DE2417968C2 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer innerhalb der Zündelektrode vorgesehenen Heizspirale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Zündkerze ist aus der DE-PS 5 71 610 bekannt.

Unter verschiedenen Umweltbedingungen erfordern Brennkraftmaschinen verschiedene Kraftstoffzusammensetzungen, um ein leichtes Starten und einen hohen Wirkungsgrad im Betrieb sicherzustellen. Soll beispielsweise eine Brennkraftmaschine in einem sehr warmen Klima betrieben werden, so wird sie ohne weiteres mit einem Kraftstoff relativ geringer Flüchtigkeit anlaufen. Solche Kraftstoffe sind erforderlich, um die Kraftstoffverluste durch Verdampfung auf einem Minimum zu halten. Soll die gleiche Brennkraftmaschine unter extrem kalten oder arktischen Bedingungen betrieben werden, so ist ein wesentlich flüchtigerer Kraftstoff normalerweise zum Starten der Brennkraftmaschine erforderlich. Dieser Unterschied in den Anforderungen an den Kraftstoff kann Probleme bieten, insbesondere bei Brennkraftmaschinen für das Militär, die unter ungünstigen Umständen betrieben werden. Im Idealfall sollte das Militär über Brennkraftmaschinen verfügen, welche unter extrem kalten oder extrem heißen Bedingungen mit einer einzigen Kraftstoffzusammensetzung betrieben werden können.

Unter gewissen Bedingungen lassen sich Brennkraftmaschinen nur schwierig starten. Befindet sich eine Brennkraftmaschine beispielsweise auf einer Temperatur von etwa — 1°C bis +2⁰C, so kann Feuchtigkeit auf der Zündkerze und den Kühlwandungen der Brennkammer kondensieren. In Verbindung mit den üblichen Abscheidungen auf der Zündkerze kann diese hierdurch kurzgeschlossen werden. Bei extrem kaltem Wetter kann Feuchtigkeit auf der Zündkerze anfrieren und sorgt so in der gleichen Weise für einen Kurzschluß.

Kaltstartprobleme dieser Art werden weiterhin vergrößert, wenn der Einstellzustand der Brennkraftmaschine schlecht ist. Ferner stellt sich bei extrem kaltem ίο Wetter im allgemeinen ein Abfall in der verfügbaren Spannung ein, der sowohl auf einer Abnahme im maximalen Batterieausgang wie auch auf eine vergrößerte Last zurückzuführen ist, die beim Durchdrehen oder Andrehen der kalten Brennkraftmaschine vorgesehen is ist

Diese Schwierigkeiten sind dadurch behoben worden, daß man Zündkerzen mit Heizeinrichtungen ausgerüstet hat Bei einer bekannten Zündkerze (US-PS 35 89 348) ist hierbei eine elektrische Heizspirale in einer am Zündkerzenmantel befestigten Kammer gela gert Die Heizspirale ist dabei derart angeordnet daß sie Wärme gegen die Isolatornase und die benachbarte Spitze der Zündelektrode richtet Bei dieser Anordnung ist allerdings die Heizspirale korrosiven Angriffen ausgesetzt

Ferner ist eine Zündkerze bekannt (US-PS 36 80 538). bei welcher der Isolatorkörper um eine Heizspirale herum ausgebildet ist Dieser Aufbau kann jedoch zu unzulässig hohen Wärmespannungen oder -beanspruchungen am Isolatorkörper führen, was schließlich zu einer Beschädigung des Isolators führen kann. Ferner ergeben sich bei einem solchen Aufbau Herstellungsschwierigkeiten.

Bei der bekannten Zündkerze der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art (DE-PS 5 71 610) sind diese Schwierigkeiten dadurch behoben, daß die Heizspirale innerhalb der Zündelektrode angeordnet ist. Die Zündelektrode ist über eine Schraubverbindung in der Zündkerze aufgenommen, so daß sie bei Verschleiß ohne weiteres ausgetauscht werden kann. Die Versorgung der Heizspirale mit Heizstrom erfolgt über einen in einem Bundring aufgenommenen Bolzen, der sowohl eine Klemmschraube für die Zündplusleitung sowie eine Klemmschraube für die Heizplusleitung trägt. Mittels Schalteinrichtungen werden die Plus- und Minusleitungen für den Heizstrom nach dem Erhitzen der Elektrode unterbrochen, so daß hierauf die Zündkerze durch die Plusänderung mit Zündstrom versorgt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer Zündkerze gemäß der DE-PS 5 71 610 eine den baulichen Verhältnissen einer Zündkerze angepaßte, einfach aufgebaute und zuverlässig arbeitende Schalteinrichtung zu schaffen, die eine geeignete Versorgung von Heizspirale und Zündelektrode gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nach Maßgabe der Erfindung wird mit einer baulich einfachen und robust aufgebauten Schalteinrichtung erreicht, daß immer dann, wenn die Heizeinrichtung mit dem Niederspannungsanschluß verbunden ist, die Zündelektrode an Masse gelegt ist, also kein Zündstrom zur Zündung bereitsteht. Andererseits wird dann, wenn der Niederspannungsanschluß von der entsprechenden Klemme für die Heizspirale getrennt wird, auch der Massekontakt unterbrochen, so daß dann unmittelbar die Zündelektrode mit dem Zündstrom beaufschlagt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Zündkerze nach der Erfindung,

