DE1576667A1

DE1576667A1 - Elektrische Zuendvorrichtung,insbesondere Zuendkerze fuer Verbrennungsmotor

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Publication number: DE1576667A1
Application number: DE19671576667
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ENTWICKLUNG und APPBAU DIPL IN
Current assignee: ENTWICKLUNG und APPBAU DIPL IN
Priority date: 1967-05-22
Filing date: 1967-05-22
Publication date: 1970-11-26
Also published as: US3515925A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

N-NR. 2/21418 4β3 eocHUM, 20.5.1967 XX/Be Postschließfach 24 BO Ihr Zeichen Fernruf 6 60 31 und 6 4314

BergstraBe 1S9 Telegr.: Stuhlmannpatent

Gesellschaft für Entwicklung und Apparatebau Dipl.-Ing. Georg J. Rickhey & Co. KG., Witten-Heven, Wannen 82

Elektrische Zündvorrichtung! insbesondere Zündkerze für Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft eine elektrische Zündvorrichtung, insbesondere Zündkerze für Verbrennungsmotor, bei welcher das axial vorgezogene freie Ende der Außenelektrode haubenartig ausgebildet ist und das vordere, isolationsfreie Ende der Innenelektrode mittels einer in der Haubenstirnwand vorgesehenen öffnung als Ringelektrode umgibt, wobei die Haube in dem der Haubenstirnwand vorgelagerten zylindrischen Wandungsteil vorzungsweise zwei sich diametral gegenüberliegende, radiale Entlastungsbohrungen aufweist, so daß der von der Haube mit Bezug auf die Innenelektrode umschlossene Ringraum eine nur teilweise verdämmte Zündkammer bildet.

Zündvorrichtungen bzw. Zündkerzen dieser Ausbildung haben den Vorzug, die Vorteile von herkömmlichen Zündkerzen mit Zünd-Vorkammer und axialem Gasausstoß im Bereich des stirnseitigen Ringspaltes und solchen mit die Innenelektrode stirnseitig hakenförmig übergreifenden Außenelektroden miteinander zu vereinigen, ohne deren Nachteile aufzuweisen. Während sie gegenüber den Zündkerzen mit hakenförmiger Außenelektrode alle Vorteile der Zündkerzen mit Zünd-Vorkammer und axialem Gasausstoß haben, vermeiden sie infolge der radialen Entlastungsbohrungen in der Haube deren wesentlichen Nachteile, insbesondere den der Schußkanal-Wirkung, die wegen des zu intensiven axialen

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Gasausstoßes häufig zu einer unzulässig hohen Überhitzung und damit zu einer vorzeitigen Zerstörung des Kolbenbodens führt.

Trotz dieser Vorzüge hat die gattungsgemäße Zündvorrichtung bzw. Zündkerze den Mangel, daß der für die gleichmäßige Umwälzung und Durchmischung des vergasten bzw. vernebelten Brennstoffes mit der Luft innerhalb des Zylinders benötigte intensive Gasausstoß aus der Zund-Vorkammer an dem stirnseitigen Ringspalt in Verbindung mit der normalerweise ohnehin auftretenden Funkenerosion einen noch zu hohen Verschleiß insbesondere am Innenrand der in der Haubenstirnwand vorgesehenen, die Innenelektrode ringförmig umgebenden öffnung hervorruft .

Um die insbesondere von diesem Verschleiß abhängige Lebensdauer der Zündvorrichtung bzw. Zündkerze wesentlich zu verlängern, kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß der das vordere isolationsfreie Ende der Innenelektrode als Ringelektrode umgebende, radial nach innen vorspringende Teil der Haubenstirnwand durch einen Ring aus einem hochhitzebeständigen und gegenüber Funkenerosion hochverschleißfesten Metall oder einer Metallegierung mit gutem elektrischem Leitwert, z.B. Wolfram, Titan od. dgl·, gebildet ist. Es hat sich gezeigt, daß es durch den Einsatz eines solchen Ringes möglich ist, die verschleißbedingte Lebensdauer der Kerze beträchtlich zu verlängern, zumal der auf Funkenerosion beruhende Abbrand der Elektroden infolge der ringförmigen Büschel-Entladung im Bereich des Ringspaltes ohnehin erheblich geringer ist als bei herkömmlichen Zündkerzen mit hakenförmiger Außenelektrode. Gegenüber dieser wesentlichen Verlängerung der verschleißbedingten Lebensdauer fällt der mit der Verwendung eines solchen Metallringee naturgemäß verbundene höhere Aufwand kaum nennenswert ins Gewicht.

