DE1919828B2

DE1919828B2 - Abreisszuendkerze

Info

Publication number: DE1919828B2
Application number: DE19691919828
Authority: DE
Inventors: Rene Basel; Pasbrig Max Orselina; Lack (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1969-04-18
Publication date: 1972-12-28
Also published as: JPS4833292B1; DE1919828A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abreißzündkerze für Kolbenbrennkraftmaschinen, bei der eine Magnetspule auf einen Anker einwirkt, der eine bewegliche Elektrode betätigt und bei der ein Zündimpuls die Magnetspule und eine Kurzschlußstrecke zwischen der beweglichen Elektrode und einer Gegenelektrode (Masseelektrode) durchläuft, wobei das sich in der Magnetspule aufbauende Magnetfeld ein Aufreißen der Kurzschlußstrecke unter Funkenbildung bewirkt.

Abreißzündkerzer. haben gegenüber den üblicherweise verwendeten Zündkerzen mit feststehender Elektrode die Eigenschaft, daß sie bei relativ niedrigen Spannungen kräftige Zündfunken erzeugen. Zu einer Zeit, in der die jetzt verwendeten hohen Zündspannungen noch schlecht beherrschbar waren, versuchte man wiederholt, Abreißzündkerzen m der Praxis einzusetzen, ohne daß diesen Bemühungen ein durchgreifender Erfolg beschieden war. Der Grund hierfür dürfte unter anderem darin liegen, daß die durch den Abbrand, das Verschmoren der Unterbrecherkontakte, die Verrußung und durch ähnliche Störungen auftretenden Probleme nur unvcukommen beherrscht werden konnten, und daß insbesondere

xo durch den starken und periodisch wechselnden Zylinderinnendruck große Schwierigkeiten auftraten. Diese Schwierigkeiten liegen vor allem darin, daß in schneller zeitlicher Folge, uud zwar entsprechend der Drehzahl des Kolbenmotors, die bewegliche Elektrode durch den Anker der Magnetspule von der feststehenden Elektrode weggerissen werden muß, wobei sieb die zusätzliche Schwierigkeit ergibt, daß die Abreißbewegung gegen den Kompressionsdruck erfolgen muß, so daß der Anker und die Magnetspule relativ

ao hohe Kräfte aufbringen müssen.

Ausgehend hiervon liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vom Anker aufzubringenden Kräfte zwecks Betätigung der beweglichen Elektrode zu reduzieren und hierfür den Druck im Zylinderinnenraum, d. h. rien Kompressionsdruck, nutzbar zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einen Druckausgleichsraum bildender Freiraum zwischen der den Elektroden abgewendeten Flache des Ankers und dem Stirnende der Magnetspule vorgesehen ist, und daß der Druck avsgleichsraum durch mindestens eine Bohrung mit dem Zylinderinnenraum verbunden ist, die durch den Anker, durch Verbindungsmittel zwischen dem Anker und der beweglichen Elektrode und durch die beiden Elektroden hindurchgeführt ist.

Bei dem Druckausgleich werden die für das Abreißen der beweglichen Elektrode erforderlichen Ankerkräfte reduziert. Die erforderliche Ankerkraft muß nämlich im wesentlichen nur die erforderliche Massenkraft zum Wegschleudern der beweglichen Elektrode aufbringen und hat praktisch keine zusätzlichen Druckkräfte zu überwinden, da diese weitgehend durch den Druckausgleichsraum und die Druckausgleichsbohrung ausgeglichen sind.

Der im Zylinder vor der Zündung auf einen relativ hohen Wert ansteigende Druck soll die Elektrode einerseits leicht an die Gegenelektrode anpressen, so daß ein kräftiges Magnetfeld in der Magnetspule aufgebaut wird, bevor der Anker die Elektrode gegen die