F i g. 2 eine vergrößerte Teildarstellung der Spitze der Zündelektrode der Zündkerze nach F i g. 1 und

Fig. 3 fin schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Zündkerze nach F i g. 1.

Die Bezeichnungen »oben« und »unten« verstehen sich aus der Darstelliwgslage in der Zeichnung.

In Fig. 1 ist die Zündkerze allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet Diese umfaßt einen unteren Teil 11, der ähnlich einer üblichen Zündkerze ist jedoch eine Heizspirale aufnimmt Ferner vorgesehen ist ein oberer Teil 12.

Der Teil 11 der Zündkerze 10 besitzt ein«.n im wesentlichen röhrenförmigen Mantel 13 mit einem Gewindeteil 14 an seinem unteren Ende, um mit einem Zylinderkopf einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verschraubt werden zu können. Eine Masseelektrode 15 ist am Mantel 13 benachbart dem Gewindeteil 14 befestigt Eine keramische Isolierhülse 16 ist innerhalb des Mantels 13 derart positioniert daß ein radial abstehender Flansch 17 auf der Isolierhülse 16 gegen eine nach oben gerichtete Schulter 18 innerhalb des Mantels 13 zur Anlage kommt. Eine oberhalb des Flansches 17 ausgebildete Kammer 19 zwischen Isolierhülse 16 und Mantel 13 ist mit einem kompressiblen oder federnden Dichtungsmaterial wie Talk oder Talkum gefüllt. Eine röhrenförmige Abschirmung 20 ist um die Isolierhülse 16 mit einem nach außen abstehenden Flansch 21 in der Kammer 19 positioniert. Der Mantel 13 ist bei 22 über den Flansch 21 umgebördelt und hält die Isolierhülse 16 und die röhrenförmige Abschirmung 20 zusammen. Der Mantel 13 kann dann in Axialrichtung an einem dünnwandigen Abschnitt 23 zusammengequetscht werden, um das federnde Material in der Kammer 19 in einen hoch-komprimierten Zustand zu versetzen und hierdurch den Mantel 13 und die Isolierhülse 16 zusammen abzudichten.

Die Isolierhülse 16 ist mit einer Bohrung 24 versehen, in welcher eine Zündelektrode 25 angebracht ist. Die Zündelektrode 25 weist ein röhrenförmiges Element 26 mit einem radial sich erstreckenden Flansch 27 auf, der gegen eine nach oben gerichtete Schulter 28 innerhalb der Bohrung 24 der Isolierhülse 16 sitzt. Das röhrenförmige Element 26 endet in einer Elektrodenspitze 29, die von einem Nasenteil 30 im unteren Ende der Isolierhülse 16 vorsteht Die Elektrodenspitze 29 ist so positioniert, daß sie einen definierten Elektrodenabstand mit der Masseelektrode 15 bildet, um den Kraftstoff in einer Brennkammer zu zünden. Nach den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist die Elektrodenspitze 29 als durchgehendes Bauteil mit einer im wesentlichen röhrenförmigen Wandung 31 ausgebildet, die am Boden durch ein integrales Endelement 32 verschlossen ist, um eine Kammer

33 zu bilden, die gegen die Brennkammer der Brennkraftmaschine isoliert ist. Eine elektrische Heizspirale

34 ist innerhalb der Ka^rnmer 33 positioniert. Das untere Ende der Heizspirale 3Ί ist an das Endelement 22 punktgeschweißt oder auf Andere Weise befestigt (35). Ein geeignetes elektrisches Isoliermaterial 36 ist eng um die Heizspirale 34 gepackt, um diese gegen die röhrenförmige Wandung 31 der Elektrodenspitze zu isolieren. Ein Niederspannungsanschluß 37 ist mit dem oberen Ende der Heizspirale 34 verbunden und erstreckt sich nach oben durch das röhrenförmige Element 26 und liefert Strom zum Erwärmen der Spirale 34. Wird Strom durch den Anschluß 37 an die Spirale 34 geliefert, so wird die in der Spirale 34 erzeugte Wärme durch Wärmeleitung zur Erwärmung der Elektrodenspitze 29 und des Nasenteils 30 übertragen. Diese Wärme verdampft jegliche Feuchtigkeit oder auch Eis auf der Spkze 29 und dem Nasenteil 30 der Isolierhülse. Ferner wird die angrenzende Brennkammer innerhalb der Brennkraftmaschine vorgewärmt. Nachdem Spitze 29, Isolierhülse 16 und Brennkammer erwärmt sind, wird der Strom vom Anschluß 37 genommen und eine Hochspannung vom Zündsystem der Brennkraftmaschine an die Spitze 29 gelegt um den Kraftstoff innerhalb der Brennkammer zu zünden.