Dies gilt insbesondere für den Fall, daß der Metallring gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem gesinterten Wolfram-Preßling besteht, da sich dieser

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auf verhältnismäßig einfache Weise unter Einhaltung genau vorbestimmter Abmessungen herstellen und mit zuverlässigem Paßsitz in der Ausnehmung am Haubenstirnende befestigen läßt.

Zu diesem Zweck ist der Metallring vorteilhaft mindestens außenseitig schwach konisch ausgebildet und in eine innenseitig entsprechend geneigte Ausnehmung am Stirnende der Haube auswechselbar eingesetzt sowie gegen willkürliches Lösen gesichert« Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß der Metallring in die Ausnehmung am Stirnende der Haube eingeschrumpft wird, doch ist es auch möglich, den Metallring in der Ausnehmung durch Umbördeln des Ausnehmungsrandes in seiner Lage gegen Axialverschiebung zu sichern.

Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist der Metallring in Achsrichtung stärker als die Stirnwand der Haube bemessen, wobei er je nach dem gewünschten Wärmewert mit seiner vorderen Stirnfläche über die Stirnfläche der Haube vorspringt, mit dieser abschließt oder gegenüber dieser zurückspringt. Soll der Metallring mit seiner vorderen Stirnfläche über die Stirnfläche der Haube hinausragen, wird er zweckmäßig von innen her in die Ausnehmung eingesetzt, während er im umgekehrten Falle, d.h. im Falle seines axialen Zurückspringens gegenüber der Haubenstirnfläche, von außen her in die Ausnehmung eingesetzt und eingeschrumpft bzw. durch Umbördeln des vorderen Ausnehmungsrandes in seiner Lage gesichert wird.

Innenseitig ist der Metallring über mindestens einen Teil seiner axialen Länge koaxial zur Innenelektrode ausgebildet, während der sich hieran zum freien Ende hin anschließende Längenabschnitt der innenwand düsenförmig erweitert bzw. konisch abgefast ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Metallring innenseitig in Abständen über den Innenumfang verteilt angeordnete, unter einem kleinen Winkel zur Längsachse geneigte Drallnuten aufweist, da diese den Umwälzvorgang im Motorzylinder im Sinne einer intensiveren Vermischung des Brennstoff-Luft-Gemisches erheblich verbessern. 009848/0326

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Die erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehene Herstellung des Metallringes aus einem gesinterten Wolfram-Preßling gestattet nicht nur die Einhaltung der für die Erzielung eines befriedigenden Paßsitzes notwendigen äußerst kleinen Abmessungstoleranzen, sondern bietet auch auf einfachste Weise die Möglichkeit, die Formgebung des Metallringes einschließlich der am Innenumfang vorgesehenen Drallnuten den jeweiligen technischen Forderungen entsprechend zu variieren bzw. anzupassen.

Obschon die Innenelektrode in Üblicher Weise aus Elektrodenstahl oder z.B. aus einer Nickel-Mangan-Legierung bestehen kann, ist es in manchen Fällen vorteilhaft, auch diese aus Wolfram oder einer Wolfram-Legierung, insbesondere aus einem gesinterten Wolfram-Preßling, herzustellen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zündkerze in Seitenansicht, teilweise längsgeschnitten;

Fig. 2 den Kerzenmund als Ausschnitt und in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Kerzenmundes ebenfalls als Ausschnitt und in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt«

Gemäß Fig. 1 besteht die Zündkerze aus dem die Innenelektrode 1 und deren elektrischen Anschlußteil 2 umgebenden Isolierkörper 3, 3a aus keramischem Material sowie der den Massenanschluß am Motorzylinder bewirkenden metallischen Außenelektrode U. Mit 5 ist ein am oberen Ende der Massen- oder Außenelektrode U einstückig verbundener Sechskant für den Angriff eines Schraubenschlüssels und mit 6 ein auf den Gewindeabschnitt Ua der Außenelektrode U lose aufgeschobener metallischer Dichtungsring bezeichnet, der sich beim Anziehen der in die Gewindebohrung des Motorzylinders einge-

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schraubten Zündkerze plastisch verformt und dadurch eine zuverlässige Abdichtung bewirkt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umgibt die Außenelektrode 4 den Längenabschnitt 3 des die Innenelektrode 1 umschließenden Isolierkörpers mit geringem radialem Spiel, jedoch so, daß sie in der Achsrichtung durch die Abstufung ihrer Querschnitte formschlüssig miteinander verbunden sind.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Außenelektrode 4 in dem an den Gewindeabschnitt Ha anschließenden Längenbereich axial vorgezogen und haubenartig ausgebildet ist, wobei die vorgezogene Haube 7 das vordere, isolationsfreie Ende der Innenelektrode 1 mittels einer in der Haubenstirnwand 7a vorgesehenen öffnung als Ringelektrode umgibt. In dem zylindrischen Wandungsteil der Haube 7 sind auf zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten radiale Entlastungsbohrungen 8, 8a vorgesehen, so daß der von der Haube 7 mit Bezug auf die Innenelektrode 1 umschlossene Ringraum 9 eine nur teilweise verdämmte Zündkammer bildet.

