DE2554517A1 - Zuendkerze fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Zuendkerze fuer verbrennungsmotoren

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DE2554517A1
DE2554517A1 DE19752554517 DE2554517A DE2554517A1 DE 2554517 A1 DE2554517 A1 DE 2554517A1 DE 19752554517 DE19752554517 DE 19752554517 DE 2554517 A DE2554517 A DE 2554517A DE 2554517 A1 DE2554517 A1 DE 2554517A1
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spark
electrode
spark plug
plug
voltage potential
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DE19752554517
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English (en)
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Arbor Mich Ann
George W Pratt
William G Rado
Allen H Turner
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Ford Werke GmbH
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Ford Werke GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/46Sparking plugs having two or more spark gaps
    • H01T13/462Sparking plugs having two or more spark gaps in series connection

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  • Spark Plugs (AREA)

Description

  • Zündkerze für Verbrennungsmotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für Verbrennungsmotoren mit einem zylindrischen Kerzengehäuse und einem darin über Dichtungen gasdicht aufgenommenen Kerzenisolator, einer sich durch den Kerzenisolator axial erstreckenden Mittelelektrode und einer sich vom Kerzengehäuse radial nach innen erstreckenden Masseelektrode, zwischen deren einander im Abstand gegenüberliegenden Enden eine oder mehrere Hilfselektroden angeordnet sind.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Zündkerzen für Verbrennungsmotoren, die im Hinblick auf eine günstige Abgasemission mit extrem mageren Luft- Treibstoff-Gemischen betrieben werden. Das sichert Zürldfn solcher extrem mageren Luft-Treibstoff-Gemische ist schwierig und erfordert einen Zündfunken von wesentlich größerer Länge, der sich weiter in das brennbare Gemisch hinein erstreckt.
  • Eine Möglichkeit, die Länge des Zündfunkens beträchtl-ich zu erhöhen, besteht darin, die Länge der Funkenstrecke zu erhöhen. Das würde jedoch eine Erhöhung des elektrischen Spannungspotentials auf das zwei- bis dreifache des heute üblichen Spannungspotentials von 25 000 bis 35 000 Volt erfordern. Eine solche wesentliche Erhöhung des elektrischen Spannungspotentials würde jedoch die Gefahr von elektrischen Schlägen aus einem solchen System vergrößern und die Kosten der elektrischen Bauteile eines solchen Zündung ssystems beträchtlich erhöhen. Eine solche Erhöhung des Spannungspotentials würde darüber hinaus zu einer erheblichen Störung anderer elektrischer Schaltkreise des Kraftfahrzeuges führen. Nachdem die Verwendung von elektronischen Steuerungen zum überwachen oder Regeln verschiedener Fahrzeugfunktionen zunimmt, wird die Kontrolle oder Reduzierung von elektrischen Störsignalen wichtiger, um Fehlsignale und Fehlfunktionen zu vermeiden.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündkerze der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein wesentlich längerer Ziindfunke bei Einhaltung des bisher bei Zündkerzen üblichen elektrischen Spannungspotentials und ein tieferes Eindringen des Zündfunkens in das brennbare Gemisch erzielt wird.
  • Aus der US-PS 1 381 167 ist bereits eine Zündkerze der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Verlängerung des Zündfunkens unter Beibehaltung des normalen elektrischen Spannungspotentials durch Zwischenschaltung eines Kondensators zwischen einer Hilfselektrode und einem Pol der Spannungsquelle, die ein konstantes Spannungspotential aufweist, erzielt wird.
  • Bei dieser bekannten Zündkerze wird der Kondensator durch eine den Kerzenisolator umfassende Hülse gebildet, die über das das Dielektrikum hil(lende brennbare Gemisch mit dem zylindrischen Kerzengehäuse kapazitiv zu Hamm enwir kt.
  • Die Kapazität des auf diese Weise gebildeten Kondensators ist verhåltnismäßig klein, so daß die erzielbare Verlängerung des Zündfunkens gering ist.
