oder als seitliche Elektroden ausgestaltet sein. Ebenso kann eine sich bügelförmig über die Mittelelektroden erstreckende Masseelektrode vorgesehen sein. Die Erfindung lässt sich ebenso auf Zündkerzen übertragen, bei denen die Masseelektrode ringförmig ausgestaltet ist und durch den dem Brennraum zugewandten ringförmigen Endabschnitt des Gehäuses gebildet wird.

Vorteilhaft liegt der brennraumseitige Durchmesser der Mittelelektrode im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Mittelelektrode mit eingesintertem Edelmetallstift erwiesen, wie sie beispielsweise in der EP 0 101 547 B1 beschrieben ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode und der Masseelektrode beziehungsweise der ersten Masseelektrode (erster Zündfunke) ungefähr halb so groß wie der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode und der Masseelektrode beziehungsweise der zweiten Masseelektrode (zweiter Zündfunke). Durch die Schaltungsanordnung wird der erste Zündfunke um ungefähr 1 bis 2 ms vor dem zweiten Zündfunken erzeugt. Hierdurch wird erreicht, dass mit einer sehr niedrigen Zündspannung ein Zündfunke zwischen zwei Elektroden mit einem großen Elektrodenabstand (nämlich der zweite Zündfunke) erzeugt werden kann. Hierzu wird zunächst der erste Zündfunke erzeugt, für den aufgrund des vergleichsweise geringen Elektrodenabstands nur eine geringe Zündspannung erforderlich ist. Durch den ersten, zeitlich früheren Zündfunken wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch ionisiert, so dass zur Erzeugung des zweiten, zeitlich späteren Zündfunkens nur noch eine geringe Zündspannung erforderlich ist. Trotz der geringeren Zündspannung kann bei einem derartigen Aufbau ein langer Zündfunke, also ein Zündfunke zwischen Elektroden mit vergleichsweise großem Elektrodenabstand, erzeugt werden, wobei die Nachteile eines Zündfunkens zwischen Elektroden mit vergleichsweise kleinem Elektrodenabstand vermieden werden.

Es steht im Belieben des Fachmanns, die Erfindung auf Anordnungen mit mehr als zwei Mittelelektroden, beispielsweise auf drei oder vier Mittelelektroden zu übertragen. Entsprechend der Zahl der Mittelelektroden wird der Fachmann in Analogie zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen auch Zahl und Anordnung der Masseelektroden auswählen.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 und 2 zeigen als erstes und als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkerze, die 3 bis 6 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung als Aufsichten entlang der Längsachse der Zündkerze auf das brennraumseitige Ende der Zündkerze, und 7 zeigt einen Ausschnitt des brennraumseitigen Endabschnitts einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze im Längsschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze 10 mit einem brennraumseitigen Ende 15 und einem brennraumfernen Ende 16. Die Zündkerze weist ein im wesentlichen rohrförmiges metallisches Gehäuse 21 auf, in dem ein keramischer Isolator 22 angeordnet ist. In den Isolator 22 ist eine erste und eine zweite stufenförmige Längsbohrung 35a, 35b eingebracht, in der ein erster und ein zweiter Mittelleiter 31a, 31b angeordnet ist.
