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Zündkerze Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze lit einem
Zündkerzengehäuse aus Metall und einer an dessen einem Ende befestigten Erdelektrode
und einer in einer Bohrung eines Isolators angeordneten Mittelelektrode, die mit
der Erdelektrode eine lunkenstrecke bestimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, derartige Zündkerzen so
weiter auszugestalten, dass die für das Zünden erforderliche Energie verringert
wird und insbesondere bei hohen Drücken in der Brennkammer die Gefahr der Überbrückung
der Isolierung bei den zur Zündung erforderlichen Werten verringert wird . Hierbei
soll auch die Störung niederfrequenter Rundfunkwellen verringert werden.
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Durch die USA Patentschriften 1 290 780 und 1 399 166 sind Zündkerzen
mit zwei Funkenstrecken bekannt, bei denen jedoch der Überschlag in der zweiten
Funkenstrecke nicht genügend lange andauert oder genügend intensiv ist, um einen
Einfluss auf den Überschlag an der hauptfunkenstrecke ausüben zu können.
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Eine Zündkerze der eingangs erhänten Art kennzeichnet sich erfindungsgemäss
durch eine in dem Isolator angeordnete dritte Elektrode, die von der Mittelelektrode
durch eine Büchse elektrisch isoliert ist und deren eines Ende mit dem einen Ende
der Mittelelektrode eine Nebenfunksentrecke bestimmt und durch einen mit der dritten
Elektrode in Reihe liegenden Widerstand, wobei bei Zuleitung der Zündspannung ein
Überschlag an der Nebenfunkenstrecke für eine genügende Zeit erfolgt, um Gas im
Bereich der Funkenstrecke zwischen der Mittelelektride und der Erdelektrode zu ionisieren,
worauf der Überschlag in dieser erfolgt. Bei einer derart audgebildeten Zündkerze
ist bei einen Druck von 8,45 kg/cm² in der Brennkammer eine Spannung von etwa 5
kV erforderlich, während bei einer üblichen Zündkerue bei gleichem DRuck in der
Brennkammer eine Spannung von 18 bis kV erforderlich ist. Die erfindungsgemässe
Zündkerze bereitet bezüglich der elektrischen Isolation geringere Schwierigkeiten
und stört Rundfunkfrequenzen in bedeutend verringertem Ausmasse.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung der Zündkerze
besteht darin, dass sie in eine Zündanlage eingegliedert wird, die gegen-tber üblichen
Induktionszündanlagen abgewandelt ist. Eine übliche Induktionszündanlage enthält
eine Zündspule mit einem Windungsverhältnis von 100:1 und einer Leistung bis zu
28 kV, während fur die arfindungsgemässge Zündkerze eine Zündanlage mit einer Zündspule
ausreicht, die ein Windungsverhältnis von 30:1 aufweist und etwa 8 kV liefert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Ende der Mittelelektrode, das Ende der isolierenden Büchse und das Ende der dritten
Elektrode im 3ereich der Funkenstrecken eine durchgehende ebeae Fläche bilden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand in Reihe zwischen der
dritten Elektrode und dem Zündkerzengehäuse liegt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daes die
Länge der Nebenfunkenstrecke 0.0254 bis 0,508 mm beträgt. Ferner ist es vorteilhaft,
wenn der Widerstand einen Widerstandswert von mindestens 104 Ohm hat.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Widerstand mit der dritten Elektrode und dem Zündkerzengehäuse in unmittelbarem
elektrischen kontakt steht.
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Eine zweckmäesige Aus-gestaltung sieht vor, dass der Widerstand die
Form eines ringförmigen Knopfes hat.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In der Zeichnung iet Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Seitenan-.
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sicht einer Zündkerze nach der Erfindung Fig. 2 ein vergrösserter
Ausschnitt aus Fig.l für eine abgewandelte Ausführungsform, Fig. 3 ein vergrosserter
Ausschnitt aus Fig. 1 für eine dritte Ausführungsform, Fig. 4 eine graphische Darstellung,
in der der Druck in der Brennkammer in kg/cm2 über den Widerstand des der dritten
Elektrode zugeordneten Widerstandes aufgetragen ist, um den Einfluss der Grösse
dieses Widerstandes auf den Überschlagsverlauf in der Zündkerze zu erläutern und
Fig. 5 eine graphische Darstellung, in der die Vberschlagsspannung in kV über dem
Druck in der Brennkammer in kg/cm2 aufgetragen ist und die einen Vergleich einer
üblichen Zündkerze mit einer erfin dungsgemässen Zündkerze bei gleicher Länge der
Hauptfunkenstrecke wiedergibt.
