Zündsystem für Ottomotoren
Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Zündsystem für Ottomotoren, mit einer im Verbrennungsraum angeordneten
Zündkerze, der über ein elektrisches System intervallweise Energie zur Erzeugung
eines Zündfunkens im Spalt zwischen den beiden Elektroden zugefÜhrt wird. Zündsysteme
der obengenannten Art sind allgemein bekannt. Diese bekannten Zündsysteme weisen
jedoch den Nachteil auf, dass zur Sicherstellung eines ausreichenden Zündfunkens
mit sich vergrösserndem Abbrand der Elektroden, diesen höhere Zündspannungen zugeführt
werden müssen. Neue Zündkerzen mit scharfkantigen, sauberen Elektroden und einer
genau eingestellten Funkenstrecke ergeben einen schnellen und zuverlässigen Zündfunken
bei einer mitUeren Zündspannung. Zündkerzen nützen sich beim normalen Gebrauch jedoch
verhältnismässig schnell ab. Der Zündfunke erodiert das Metall der Elektroden und
rundet hierbei scharfe Kanten ab, die einen hohen elektrostatischen Gradienten erzeugen
und eine gute Ionisierung der umgebenden Luft vor einer Leitung ergeben.
Die
gleiche Erosion des Metalls der Elektroden vergrössert die Funken-, strecke, die
durch den Zündfunken übersprungen werden muss. Jede digser Veränderungen erhöht
die Zündspannung, die vorhanden sein muss, um einen sicheren Zündfunken zu erzeugen.
Diese Erhöhung der Zündspannung erhöht in unerwünschter Weise die im Zündfunken
freiwerdende Energie. Diese Umstände haben dazu geführt, dass das elektrische System
zur Erzeugung des Zündfunkens auf eine viel höhere elektrische Leistung ausgelegt
werden musste , als sie z. B. fUr eine neue Zündkerze erforderlich wäre, um eine
annehmbare Lebensdauer der Zündkerzen zu erreichen. Dieser Ausweg ist etwas widersinnig,
da die bei einer abgenützten Zündkerze und erhöhter Zündspannung im Zündfunken freiwerdende
Energie die Erosion des Metalls der Elektroden weiter verstärkt und schliesslich
zum Versagen der Zündkerze fLzhrt. Dieses Versagen tritt oft dann ein, wenn die
Ablagerungen von Kohlenstoff und Bleisalzen, die im Verbrennungsraum unvermeidbar
auftreten, eine Nebenschlussverbindung für den Zündstrom herstellen und so das Entstehen
eines Zündfunkens verhindern, wenn die Zündspannung an der Zündkerze infolge der
vergrösserten Funkenstrecke und der abgerundeten Elektrodenkanten vergrössert werden
n--iss. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Zündsystem der
obengenannten Art zu schaffen, bei dem die obengenannten Nachteile der verhältnismässig
schnellen Erosion der Elektroden der Zündkerzen und der damit verbundene, durch
die erforderliche erhöhte Zündspannung verursachte hohe elektrische Leistungsbedarf
vermieden wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, in
dem ein herkömmliches Zündsystem so umgestaltet wird, dass es die Kombination folgender
Merkmale enthält: a) eine der beiden Elektroden ist aus Feingold bzw einer Feingold-Legierung
mit einem solchen Anteil eines Nicht-Gold-Metalls hergestellt, durch den der Widerstand
von Feingold gegen Schmelzen und Abbrand erhöht und der Widerstand gegen Oxydation
unter den im Verbrennungsraum herrschenden Bedingungen jedoch nicht wesentlich verringert
wird.
