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ZÜNDKERZE Die Erfindung betrifft eine Zündkerze zum Entzünden eines
Kraftstoffgemischs in einem Verbrennungsmotor, welche keinem Abbrand an den Elektrodenspitzen
unterliegt.
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Die Elektroden einer Zündkerze sind im Gebrauch elektrischer und chemischer
Erosion ausgesetzt, durch welche nicht nur die Lebensdauer der Zündkerze begrenzt
wird, sondern auch eine häufige Reinigung der Elektrodenspitzen und die Einstellung
des Elektrodenabstands erforderlich wird. Zur Abhilfe dieser Nachteile sind bereits
mehrere Lösungen vorgeschlagen worden.
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In der U.S. Patentschrift 2 391 455 vom 25. 12. 1945, Franz R. Hensel,
ist eine Zündkerze beschrieben, bei der die Elektroden aus unterschiedlichen Verbundmetallen
hoher Zug-und Biegefestigkeit und erhöhter Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion
durch Gase bei hohen emperaturen bestehen.
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In der U.S. Patentschrift 1 515 866 vom 18. 11. 1924, L. F.
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Martin, sind Zündkerzenelektroden beschrieben, deren Spitzen mit einem
Metall hoher Wärmeleitfähigkeit beschichtet sind und eine nicht oxidierbare Oberfläche
bilden.
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Die bisher vorgeschlagenen Lösungen zur Beseitigung der an
den
Zündkerzenelektroden auftretenden Erosion führen zwar in unterschiedlichem Maße
zu besseren Ergebnissen, indem die Erosionsgeschwindigkeit verringert wird, schaffen
jedoch andererseits dieses Problem nicht ganz aus der Welt, da der zum Entzünden
des Kraftstoffgemischs dienende Zündfunke unmittelbar zwischen zwei metallischen
Oberflächen oder Spitzen überspringt.
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Durch die Erfindung soll nunmehr eine Zündkerze geschaffen werden,
deren Elektroden in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, daß sie im Betrieb
keiner Erosion unterliegen.
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Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Zündkerze ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die zum Entzünden eines Kraftstoffgemischs
dienende Zündstrecke durch in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete
Nichtleiter vorgegeben ist.
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Die in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordneten Elektrodenspitzen,
zwischen denen der Funke erzeugt wird, sind mit einem nichtleitenden, hoch temperaturfesten
Überzug versehen, so daß elektrische und chemische Erosion an den Elektrodenenden
ausgeschaltet und eine lange Standzeit der Zündkerze erhalten wird.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zündkerze wird der zum Entzünden
eines Kraftstoffgemischs dienende Zündfunke in dem Luftspalt zwischen den in einem
gegenseitigen Abstand voneinander angeordneten Nichtleitern erzeugt.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Zündkerze
auch mehrere Elektroden aufweisen, deren Spitzen jeweils mit einem nichtleitenden
Überzug versehen sind, und die zur Ausbildung mehrerer Zündfunken bei jedem Zündvorgang
der Zündkerze führen. Die Elektroden der Zündkerze werden in bekannter Weise mit
einer Zündspannungsquelle
verbunden, wobei jedoch die in einem
gegenseitigen Abstand voneinander angeordneten Elektrodenspitzen in einem als elektrischer
Isolator wirkenden nichtleitenden Material eingebettet sind. Der Luftspalt zwischen
dem nichtleitenden Material um die Elektroden herum bildet die zum Entzünden des
Kraftstoffgemischs dienende Zündstrecke. enn die Zündkerze mehr als zwei an ihren
Spitzen in nichtleitendem Material eingebettete Elektroden aufweist, können wie
oben angedeutet, bei jedem Zündvorgang mehrere Zündfunken erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Zündkerze, sowie die Vorteile derselben
werden im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In den Zeichnungen ist: Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestellter
seitlicher Aufriß einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zündkerze mit einer Zündstrecke
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein Teilquerschnitt durch
eine Zündkerze mit einer Zündstrecke entsprechend einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 3 eine Untersicht auf eine Zündkerze mit zwei Zündstrecken entsprechend einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei einige Teile der Übersichtlichkeit
halber weggebrochen dargestellt sind, Fig. 4 ein Teilquerschnitt entlang der Linie
4-4 von Fig. 3, Fig. 5 ein Teilquerschnitt durch eine Zündkerze mit drei Zündstrecken
entsprechend einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 6 eine Untersicht
einer Zündkerze mit zwei Zündstrecken entsprechend einer weiteren Ausführungsform,
und Fig. 7 ein Teilquerschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 6.