  • Darüber hinaus sind die mit dem Kondensator verbundenen Hilfselektroden radial zwischen der Mittelelektrode und den Masseelektroden angeordnet, wodurch zwei räumlich getrennte Zündfunken gebildet werden, die im Randbereich des Verbrennungsraumes liegen und sich nicht tief in das brennbare Gemisch hinein erstrecken.
  • Aus der US-PS 1 790 846 ist eine weitere Zündkerze der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Verlängerung des Zündfunkens durch Aufteilen des Zündfunkens über Hilfselektroden erzielt wird, die gegenüber der elektrischen Spannungsquelle in elektrischer Schwebe stehen. Die Zündfunken an den ZUndstrecken zwischen den Hilfselektroden und den Hauptelektroden müssen daher notwendiger Weise gleichzeitig überschlagen, so daß die Hilfselektroden nichts anderes als eine Unterbrechung des durch das Spannungspotential gegebenen Zündfunkens darstellt, um diesen aufzuteilen. Die Gesamtlänge der aufgeteilten Zündfunken erstreckt sich weiter in das brennbare Gemisch hinein, sie wird jedoch mit einer geringeren Intensität der aufgeteilten ZCindfunken erkauft.
  • Die oben erwähnte Aufgabe der Erfindung ist daher dahingehend zu ergänzen, daß nicht nur eine Verlängerung und eine tiefere Erstreckung des Ziindfunkens in das brennbare Gemisch hinein erzielt werden soll, sondern daß gleichzeitig eine möglichst hohe Intensität des verlängerten Zündfunkens erhalten bleiben soll.
  • Darüber hinaus soll die Herstellung der erfindungsgemäß verbesserten ZUndkerze, wie für ein Massenprodukt erforderlich, möglichst einfach bleiben.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Zündkerze der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.
  • Durch die erfindungsgemäße Kombination einer oder mehrerer über elektrische Elemente mit der elektrischen Spannungsquelle für die Mittel- und Masseelektrode verbundenen Hilfselektroden in Verbindung mit der besonderen Ausrichtung der zwischen diesen Elektroden gebildeten Funkenstrecken aufeinander folgend in Achsrichtung der Zündkerze wird durch die Auslegung der elektrischen Elemente mit einer hohen Impedanz eine erhebliche Verlängerung des Ziindfunkens sowie eine tiefe Erstreckung des Zündfunkens in das brennbare Gemisch bei im wesentlichen gleichbleibender Intensität des Zündfunkens erzielt.
  • Ausgehend von diesen Grundgedanken der Erfindung werden zwei Lösungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung anhand von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung aufgezeigt, die in der technischen Funktion gleichwertig sind, von denen die zweite Lösungsmöglichkeit die in der Her.
  • stellung einfachere ist.
  • Die Erfindung wird anhand zweier in den beiliegenden Zeichnungen dargestellter Ausfiihrung sbeispiele näher erläutert.
  • Fig. 1 A zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Zlindkerze gemäß der Erfindung.
  • Fig. 2 A zeigt eine Ansicht auf das Elektrodenende einer Zündkerze nach Fig. 1 A.
  • Fig. 3 A zeigt eine elektrisches Schaltbild einer Zündkerze nach Fig. 1 A.
  • Fig 1 B zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zündkerze gemäß der Erfindung.
  • Fig. 2 B zeigt eine Ansicht des Elektrodenendes einer Zündkerze nach Fig 1 B.
  • Fig. 3 B zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Zündkerze nach Fig 1 B.
  • Der Aufbau der erfindungsgemäßen Zündkerzen wird soweit er dem herkömmlichen Aufbau von Zündkerzen entspricht, für beide Ausführungsbeispiele Fig. 1 A und Fig. 1 B gleichlautend und unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen erläutert.