Der erste Mittelleiter 31a weist an seinem brennraumseitigen Ende 36a eine erste Mittelelektrode 41a auf, die aus Platin oder aus einer Edelmetalllegierung mit einem hohen Platinanteil besteht und die in den Isolator 22 spaltfrei eingesintert ist. Das brennraumseitige Ende der ersten Mittelelektrode 41a schließt bündig mit einer dem Brennraum zugewandten Stirnfläche 24 des Isolators 22 ab. Der erste Mittelleiter 31a umfasst weiterhin einen ersten Metallkörper 43a, der aus einer Nickellegierung besteht und an seinem einen Endabschnitt eine Spitze aufweist, die in Kontakt zu dem brennraumfernen Ende der ersten Mittelelektrode 41a steht. Der erste Mittelleiter 31a umfasst weiterhin eine erste elektrisch leitfähige Vergussmasse 44a, die sich direkt an das brennraumferne Ende des ersten Metallkörpers 43a anschließt, und ein erstes Anschlusselement 42a, das sich wiederum an das brennraumferne Ende der ersten Vergussmasse 44a anschließt. Die Zündkerze 10 kann mittels des ersten Anschlusselements 42a mit einer außerhalb der Zündkerze 10 angeordneten Schaltungsanordnung 52 elektrisch verbunden werden, durch die eine Hochspannung an den ersten Mittelleiter 31a angelegt werden kann. Das erste Anschlusselement 42a ist in der ersten Längsbohrung 35a innerhalb des Isolators 22 um 8 mm, allgemein um mindestens 5 mm, versenkt angeordnet.
Der zweite Mittelleiter 31b umfasst eine zweite Mittelelektrode 41b, einen zweiten Metallkörper 43b, eine zweite Vergussmasse 44b und ein zweites Anschlusselement 42b und entspricht in seinem Aufbau dem ersten Mittelleiter 31a. Der zweite Mittelleiter 31b ist ebenfalls mit der Schaltungsanordnung 52 elektrisch verbunden.
An dem Gehäuse 21 sind eine erste und eine zweite Masseelektrode 23a, 23b festgelegt. Die Masseelektroden 23a, 23b sind S-förmig geschwungen und weisen ausgehend vom Gehäuse 21 einen in Richtung des Isolators 22 abgebogenen Abschnitt auf der in einen vom Isolator 22 weggebogenen Abschnitt übergeht. Die Masseelektroden 23a, 236 sind überwiegend seitlich vom Isolator 22 angeordnet und stehen mit einem Teilabschnitt über die Stirnfläche 24 des Isolators 22 über. Die Mittelelektroden 41a, 41b und die Masseelektroden 23a, 23b liegen in Aufsicht (siehe 5) auf einer Linie und sind bezüglich einer Längsachse 51 der Zündkerze 10 symmetrisch angeordnet. Die erste Masseelektrode 23a ist benachbart zur ersten Mittelelektrode 41a angeordnet, so dass der Abstand zwischen der ersten Masseelektrode 23a und der zweiten Mittelelektrode 41b größer ist als der Abstand zwischen der ersten Masseelektrode 23a und der ersten Mittelelektrode 41a. Beim Anlegen einer Hochspannung an den ersten Mittelleiter 31a bildet sich somit eine Funkenstrecke zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der ersten Masseelektrode 23a aus. Aufgrund der seitlichen Anordnung der ersten Masseelektrode 23a verläuft der Zündfunke entlang der Oberfläche des Isolators 22 und zwischen Isolator 22 und der ersten Masseelektrode 23a. Beim Anlegen einer Hochspannung an den zweiten Mittelleiter 31b bildet sich entsprechend eine Funkenstrecke zwischen der zweiten Mittelelektrode 41b und der zweiten Masseelektrode 23b aus.
Die Mittelelektroden 41a, 41b weisen an ihrem brennraumseitigen Ende einen Durchmesser von 0,6 mm auf. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b beträgt 1,9 mm. Die Wandstärke des Isolators 22 zwischen den Mittelelektroden 41a, 41b, allgemein zwischen den Mittelleitern 31a, 31b, beträgt mindestens 1,5 mm.
Die 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Zündkerze 10, wobei einander entsprechende Elemente im zweiten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 bezeichnet sind. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des ersten und des zweiten Anschlusselements 42a, 42b. Das erste Anschlusselement 42a ist gegenüber dem zweiten Anschlusselement 42b versetzt angeordnet, um Überschläge zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusselement 42a, 42b zu vermeiden. Der Versatz der beiden Anschlusselemente 42a, 42b in Richtung der Längsachse 51 der Zündkerze 10 beträgt 10 mm.
Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Anordnungen der Mittelelektroden 41a, 41b und der Masseelektrode 23 beziehungsweise der Masseelektroden 23a, 23b in Aufsicht in der in 1 angegebenen Richtung. Einander entsprechende Elemente sind in den 3 bis 6 mit denselben Bezugszeichen wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bezeichnet.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist eine seitlich neben dem Isolator 22 angeordnete und die Stirnfläche 24 des Isolators 22 in Längsrichtung der Zündkerze 10 nur um höchstens die Breite der Masseelektrode 23 überragende Masseelektrode 23 vorgesehen. Die Form der Masseelektrode 23 und die Lage der Masseelektrode 23 bezüglich Gehäuse 21 und Isolator 22 entsprechen damit der Masseelektrode 23a gemäß den 1 oder 2. Die brennraumseitige Stirnfläche der Mittelelektroden 41a, 41b schließt bündig mit der Stirnfläche 24 des Isolators 22 ab. Die Masseelektrode 23 ist in der Mittelebene zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b angeordnet. Dabei ist unter der Mittelebene die Ebene zu verstehen, die senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen der brennraumseitigen Stirnfläche der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b steht und die diese Verbindungslinie in ihrer Mitte schneidet. Damit ist der Abstand der Masseelektrode 23 von der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b (innerhalb der Fertigungstoleranzen) gleich. Bei Anlegen einer Spannung bilden sich zwischen der Masseelektrode 23 und der ersten beziehungsweise der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b Gleitfunken aus. Bei einer alternativen Ausführung (nicht dargestellt) ragen bei ansonsten gleicher Anordnung wie in 3 die Masseelektrode und die Mittelelektroden so weit über die Stirnfläche des Isolators, dass sich bei Anlegen einer Spannung zwischen der Masseelektrode und den Mittelelektroden Luftfunken ausbilden. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist eine weitere Masseelektrode vorgesehen, die der Masseelektrode 23 gegenüberliegend ebenfalls in der Mittelebene zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b angeordnet ist.
Die Ausführungsform gemäß 4 weist eine als Dachelektrode ausgebildete Masseelektrode 23 auf, die sich über der Stirnfläche 24 des Isolators 22 bis zur Längsachse 51 der Zündkerze 10 erstreckt. Die Masseelektrode 23 liegt damit in der Mittelebene zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b und in Aufsicht zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b. Damit ist der Abstand der Masseelektrode 23 zu der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b gleich.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform, die eine Aufsicht auf die Zündkerzen gemäß 1 und 2 darstellt, sind eine erste und eine zweite Masseelektrode 23a, 23b vorgesehen, die wie bei der Ausführungsform in 3 seitlich neben dem Isolator 22 angeordnet sind. Alternativ ragen bei ansonsten gleicher Anordnung wie in 5 die Masseelektroden und die Mittelelektroden so weit über die Stirnfläche des Isolators, dass sich bei Anlegen einer Spannung zwischen den Masseelektroden und den jeweiligen Mittelelektroden Luftfunken ausbilden.
Die Ausführungsform gemäß 6 weist eine erste und eine zweite Masseelektrode 23a, 23b auf, die als Dachelektroden ausgebildet sind, die also in dem Luftraum über der ersten beziehungsweise der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b angeordnet sind. Die erste beziehungsweise zweite Masseelektrode 23a, 23b überdeckt in Aufsicht einen Teilbereich der ersten beziehungsweise zweiten Mittelelektrode 41a, 41b. Bei einer alternativen Ausführungsform überdecken die erste und zweite Masseelektrode 23a, 23b die entsprechenden Mittelelektroden 41a, 41b vollständig oder zumindest weitgehend. Zwischen der ersten Masseelektrode 23a und der ersten Mittelelektrode 41a sowie zwischen der zweiten Masseelektrode 23b und der zweiten Mittelelektrode 41b bilden sich bei Anlegen einer Spannung Luftfunken aus.
