DE1601433A1

DE1601433A1 - Zuendkerze fuer Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE1601433A1
Application number: DE19681601433
Authority: DE
Inventors: Kunio Terao
Original assignee: Okamura Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Okamura Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1968-01-25
Publication date: 1970-07-16
Also published as: DE1601433B2

Description

Zündkerze für Verbrennungakraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Verbrennungskraftmaschinen und ist insbesondere auf eine Zündkerze für Entla-

dung über einen gegenütier.bekaxinten Zündkerzen verhältgZe-

mäsbig grossen Abstand geriehtet.

Der Punkenäbergchlag@ oder der Abstand zwischen den Elektro-

den einer Zündkerze für Verbrennungskrßftmeschinen hingt innerster Linie von der Potentialdifferenz oder dar Spannung ab, die zwischen den Elektroden der Zündkerze angelegt worden ist$ wobei der Abstand gewöhnlich etwa 0,S bis 0,9 beträgt. Jedoch genügt ein so geringer .Abstand nicht, um Punken von Höchetzündenergie zum Zünden eines demisches von Brennstoff und Luft in den wirksamsten Verhältnissen zu erzeugen. Deshalb- werdon Verbrennungskraftmaschinen meistens mit viel dichteren Gasgemischen betrieben, als es theoretisch

erforderlich wäre.