  • Die Zündkerzen 10 bestehen im wesentlichen aus einem Ztindkerzengehäuse 12, das an einem Ende mit einem Gewinde 14 versehen ist, über das die Zündkerze in der Zündkerzenbohrung des Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors aufgenommen wird. Die Zündkerzen 10 bestehen weiterhin aus einem Kerzenisolator 16, der im Kerzengehäuse 12 über Dichtungen 18 und 20 gasdicht aufgenommen wird. Der Kerzenisolator 16 ist hierbei mit einem Abschnitt 22 von größerem Durchmesser versehen, dessen schräg abfallende Schultern 24 und 26 mit den Dichtungen 80 und 20 und entsprechenden Schultern im Kerzengehäuse 12 bzw einer Bördelung zusammenwirken.
  • Eine Masseelektrode 28 erstreckt sich vom Kerzengehäuse 12 radial nach innen. Eine Mittelelektrode 30 erstreckt sich axial durch den Kerzenisolator 16 und endet in einem Anschlußstück 32. Das Anschlußstück 32 ist zur Aufnahme eines Zündkabels vorgesehen, das die Zündkerze 10 mit der elektrischen Spannungsquelle verbindet. Da ein Zündsystem eines Verbrennungsmotors allgemein bekannt ist, wird hier auf die Illustrierung eines solchen Zündsystems verzichtet.
  • Der Kerzenisolator 16 besteht normalerweise aus keramischem, dielektrischem Material und besitzt im allgemeinen eine zylindrische Form. Die Mittelelektrode 30 erstreckt sich axial durch den Kerzenisolator 16 und bildet an ihrem Ende 31 die eigentliche Elektrodenfläche. Die Masseelektrode 28 liegt axial im Abstand zum Ende 31 der Mittelelektrode 30. Soweit der Aufbau der Zündkerzen 10 bisher beschrieben wurde, entspricht er dem herkömmlicher Zündkerzen für die Verwendung bei Verbrennungsmotoren.
  • Der axiale Abstand der Masseelektrode 28 zum Ende 31 der Mittelelektrode 30 bildet die Funkenstrecke, die vom Zündfunken übersprungen wird, sobald ein ausreichend hohes elektrisches Spannungspotential einerseits an der Mittelelektrode 30 über das Anschlußteil 32 und andererseits am Zündkerzengehäuse 12 angelegt wird. Die physikalische Länge der Funkenstrecke ist hierbei eine Funktion des elektrischen Spannungspotentials, das zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 28 angelegt wird. Bei einem Zündsystem eines Verbrennungsmotors kann die Anordnung so getroffen werden, daß das Kerzengehäuse 12 entweder mit dem negativen oder mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
  • Nunmehr wird in Verbindung mit den Fig. 1 A bis 3 A das erste AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze näher erläutert.
  • Zwischen den einander im Abstand gegenüber liegenden Enden der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 28 sind gemäß der Erfindung zwei Hilfselektroden 34 und 36 angeordnet, deren Elektrodenenden untereinander und zu den Enden der Mitteleketrode 30 und der Masseelektrode 28 in Abstand liegen.
  • Die Hilfselektroden 34 und 36 teilen somit die gesamte Funkt strecke zwischen der Mittelelektrode 30 und der Massenelektrode 28 in drei Funkenstrecken auf. Jede dieser drei Funkenstrecken kann hierbei in ihrer Länge im wesentlichen der Länge der Funkenstrecke entsprechen, die ein Zündfunke bei einem vorgegebenen Spannungspotential überspringen kann. Jede der Hilfselektroden 34 und 36 ist über ein Element hoher Impedanz mit dem Pol der Spannungsquelle verbunden, der ein konstantes Spannungspotential aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dieses im wesentlichen konstante Spannungspotential vom Massepotential gebildet, das mit dem Zündkerzengehäuse 12 verbunden ist. Die Verbindung der Hilfselektroden 34 und 36 über ein elektrisches Element hoher Impedanz wird dadurch erzielt, daß die Hilfselektroden 34 und 36 mit halbzylindrischen leitenden Platten 38 und 40 verbunden sind, die in das Material des Kerzenisolators eingebettet sind. Die leitenden Platten 38 und 40 sind hierbei in einem geringeren radialen Abstand zum Kerzengehause 12 angeordnet, so daß sie mit dem am Massepotential liegenden Kerzengehäuse 12 kapazitiv zusammenwirken. Die axiale Erstreckung der leitenden Platten 38 und 40 entspricht hierbei im wesentlichen der axialen Er streckung des Kerzengehäuses 12.