7 zeigt eine Ausführungsform der ersten und zweiten Mittelelektrode 41a, 41b. Die Mittelelektroden 41a, 41b sind als Nickelelektroden ausgeführt und weisen an ihrem brennraumseitigen Ende jeweils eine erste und eine zweite Edelmetallspitze 61a, 61b auf. Die Edelmetallspitzen 61a, 61b werden durch Schweißen (beispielsweise Laserschweißen oder Widerstandsschweißen), durch Löten oder durch Fließpressen auf die jeweilige Mittelelektrode 41a, 41b aufgebracht. Die Edelmetallspitzen können alternativ auch weggelassen werden.
Die in den 1 und 2 aufgezeigten alternativen Anordnungen der brennraumfernen Enden des ersten und zweiten Mittelleiters 42a, 42b können beliebig mit den in den 3 bis 6 aufgezeigten Anordnungen der Masseelektroden 23, 23a, 23b und der Mittelelektroden 41a, 41b kombiniert werden.
Bei den in den 1, 2, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei Masseelektroden 23a, 23b vorgesehen. Bei den beschriebenen Anordnungen sind die Funkenstrecken weit voneinander entfernt, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch an vergleichsweise weit voneinander entfernten Orten entzündet wird. Dies wirkt sich positiv auf die Entflammbarkeit und das Flammkernwachstum aus. Für die folgenden Ausführungen sei der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der ersten Masseelektrode 23a mit d₁₁, der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der zweiten Masseelektrode 23b mit d₁₂, der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode 41b und der ersten Masseelektrode 23a mit d₂₁, der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode 41b und der zweiten Masseelektrode 23b mit d₂₂ und der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b mit d₀ bezeichnet. Die Anordnung der Masseelektroden 23a, 23b und der Mittelelektroden 41a, 41b (1, 2, 5 und 6) weist folgende Merkmale auf:
d₁₁ < d₁₂, bevorzugt 1,2 × d₁₁ ≤ d₁₂
d₂₂ < d₂₁, bevorzugt 1,2 × d₂₂ ≤ d₂₁
|d₁₁ – d₂₂| ≤ 0,2 mm, bevorzugt |d₁₁ – d₂₂| ≤ 0,1 mm
|d₁₂ – d₂₁| ≤ 0,2 mm, bevorzugt |d₁₂ – d₂₁| ≤ 0,1 mm
1,3 × d₁₁ ≤ d₀, bevorzugt 1,5 × d₁₁ ≤ d₀
1,3 × d₂₂ ≤ d₀, bevorzugt 1,5 × d₂₂ ≤ d₀
Bei den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist nur eine Masseelektrode 23 vorgesehen. Für die folgenden Ausführungen sei der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der Masseelektrode 23 mit d₁, der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode 41b und der Masseelektrode 23 mit d₂ und der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b mit d₀ bezeichnet. Die Anordnung der Masseelektrode 23 und der Mittelelektroden 41a, 41b (3 und 4) weist folgende Merkmale auf:
|d₁ – d₂| ≤ 0,2 min, bevorzugt |d₁ – d₂| ≤ 0,1 mm
1,3 × d₁ ≤ d₀, bevorzugt 1,5 × d₁ ≤ d₀
1,3 × d₂ ≤ d₀, bevorzugt 1,5 × d₂ ≤ d₀
Bei den Ausführungsbeispielen der 4 und 6 beträgt d₁₁ und d₂₂ beziehungsweise d₁ und d₂ jeweils 1 mm. Der Fachmann wird je nach Anwendungsbereich der Zündkerze auch andere Elektrodenabstände, bevorzugt im Bereich von 0,6 min bis 1,3 mm, auswählen.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1, 2, 3 und 5 beträgt d₁₁ und d₂₂ beziehungsweise d₁ und d₂ jeweils 1,5 mm. Der Fachmann wird je nach Anwendungsbereich der Zündkerze auch andere Elektrodenabstände, bevorzugt im Bereich von 1,0 mm bis 1,8 mm, auswählen.