Bei der sich im Falle der Zündung über den Ringspalt einstellenden ringförmigen bzw. flächigen Büschel-Entladung wird die in der Zündkammer bzw· im Ringraum 9 befindliche Teilmenge des Brennstoff-Luft-Gemisches vorgezündet, wobei die sich hierbei bildenden heißen Verbrennungsgase durch den stirnseitigen Ringspalt zwischen Innen- und Außenelektrode gerichtet in den Zylinderraum des Motors ausgestoßen werden· Infolge der beiden seitlich vorgesehenen radialen Entlastungsbohrungen 8, 8a, aus denen ebenfalls ein Teil der Verbrennungsgase ausströmt, wird jedoch die kinetische Energie des stirnseitig austretenden Gasstoßes so vermindert, daß eine reine Schußkanal-Wirkung vermieden wird, die gegebenenfalls durch unzulässig hohe Überhitzung zu einer vorzeitigen Zerstörung des Kolbenbodens führen könnte. Durch die auf diese Weise bewirkte Dämpfung des stirnseitigen Gasausstoßes wird gleichzeitig eine bessere Umwälzung und Durchmischung des

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Brennstoff-Luft-Gemisches im Zylinderraum erzielt, mit der Folge einer gleichmäßigeren und vor allem vollständigen Verbrennung des Gasgemisches.

Wie besonders deutlich aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der das vordere isolationsfreie Ende der Innenelektrode 1 als Ringelektrode umgebende, radial nach innen vorspringende Teil der Haubenstirnwand 7a durch einen Ring 10 bzw. 10a gebildet, der aus einem hochhitzebeständigen und gegenüber Funkenerosion hochverschleißfesten Metall oder einer Metalllegierung mit gutem elektrischem Leitwert, insbesondere Wolfram, besteht. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen besteht der Metallring 10, 10a aus einem gesinterten Wolfram-Preßling. .

Bei der Ausführungs/ gemäß Fig. 2 ist der in Achsrichtung stärker als die Haubenstirnwand 7a bemessene Metallring 10 außenseitig schwach konisch ausgebildet und von innen her in eine innenseitig entsprechend geneigte Ausnehmung am Stirnende der Haube derart eingeschrumpft, daß seine vordere Stirnfläche gegenüber der Stirnfläche der Haube axial vorspringt ·

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der gleichfalls stärker als die Haubenstirnwand 7a bemessene Metallring 10a außenseitig ebenfalls, jedoch mit umgekehrter Neigung, schwach konisch ausgebildet und in die innenseitig entsprechend geneigte Ausnehmung von außen her eingesetzt, wobei er mit seiner vorderen Stirnfläche gegenüber der Stirnfläche der Haube zurückspringt und durch Umbördeln des Ausnehmungsrandes 7b in seiner Lage gegen Axialverschiebung gesichert ist.

Selbstverständlich ist es auch ohne weiteres möglich, den Metallring derart in die Ausnehmung einzusetzen, daß seine Stirnfläche mit der Stirnfläche der Haube abschließt. Je nach

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der axialen Stellung des Metallringes relativ zur Stirnfläche der Haube 7 läßt sich der Wärmewert der Zündkerze verändern und dadurch unterschiedlichen Bedingungen anpassen. Bei sonst gleicher Ausbildung und Bemessung läßt sich der Wärmewert der Zündkerze durch mehr oder weniger weites Vorspringen des Metallringes gegenüber der Haubenstirnfläche vergrößern, während er umgekehrt bei mehr oder weniger weitem Zurückspringen des Metallringes gegenüber der Haubenstirnfläche verkleinert wird.

In beiden Fällen ist der Metallring 10, 10a innenseitig über etwa die Hälfte seiner Länge koaxial zur Innenelektrode 1 ausgebildet, während der sich hieran zum freien Ende hin anschließende Längenabschnitt der Innenwand nach Art einer Düse konisch erweitert bzw. abgefast ist. Am Innenumfang des Ringes sind mehrere im Abstand zueinander verteilt angeordnete und unter einem kleinen Winkel zur Längsachse geneigte Drallnuten 11 vorgesehen, die den am düsenartig erweiterten Ringspalt 12 ausgestoßenen Verbrennungsgasen eine Drallbewegung vermitteln und dadurch den Umwälzvorgang im Motorzylinder im Sinne einer intensiveren und gleichmäßigeren Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemisches verbessern.