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Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze besteht aus einem Isolierkörper
10, einem metallischen Kerzengehäuse 11 mit einem Schraubgewinde 12, und einer Mittelelektrode
13, welche an ihrem oberen Ende eine Anschlußklemme 14 trägt, über welche die Zündkerze
mit der Zündanlage eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. Der Isolierkörper 10
weist einen sich konisch verjüngenden Endabschnitt 15 auf, und zwischen diesem Endabschnitt
15 und dem Schraubgewinde 12 des Kerzengehäuses 11 ist ein Zwischenraum belassen.
In bekannten Zündkerzen weist die Mittelelektrode 13 eine von dem konischen Endabschnitt
15 vorstehende nackte Spitze auf, und die ebenfalls nackte Masseelektrode 16 ist
mit einem Ende an das Schraubgewinde 12 angeschweißt, während das andere Ende in
einem Abstand von der freiliegenden Spitze der Mittelelektrode angeordnet ist. Der
Abstand zwischen den beiden Elektroden bildet den normalen Luftspalt, in dem ein
zum Entzünden des Kraftstoffgemischs dienender Zündfunke erzeugt wird.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Zündkerze ist die Spitze der
Mittelelektrode 13 in einem mit dem Bezugszeichen 17 bezeichneten nichtleitenden
Überzug eingebettet. Entsprechend ist die Masseelektrode 16 ganz oder zum größten
Teil mit einem Überzug aus einem nichtleitenden Material 18 versehen. Diese Überzüge
aus einem nichtleitenden Material können durch Aufbringen einer keramischen Aufschlämmung
oder eines hoch temperaturfesten Glasüberzuges auf die Elektrodenspitzen hergestellt
werden. Unabhängig von seiner Beschaffenheit wird der Überzug einer Hochtemperaturbehandlung
unterworfen und dadurch auf das Elektrodenmaterial aufgeschmolzen. Die beiden Überzüge
oder Nichtleiter weisen
einen gegenseitigen Abstand voneinander
auf und bilden somit zwischen sich einen Luftspalt a aus. Wenn an die Zündkerze
eine Spannung ausreichender Höhe angelegt wird, geht ein Funke von der Mittelelektrode
13 aus, durchsetzt den isolierenden Überzug 17, überspringt den Luftspalt a, durchsetzt
den isolierenden Überzug 18 und gelangt zur Masseelektrode 16. Die isolierenden
Überzüge können dabei verhältnismäßig dünn ausgebildet sein und verhindern in jedem
Falle eine chemische und/oder elektrische Erosion an den Elektrodenspitzen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das untere Ende
der Mittelelektrode 20 in den sich konisch verjüngenden Endabschnitt 15 des Isolierkörpers
der Zündkerze eingebettet, während die Masseelektrode 21 mit einem nichtleitenden
Überzug 22 überzogen ist. Der Luftspalt b bildet dabei die zum Entzünden des Kraftstoffgemischs
dienende Zündstrecke.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine Zündkerzenausführung mit zwei Zündstrecken
dargestellt. Der sich konisch verjüngende Endabschnitt 15 des Isolierkörpers der
Zündkerze weist zwei nach unten vorstehende, zylindrische Vorsprünge 24 und 25 auf.
Der untere Abschnitt der Mittelelektrode 26 ist seitlich versetzt, und die Spitze
27 der Mittelelektrode befindet sich innerhalb des Vorsprungs 24. In dem Vorsprung
25 befindet sich ein Metallstück 28, das als Neutralelektrode wirkt. Die Masseelektrode
29 ist in einem nichtleitenden Überzug 30 eingebettet. Beim Zünden der Zündkerze
springen nacheinander zwei Funken über die Luftspalte c und d über.
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Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Zündkerzenausführung mit drei Zündstrecken.