  • Die leitenden Platten 38 und 40 sind hierbei näher dem Kerzengehäuse 12 und weiter von der Mittelelektrode 30 angeordnet, so daß eine kapazitive Verbindung zwischen den leitenden Platten 38 und 40 und der Mittelelektrode 30 auf einen vernachlässigbaren Wert verringert wird. Der exakte Wert der kapazitiven Verbindung zwischen den leitenden Platten 38 und 40 und dem Kerzengehäuse 12 ergibt sich aus der Oberfläche der leitenden Platten 38 und 40, dem Abstand der leitenden Platten 38 und 40 vom Kerzengehäuse 12 und der dielektrischen Konstante des Materials des Kerzenisolators 16. Für einen vorgegebenen Druck im Bereich der Funkenstrecke kann für verschiedene Längen der Funkenstrecke die erforderliche Über schlag spannung festgestellt werden. Da die kapazitive Verbindung der Hilfselektroden zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers führt, muß der Wert der kapazitiven Verbindung im Vergleich zu der durch die Funkenstrecke gegebenen kapazitiven Verbindung wesentlich größer gemacht werden um sicherzustellen, daß der größte Anteil des angelegten Spannungspotentials an der Funkenstrecke auftritt. um den Ubersthlag eines Zündfunkens zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise wird daher die kapazitive Verbindung zwischen den leitenden Platten 38 und 40 und dem Kerzengehäuse 12 etwa hundertfach oder noch größer als die Kapazität der Funkenstrecke ausgelegt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung der leitenden Platten 38 und 40 ist in Fig.
  • 2 A in gestrichelten Linien gezeigt. Die einander benachbarten Seitenkanten 39 und 41 der leitenden Platten 38 und 40 liegen zueinander im Abstand und sind durch das dielektrische Material des Kerzenisolators 16 getrennt, um eine kapazitive Verbindung zwischen den leitenden Platten 38 und 40 zu verringern. Durch eine entsprechende Veränderung der Dimensionen und der Lage der leitenden Platten 38 und 40 gegenüber dem Kerzengehäuse 12 bzw gegenüber der Mittelelektrode 30 kann der gewünschte Wert einer kapazitiven Verbindung entsprechend erzielt werden. Die Anzahl der hierbei verwendeten Hilfselektroden 34 und 36 wird hierbei nur durch den im Bereich des Kerzengehäuses 12 vorhandenen Raum zur Unterbringung der erforderlichen leitenden Platten begrenzt.
  • Das elektrische Schaltbild der erfindungsgemäßen Zündkerze ist in Fig. 3 A gezeigt. Die einzelnen Elektroden 28, 30, 34 und 36 der Zündkerze sind hierbei als Verbindungsleitungen zwischen den Funkenstrecken G 1. G 2 und G n gezeigt. Die Hilfselektroden 34 und 36 sind hierbei über Kondensatoren C 1 und C 2 kapazitiv mit dem Massepotential verbunden. In Fig. 3 A ist eine weitere Funkenstrecke mit G 3 bis G n - 1 bezeichnet, deren Elektrode über einen Kondensator mit der Bezeichnung C n - 1 mit dem Massepotential verbunden ist. In allen Fällen ist die Kapazität der Kondensatoren C 1, C 2, C n-l wesentlich größer gewählt als die Kapazitäten, die durch die Funkenstrecken G 1. G 2, G 3, G n - 1 und G n gegeben sind.