Der obere Teil 12 der Zündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen röhrenförmiges Gehäuse 40, welches lösbar am unteren Teil 11 mittels einer Mutter 41 befestigt ist, die unter Verschrauben die Abschirmung 20 erfaßt. Eine Hochspannungsbuchse 42 ist am Gehäuse 40 befestigt und weist einen Schaltstift 43 auf, der innerhalb eines Isolierkörpers 44 angebracht ist. Die Buchse 42 ist vorteilhaft so ausgelegt, daß sie einen genormten Hoch-Spannungsstecker von einem Typ aufnehmen kann, wie er bei zur Zeit vorhandenen Zündsystemen benutzt wird. Der Stift 43 ist elektrisch mit einem röhrenförmigen Kontakt 45 verbunden, welcher koaxial innerhalb des Gehäuses 40 gelagert ist. Der Kontakt 45 besitzt einen Endteil 46, der elektrisch das Element 26 der Zündelektrode 25 erfaßt. Der Endteil 46 übt einen Federdruck auf das Element 26 zur Aufrechterhaltung eines guten elektrischen Kontaktes aus. Ein geeigneter Hochspannungsisolator 47 ist zwischen dem Kontakt 45 und dem Gehäuse 40 angeordnet. Der Kontakt 45 ist an einem Isolierring 48 befestigt, welcher gegen einen nach innen gerichteten, innerhalb des Gehäuses 40 ausgebildeten Flansch 49 abgedichtet ist. Als Gegenkontakte für den Schaltstift 54 dienende Zungen 50 auf dem Kontakt 45 sind durch Schlitze im Isolierring 48 eingeführt und zur Bildung der elektrischen Gegenkontakte umgebogen, auch um den Kontakt 45 zu verankern. Eine öldichte Abdichtung ist vorgesehen, wo der röhrenförmige Kontakt 45 durch den Isolierring 48 geführt ist. Ein Niederspannungskontakt 51 als weiterer Gegenkontakt für den Schaltstift 54 ist auch am Isolierring 48 befestigt und erstreckt sich koaxial innerhalb des Kontaktes 45. Der Niederspannungskontakt 51 umfaßt einen hohlen unteren Teil 52, der so ausgelegt ist, daß er verschiebbar oder teleskopartig den Niederspannungsanschluß 37 aufnimmt, der vom unteren Teil 11 vorsteht. Der untere Teil 52 übt einen Federdruck auf den Anschluß 37 aus, um einen guten elektrischen Kontakt zu ei halten.
Innerhalb des Gehäuses 40 ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, um Strom auf die Zündelektrode 25 zwischen einer hohen Zündspannung und einer niedrigen Heizspannung umzuschalten. Ein Solenoid 53 ist so ausgebildet, daß es einen Anker in Form eines Schaltstiftes 54 gegen eine Rückstellfeder 55 zur Betätigung eines Schalters 56 bewegt Wird ein geeigneter Strom zwischen einem Solenoidanschluß 57 und dem geerdeten Gehäuse 40 angelegt, so wird das Solenoid 53 erregt und der Schaltstift 54 bewegt sich, um einen Niederspannungsanschluß 58 mit dem Kontakt 51 zu verbinden und die Heizspirale 34 innerhalb der Elektrodenspitze 29 zu erregen. Gleichzeitig spannt eine Druckfeder 59 einen Massekontakt 60 gegen die Zungen 50 des Kontaktes 45 vor und legt den Kontakt 45, das angeschlossene roh-

renförmige Element 26 der Zündelektrode 25 sowie die Elektrodenspitze 29 an Masse. Folglich kann die Zündkerze 10 nicht zur Zündung betätigt werden, während die Heizspirale 34 unter Spannung gesetzt ist. Das Solenoid 53 sowie der Isolierring 48 werden gegen das Gehäuse 40 abgedichtet und bilden eine den Schalter 56 einschließende Kammer 61. Die Kammer 61 ist mit einem isolierenden öl gefüllt, um einen Überschlag zwischen dem Hochspannungskreis und dem Niederspannungskreis zu verhindern. Das öl wirkt also als dielektrische Schranke.