b) Die Gold-Elektrode steht in inniger wärmeleitender Verbindung
mit einer Einbettung entsprechender. Masse und Wärmeleitfähigkeit, durch die die
von der Gold-Elektrode erreichten Temperaturen auf einen zulässigen Wert begrenzt
werden. c) Die Gold-Elektrode ist in an sich bekannter Weise mit zumindest einer
Kante geringeren°Radiuses versehen, durch die der elektrostatische Gradient örtlich
stark erhöht und die umgebende Luft ionisiert wird. d) Das elektrische System besteht
in an sich bekannter Weise aus einer, aus einem Eisenkern, einer Primär- und Sekundärwicklung
gebildeten Hochspannungsquelle, die jedoch nur auf die elektrische Leistung ausgelegt
ist, die zur Erzeugung eines Zündfunkens über die Gold-Elektrode unter den Bedingungen
des höchsten Druckes im Verbrennungsraum erforderlich ist. Die Zündspannung in Verbindung
mit der Funkenstrecke wird hierbei vorteilhafter Weise so variiert, dass die im
Zündfunken freiwerdende Energie nicht wesentlich überein Milijoule beträgt. Die
Anwendung einer aus Feingold bzw aus einer Feingold-Legierung bestehenden Elektrode
verhindert die oben erwähnte Erosion der Elektroden der Zündkerzen fast gänzlich.
Hierbei ist überrascht festzustellen, dass hierzu nur eine der Elektroden aus Feingold
bzw einer Feingold-Legierung hergestellt sein muss. Die andere Elektrode kann aus
der bekannten Legierung auf Nickelbasis bestehen, -die seit langem f.ir die Herstellung
von Elektroden von Zündkerzen verwendet wird. Die Gold-Elektrode muss nicht aus
Rein- oder Fein-Gold sein, sondern kann gut mit anderen Metallen legiert werden,
die die Verdampfbarkeit von Gold verringern oder seinen Schmelzpunkt erhöhen. Chrom
und Palladium sind Beispiele zweier solcher Metalle, die mit dem Gold legiert werden
können. Der Goldanteil soll hinreichend hoch gehalten werden, so dass die besondere
und einzigartige Oxydationsbeständigkeit des Goldes nicht wesentlich verringert
wird.
Zumindest ein Teil der Gold-Elektrode sollte eine scharfe
Kante aufweisen, um die für die Erzeugung eines Zündfunkens erforderliche Zündspannung
niedrig zu halten. Die Gold-Elektrode muss in inniger wärmeleitender Verbindung
mit einer Einbettung aus Metall entsprechender Masse und h'ärmeleitfähigkeit stehen,.durch
die eine unzulässige Temperaturerhöhung der Gold-Elektrode vermieden wird. Die Anwendung
einer Gold-Elektrode in einem ansonsten herkömmlichen Zündsystem vermeidet die Erhöhung
der Zündspannung, die bei der Verwendung von Zündkerzen mit herkömmlichen Elektroden
mehr und bei Nndkerzen mit Platin-Elektroden weniger auftritt. Diese niedrige und
gleichbleibende Zündspannung macht es möglich, das elektrische System, welches intervallweise
Energie zur Erzeugung eines Zündfunkens liefert, so auszulegen, dass wesentlich
höhere.Ztindspannungen als sie für das Erzeugen eines Zündfunkens mit
den
neuen Gold-Elektroden erforderlich sind, nicht erzeugt werden können.
Das macht es möglich, ein wirtschaftlicheres elektrisches System zu entwickeln,
das gleichzeitig zuverlässiger im Betrieb ist. Die Isolationsprobleme-im gesamten
Zündsystem sind hierbei weit weniger schwierig und die Strombelastung der Kontaktpunkte
kann verringert werden. In gleicher Weise
ergeben sich bei der Beherrschung
höherer Motordrehzahlen weniger Schwierigkeiten, da die i1.ir die Zündspule erforderliche
elektrische Energie wesentlich geringer ist. Die auf der beiliegenden Zeichnung
gezeigte Figur ist ein Diagramm, an dessen Abszisse die Motorumdrehungen in Umdrehungen/Min
und an dessen Ordinate die Zündspannung in KV angegeben sind. Die verschiedenen
Kurven zeigen die bei verschiedenen Betriebsbedingungen erforderlichen Zündspannungen
für eine Zündkerze mit herkömmlichen Elektroden und einer Funkenstrecke von 0,762
mm (0,030 inches). Die gestrichelte Linie, die mit Beschleunigungs-ZÜndspannung
bezeichnet ist, gibt die Zündspannung an, die zur Erzeugung eines sicheren Zündfunkens
erforderlich ist, wenn die Drosselklappe des Ottomotors plötzlich in ihre weit geöffnete
Stellung gebracht wird. Dies ist die Zündspannung, die wie in Merkmal. d) des Patentanspruchs
1 angegeben, zur Erzeugung eines Zündfunkens unter den Bedingungen des höchsten
Druckes im Verbrennungsraum 'erforderlich ist.