  • Funktionsxs eise An die Mittelelektrode 30 kann über das Anschlußteil 32 und eine herkömmliche Zündanlage eines Kraftfahrzeuges ein hohes Spannungspotential angelegt werden. Die Hilfselektrode 34 wird zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen das Massepotential aufweisen, mit dem es über die kapazitive Verbindung des Kondensators C 1 verbunden ist. Das Vorhandensein eines hohen Spannungspotentials an der Mittelelektrode 30 wird daher zu einem Überschlag eines Zündfunkens führen. Die Spannung an der Hilfselektrode 34 wird daraufhin ansteigen. Der Zündfunke über der Funkenstrecke G 1 wird durch den Stromfluß entlang der ionisierten Funkenstrecke aufrecht erhalten und nur eine geringe Energie wird verbraucht. Der Überschlag der Funkenstrecke G 2 wird dadurch ausgelöst, daß die Hilfselektrode 36 im wesentlichen Massepotential aufweist, da sie über die kapazitive Verbindung des Kondensators C 2 mit diesen verbunden ist, während das Spannungspotential der Hilfselektrode 34 nahezu das ursprüngliche Spannungspotential der Mittelelektrode 30 erreicht hat. Sobald ein Üb es schlag der Funkenstrecke G 2 erfolgt, wird dieser Zündfunke durch den Stromfluß in der ionisierten Funkenstrecke aufrecht erhalten. Die Aufeinanderfolge der Über schläge der benachbarten Funkenstrecken setzt sich in dieser Weise bis zur Funkenstrecke G n weiter fort.
  • Die Aufeinanderfolge dieser Über schläge erfolgt hierbei so schnell, daß die Zündfunken in allen Funkenstrecken gleichzeitig aufrecht erhalten werden, da die Kondensatoren in der kurzen Zeitspanne nicht völlig aufgeladen werden können.
  • Da an jeder.der Funkenstrecken G 1, G 2 , G n - 1 und G n im wesentlichen das volle zur Verfügung stehende Spannungspotential anliegt, kann die Länge jeder Funkenstrecke im wesentlichen gleich lang ausgelegt werden. Daraus ergibt sich eine Gesamtlänge eines Ziindfunkens, die dem vielfachen eines bei dem gegebenen Spannungspotential erzielbaren Zündfunkens entspricht.
  • Obwohl ein geringes Maß an Energie beim Überschlag eines Zündfunkens in jeder der Funkestrecken G 1, G 2 und G n verbraucht wird, ist der hierdurch verursachte Spannungsabfall verglichen mit der vorgegebenen ZUndspannung verhältnismäßig gering.
  • Wird das hohe Spannungspotential an der Mittelelektrode 30 wieder abgebaut, so verringert sich das Spannungsgefälle an der Funkenstrecke G 1 und der Zündfunke reißt ab. Mit aufeinander folgendem Entladen der Kondensatoren C 1, C 2 und C n - 1 reißen ebenso alle Ziindfunken in den Funkenstrecken G 2, G n - 1 und G n ab. Die Zeitspanne, in der jedoch ein Ztlndfunke über den Funkenstrecken G 1 bis G n gebildet wird, übersteigt die Dauer des Hochspannungsimpulses um die Entladezeit der eingeschalteten Kondensatoren.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Hilfselektroden z. B. auch mit der Mittelelektrode kapazitiv verbunden werden können. Auch diese Form einer kapazitiven Verbindung ist funktionsfähig, vorausgesetzt die Kapazität dieser Verbindung ist um das hundertfache oder mehr größer als die Kapazität der Funkenstrecken. Weiterhin ist es möglich, die im Kerzenisolator eingebetteten Kondensatoren durch konzentrisch zur Mittelelektrode liegende Hülsen aus leitendem Material zu bilden, die axial zueinander im Abstand liegen.
  • Nunmehr wird in Verbindung mit den Figuren 1 B, 2 B und 3 B ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zündkerze gemäß der Erfindung erläutert.
  • Zwischen den einander im Abstand gegenüber liegenden Enden der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 28 sind gemäß der Erfindung Hilfselektroden 34 und 36 angeordnet, deren Enden zueinander und zu den ihnen benachbarten Hauptelektroden etwa im gleichen Abstand liegen. Die Hilfselektroden 34 und 36 teilen somit die gesamte Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 28 in drei Funkenstrecken auf. Diese drei Funkenstrecken können im wesentlichen gleiche Länge aufweisen und jede für sich gleich der maximalen Funkenstrecke sein, bei der bei einem gegebenen Spannungspotential ein Überschlag eines Zündfunkens erzielt wird.