Vann dal °Yclumerverhältnie von Brennstoft und Luft ein vorbe-

stimmten Verhältnis überschreitet, tritt unbeendete oder unvollständige Verbrennung ein verbunden mit einem Aus- ,_ puff von schädlichen Verbrennungsgasen, wodurch die Atmosphä- re verunreinigt wird und ein Verlust an Wirkungsgrad und eine Vergeudung a-i brennbaren Materialien verursacht werden. Wenn ein langer Funke von starker Zündungsenergie über einen grösseren Abstand zwischen den Elektroden erzeugt wird, wird das tatsächliche Volumen des Gasgemisches, das dem Funken ausgesetzt und dadurch aktiviert ist, wesentlich vorgrössert, und die Brennstoffgase verbrennen gleichmässiger und vollständiger in einer kurzen Zeit, und daher wä-ren die vorstehend erwähnten Nachteile ausgeräumt. Auf der anderen Seite: Wenn nur der Abstand zwischen den Elektroden vergrössert und eine gröcaere Trdoke somit erlangt wird, gibt es einen damit 'verbundenen Energieverlust, der auf unvollständiger Ionisation der Luft zwischen den Elektroden hihsueläuft, die wiederum die den Funken erzeugende Kraft herabmindert. Wenn bekannte Zündkerzen mit gesteigerten Lücken verwendet werden, beschleunigt die vergrösserte Zücke die Diffusion von aktivierten gemischten Gagen; somit wird die Menge an gemischten Gasen als Ausgangspunkt der Zündung herabgeminderti und die Zündfähigkeit wird herabgesetzt. Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Zünkerze zur Erzeugung eines starken Funkens iiber eine va#vgrösserte Zücke vorzugsweise in- det Grössenordnung ?1er zwel-# bis dreifachen Weite der Lücke einer bekanntex Zündkerze zu schaffen, derart, dass die Ausnützung der Encr- gie der I4ischung beim Zünden durch die elektrostatische Energie des erzeugten Funkens gesteigert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Zündkerze von der Art vorzusehen, die eine erste oder zentrale Elektrode und eine zweite oder Masseelektrode aufweist, wobei die erste Elektrode ein äusseres Kontaktende frei von Isolation besitzt und ein zwischenliegendes Teilstück, das mit Isolationsmaterial umhüllt ist, und @:ohci die zweite Elektrode ein Kontaktende besitzt, das der äusseren Oberfläche des zwischenliegenden isolierten Teilstsicl;a benachbart ist und von der äusseren Oberfläche der umhüllten ersten Elektrode um einen Abstand abgesetzt ist, der geringer als der Abstand von dem Kontaktende der lias@Gelektrode wand den nicht isolierten Kontaktende der ersten oder zentralen Mektrode. Die Gestaltungen und Dimensionierungen beider Elektroden ebenso wie die Is®lierungshülee; die das z@-:ischenliegende TeilatUek der zentralen Elektrode umhüllt, und das Verhältnis der Abstände zwischen den Elektroden sind, ersichtlich ietg so ausgelegt, dasu keine Isolation auf der Linie des geringsten Abstandes zwischen den Kopf- oder Kontaktenden beider Elektroden vorhanden ist, ungeachtet der Tatsachen dass des Abstand von der zentralen Elektrode durch die IsolierungshUlse oder -urahüllung geringer als der Abstand zwischen den nicht isolierten Kontaktenden der Elektrodeist. R Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht däriny eine verbesserte Zündkerze zu schaffen, die einfach im Aufbau ist, billig in der Fertigung, die für einen verbesserten Brennetoffverbrauch eorgt-und geeignet ist zur Verwendung beim-Steigern der Zündkerzenleistung und beim Heraufsetzen der Leistung von Kraftanlagen, in denen sie eingebaut ist. i Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Zündkerze zu schäffen, die gekennzeichnet"ist durch erste -einerzentrale Elektrode, deren zwischenliegendes Längenteiletück durch Isolationsmaterial umhüllt ist, und eine zweite oder Maseeelektrode, die ein Kontaktende etwa im Bereich des mittleren Teilstücke der hänge des Isoliermateriale besitzt und von der äusseren Oberfläche der ersten Blektrode um einen Abstand abgesetzt i®t,-der.geme»n vom Kontaktende der zwei- ten Elektrode durch das Isolßtiönematerial hindurch geringer ißt als der Abstand von den Kopfenden der Elektroden. perner sollen verschiedene bevorzugte Ausführungen zur Erlangung der beschriebenen Ergebnisse geschaffen werden, die sich .von der verbesserten Zündkerzenausbildung ableiten. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind AusfUhrungsbeispielen der Erfindung zu satnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind und nachfolgend näher beschrieben werden.
Es zeigen Fig. 1 eine Seitenanaicht,-teilweise im Schnitts der Zündkerze mit grossem Entladungeabetand gemäss . der Erfindung; fFig. 2 eine Draufsicht gemäss Fig. 1; Fig. 3 und q. graphische Kurvendarstellungen, die den spezifischen Brennstoffverbrauch und die Ausgangeleietung zeigen, wobei der Prüfbefund der verbesserten Zündkerze gemüse der Erfindung mit einer konventionellen Zündkerze verglichen wird; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Art einer Zündkerze mit grossem Entladungsabstand gemäss der Erfindung; Fig. 6 eine bruchstückhafte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Zündkerze gemäss Fig.5; . Fig. T eine Draufsicht einer weiteren Abwandlung einer Zündkerze mit grossem Entladungeabstand und Fig. 8 eine bruchstückhafte Seitenansiet, teilweise im Schnitt, der Zündkerze genäse Fig. 'p. Dezugnehmend zunächst auf die Ausführung, die in den FiGuren 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich die zentrale Ele;:trode 1 durch eine Isolationshülse oder -umhüllung 2 , die aus Glimmer, hartem Porzellan, Tonerde-Porzellan oder dergles.