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Die Zündkerze 10 gemäss Fig. 1 hat ein übliches äusseres Zündkerzengehäuse
12 aus Metall, an dessen unterem Ende eine Erdelektrode 14 angeschweisst ist. Innerhalb
des Zündkerzengehäuses 12 ist in üblicher Weise ein Isolator 16 befestigt, der vorzugsweise
aus einem Werkstoff mit mehr als 85 % Aluminiumoxyd besteht. Der Isolator 16 enthält
eine zentrale Bohrung 18 mit einer abgesetzten Schulter 19.
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In die sentrale Bohrung 18 des Isolators 16 ist eine hülsenförmige
dritte Elektrode 20 eingesetzt, die am oberen Ende einen Flansch 22 trägt, der sich
an der Schulter 19 des Isolators 16 abstützt. Innerhalb der hülsenförmigen dritten
Elektrode 20 ist ein hülsenförmiger Isolator 24 vorgesehen, dessen oberes Ende 26
nach aussen geneigt sich erweitert.
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Der hülsenfdrmige Isolator 24 besteht vorzugsweise ebenso wie der
Isolator 16 aus einem Werkstoff mit mehr als 85% Aluminiumoxyd. Der hülsenförmige
Isolator 24 umschliesst eine Mittelelektrode 2d, die elektrisch gegen die dritte
Elektrode 20 isoliert ist. Eine Glasdiohtung 30 dichtet die Mittelelektrode 28 gegen
den abgebogenen Teil 26 des hülsenförmigen Isolators, den Flansch 22 der dritten
Elektrode und den Isolator 16 ab.
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Das untere Ende 32 des hülsenförmigen Isolators 24 bildet zweckmässig
eine Ebene mit dem Ende 34 der Mittelelektrode 28 und dem Ende 36 der dritten Elektrode
20 im Bereich der Funkenstreckt.
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Das Eade 34 der Mittelelektrode 28 und das Ende 36 der dritten Elektrode
20 bestimmen eine kleine Funkenstrecke, deren Länge zwischen 0,0254 und 0,5Q8 mm
beträgt.
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Eine bevorzugte Länge beträgt 0,0762 bis 0,254 mm. Die Länge der Nebenfunkenstrecke
wird entsprechend den ungünstigsten Betriebsverhältnissen der Brennkraftmaschine
bestimmt, beispielsweise bei Versung, überfluteter Brennkraftmaschine und Kaltstart.
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Im Isolator 16 ist ein Widerstand 38 angeordnet, der in Reihe zwischen
dem Zündkerzengehäuse 12 und der hülsenförmigen dritten Elektrode 20 liegt. Obwohl
der Widerstand 38 ein besonderer Körper sein kann, der über elektrische Leiter mit
dem Zündkermengehäuse 12 und dor dritten Elektrode 20 verbunden ist, so kann dieser
Widerstand auch ein einziger Körper sein, der unmittelbar elektrischen Kontakt mit
der dritten Elektrode 20 und dem Zündkerzengehäuse 12 hat. Wie Fig. 2 zeigt, ist
der Widerstand 38a ein Teil,der in ein Loch 39 des Isolators 16 eingesetzt ist und
unmittelbar elektrische Berührung mit der dritten Elektrode 20 und dem Zündkerzengehäuse
12 hat. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 hat der Widerstand 38b die Form eines
ringförmigen Knopfes mit einer Mittelbohrung 41, die die hülsenförmige dritte Elektrode
20 unter elektrischem Kontakt umschliesst und mit einer äusseren Fläche elektrischen
Kontakt mit dem Zündkerzengehäuse 12 hat.
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Ausser den in den Fig 1 bis 3 dargestellten Lagen des Widerstandes
38 kann dieser auch ausserhalb der Zündkerze 10 angeordnet
werden,
solange er nur in Reihe mit der dritten Elektrode 20 und Masse liegt. Die tatsächliche
Lage des Widerstandes 38 ist für die Anwendung der Erfindung ohne Bedeutung.