Der Raum zwischen
der gestrichelten Linie und der obersten Linie mit der Bezeichnung Verfügbare-Zündspannung
stellt die Zündspannungs-Leistungsfähigkeit des elektrischen Systems dar, die bei
der Verwendung von Gold-Elektroden nicht mehr erforderlich ist. Ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Gold-Elektrode wird auf einfachste
Weise durch Verändern der Mittelelektrode einer herkömmlichen Zündkerze erhalten.
Das letzte Stück der Mittelelektrode in einer Länge von 6 bis 12 mm wird durch ein
Stück Golddraht von etwa 1,6 mm Durchmesser ersetzt und mit dem restlichen Teil
der Mittelelektrode durch Schweissen verbunden. Das Ende des Golddrahtes wird vierkantig
geformt und gegenüber der äusseren Ringelektrode so eingestellt, dass eine Funkenstrecke
von 0,726 mm entsteht. In einem Zündsystem mit einer solchen Gold-Elektrode kann
das übrige elektrische System wirtschaftlicher ausgelegt werden, da für die Erzeugung
eines sicheren Zündfunkens an der Gold-Elektrode keine Zündspannungen über 12 000
Volt erforderlich sind. Die tatsächlich im Zündfunken freiwerdende Energie kann
hierbei auf nicht mehr als ein Milijoule begrenzt werden und infolge der konstant
bleibenden Funkenstrecke sogar auf die Hälfte verringert werden. Ignition system for gasoline engines The present invention relates to an ignition system for gasoline engines, with a spark plug arranged in the combustion chamber, to which energy is supplied at intervals via an electrical system to generate an ignition spark in the gap between the two electrodes. Ignition systems of the above type are generally known. However, these known ignition systems have the disadvantage that, in order to ensure a sufficient ignition spark as the burn-off of the electrodes increases, they have to be supplied with higher ignition voltages. New spark plugs with sharp-edged, clean electrodes and a precisely set spark gap result in a fast and reliable ignition spark with a moderate ignition voltage. However, spark plugs wear out relatively quickly during normal use. The ignition spark erodes the metal of the electrodes and rounds off sharp edges that generate a high electrostatic gradient and result in good ionization of the surrounding air in front of a pipe. The same erosion of the metal of the electrodes increases the spark gap that must be jumped over by the ignition spark. Each and every change increases the ignition voltage, which must be present in order to generate a reliable ignition spark. This increase in ignition voltage undesirably increases the energy released in the ignition spark. These circumstances have led to the fact that the electrical system for generating the ignition spark had to be designed for a much higher electrical output than is required e.g. B. would be required for a new spark plug in order to achieve an acceptable life of the spark plugs. This way out is somewhat nonsensical, since the energy released in the ignition spark with a worn spark plug and increased ignition voltage further intensifies the erosion of the metal of the electrodes and ultimately leads to the failure of the spark plug. This failure often occurs when the deposits of carbon and lead salts, which inevitably occur in the combustion chamber, create a shunt connection for the ignition current and thus prevent the occurrence of an ignition spark when the ignition voltage on the spark plug increases as a result of the enlarged spark gap and the rounded electrode edges will be n - iss. The object of the present invention is therefore to create an ignition system of the above-mentioned type in which the above-mentioned disadvantages of the relatively rapid erosion of the electrodes of the spark plugs and the associated high electrical power requirement caused by the required increased ignition voltage are avoided. According to the present invention, this object is achieved in that a conventional ignition system is redesigned so that it contains the combination of the following features: a) One of the two electrodes is made of fine gold or a fine gold alloy with such a proportion of a non-gold metal produced by which the resistance of fine gold to melting and burn-off increases and the resistance to oxidation is not significantly reduced under the conditions prevailing in the combustion chamber. b) The gold electrode is in an intimate, thermally conductive connection with a corresponding embedding. Mass and thermal conductivity, which limit the temperatures reached by the gold electrode to a permissible value. c) The gold electrode is provided in a manner known per se with at least one edge of a smaller ° radius, through which the electrostatic gradient is locally