Obschon die Innenelektrode 1 im Falle der dargestellten Ausführungsbeispiele aus üblichem Elektrodenstahl bestehen, können diese - wie der Metallring 10 bzw. 10a - ebenfalls aus Wolfram oder einer Wolfram-Legierung als Preßlinge im Sinterverfahren hergestellt sein.

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Claims

DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL-ING. R. DR.-ING. P. H. OIDTMANN

ο/ο-,,-,ο ö- 20.5.1967 XX/Be

AKTKN-NR. 2/21Ul 8 % 483 BOCHUM,

^β Postschließfach 24BO

Ihr Zeichen Fernruf 68B31 und 64314

Bergstraße 109 Telegr.: Stuhlmannpatent

Gesellschaft für Entwicklung und
Apparatebau Dipl.-Ing. Georg J. Rickhey
& Co. KG._t Witten-Heven, Wannen 82

Patentansprüche;

1. Elektrische Zündvorrichtung, insbesondere Zündkerze für Verbrennungsmotor» bei welcher das axial vorgezogene freie Ende der Außenelektrode haubenartig ausgebildet ist und das vordere, isolationsfreie Ende der Innenelektrode mittels einer in der Haubenstirnwand vorgesehenen öffnung als Ringelektrode umgibt, wobei die Haube in dem der Haubenstirnwand vorgelagerten zylindrischen Wandungsteil vorzugsweise zwei sich diametral gegenüberliegende, radiale Entlastungsbohrungen aufweist, so daß der von der Haube mit Bezug auf die Innenelektrode umschlossene Ringraum eine nur teilweise verdämmte Zündkammer bildet, dadurch gekennzeichnet , daß der das vordere isolationsfreie Ende der Innenelektrode (1) als Ringelektrode umgebende, radial nach innen vorspringende Teil der Haubenstirnwand (7a) durch einen Ring (10 bzw. 10a) aus einem hochhitzebeständigen und gegenüber Funkenerosion hochverschleißfestem Metall oder einer Metallegierung mit gutem elektrischem Leitwert, z.B. Wolfram, Titan od. dgl.,gebildet ist.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallring (10 bzw. 10a) aus einem gesinterten Wolfram-Preßling besteht.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß der Metallring (10 bzw. 10a) mindestens außenseitig schwach konisch auegebildet und in eine innenseitig entsprechend geneigte Ausnehmung am Stirnende der Haube (7) auswechselbar eingesetzt sowie gegen willkürliches Lösen gesichert ist.

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H. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallring (10 bzw. 10a) in die Ausnehmung am Stirnende der Haube (7) eingeschrumpft ist.

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallring (10 bzw. 10a) in der Ausnehmung am Stirnende der Haube (7) durch Umbördeln des Ausnehmungsrandes (7b) in seiner Lage gegen Axialverschiebung gesichert ist.

6. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden) dadurch gekennzeichnet) daß der Metallring (10 bzw. 10a) in der Achsrichtung stärker als die Stirnwand (7a) der Haube (7) bemessen ist und je nach dem gewünschten Wärmewert mit der vorderen Stirnfläche über die Stirnfläche der Haube (7) vorspringt) mit dieser abschließt oder gegenüber dieser zurückspringt.

7. Zündvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der außenseitig konisch ausgebildete Metallring im Falle seines axialen Vorspringens über die vordere Stirnfläche der Haube von innen her in die Ausnehmung eingesetzt und im Falle seines axialen Zurückspringens gegenüber der Haubenstirnfläche von außen her in die Ausnehmung eingesetzt ist.

8. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden) dadurch gekennze ichnet, daß der Metallring innenseitig über mindestens einen Teil seiner axialen Länge koaxial zur Innenelektrode (1) ausgebildet ist, während der sich hieran zum freien Ende hin anschließende Längenabschnitt der Innenwand düsenförmig erweitert bzw. konisch abgefast ist.

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9. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring innenseitig in Abständen über den Innenumfang verteilt angeordnete, unter einem kleinen Winkel zur Längsachse geneigte Drallnuten (11) aufweist.

ΙΟ, Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Innenelektrode (1) aus gesintertem Wolfram oder einer gesinterten Wolfram-Legierung besteht.

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