Die Mittelleiter 31a, 31b sind an ihrem brennraumfernen Ende 42a, 42b mit einer außerhalb der Zündkerze 10 angeordneten Schaltungsanordnung 52 verbunden, mit der eine Hochspannung an den ersten und den zweiten Mittelleiter 31a, 31b angelegt werden kann. Durch die Hochspannung bildet sich eine Funkenentladung an der ersten beziehungsweise der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b aus. Da die beiden Mittelleiter 31a, 31b voneinander galvanisch getrennt angeordnet sind, können die Funkenentladungen unabhängig voneinander erzeugt werden.
Um eine besonders hohe Entflammwahrscheinlichkeit und ein verbessertes Flammkernwachstum zu erreichen, wird die Hochspannung an den ersten und den zweiten Mittelleiter 31a, 31b gleichzeitig oder zumindest nahezu gleichzeitig, nämlich mit einem zeitlichen Abstand von höchstens 50 μs angelegt.
Alternativ kann das Steuergerät so ausgelegt sein, dass die Hochspannung an den ersten und den zweiten Mittelleiter 31a, 31b mit einem definierten zeitlichen Abstand angelegt wird. Durch diese Maßnahme wird die Geräuschentwicklung des Motors vermindert. Hierzu wird ein zeitlicher Abstand der Funkenentladungen an der ersten und der zweiten Mittelelektrode 41a, 41b gewählt, der einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 2 bis 4 Grad, vorzugsweise von 2.5 bis 3 Grad entspricht. Der Kurbelwellenwinkel ist dem Fachmann allgemein bekannt und in Automotive Handbook, Robert Bosch GmbH, 1996, 4^th edition beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 6 entspricht der Abstand der ersten Masseelektrode 23a zur ersten Mittelelektrode 41a ungefähr der Hälfte des Abstandes der zweiten Masseelektrode 23b zur zweiten Mittelelektrode 41b, das heißt d₁₁/d₂₂ ≈ 0,5. Allgemein hat sich ein Verhältnis
0,3 ≤ d₁₁/d₂₂ ≤ 0,8
als geeignet erwiesen. Bevorzugt wird die Zündspannung an den zweiten Mittelleiter 316 mit einem Abstand von 1 bis 2 ms nach der Zündspannung an den ersten Mittelleiter 31a angelegt. Für den ersten Zündfunken zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der ersten Masseelektrode 23a ist aufgrund des geringeren Elektrodenabstands eine geringe Zündspannung erforderlich. Durch den ersten Zündfunken wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch ionisiert. Damit ist zur Erzeugung eines Zündfunkens zwischen der zweiten Mittelelektrode 41b und der zweiten Masseelektrode 23b eine deutlich geringere Zündspannung erforderlich als ohne diesen ersten Zündfunken. Somit kann bei großem Elektrodenabstand (für den zweiten Zündfunken) ein Zündfunke mit einer niedrigen Zündspannung erzeugt werden. Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich auch auf die Ausführungsformen gemäß den 1 bis 5 übertragen. Bei nur einer Masseelektrode ist die Masseelektrode asymmetrisch anzuordnen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist so zu modifizieren, dass die Masseelektrode 23 bezüglich der Längsachse der Zündkerze 10 im Bereich über der ersten Mittelelektrode 41a angeordnet ist, so dass der Abstand d₁ zwischen der ersten Mittelelektrode 41a und der Masseelektrode 23 kleiner ist als der Abstand d₂ zwischen der zweiten Mittelelektrode und der Masseelektrode, wobei
0,3 ≤ d₁/d₂ ≤ 0,8,
bevorzugt d₁/d₂ ≈ 0,5 erfüllt ist.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt und lässt sich auf verschiedene Zündkerzentypen übertragen.

