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Zündkerze Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit einem
metalllschen ZUndkerzengehäuse und an dessen Ende befestigter Erdelektrode.
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Ber Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bei Verwendung von
Halbleiterwerkstoffen in Zündkerzen bekannten Probleme zu vermeiden.
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Die Erfindung besteht darin, dass an dem der Erdelektrode zugewandten
Ende ein Körper mit einem spezifischen Widerstand von 105 bis 106 Ohm/cm bei 3000Volt
angeordnet ist, der eine zentrale Bohrung zur Aufnahme einer elektrisch gegen den
Körper und die Erdelektrode isoliert« Mittelelektrode enthält, und die Mittelelektrode
mit der Erdelektrode eine Hauptfunkenstrecke und mit dem Körper eine Nebenfunkenstrecke
derart bildet, dass bei Auftreten der Zündspannung zunächst ein ¢berschlag an der
Nebenfunkenstrecke für eine genügende Zeit auftritt,
um Gas im Bereich
der Hauptfunkenstrecke zu ionisieren, bevor in dieser der Überschlag erfolgt. Der
Körper mit eine spezifischen Widerstand von 105 bis 106 Ohm/cm bei 3000 Volt kann
ein Halbleiterwerkstoff oder ein Widerstandswerkstoff sein. Durch das lonisieren
des Gases im Bereich der Hauptfunkenstrecke wird die Überschlagspannung zwischen
der Mittelelektrode und der Erdelektrode verringert. Ferner wird bei der erfindungsgemässen
Ausbildung der Überschlag auf die beiden Funkenstrecken begrenzt, so dass ein Überschlag
an den übrigen Flächen des Haibleiterkörpere nicht erfolgt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen
der Mittelelektrode und dem Körper mit einem spezifischen Widerstand zwischen 105
bis 106 Ohm/cm bei 3000 Volt eine isolierende Büchse vorgesehen ist. Zweekmässig
hat die Nebenfunkenstrecke eine Länge zwischen 0,0254 und 0,508 mm. Ferner ist es
zweckmässig, wenn die Länge der- Oberfläche des Körpers zwischen dem ZZedkerzengehäuse
und der isolierenden Püch-se grösser als die Länge der Hauptfunkee strecke zwischen
der Mittelelektrode und der Erdelektrode ist, da hierdurch die Begrenzung des Überschlags
in den Bereich der beiden Funkenstrecken gewährleistet wird.
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Schliesslich ist es zweckmäsig, wenn die Enden der Mittelelektrode,
der isolierenden -Büchse und des Körpers im Bereich der Funkenstrecken eine ebene
Fläche bilden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In dieser ist
Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht einer
Zündkerze und Fig. 2 ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig. 1.
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Die Zündkerze 10 hat ein übliches äusseres Zündkerzengehäuse 12 aus
Metall, an dessen unterem Ende eine Brdelektrode 14 angeschweisst ist. In dem Zündkerzengehäuse
12 ist ein Isolator 16 befestigt, der zweckmässig aus einem Werkstoff mit mehr als
85 Aluminiumoxyd besteht. Der Isolator 16 enthält eine zentrale Bohrung 18.
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Am unteren Ende des Zündkerzengehäuses 12 ist ein Körper 20 aus Halbleiterwerkstoff
eingesetzt, der gegen die untere Fläche 21 des Isolator anliegt. Der Körper 20 enthält
eine zentrale Bohrung 22 die konzentrisch zu der zentralen Bohrung 18 des Isolators
liegt. Der Halbleiterwerkstoff sollte einen spezifischen Widerstand zwischen 105
und 106 Ohm/cm bei 3000 Volt auSweisen, da geringere Werte bei Auftreten der Zündpannung
zu grosse Energieverluste bedingen würden. Die Durchbruchsspannung des Ralbleiterwerkstoffes
sollte oberhalb 20 kV je cm liegen, da geringere Werte zu einer zu frühen Zerstörung
des Halbleiterwerkstoffes an seiner Oberfläche führen würden. Für die Erfindung
sind Halbleiterwerkstoffe verwendbar, die bereits bei Niederspannungszündkerzen
Verwendung finden, sofern sie die oben angegebenen Werte erfüllen. Zusätzlich können
auch Widerstandewerkatoffe oder kombinierte Körper aus Halbleiter-und
Widerstandswerkstoffen
verwendet werden, sofern sie die angegebenen Voraussetzungen erfüllen.
