DE19629344A1 - Vorrichtung zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkammer mit einer in der Brennkammerwand oder deren Boden angeordneten Zündkerze mit einem in die Brennkammer ragenden Zündmittel.

Im Stand der Technik sind als Zündmittel Zündkerzen bekannt, die beispielsweise in den Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen einschraubbar sind und an eine Zündeinrichtung angeschlossen sind. Solche Zündkerzen weisen ein in einem Porzellankörper isoliert angeordnete Zündmittelelektrode und eine Zündaußenelektrode auf, zwischen denen eine Funkenstrecke besteht. Nachteilig ist dabei, daß sich insbesondere durch Elektroden­ verschleiß das Abstandsmaß zwischen den Elektroden verändert, so daß ein Ersatz der Zündkerze oder ein Nachstellen des Zündkerzenelektrodenabstandes erforderlich ist. Zudem müssen diese Elektroden von Ablagerungen häufig gereinigt werden. Auch ist es üblich, solche Elektroden aus hochwertigen Materialien, die entsprechend kostenträchtig sind, zu fertigen, um lange Lebensdauer zu erreichen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die insbesondere auch für den Einsatz in Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen geeignet ist, die kostengünstig sowie verschleißarm ist und eine hohe Lebensdauer besitzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Zündmittel aus einer nach dem Prinzip der Gleitentladung funktionierenden Gleitanordnung mit einer mit elektrischem Isolierstoff umgebenen oder ummantelten Mittelelektrode besteht.

Das Prinzip der Gleitentladung an Isolierstoffoberflächen ist an sich aus der Literaturstelle Beyer, Boeck, Möller, Zaengl: Hochspannungstechnik, Springer-Verlag, 1986, Seite 139 bis 141 bekannt.

Die Funktionen des erfindungsgemäßen Zündmittels basiert auf dem Phänomen der Gleitentladung.

Erläuternd sind hierzu einige Grundlagen erklärt.

Unter elektrischer Festigkeit ist die Fähigkeit einer Isolatoranordnung zu verstehen, hohe Feldstärken zu ertragen, ohne daß es zu einer Entladung kommt. Grund­ sätzlich ist die Festigkeit entlang von Grenzflächen zwischen Feststoff und Gas geringer als die Festigkeit derselben Anordnung in Gas und diese wiederum als die Festigkeit der Anordnung mit Feststoffisolation. Entladungen treten daher bevorzugt entlang solcher Grenzschichten auf. Sie erfordern ein elektrisches Feld in Richtung der Oberfläche, also eine tangentiale Feldkomponente. Die entsprechende Anordnung von Elektroden und Isolatoren führt im Zusammenhang mit einem Sprung der Dielektrizitätszahl zwischen den Medien zu einer Anordnung, bei der die Voraussetzung für das Entstehen und Wachsen von Gleitentladungen gegeben sind. Solche Anordnungen werden daher als Gleitanordnungen bezeichnet.

Ein erfindungsgemäßes Zündmittel stellt eine solche Gleitanordnung dar. Ein solches Zündmittel erzeugt schon bei geringen Spannungen sehr lange Zündfunken, wobei infolge der Isolieranordnung kein Spannungsdurchschlag zwischen Masse und Mittelelektrode auftritt. Die Entladung endet auf der Isolierstoffhülle oder dem Isolierstoffmantel, ohne eine metallische Gegenelektrode zu erreichen.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Mittelelektrode vom dem Brennraum zugewandten Ende bis zur außerhalb des Brennraumes angeordneten Anschlußstelle der Zündkerze reicht und im gesamten Bereich von Isolierstoff ummantelt ist, mit Ausnahme der Anschlußstelle, wobei die ummantelte Elektrode ein hülsenartiges Einschraubteil der Zündkerze durchsetzt.

Besonders bevorzugt ist, daß der Isolierstoffmantel aus Keramik besteht.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß die Wandstärke des Isolierstoffmantels etwa gleich dem halben Querschnittsmaß der Elektrode entspricht.

Auch kann bevorzugt sein, daß die Elektrode zylindrischen und der Mantel kreisringförmigen Querschnitt aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Zündmittel im Mittellängs­ schnitt gesehen;

Fig. 2 desgleichen in Ansicht;

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Zündmittels im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit Äquipotentiallinien;

Fig. 5 desgleichen mit dem Feldbild mit Entladung.