Claims

Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse (21), in dem ein Isolator (22) angeordnet ist, und mit einer ersten Masseelektrode (23a) und einer zweiten Masseelektrode (23b), wobei die erste und die zweite Masseelektrode (23a, 23b) am Gehäuse (21) festgelegt sind, wobei in einer ersten Längsbohrung (35a) des Isolators (22) ein erster Mittelleiter (31a) und in einer zweiten Längsbohrung (35b) des Isolators (22) ein zweiter Mittelleiter (31b) vorgesehen ist, wobei der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumseitigen Ende (36a) eine erste Mittelelektrode (41a) und der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumseitigen Ende (36b) eine zweite Mittelelektrode (41b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (22) eine ebene Stirnfläche (24) aufweist, die von den Längsachsen der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) geschnitten wird, dass der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der zweiten Masseelektrode (23b) mindestens dem 1,1-fachen des Abstandes zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der ersten Masseelektrode (23a) entspricht, und/oder dass der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode (41b) und der ersten Masseelektrode (23a) mindestens dem 1,1-fachen des Abstandes zwischen der zweiten Mittelelektrode (41b) und der zweiten Masseelektrode (23b) entspricht, und dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) mindestens dem 1,3-fachen des Abstandes zwischen der ersten Masseelektrode (23a) und der ersten Mittelelektrode (41a) und/oder mindestens dem 1,3-fachen des Abstandes zwischen der zweiten Masseelektrode (23b) und der zweiten Mittelelektrode (41b) entspricht.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Abstand zwischen der ersten Masseelektrode (23a) und der ersten Mittelelektrode (41a) und dem Abstand zwischen der zweiten Masseelektrode (23b) und der zweiten Mittelelektrode (41b) höchstens 0,2 mm, insbesondere höchstens 0,1 mm beträgt.
Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse (21), in dem ein Isolator (22) angeordnet ist, und mit einer am Gehäuse (21) festgelegten Masseelektrode (23), wobei in einer ersten Längsbohrung (35a) des Isolators (22) ein erster Mittelleiter (31a) und in einer zweiten Längsbohrung (35b) des Isolators (22) ein zweiter Mittelleiter (31b) vorgesehen ist, wobei der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumseitigen Ende (36a) eine erste Mittelelektrode (41a) und der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumseitigen Ende (36b) eine zweite Mittelelektrode (41b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Abstand zwischen der Masseelektrode (23) und der ersten Mittelelektrode (41a) und dem Abstand zwischen der Masseelektrode (23) und der zweiten Mittelelektrode (41b) höchstens 0,2 mm beträgt.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumfernen Ende (37a) ein erstes Anschlusselement (42a) umfasst, und dass der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumfernen Ende (37a) ein zweites Anschlusselement (42b) umfasst.
Zündkerze nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) mindestens dem 1,3-fachen, insbesondere mindestens dem 1,5-fachen des Abstandes zwischen der Masseelektrode (23) und der ersten und/oder zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) entspricht.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Mittelelektrode (41a, 41b) an ihrem brennraumseitigen Endabschnitt einen Durchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,6 mm, aufweist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) mindestens 1,4 mm beträgt und insbesondere im Bereich von 1,7 mm bis 4,5 mm, bevorzugt bei 1,9 mm liegt.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Isolators (22) zwischen dem ersten und dem zweiten Mittelleiter (31a, 31b) mindesten 1 mm, vorzugsweise mindestens 1,5 mm, beträgt.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Mittelleiter (31a, 31b) galvanisch getrennt voneinander angeordnet sind.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Anschlusselement (42a, 42b) bezüglich einer Längsachse (51) der Zündkerze (10) um mindestens 10 mm, vorzugsweise um 15 mm bis 30 mm zueinander versetzt angeordnet sind.
Zündkerze nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Anschlusselement (42a, 42b) innerhalb der Längsbohrung (35a, 35b) des Isolators (22) angeordnet ist und bündig mit dem brennraumfernen Ende (16) des Isolators (22) abschließt oder in der Längsbohrung (35a, 35b) des Isolators (22) versenkt, vorzugsweise um mindestens 5 mm versenkt angeordnet ist.