Wirkung dieses Druckes und der Spannung einer zugeordneten Feder von der Gegenelektrode abhebt. Andererseits darf jedoch diese Druckwirkung nicht eine Größe erreichen, bei der ein Abheben der Elektrode in Frage gestellt ist. Bei niedrigen Spannungen stellt bereits ein kleiner Spalt zwischen den beiden Elektroden einen relativ hohen eletkrischen Widerstand dar. Da die Magnetspule und dieser Spalt in Serie liegen, bedeutet dies, daß der der Zündkerze zugeführte Strom bereits bei Beginn der Abreißbewegung sehr stark abfällt. Das Magnetfeld soll deshalb schon zu Beginn der Abreißbewegung vollständig aufgebaut sein und seinen Optimalwert haben. Wenn jedoch die Abreißbewegung einmal eingeleitet ist, so soll der im Zylinder aufgebaute Kompressionsdruck, gegebenenfalls zusammen mit der sich einleitenden Verbrennung, die Abreißbewegung unterstützen, so daß die bewegliche Elektrode möglichst rasch ihren günstigsten Abstand von der festen EIek-

trode einnimmt. Das zusammenbrechende Magnetfeld — gegebenenfalls in Verbindung mit dem noch zufließenden Strom -~ liefert dann eine Serie von kräftigen Zündfunken, weiche sich über die ringförmige Elektrodenfläche verteilen. Die Abreißbewegung soll dementsprechend zweckmäßig in der Form eines Abschleuderns erfolgen.

Die Bewegung des Ankers und der Elektrode erfolgt axial zu: Zylinderöffnung, wobei die bewegliche Elektrode beim Aufreißen der Kurzschlußstrecke in Richtung auf das Zylinderinnere von der Gegenelektrode weggeschleudert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ragt die Elektrode über die Peripherie des die Verbindung mit dem Anker herstellenden Elektrodenträgers hinaus und liegt mit ihrem überstehenden Randteil im Ruhezustand an einer benachbarten, die Gegenelektrode bildenden Stirnfläche des Kerzengehäuses an.

In Abhängigkeit von der Motordrehzahl wird periodisch über mittels eines Thyristors gesteuerte ao Stromimpulse jeweils eine Erregung der Magnetspule bewirkt, so daß zwischen der beweglichen Elektrode und der benachbarten Stirnfläche des Kerzengehäuses eine Serie von ständig auf der Elektrodenoberfläche wandernden Zündfunken entsteht.

Die Elektrode soll aus einem Material bestehen, das ein sehr hohes Molekulargewicht und einen Schmelzpunkt von über 3000° C besitzt. Bevorzugt wird dabei Molybdän oder eine Molybdänlegierung mit einem Schmelzpunkt von etwa 3410° C verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die die Kurzschlußstrecke bildende Anlagefläche zwischen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode in an sich bekannter Weise ringförmig ausgebildet, wobei der Au«endurchmesser der ringförmigen Anlagefläche einen Wert von mindestens 10 mm haben kann. Die größte Anlagefläche kann ferner eine Größe von mindestens 20 mm² haben.

Bevorzugt beträgt die Spannung des Zündimpulses 30 bis 50 Volt, während dessen Stromstärke zwischen 0,3 und 3 A liegt.

Weitere Auseestaltungsmerkmalc der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht einer Zündkeize,

Fig. 2 die Zündkerze gemäß Fig. 1, jedoch im zusammengebauten Zustand, l· i g. 3 ein Schema der Zündanlage.

Die Zündkerze weist ein Gehäuse 1 auf, d. s aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Metall hergestellt ist und im wesentlichen die äußere Form eines abgestuften Zylinders hat. Das Gehäuse 1 umschließt einen durchgehenden Hohlraum, der sich im oberen Teil zu einer Kammer 2 erweitert. Der untere Gehäuseteil besitzt ein Außengewinde 3, mit welchem das Gehäuse unter Verwendung eines Dichtringes 4 wie die üblichen Zündkerzen in eine im Zylinderkopf angeordnete Gewindebohrung eingeschraubt werden kann. Der unteiste Teil der Gehäusebohrung ist stark verengt, so daß lediglich ein zentraler Durchgang S verbleibt.

Im Gehäuse 1 ist eine zylindrische Isolierhülse 6 untergebracht, oberhalb welcher sich ei"⁰ Glimmer-Isolierscheibe 7 befinJit. Auf der Isolierscheibe 7 ruht ein als Stufenzylinder ausgebildeter Weicheisenkörper 8, dessen unterer Teil vom Oberteil des Gehäuses I umfaßt wird. Die oberste Kante 9 der Gehäusewandung ist nach innen umgebördelt, so daß der Weieheisenkörper 8 im Gehäuse 1 fest eingespannt ist Ein Isolierring 10 sowie eine weitere Isolierscheibe 11 verhindern jeglichen elektrischen Kontakt zwischen dem Weieheisenkörper 8 und dem Gehäuse 1.