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Der Widerstand 38 sollte einen Widerstandewert in der Höhe von 105
Ohm haben, um bei den vorwiegend auftretenden Drücken in Brennkammern von Brennkraftmaschinen
arbeitefähig zu spin. Das Schaubild in Fig. 4 zeigt, dass bei zu geringem Widerstandswert
des Widerstandes 38 lediglich ein Überschlag an der Nebenfunkenstreoke erfolgt,
während bei einem Widerstandswert oberhalb 105 Ohm ein Überschlag an beiden Funkenstrecken
selbst bei extrem hohem Druck in der Brennkammer von etwa 8,45 kg/cm² eintritt.
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Das Ende 34 der Mittelelektrode 28 und das Ende der Erdelektrode
14 bilden die übliche Hauptfunkenstrecke der Zündkerze, die etwa eine Länge von
0,889 mm hat. Die Länge dieser Funkenstrecke hängt von der Eigenart der Maschine
ab, in der die Zündkerze verwendet werden soll. Eine kurze Funkenstrecke ist für
die Zündung bei gunstigen Brennstoffluftverhältnissen des Gemisches am wirksamsten,
während zum Zünden iarmer und angereicherter Gemische eine größere Funkenstrecke
vorteilhafter ist.
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Wird einer Zündkerze von der Zündanlage eine Spannung zugeleitet,
so bewirkt diese zunächst einen Überschlag an der Nebenfunkenstrecke zwischen der
Mittelelektrode 28 und der dritten Elektrode 2u, der eine auereichende Zeit dauert,
um Gas in dem Bereich der Hauptfunkenstrecke zu ionisieren.
Das
Ionißieren des Gases im Bereich der Hauptfunkenstrecke verringert die erforderliche
Spannung zum Überschlag in der Hauptfunkenstrecke. Bei üblichen Zündkerzen ist eine
von dem Druck in der Brennkammer abhängige Spannung bis zu 24 kV erforderlich, um
das Zünden zu bewirken. Bei der erfindungsgemässen Zündkerze ist infolge des lonisierens
des Gases durch den Überschlag in der Nebenfunkenstrecke die Überschlagsspannung
für die Hauptfunkenstrecke auf den Bereich von zwei bis 6 oder 7 kV Je nach den
Betriebsbedingungen der Maschine und dem Druck in der Brennkammer gesenkt.
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Bei einem Versuch unter betriebsähnlichen Bedingungen wurde die Überschlagsspannung
an einer Nebenfunkenstrecke einer Länge von 0,2032 mm mit 8 kV festgesellt. Zu Beginn
des Uberschlags fiel die Spannung au#enblicklich auf 3 kV und stieg dann unter Aufrechterhaltung
des Stromflusses an. Nachdem die Spannung nach 40 mikro-sec. den Wert von 5 kV erreicht
hatte, erfolgte der Überschlag an der Hauptfunkenstrecke, die eine Länge von 0,889
mm aufwies. Unter erschwerten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei Drücken in
der Brennkammer zwischen 7,04 und 8,45 kg/cm² war der Überschlag in der Nebenfunkenstrecke
ausreichend, um das Gemisch zu zünden.
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Durch die Nebenfunkenstrecke wird die Überschlagsspannung in der
Hauptfunkenstrecke wesentlich herabgesenkt, wobei diese Überschlagsspannung von
dem Druck in der Brennkammer abhängig ist. Wie Fig. 5 zeigt, hat eine übliche Zündkerze
mit
einer Hauptfunkenstrecke von 0,889 mm Länge bei einem Druck in der Brennkammer von
8,45 kg/cm2 eine Überschlagsspannung von etwa 20 kV, während die erfindungsgemässe
ZUndkerze bei gleicher Länge der Hauptfunkenstrecke und einer Länge von 0,254 mm
der Nebenfunkenstrecke unter gleichen Bedingungen eine 1h)erschlagsopannung von
5 kV aufweist. Die Überschlagsspannung der Nebenfunkenstrecke ist in geringerem
Ausmasse von dem Druck in der Brennkammer abhängig ais dies bei üblichen Zündkerzen
der Fall ist.
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Die erfindungsgemässe Zündkerze gestattet die Verwendung einer niedrigeren
Spannung zur Zündung in der Rauptfunkenstrecke, Da die Überschlagsspannung beträchtlich
geringer als bei einer üblichen Zündkerze ist, wird die Störung von Rundfunkfrequenzen
wesentlich vermindert.