  • Jede Hilfselektrode 34 und 36 ist hierbei über ein elektrisches Element von hohem Widerstand mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden, der ein stabiles Spannungspotential aufweist. Im Vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies das Hochspannungspotential, das an der Mittelelektrode 30 über eine herkömmliche Zündanlage bereitgestellt wird. Die Verbindung mit hohem Widerstand wird hierbei über mit den Hilfselektroden 34 und 36 verbundene Widerstände 38' und 40' erzielt, die im Material des Kerzenisolators 16 eingebettet sind und mit dem Anschlußteil 32 ein leiterförmiges Widerstandsnetzwerk bildend verbunden sind. Die Lage der Widerstände 38 und 40' innerhalb des Materials des Kerzenisolators 16 ist hierbei in keiner Weise kritisch, wodurch die Herstellung von Zündkerzen gemäß dem zweiten Ausfthrungsbeispiel der Erfindung wesentlich einfacher ist, da hier keine schwer einzuhaltenden Lagefixierungen wie im Falle der leitenden Platten 38 und 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erforderlich sind.
  • In Fig. 3 B ist das elektrische Schaltbild einer Zündkerze nach Fig. 1 B gezeigt. Die verschiedenen Elektroden 28, 30, 34 und 36 sind als Leitungsverbindungen zwischen den Funkstrecken G 1, G 2 und G n gezeigt. Die Hilfselektroden 34 und 36 sind widerstandsmäßig mit dem Anschlußteil 32 der Mittelelektrode 30 über Widerstände R 1 und R 2 verbunden. In Fig. 3 sind weitere Funkenstrecken G 3 bis G n - 1 gezeigt, deren Elektroden über Widerstände wie R n - 1 mit der Mittelelektrode 30 verbunden sind. In jedem Fall ist der Widerstand der Widerstände R 1, R 2 und R n - 1 so gewählt, daß er wesentlich größer ist als der Widerstand, der durch die entsprechenden Funkenstrecken G 1 , G 2, G 3, G n - 1 und G n gegeben ist.
  • Funktionsweise An die Mitteleketrode 30 wird über das Anschlußteil 32 ein Hochspannungsimpuls angelegt. Dieser Hochspannungsimpuls kann über eine herkömmliche Zündanlage erzeugt werden und eine Höhe aufweisen, wie sie normalerweise für Zündungssysteme von Kraftfahrzeugen üblich ist. Jede Hilfselektrode 34 und 36 wird somit zu diesem Zeitpunkt über das Widerstandsnetzwerk auf im wesentlichen das gleiche hohe Spannungspotential gebracht werden, da in dem System keinerlei Stromfluß stattfindet, bis der erste Überschlag erfolgt.
  • Das Vorhandensein eines hohen Spannungspotentials an der Elektrode 36 erzeugt ein hohes Spannungsgefälle an der Funkenstrecke G n, wodurch es zu einem Überschlag eines Zündfunkens kommt. Die Spannung an der Elektrode 36 fällt hierauf auf einen Wert ab, der verglichen mit dem Hochspannungsimpuls sehr nahe dem Massepotential liegt. Der Ziindfunke über der Funkenstrecke G n wird durch Stromfluß über die ionisierte Funkenstrecke aufrecht erhalten, wobei infolge des hierbei in Serie liegenden Widerstandes R n - 1 nur wenig Energie verbraucht wird. Der überschlag an der Funkenstrecke G n - 1 wird dadurch ausgelöst, daß die Elektrode 36 auf nahe dem Massepotential abfällt, während das Spannungspotential an der benachbartenElektrode hoch bleibt. Diese Aufeinanderfolge von Überschlägen erfolgt solange bis die Elektrode 34 infolge eines tfberschlags der Funkenstrecke G 2 etwa Massepotential erreicht. Das hohe Spannungspotential an der Elektrode 30 führt somit letztlich zum überschlag an der Funkenstrecke G 1, wobei diese Aufeinanderfolge von Überschlägen in einer solch kurzen Zeitspanne erfolgt, daß die Ziindfunken etwa gleichzeitig aufrecht erhalten werden.