Der Weieheisenkörper 8 ist von einer durchgehenden Bohrung durchzogen, in deren oberem, etwas erweiterten Abschnitt 12 eine Schraubenfeder 13 untergebracht ist. Das untere Ende der Schraubenfeder 13 ruht auf der ringförmigen abgestuften Fläche der Bohrung. Das obere Ende der Schraubenfeder 13 drückt im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung (Fig. 2) ständig gegen die untere Ringfläche eines zylindrischen, aus Weicheisen hergestellten Ankers 14. Der Anker 14 ist starr mit einem aus nicht magnetisierbarem, aber elektri^-h leitendem Material hergestellten Rundstab 15 verbinden, der sich durch die koaxialen Zentral bohrungen aes Weicheisenkörpers 8 und der Isolierhülse 6 hindurcherstreckt und an seinem unteren Ende eine Elektrode Io trägt. Bei der Darstellung in F i g. 1 wurde zur besseren Übersicht der Rundstab 15 mit dem Anker 14 weggelassen. Die Elektrode 16 ist als Hohlzylinder ausgebildet, von dessen Innenwandung sich ein Steg 17 bis in dessen Zentrum erstreckt und dort mit dem unteren Ende des Stabes 15 starr verbunden ist. Die einander zugewandten, ringförmigen Stirnflächen des Gehäuses 1 und der Elektrode 16 sind vorzugsweise plangeschliffen und in der Größe aufeinander abgestimmt.

Der Anker 14, der Rundstab 15 und die Elektrode 16 besitzen eine Druckausgleichsbohrung 31, weiche das Zylinderinnere mit einem überhalb des Ankers 14 liegenden Druckausgleichsraum 21 verbindet. Der durch den im Zylinder hochgehende Kolben bewirkte Druckanstieg wirkt also einerseits von unten auf die untere Ringfläche der Elektrode 16 und andererseits von oben auf die Stirnfläche des Ankers 14. Wird die Elektrode 16 von ihrem Sitz abgehoben, gleicht sich der Druck über die Ringöffnung 30 in der Elektrode 16 von innen und außen her auf, so daß auf die Elektrode 16 nur noch der Differenzdruck des Querschnittes des durchbohrten Rundstabes 15 einwirkt, wobei die Druckwirkung auf den Anker 14 anhält.

Der oberste Abschnitt des Weicheisenkörpers 8 ragt in den Inntnraum einer Magnetspule 18, welche in einem Spulenträger 19 gelagert und nach außen durch eine Schutzhülse 20 abgeschlossen ist. Der Spulenträger 19 besteht aus einem elektrisch leitenden, aber nicht magnetisierbaren Metall und ist unter Zwischenlegun^ einer Ringdichtung 27 auf den mit Außengewinde versehenen Abschnitt 12 des Weicheisenkörpers 8 aufgeschraubt. Der über dem Anker 14 verbleibende Druckausgleichsraum besitzt eine Höhe h, welche größer ist als die Höhe der Elektrode 16, so daß er auch bei weitgehendem Abbrand der Elektrode 16 immer noch eine ausreichende Größe besitzt.

Die Spulenwicklung ist einerseits bei 22 an den metallischen Spulenträger 19 angeschlossen. Das andere Ende der Spulenwicklung ist über einen Verbindungsstift 23 und eine mit diesem vernietete Platte 24 mit einem Anschlußstift 25 verbunden. Die Platte 24 ist gegenüber dem Spulenträger 19 durch eine Isolierscheibe 26 elektrisch isoliert.

Die Länge des Rundstabes 15 ist so bemessen, daß

in der gezeichneten Ruhelage der Elektrode zwischen der Unterkante des Ankers 14 und der darunter befindlichen Oberkante des Weicheisenkörpers 8 ein Spiel α besteht, welches der maximalen Größe der Funkenstrecke entspricht.