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Die zentrale Bohrung 18 des Isolators 16 und die zentrale Bohrung
22 des Körpers 20 dienen der Aufnahme einer Mittelelektrode 24. Im Bereich des Körpers
20 ist die Mittelelektrode 24 von einer elektrisch isolierenden Büchse 26 umgeben.
Die isolierende Büchse oxyd- 2 6 besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff hohen
Aluminiumgehalts ähnlich dem Werkstoff des Isolators 16.
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Durch die isolierende Büchse 26 ist die Mittelelektrode 24 von dem
Hal.bleiterkörper 20 isoliert. Die Mittelelektrode 24 ist gegen die zentrale Bohrung
18 des Isolators durch eine Glasmasse 27 luftdicht abgedichtet. Die untere Stirnfläche
29 der isolierenden Büchse 26 und die untere Stirnfläche 28 der Mittelelektrode
24 sowie die untere Fläche 30 des Körpers 20 liegen zweclaiiässig in einer Ebene.
Zwischen den Flächen 28 der Mittelelektrode 24 und der Fläche 30 des Körpers 20
ist hierdurch eine schmale Nebenfunkenstrecke gebildet, deren Länge zwischen 0,0254
und 0,508 mm beträgt. Eine bevorzugte Länge liegt zwischen 0 ,0762 und 0,254 mm,
wobei die Länge üblicherweise auf Grund der jeweiligen ungünstigsten Betriebsverhältnisse
wie beispielsweise Verschmutzung, Anlassen bei überflutetem Vergaser oder Kaltstart
gewählt wird. Durch den Überschlag an der Nebenfunkenstrecke wird die Uberschlagsspannung
zwischen der Mittelelektrode 24 und der Erdelektrode 14 wesentlich verringert. Die
Länge der Oberfläche des Körpers
20 zwischen der isolierenden Büchse
26 und dem Zündkerzengehäuse 12 sollte grösser sein als die Länge der Hauptfunkenstrecke
zwischen der Stirnfläche 28 der Mittelelektrode 24 und der Fläche 32 der Erdelektrode
14. Hierdurch wird in Verbindung mit dem ausreichenden spezifischen Widerstand des
Halbleiterwerkstoffes der Überschlag durch die Hauptfunkenstrecke eher erfolgen
als längs der Oberfläche des Halbleiterkörpers 20.
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Diese Oberfläche des Halbleiterkörpers unterliegt daher nicht der
Erosion, wodurch die Lebenszeit der Zündkerze beträchtlich erhöht wird. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, dass durch den mangelnden Überschlag an dieser Oberfläche
deren Kühlwirkung auf den kleinen Flammenkern des gezündeten Gemischs ausgeschaltet
ist, wodurch die Zündung begünstigt wird.
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Die Hauptfunkenstrecke beträgt etwa 0,89 nun und wird Je nach den
besonderen Betriebsbedingungen der Maschine gewählt. Eine kurze Funkenstrecke ist
günstig zum Zttnden aormaler Gemische, während eine grosse Funkenstrecke eine bessere
Zündung bei armen und angereicherten Gemischen ergibt. Die Zündkerze nach der Erfindung
kann in eine gegenüber tLblichen Zündanl@gen abgewandelte Zündanlage eingegliedert
werden. Übliche Zündanlagen enthalten eine Zündspule mit einem W@ndungsverhältnis
von 100:1 und einer Leistung von 28 kV. Bei Verwendung einer erfindungsgemässen
Zündkerze kann eine Spule mit einem Windungsverhältnis von 30:1 verwendet werden
, die eine Leistung von etwa 8 kV liefert.
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Wird diese Spannung der Zündkerze zugeleitet, so veranlasst sie den
Überschlag an der Nebenfunkenstrecke, der eine ausreichende Zeit anhält, um etwas
Gas im Bereich der Hauptfunkenstrecke zu ionisieren. Hierdurch wird die zum Überschlag
in der Hauptfunkenstrecke notwendige Spannung verringert. Es ist daher die bei üblichen
Zündkerzen notwendige Zündspannung von 24 bis 28 kV nicht erforderlich, da infolge
des Ionisierens des Gases im Bereich der Hauptfunken strecke ein Überschlag mit
Spannungen zwischen 2 bis 6 oder 7 kV je nach den Betriebsbedingungen der Maschine
und dem Druck in der Brennkraftmaschinen-Brennkammer erfolgt.