-chen hergestellt ist® Das obere Ende der zentralen ®der ersten Elektrode 1 ist .mit einem vergrd"grten Kopf 3 versehen, der nicht mit Isolationsmaterial ummantelt .ist, das heisst, der elektrisch leitend ist. Der Umfangsrand des Kopfes 3 ist vorzugsweise so gestaltet, dass er sich radial über den Halsteil der ersten Elektrode und Uber die äussere Oberflüche der lsolationshülse oder -umhUllung 2 hinaus erstreckt. Eine Mauseelektrode 4 erstreckt sich von dem Gehäuse 5 im wesentlichen um den halben Abstand der Ausladung oder der Höhe der zentralen Elektrode 1 von dem Ende des Gehäuses 5. Das Kontaktende 6 der Maaseelektrode 41 ist einwärts gebogen, das heisst, radial zur längsgerichteten Mittellinie der zentralen Elektrode 1 hin, derart, dass eine geringere Lücke zwischen dem Kontaktende oder overcn Ende 6 und der äusseren Oberfläche der IsolationsumhüllunG 2 vorgesehen ist. Es muss besonders erwähnt werden, dann während die Isolationsumhüllung auf der zwischenliegenden Länge der zentralen Elektrode vorgesehen ist, der geradlinige Abstand zwischen den Kopfenden der Masseelektrode 4 und dem nicht isolierten umfänglichen Rand 7 des Zopfes 3 frei und klar ist .von Behinderung durch Isolation,'und zwar im Gegensatz zum Isolationsdamm, der durch die. zwischenliegende Isolationsumhüllung zwischen dem Kopfende 6 des Kontaktes 4 und dem nächsten Teilstock der elektrisch leitenden zentralen Elektrode 1 verursacht ist. In.einer bevorzugten Ausführung weist eine Zündkerze zur allgemeinen Verwendung und gemäss der Erfindung Gewinde von etwa 14 mm im Durchmesser auf; und es werden die folgenden Abmes- sungen bevorzugt; Die Höhe der zentralen Elektrode 1 in der Grössenanordnung von 8 bis 10 mm,. die Höhe des Kopfes 3 zu etwa 1 bis*1,5 mm, der Durchmesser des Kopfes 3 bis 5 mm, der kürzeste Abstand zwischen dem Kopf 3 und dem oberen Ende 6 der Masseelektrode 4 zu 2 bis 3 mm, die Zücke zwischen dem oberen Ehde 6 der-Masseelektrode 4 und der äusseren Oberfläehe dar Isolationshülse oder -umhüllung 2 zu etwa 0,2 bis 0,5 mm. Schliesslich ist der kürzeste Abstand zischen dem oberen Ende 6 der Elektrode 4 und dar zentralen Elektrode 1 etwas kürzer oder geringer'festgelegt als der kürzeste Abetandzwischen dem Ende 6 und dem Kopf 3.. Bei Betrieb der Zündkerze mit grossem Entladungsabstand gemäss der Erfindung wird eine beträchtliche Spannung zwischen dem oberen Ende 6 der Masseelektrode 4 und der zentralen Elektrode 1 angelegt; und ein starkes elektrisches Feld wird erzeugt in dem kürzesten Abstand zwisphen beiden ylchzroden 1 und 4 oder zwischen dem oberen Ende 6 der Masseelektrode 4 und der zentralen Elektrode 1 in der Ebene durch die Isolationehtilse oder -umhüllung 2 hindurch, die das obere 3nde der Elektrode 4 einbeschliesst. Indem die zentrale Elektrode 1 jedoch mit dem Isolationsmaterial 2 umhüllt ist und die Lücke zwischen dem Ende 6 der Masseelektrode 4 und dc° Isolator 2 vorgesehen ist, überspringt die Spannung nicht plötzlich die Lücke, sondern ionisiert die Luft innerhalb der Lücke. Diese Ionisation der Luft schreitet vor in 1Zichtung auf den schwächeren Teil des elektrischen Feldes Fora,. Wenn die Luft zwischen dem oberen Ende 6 der Masseelektrode 4 und dem Kopf 3 der zentralen Elektrode 1 ionisiert ist, findet die Funkenentladung statt zwischen den Kontal&tendcn der Elektroden über die Lücke von etwa dreifacher 1teite einer bekanntdn Zündkerze. Die gemischten Gase, die der AusgaaCspunkSt der Zündung sein sollen, werden solchermassen weitgehender ionieü@@t@, umd es wird wesentl-@:h gesteigerte Zündenergie erhalten, derart, dass die Zündfähigkeit verbessert wird. Das'.steht im Gegensatz zur bekannten Art der Zündkerze, bei der die Zündfähigkeit der gemischten Gase herabgesetzt wird durch schnelle Diffusion der aktivierten gemischten Gase, da keine Behinderung zwischen beiden Elektroden vorhanden ist. Gemäss dieser Ausbildung der Erfindung ist der Isolator 2 zwischen den Elektroden an einer Planke davon angeordnet, um«die Diffusion des aktivierten Gasen herabzusetzen, was eine-Verbesserung der Zündfähigkeit zur Folge hat. Es ist an dieser Stelle besonders zu erwähnen, dass wenn das obere Bade 6 der Masseelektrode 4 mit dem Isolator 2 verbunden wäre, der Isolator durch geringe Spannung aufgeladen wärde und in kriechende Entladung hineinkäme. Jedoch erfordert die Lücke gemäss der Erfindung, die zwischen de... oberen Ende-6 der Masseelektrode 4 und dem Isolator 2 vorgesehen ist, hohe Spannung zur Ionisation. Die Wirkung ir;t, dass die Entladungsspannung angehoben wird bei einer folgenden Steigerung der Zündenergie, die erzielt wird. Eine Entladespannung in der Grössenordnung von etwa ?000 bis 8000 Volt kann in eines Zündkerze der bevorzugten Aus=Uh- ring der Erfindung erlangt werden. Da ferner die Entladungebaäu bei der Zündkerze gemäss der Erfindung leicht beiseite vom Umfang des Isolators 2 beabstandet ist, wird der Flammenkern vergröosert, was die ZUnndummg der gemischten Gase verbessept. . Die vorstehend erwähnten Merkaale der Er:indung- hajun sic:I. in falle einer herabgesetzten Mischung von Brennstoff zu Luft als wirkungsvoll erwiesen. Die vergleichenden Ftrgebnisse von (a) dem spezifischen Brennstoffverbrauch und der Ausgangsleistung der Zündkerze gemäss der Erfindung und (b) einer entsprechenden bekannten Zündkerze sind in den r'ig. 3 und 4. dargestellt. Die zur Bildung dieser graphischen Darstellungen verwendeten Daten sind einem Versuch entnommen worden, bei dem die .Zündkerzen in einem wassergekählte:= Vierzylindermotor mit kopfgesteuerten Ventilen und mit einem Verdrängungsvolumen von 1200 qcm angeordnet waren; und der Motor wurde mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen prohinute betrieben. Im Vergleich mit einer bekannten Zündkerze zeigte dieser Prüfversuch, dass auf der einen'Seite die Zündung gemäss dieser Erfindung um etwa 5 ;' in ihrer Ausgangsleistung und durch eine Herabminderung von etwa 10 ;@ in ihrem spezifischen Kraftstoffverbrauch gesteigert wurde, wenn das Brennstoffmischungsverhältnis etwa 1 : 15 beträr;t; auf der anderen Seite wies sie eine Steigerung von etwa 30;' in ihrer Ausgangsleistung und eine Herabminderung von ,3t%ia 30 ;@ in ihrem spezifischen Kraftstoffverbrauch, wenn das Brennstoffmischungsverhältnis, etwa 1 : 20 beträgt. In der Zündkerze mit grosser Entladungslücke gemäss den F cr, it.> 5 und 6 sind zwei PIasseelektroden 9 vorgesehen, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Elektrode 1a an,eordnet'sind, jede in der gleichen Weise, wie bei der Zündkerze gemäss den fig. 1 und 2 beschrieben ist, d.h.