In Fig.3 der Zeichnung nun ist ein schematisches Schaltbild zur Betätigung der Zündkerze 10 vorgesehen. Eine übliche Zündspule 65 ist mit dem Stift 43 innerhalb der Buchse 42 verbunden, um periodisch im richtigen Augenblick während des Startens und Betreibens der Brennkraftmaschine eine Hochspannung an die Elektrodenspitze 29 für normale Funkenzündung des Kraftstoffes in der Brennkammer zu legen. Eine Batterie 66 ist durch einen Ballastwiderstand 67 mit dem Anschluß 58 und auch über einen Heizschalter 68 mit dem SoIenoidanschluß 57 verbunden. Wird der Heizschalter 68 vor dem Starten der Maschine geschlossen, so wird das Solenoid 53 betätigt und verbindet die Batterie 66 durch den Ballastwiderstand 67 und die Heizspirale 34 mit Masse, wodurch die Elektrodenspitze 29, die Isolierhülse 16 und die angrenzende Brennkammer erwärmt werden. Obwohl in F i g. 3 nur ein einfacher Schalter 68 dargestellt ist, kann der Schalter 68 natürlich entweder ein Zeitvorgabeglied oder eine thermische Regelung umfassen. Ein Integralzeitgeber kann eingestellt werden, um den Schalter 68 über eine bestimmte Vorwärmperiode vor dem Starten der Maschine zu schließen. Als Alternative aber kann eine integrale thermische Regelung den Schalter 68 öffnen, nachdem entweder die Zündelektrodenspitze 29 oder die Brennkammer auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt sind.

Die obige Beschreibung zeigt, daß die Zündkerze 10 aus zwei Teilen besteht, nämlich dem unteren Teil 11, der im wesentlichen genauso wie eine übliche Zündkerze und zusätzlich mit der Heizspirale 34 innerhalb der

ίο Zündelektrode 25 wirkt, und dem oberen Teil 12 zum Regeln des Anlegens von Strom an den unteren Teil 11. Die Zündkerze 10 kann so ausgelegt sein, daß es lediglich notwendig wird, den unteren Teil 11 zu ersetzen, nachdem die Massenelektrode 15 und die Spitze 29

is durch übermäßigen Verbrauch verschlissen oder erodiert sind. Weiterhin ist die Zündkerze 10 völlig abgeschirmt, derart, daß sie ohne weiteres bei einem vorhandenen abgeschirmten Zündsystem mit niedriger Hochfrequenzstörung verwendet werden kann. Wie vorher angegeben, wird die Hochspannungsbuchse 42 als genormte Buchse für einen Hochspannungsstecker ausgebildet, so daß die Zündkerze 10 in ein vorhandenes System eingebaut werden kann, ohne daß vorhandene Verdrahtungen und Anschlüsse bzw. Stecker verändert werden müßten. Auch ist die Zündkerze 10 so ausgelegt, daß die kapazitive Last des Zündsystems bei Einsetzen in ein vorher bestehendes System auf ein Minimum herabgesetzt wird. Dadurch wird es möglich, daß ein bestehendes Zündsystem, das mit einer genormten Zündkerze arbeitet, nun mit der Zündkerze 10 bei geringster Stillstandszeit und geringstem Anteil an Modifikationen vorhandener Verdrahtungen ausgerüstet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer innerhalb der Zündelektrode vorgesehenen Heizspirale für die Elektrodenspitze und den vorderen Abschnitt der die Zündelektrode umgebenden Isolierhülse, mit einem Hochspannungsanschluß für die Zündelektrode, mit einem Niederspannungsanschluß für die Heizspirale sowie mit einer Schalteinrichtung, welche wechselweise die Zündelektrode und die Heizspirale mit Strom versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein im Gehäuse der Zündkerze untergebrachtes Solenoid (53) aufweist, dessen Anker in Form eines Schaltstifts (54) mit dem Niederspannungsanschluß verbunden ist, daß der Schaltstift (54) an seinem die Schaltvorgänge ausführenden Ende einen Massekontakt (60) für die Zündelektrode (25) und einen Kontakt für die Heizspirale (34) trägt, über welche Kontakte der Heizstromkreis schließbar ist

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schaltvorgänge ausführende Ende des Schaltstiftes (54) in einer mit Isolieröl gefüllten Kammer (61) angeordnet ist, die auch die mit der Heizspirale (34) verbundenen, mit den Kontakten am Schaltstift (54) zusammenwirkenden Gegenkontakte aufnimmt, die einen die Kammer (61) begrenzenden Isolierring (48) durchgreifen.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekontakt (60) am Schaltstift (54) ringförmig ausgebildet ist und durch eine Druckfeder (59) beaufschlagt ist derart, daß der Massekontakt (60) dem anderen Kontakt am Schaltstift (54) nachgeführt wird.