Die Wirkungsweise der gesamten Zündanlage ist folgende:

Die Spannung einer üblichen Autobaii Tie 32 wird über einen Transformer 33 auf einen Wert von über 30VoIt gebracht. Eine der Zylinderzahl des Motors entsprechende. Anzahl von Thyristoren 34 ist einerseits mit dem Transformer 33 und andererseits mit dem Anschlußstift 25 je einer Zündkerze verbunden. Die Thyristoren 34 werden von einem Zündverteiler 35 gesteuert, welche in bekannter Weise bei Viertaktmotoren bei jeder zweiten Motorumdrehung jedem Thyristor 34 einen Rechtecksteuerimpuls liefert. Im Normalfall wird der Rechtecksteuerimpuls eine Breite von VaoooStel Sekunde haben. Die Auslösung der Impulse erfolgt in bekannter Weise z. B. durch einen umlaufenden Magneten. Mechanisch bewegte Kontakte sind im allgemeinen nicht erwünscht, können jedoch bei bestehenden Anlagen gegebenenfalls übernommen werden. Bei Eintreffen des Rechteckimpulses öffnet der jeweilige Thyristor 34, wobei ein Strom von etwa 0,5 bis 2 Ampere über den Anschlußstift 25, die Magnetspule 18, den Weicheisenkörper 8, die Feder 13 und den Rundstab 15 zur Elektrode 16 und über die Kurzschlußstrecke zwischen der Elektrode 16 und über die Kurzschlußstrecke zwischen der Elektrode 16 zu dem Kerzenkörper auf Masse fließt. Das sich aufbauende Magnetfeld erzeugt über den Weicheisenkörper 8 auf den Anker 14 eine im Sinne

ίο der Darstellung nach unten gerichtete Kraft. Wenn diese Kraft den Druck der Schraubenfeder 13 und die bereits beschriebene Differenz des Kompressionsdruckes überwindet, wird die Elektrode 16 in Richtung auf das Zylinderinnere abgeschleudert. Dabei entsteht im allgemeinen eine Serie von Zündfunken, die sich über die Ringfläche der Elektrode 16 verteilen und welche von dem noch zufließenden Strom und von dem zusammenbrechenden Magnetfeld der Magnetspule 18 gespeist werden. Nach dem Zusammenbrechen des Magnetfeldes drückt die Schraubenfeder 13 den Anker 14 wieder in seine Ausgangsstellung zurück, bei welcher die Elektrode 16 wieder an der von dem Kerzengehäuse gebildeten Gegenelektrode anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Abreißzündkerze für Kolbenbrennkraft' maschinen, bei der eine Magnetspule auf einen Anker einwirkt, der eine bewegliche Elektrode betätigt und bei der ein Zündimpuls die Magnetspule und eine Kurzschlußstrecke zwischen der beweglichen Elektrode und einer Gegenelektrode (Masseelektrode) durchläuft, wobei das sich in der Magnetspule aufbauende Magnetfeld ein Aufreißen der Kurzschlußstrecke unter Funkenbildung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Drockausgleichsraum (21) bildender Freirauni zwischen der den Elektroden abgewendeten Fläche des Ankers (14) und dem Stirnende der Magnetspule (18) vorgesehen ist, und daß Her Druckausgleichsraum (21) durch mindestens eine Bohrung (31) mit dem Zylinderinnenraum verbunden ist, die durch den Anker (14), durch Verbindungsmittel zwischen dem Anker (14) und der beweglichen Elektrode (16) und durch die beiden Elektroden hindurchgeführt ist.

2. Abreißzündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (A) des Druckausgleichsraumes größer ist als die Höhe der beweglichen Elektrode (16).

3. Abreiß.'ündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kurzschlußstrecke bildende Aniagefläcne zwischen der beweglichen Elektrode (16) und der Gegenelektrode in bekannter Weise ringförmig ausgebildet ist.

4. Abreißzündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor zur Steuerung der Zündimpulse vorgesehen ist.

5. Abreißzündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mittels eines durchbohrten Stabes (15) mit der beweglichen Elektrode (16) verbunden ist.

6. Abreißzündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) mit einem radial verlaufenden Steg versehen ist, an dem der Stab (IS) befestigt ist.

7. Abreißzündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Zündkerze zweiteilig ausgebildet ist, wobei der eine Teil die Magnetspule (18) aufnimmt, und der andere in die Zylinderöffnung einschraubbare Teil auswechselbar ist.