Vorrichtung mit einer Zündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Schaltungsanordnung (52) zum Anlegen einer Hochspannung an den ersten und an den zweiten Mittelleiter (31a, 31b), wodurch eine erste Funkenentladung an der ersten Mittelelektrode (41a) und eine zweite Funkenentladung an der zweiten Mittelelektrode (41b) entsteht, wobei durch die Schaltungsanordnung (41) der Zeitpunkt der Funkenentladungen in Relation zu einem Kurbelwellenwinkel einstellbar ist, wobei die Hochspannung derart an die Mittelleiter (31a, 31b) angelegt wird, dass der zeitliche Abstand der Funkenentladungen an der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) einem Kurbelwellenwinkel von höchstens 5 Grad entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand der Funkenentladungen an der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 2 bis 4 Grad, vorzugsweise von 2,5 bis 3 Grad entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand der Funkenentladungen an der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) höchstens 100 μs, vorzugsweise höchstens 50 μs beträgt.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der zweiten Masseelektrode (236) mindestens dem 1,2-fachen, des Abstandes zwischen der ersten Mittelelektrode (41a) und der ersten Masseelektrode (23a) entspricht, und/oder dass der Abstand zwischen der zweiten Mittelelektrode (41b) und der ersten Masseelektrode (23a) mindestens dem 1,2-fachen, des Abstandes zwischen der zweiten Mittelelektrode (41b) und der zweiten Masseelektrode (23b) entspricht.
Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Abstand zwischen der Masseelektrode (23) und der ersten Mittelelektrode (41a) und dem Abstand zwischen der Masseelektrode (23) und der zweiten Mittelelektrode (41b) höchstens 0,1 mm beträgt.
Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse (21), in dem ein Isolator (22) angeordnet ist, und mit einer ersten Masseelektrode (23a) und einer zweiten Masseelektrode (23b), wobei die erste und die zweite Masseelektrode (23a, 23b) am Gehäuse (21) festgelegt sind, wobei in einer ersten Längsbohrung (35a) des Isolators (22) ein erster Mittelleiter (31a) und in einer zweiten Längsbohrung (35b) des Isolators (22) ein zweiter Mittelleiter (31b) vorgesehen ist, wobei der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumseitigen Ende (36a) eine erste Mittelelektrode (41a) und der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumseitigen Ende (36b) eine zweite Mittelelektrode (41b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten Masseelektrode (23a) und der ersten Mittelelektrode (41a) 30 bis 80 Prozent des Abstandes zwischen der zweiten Masseelektrode (23b) und der zweiten Mittelelektrode (41b) beträgt.
Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse (21), in dem ein Isolator (22) angeordnet ist, und mit einer am Gehäuse (21) festgelegten Masseelektrode (23), wobei in einer ersten Längsbohrung (35a) des Isolators (22) ein erster Mittelleiter (31a) und in einer zweiten Längsbohrung (35b) des Isolators (22) ein zweiter Mittelleiter (31b) vorgesehen ist, wobei der erste Mittelleiter (31a) an seinem brennraumseitigen Ende (36a) eine erste Mittelelektrode (41a) und der zweite Mittelleiter (31b) an seinem brennraumseitigen Ende (36b) eine zweite Mittelelektrode (41b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Masseelektrode (23) und der ersten Mittelelektrode (41a) 30 bis 80 Prozent des Abstandes zwischen der Masseelektrode (23) und der zweiten Mittelelektrode (41b) beträgt.
Vorrichtung mit einer Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 17 oder 18 und mit einer Schaltungsanordnung (52) zum Anlegen einer Hochspannung an den ersten und an den zweiten Mittelleiter (31a, 31b), wodurch eine erste Funkenentladung an der ersten Mittelelektrode (41a) und eine zweite Funkenentladung an der zweiten Mittelelektrode (41b) entsteht, wobei die Hochspannung derart an die Mittelleiter (31a, 31b) angelegt wird, dass der zeitliche Abstand der Funkenentladungen an der ersten und der zweiten Mittelelektrode (41a, 41b) 1 bis 2 ms beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenentladung an der ersten Mittelelektrode (41a) 1 bis 2 ms, vorzugsweise 1,5 ms, vor der Funkenentladung an der zweiten Mittelelektrode (41b) erfolgt.