in der Weise, dass der Abstand von den Kopfenden, der nicht durch Isolation unterbrochen ist, grösser ist als de.-,-, ciire-ite -AÜst-and zwischen dem Kontaktende -der 1#Iasseelektroäe

und der zentralen Elektrode durch die Isolationsurr@hülluriL

hindurch. Bei der Zündkerze mit grosser Eiitladelücke gemäss

Pig. 7 und 9 wird generell der gleiche Aufbau erlangt; je-

doch ist das obere Teilstück einer IIasaeelektrode 10 Tto---ge-

sehen, das sich aufwärts von dem Gehäuse 5b erst-- ec': t u:.(:

horizontal über das obere Kontaktende der zentralen Elektro-

de 1 b hin abgebogen ist. Die Elektrode 10 besitzt ei:: üügu-

flanachtes Teilstück 11 an ihren Kontaktende. Ein @orzell.:@.:-

isolator 12 ist um das horizontale Teilstück der Wasne-

elektrode 10 herumgehüllt über das obere Ende der zentralen

Elektrode 1b hin. Die zentrale Elektrode 1b' ist :nit cinc-:

Porzellanisolator 13 umhüllt, mit Ausnahme des oberen yr:c:@:-

derselben. Bei dieser Ausbildung wird der Funke zwischen den

nächsten Teilstücken des oberen Endes der zentralen Elektrode

1b und dem geflanschten Teilstück 11 der Masseelektrode 10

erzeugt.

Während die Erfindung vorstehend dargestellt und beschrieben worden ist, wobei angenommen wird,_dase es sich um die zweckmässigste und bevorzugte Ausbildung handelt, wird azierkz31:-c, s dass Abweichungen davon innerhalb des Bereichs der Erfirduii gen-acht werden könn--n, die daher nicht auf die Einzelheiten beschränkt sein soll, die vorstehend offenbart sind) soacern der der volle Umfang der Ansprüche zu gewähren ist, derart, dass jegliche äquivalenten Einrichtungen und Erzeugnisse eingeschlossen werden. .