greatly increased and the surrounding air is ionized. d) The electrical system consists in a manner known per se of a high-voltage source formed from an iron core, a primary and secondary winding, which, however, is only designed for the electrical power required to generate an ignition spark via the gold electrode under the conditions of highest pressure in the combustion chamber is required. The ignition voltage in connection with the spark gap is here advantageously varied in such a way that the energy released in the ignition spark is not substantially equal to one milijoule. The use of an electrode made of fine gold or a fine gold alloy prevents the above-mentioned erosion of the spark plug electrodes almost entirely. It is surprising to find that for this purpose only one of the electrodes has to be made of fine gold or a fine gold alloy. The other electrode can consist of the known nickel-based alloy which has long been used for the manufacture of electrodes for spark plugs. The gold electrode does not have to be made of pure or fine gold, but can be easily alloyed with other metals that reduce the vaporizability of gold or increase its melting point. Chromium and palladium are examples of two such metals that can be alloyed with the gold. The gold content should be kept high enough so that the special and unique oxidation resistance of gold is not significantly reduced. At least part of the gold electrode should have a sharp edge in order to keep the ignition voltage required for generating an ignition spark low. The gold electrode must be in an intimate, thermally conductive connection with an embedding of metal of appropriate mass and thermal conductivity, through which an inadmissible increase in temperature of the gold electrode is avoided. The use of a gold electrode in an otherwise conventional ignition system avoids the increase in the ignition voltage, which occurs more when using spark plugs with conventional electrodes and less when using spark plugs with platinum electrodes. This low and constant ignition voltage makes it possible to design the electrical system, which supplies energy at intervals to generate an ignition spark, in such a way that significantly higher ignition voltages than are necessary for generating an ignition spark with the new gold electrodes cannot be generated . This makes it possible to develop a more economical electrical system that is also more reliable in operation. The insulation problems in the entire ignition system are far less difficult and the current load on the contact points can be reduced. In the same way , there are fewer difficulties in controlling higher engine speeds, since the electrical energy required for the ignition coil is significantly lower. The figure shown in the accompanying drawing is a diagram with the engine revolutions in revolutions per minute on the abscissa and the ignition voltage in KV on the ordinate. The various curves show the ignition voltages required under various operating conditions for a spark plug with conventional electrodes and a spark gap of 0.762 mm (0.030 inches). The dashed line, which is labeled with the acceleration ignition voltage, indicates the ignition voltage that is required to generate a reliable ignition spark when the throttle valve of the gasoline engine is suddenly moved to its wide open position. This is the ignition voltage as in feature. d) of claim 1 specified, for generating an ignition spark under the conditions of the highest pressure in the combustion chamber 'is required. The space between the dashed line and the top line labeled Available Ignition Voltage represents the ignition voltage capability of the electrical system, which is no longer required when using gold electrodes. A preferred exemplary embodiment of a gold electrode according to the invention is obtained in the simplest manner by changing the center electrode of a conventional spark plug. The last piece of the center electrode with a length of 6 to 12 mm is replaced by a piece of gold wire about 1.6 mm in diameter and connected to the remaining part of the center electrode by welding. The end of the gold wire is shaped square and set in relation to the outer ring electrode in such a way that a spark gap of 0.726 mm is created. In an ignition system with such a gold electrode, the rest of the electrical system can be designed more economically, since no ignition voltages above 12,000 volts are required to generate a reliable ignition spark on the gold electrode. The energy actually released in the ignition spark can be limited to no more than one milijoule and, as the spark gap remains constant, even reduced by half.