DE19629344C2 - Gleitfunkenzündkerze zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches - Google Patents
Gleitfunkenzündkerze zum Zünden eines Brennstoff-Luft-GemischesInfo
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- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface
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- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitfunkenzündkerze zum
Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer
Brennkammer, welche in der Brennkammerwand oder
deren Boden angeordnet ist.
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 Elektrodenverschleiß 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.
Aus der GB 745 016 ist eine Vorrichtung nach dem
Prinzip der Gleitentladung gemäß Gattungsbegriff des
Anspruches 1 bekannt. Dabei ist die Mittelelektrode
von elektrisch isolierendem Material umgeben oder
ummantelt.
Aus der US 2 867 740 ist die allseitige Abdeckung
der Mittelelektrode mit Isolierstoff bekannt, wobei
dort ein enger Zündspalt zwischen den
Isolierstoffteilen vorhanden ist.
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.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1
angegeben.
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. Grundsätzlich 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
Anordung, 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 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
Mittellängsschnitt 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 umgebenen 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 Brennkraftmaschine
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 Funktionsprinzip 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
Leitfähigkeit 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
Isolierstoffhülle 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
Mittelelektrode 5 innerhalb der Keramik
(Isolierstoffhülle (4) liegt, tritt kein Durchschlag
zwischen Masse und Mittelelektrode auf. Die
Entladung endet auf dem Keramikmaterial, ohne eine
metallische Gegegenelektrode 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
vorstehenden Ringbereich 9 ausgebildet, an den eine
Gewindehülse 10 mit Anschlagkragen 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.
Claims (6)
1. Gleitfunkenzündkerze zum Zünden eines Brennstoff-
Luft-Gemisches in einer Brennkammer, welche in
der Brennkammerwand oder deren Boden angeordnet
ist, wobei die Mittelelektrode (5) vom dem
Brennraum (1) zugewandten Ende bis zur außerhalb
des Brennraumes angeordneten Anschlußstelle (6)
der Zündkerze (3) reicht und im gesamten Bereich
von Isolierstoff (4) ummantelt ist, mit Ausnahme
der Anschlußstelle (6).
2. Gleitfunkenzündkerze nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die ummantelte Elektrode (5)
ein hülsenartiges Einschraubteil (7) der
Zündkerze durchsetzt.
3. Gleitfunkenzündkerze nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Isolierstoffmantel (4) aus Keramik besteht.
4. Gleitfunkenzündkerze nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke
des Isolierstoffmantels (4) etwa gleich dem
halben Querschnittsmaß (Durchmesser) der
Elektrode (5) entspricht.
5. Gleitfunkenzündkerze nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode
(5) zylindrischen und der Mantel (4)
kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
6. Gleitfunkenzündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bei anliegender Zündspannung an der in
die Brennkammer vorragenden Zündkerze (3) eine
Gleitentladung entlang der Mantelfläche des
Isolierstoffes (4) entsteht.
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