Die Vorrichtung zu Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkammer 1 mit in der Brennkammerwand oder deren Boden, insbesondere im Zylinderkopf 2 angeordneten Zündkerze 3 mit einem in die Brennkammer 1 ragenden Zündmittel ist in den Zeichnungsfiguren gezeigt. Das Zündmittel besteht dabei aus einer nach dem Prinzip der Gleitentladung funktionierenden Gleitanordnung mit einer mit elektrischen Isolierstoff 4 umgehenen oder ummantelten Mittelelektrode 5. Die Mittelelektrode 5 reicht vom dem Brennraum 1 zugewandten Ende bis zur außerhalb des Brennraums angeordneten Anschlußstelle 6, an welche eine Zündspule unmittelbar oder über ein entsprechendes Kabel angeschlossen werden kann. Sie ist im gesamten Bereich von Isolierstoff ummantelt, mit Ausnahme der Anschlußstelle 6, wobei die ummantelte Elektrode 5 eine hülsenartiges Einschraubteil 7 der Zündkerze durchsetzt. Mittels dieses Anschraubteiles ist die Zündkerze in eine entsprechende Gewindebohrung beispielsweise des Zylinderkopfes 2 einer Brennkraft­ maschine einschraubbar. Vorzugsweise besteht der Isolierstoffmantel 4 aus Keramik. Die Wandstärke des Isolierstoffmantels 4 entspricht vorzugsweise etwa gleich dem halben Querschnittsmaß der Elektrode 5. Vorzugsweise hat die Elektrode 5 zylindrischen Querschnitt, während der Mantel aus Isolierstoff 4 kreisringförmigen Querschnitt aufweist. In Fig. 4 und 5 ist das Funktions­ prinzip der Erfindung verdeutlicht. Der Brennraum 1 ist dort von Zylinderkopf 2 und dem Kolben 8 begrenzt. In Fig. 3 ist ein Halbschnitt der Zündkerze mit liniengleichen elektrischen Potentials beim Anlegen einer Zündspannung gezeigt. Das elektrische Feld verläuft dabei senkrecht zu diesen Äquipotentiallinien und ist um so stärker, je dichter diese Linien sind. Am Punkt A liegt die höchste Feldstärke vor, so daß dort eine Gleitentladung entlang der Oberfläche der keramischen Isolierung 4 entsteht.

Die Entladung entwickelt sich durch Stoßionisation zu einem gut leitfähigen Entladungskanal. Wegen der Leit­ fähigkeit hat dieser nahezu das gleiche Potential wie der Gewindeteil (Teil 7) und bewirkt damit eine Veränderung des Feldbildes. Wie in Fig. 5 gezeigt, durchdringen die Äquipotentiallinien die Isolierstoff­ hülle 4 aus Keramikmaterial nun nicht mehr am Punkt A, sondern an der Spitze der Entladung. Damit liegt dort eine hohe Tangentialfeldstärke vor, die zu einem weiteren Wachstum der Entladung führt. Durch den beschriebenen Mechanismus und die geringe Festigkeit der Grenzschicht erzeugt diese Zündkerze schon bei geringen Spannungen sehr lange Zündfunken. Da die Mittel­ elektrode 5 innerhalb der Keramik (Isolierstoffhülle 4) liegt, tritt kein Durchschlag zwischen Masse und Mittelelektrode auf. Die Entladung endet auf dem Keramikmaterial, ohne eine metallische Gegenelektrode zu erreichen.

Durch diese Ausbildung wird eine äußerst funktions­ tüchtige praktisch verschleißfreie Zündkerze geschaffen, die auch unter Einsatz von kostengünstigem Material gefertigt werden kann. So ist der Einsatz von teuren Materialien für das Elektrodenmaterial nicht erforderlich, da dieses innerhalb der Isolierstoffhülle 4 geschützt angeordnet ist.

Zur Fixierung der Zündkerze 3 in einer Gewindebohrung beispielsweise des Zylinderkopfes 2 ist der Isolierstoff­ mantel 4 mit einem umlaufend vorstehenden Ringbereich 9 ausgebildet, an den eine Gewindehülse 10 mit Anschlag­ kragen 11 stirnseitig angelegt werden kann, über welche eine Überwurfmutter 12 geschraubt wird, um die Verbindung zu fixieren. Dabei können in den Bereichen 13 und 14 Dichtungen, vorzugsweise aus Keramikmaterial angeordnet sein.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkammer mit einer in der Brennkammerwand oder deren Boden angeordneten Zündkerze mit einem in die Brennkammer ragenden Zündmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündmittel aus einer nach dem Prinzip der Gleitentladung funktionierenden Gleit­ anordnung mit einer mit elektrischem Isolierstoff (4) umgebenen oder ummantelten Mittelelektrode (5) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (5) vom dem Brennraum (1) zugewandten Ende bis zur außerhalb des Brennraumes (1) angeordneten Anschlußstelle (6) der Zündkerze (3) reicht und im gesamten Bereich von Isolierstoff (4) ummantelt ist, mit Ausnahme der Anschlußstelle (6), wobei die ummantelte Elektrode (5) ein hülsen­ artiges Einschraubteil (7) der Zündkerze durchsetzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolierstoffmantel (4) aus Keramik besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Isolierstoff­ mantels (4) etwa gleich dem halben Querschnittsmaß der Elektrode (5) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (5) zylindrischen und der Mantel (4) kreisringförmigen Querschnitt aufweist.