Bei dieser Ausführungsform weist der sich konisch verjüngende Endabschnitt 15 des
Isolierkörpers 10 in seiner Umfangsfläche eine Schraubennut 32 auf. Eine erste,
allgemein schraubenförmig gewendelte Neutralelektrode
33 ist in
die Schraubennut 32 eingesetzt und weist eine in einem Abstand von der Spitze 35
der Mittelelektrode angeordnete Spitze 34 auf. Die beiden Spitzen 34 und 35 sind
jeweils in einen nichtleitenden Überzug 36 bzw. 37 eingebettet. In der Schraubennut
32 befindet sich außerdem eine zweite Neutralelektrode 38. Das eine Ende der Neutralelektrode
38 weist einen Abstand von dem Ende der Neutralelektrode 33 auf, während das andere
Ende der Neutralelektrode 38 einen Abstand von der Masseelektrode 39 aufweist, welche
ihrerseits mit dem Schraubgewinde 12 des Kerzengehäuses 11 verschweißt ist. Die
innerhalb der Schraubennut 32 befindlichen Abschnitte der Neutralelektroden 33 und
38 sind wie durch die Bezugszeichen 40 und 41 angedeutet mit einer keramischen Masse
bedeckt. Diese keramische Masse wird durch Wärmeeinwlrkung zum Aushärten gebracht
und hält dann diese Elektroden unverrückbar an dem tragenden konischen Endabschnitt
15 des Isolierkörpers fest. Es soll hierbei darauf hingewiesen werden, daß die keramische
Masse etwas über die einander benachbarten Enden der beiden Neutralelektroden hinausgeführt
ist. Diese benachbarten Enden der Neutralelektroden sind insbesondere völlig von
keramischer Masse eingebettet, wobei die keramische Masse jedoch nicht von dem einen
zum anderen Elektrodenende durchgeführt, sondern zur Ausbildung eines Luftspalts
e unterbrochen ist.
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Das in der Nähe der Masseelektrode 39 befindliche Ende der Neutralelektrode
38.ist ebenfalls völlig in der keramischen Masse eingebettet. Wenn an die Zündkerze
eine Zündspannung angelegt wird, springen nacheinander drei Zündfunken über die
Luftspalte f, e und g über.
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In den Figuren 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Zündkerze mit zwei Zündstrecken dargestellt. Eine Neutralelektrode
43 ist in einem rohrförmigen Körper 44 aus Keramik oder hoch temperaturfestem Glas
eingebettet, und dieser Körper 44 weist einen radial vorstehenden Schenkel 45 auf,
der in einen diametral
verlaufenden Schlitz am Ende des Isolierkörpers
46 einzementiert ist. Die Spitze oder das Ende 48 der Mittelelektrode 47 weist zur
Neutralelektrode 43 hin und ist in einem nichtleitenden Überzug eingebettet. Die
Masseelektrode 50 ist mit dem Schraubgewinde 12 des Zündkerzengehäuses verschweißt
und weist eine in einem Abstand von der Neutralelektrode 43 angeordnete Spitze auf,
welche ebenfalls in einen nichtleitenden Überzug 51 eingebettet ist. Bei dieser
Ausführungsform weisen die beiden Zündstrecken h und i einen größeren gegenseitigen
Abstand voneinander auf und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen
Körpers 44, der als Verbrennungsabweiser dient. Wenn diese Zündkerze in einen Verbrennungsmotor
eingebaut ist, erfolgt Zündung des verdichteten Kraftstoffgemischs zunächst an der
Zündstrecke h. Bekanntlich ist eine in der Größenordnung von Millisekunden betragende
Zeit erforderlich, um eine Verbrennung in den Bereichen des Kraftstoffgemischs herbeizuführen,
welche sich in einem Abstand von dem ursprünglichen Entzündungspunkt befinden. Durch
den Zündstreckenabstand, d.h. den gegenseitigen Abstand der beiden Zündstrecken
und den Verbrennungsabweiser wird eine ausreichend große zeitliche Verzögerung vorgegeben,
so daß an der Zündstrecke i ein entzündbares Kraftstoffgemisch zur Verfügung steht,
wenn der zweite Zündfunke über diese Zündstrecke überspringt.
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Auf diese Weise wird eine vollständigere Kraftstoffverbrennung erhalten,
die auf den Kolben einwirkende Beaufschlagung ist entsprechend höher und der Schadstoffausstoß
in die Atmosphäre entsprechend verringert.
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Die Beschichtung der Elektrodenspitzen mit einem hoch temperaturfesten,
nichtleitenden Material beseitigt völlig chemische und elektrische Erosion an den
Elektrodenspitzen und gestattet außerdem, die Elektroden aus einem preiswerten Grundmetall
herzustellen. Verbrennungsrückstandsablagerungen lassen sich von den Oberflächen
des nichtleitenden Materials leicht entfernen. Eine Einstellung
oder
Nachstellung des Elektrodenabstands ist nicht erforderlich, da die Elektroden keinem
Abbrand wie bei bekannten Zündkerzen unterliegen und sich daher der Elektrodenabstand
auch nicht verändert.
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- Ansprüche: -