Claims

Patentansprüche 1. Zündkerze mit grossem Entladungsabstand, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmales #. ein Zündkerzengehäuse, H. eine erste und eine zweite Elektrode, die sich von dem Gehäuse mit gegenseitigem Abstand erstrekken, 0. die erste Elektrode weist aufs 1. eine 'gauptlfiterlänge mit einem gfoc q 2. Isolierung von gleichmässiger Stä,g*O ang der Imiterlänge zwischen dem Gehäuse #md den Kopf- ende, _ D. die zweite Elektrode weint aufs 1. eine Hauptleiterlänge mit einem K®ntalende, 2. eine Gestaltung in bezug auf die orzte.Moktro- . de in der Veise, daa® a) nie zur ersten ƒrode hin aber rocht bis hin konvergiert, b) das Kontaktende die Stelle der sw@Gn Elek- trode darstellt, die dichtesten Gur ersten Elektrode liegt, c) die Stelle dichter zur ersten LJlekt2ode liegt, gemessen e¢uf einer radialen Linie von der ä e°?"TD«u:o

leiterlänge, als die Funkenschlagweite, ge-messen von dem nächsten nicht isolierten Teil der Hauptleiterlänge der ersten Elektrode nach dem Kontaktende, E. Aufgrund der vorstehenden Massnahmen ist bei Spannungsanle.gen an die Elektroden ein starkes elektrisches Feld zwischen dem Kontaktende und der isolierten hänge der ersten Elektrode erzeugbar und die Funkenschlagweite im Hinblick.daraüf vergröeserbar. .
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende der ersten Elektrode (1) frei und-un- behindert von Isolation ist und von der besagten Stelle (6) durch die Schlagweite beabstandet ist. 3. Zündkerze nach Anspruch 2, `dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende der Hauptleiterlänge der ersten Elektrode (1) mit einem Kopf (3) versehen ist. 4.'Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (2) die Hauptleiterlänge von dem Gehäuse (5) bis zum Kopf (3) völlig umhüllt. 5. Zündkerze nach Anspruch <<, dadurch gekenazeichn6t, dass der Kopf (3) ein vergrössertes Teilstück von einer radialen Stärke besitzt, durch die eine umfängliche-Oberfläche bestimmt wird, die von der Mitte der ersten Elektrode (1) um einen Abstand beabstandst ist, der etwas griiier ist als der Abstand der äusseren Oberfläche der Isolation (2) von der Mitte der ersten Elektrode (1). 6. Zündkerze nach Anspruch 't, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode eine erste und eine zweite Leiterlänge mit einem Kontaktende aufweist, die sich von dem. Zündkerzengehäuse rauf diametral gegenüberliegenden Seiten der ersten Elektrode erstrecken, *obei die erste und zweite Ieiterlänge der*zweiten Elektrode spiegelbildlich zueinander in gleicher Weise gestsltet"aLnd. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode eine Hauptleiterlänge aufweist, die ein anliegendes Teilstück besitzt, das im allgemeinen parallel. zum anlegenden Teilstück der ersten Elektrode gerichtet ist, und ein äusseres abliegendes Teilstück, das sich zur Isolierung der Hauptleiterlänge der ersten Elektrode hin und zum Anschlussende hin erstreckt. 8. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die zweite Elektrode eine Vielzahl von gleichen Teilstücken aufweist; die sich vom Zündkerzengehäuse aus erstrecken und im Hinblick auf die erste Elektrode symmetrisch angeordnet sind, und dass. die Kontaktenden der Teilstucke de zweiten Elektrode einen konzentrischen Kreis um die ?Mitte der ersten Elektrode herum bestimmen, der seinerseits eine Vielzahl von besagten Stellen bestimmt, und dass die Schlagweite zwischen den Stellen auf dem konzentrischen Kreis und dem Anschlussende der ersten Elektrode bestimmt Jot. 9. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode ein im Hinblick auf das Zündkerzengehäuse anliegendes Teilstück parallel zur zweiten Elektrode aufweist und dass ein abliegendes Teilstück in Querrichtung angeordnet ist und sich quer über einen Vorsprung über das Kontaktende der zweiten Elektrode hinaus erstreckt und dass sich Isolierung abstandsgleich auf der ersten Elektrode ausdehnt, die dieselbe nach aussen wn der Kreuzungslinie des Vorsprungs und der Mitte des abliegenden Teilstückes umhüllt. 10. Zündkerze nach Anspruch,1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagweite in der Grössenordnung von zwischen 2 und 3 Im liegt.