  • Sobald ein Ziuidfunke an einer Funkenstrecke überschlägt, so verursacht der Stromfluß nur einen geringen Spannungsabfall. Auf diese Weise steht an jeder der Funkenstrecken G 1, G 2, G n - 1 und G n im wesentlichen das volle Spannungspotential kurz vor dem Überschlag zur Verfügung. Als Folge davon kann die Länge einer jeden einzelnen Funkenstrecke im wesentlichen gleich der Länge einer Funkenstrecke gewählt werden, die das Überschlagen eines Zündfunkens bei einer gegebenen Zündspannung ermöglicht. Es ergibt sich sonit, daß die Gesamtlänge des Zündfunkens ein Vielfaches der Länge eines Zündfunkens beträgt, wie er mit den bisher üblichen Zündanlagen erzielbar war. Obwohl bei jedem Überschlag geringe Mengen an Energie verbraucht werden, ist der dadurch hervorgerufene Spannungsabfall verglichen mit der hohen Zündspannung verhältnismäßig gering, solange die Widerstände R 1, R 2, R n - 1 in Reihe mit den Funkenstrecken liegen. Der Maximalwert der Widerstände 38'und 40' soll jedoch nicht so hoch sein, daß diese in ihrer Wirkung einem Kondensator ähnlich werden. Unter solchen Umständen würde nämlich die Kapazität der Funkenstrecke ausreichend groß werden im Verhältnis zur Kapazität des Widerstandes 38'oder 40' daß sich eine kapazitive Spannungsteilung ergibt, die die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Zündkerze stören würde.
  • Um einen zweckmäßigen Bereich von Widerstandswerten für die Widerstände 38 und 40 zu finden, wurde ein Vergleich von erfindungsgemäßen Zündkerzen mit mehreren Funkenstrecken und unterschiedlicher widerstandsmäßiger Verbindung und einer herkömmlichen Zündkerze (nur eine Funkenstrecke) in einer Stickstoffkammer und mit einem herkömmlichen Zündsystem angestellt. Jede Funkenstrecke der Zündkerzen wurde auf 0, 8 mm eingestellt und die widerstandsmäßigen Verbindungen wurden zwischen 180 KL bis auf 5, 6 ri n verändert, wobei über diesen gesamten Bereich der Werte der eingeschalteten Widerstände gute Resultate erzielt wurden. Die angelegte Zündspannung war ausreichend, um aufeinanderfolgende Überschläge an den Funkenstrecken hervorzurufen und die einzelnen Zündfunken solange aufrecht zu erhalten, bis auch ein ttberschlag an der letzten Funkenstrecke erfolgt war.
  • Danach war der größte Teil der Energie des Zündsystems durch die zusammenwirkenden Funkenstrecken verbraucht. Die optimalen Werte für eine in Massenproduktion hergestellte Zündkerze hängen von der Anzahl der verwendeten Funkenstrecken, der Länge der Funkenstrecken, den elektrischen Wer-1en (ea verwendeten Zündsystems und vom Druck im Verl)rennlingRr; m des Motors ab. Die Widerstände R 1, R 2 und R n sind unmittelbar vor einem Überschlag in Serie mit ihren benachbarten Funkenstrecken geschaltet und bilden, sobald ein Überschlag an den Funkenstrecken erfolgt, einen im wesentlichen offenen Schaltkreis. Zum Beispiel findet an der Funkenstrecke G 1 kein Über schlag statt, während an der Funkenstrecke G 2 ein Überschlag erfolgt, so liegt der Widerstand R 1 elektrisch in Reihe mit der Funkenstrecke G 2 und bildet im Vergleich zur Funkenstrecke G 2 einen sehr hohen Widerstandswert, so daß das an die Funkenstrecke G 1 angelegte Potential im wesentlichen dem vollen Spannungspotential des Zündsystems entspricht, das einerseits am Anschlußteil 32 und andererseits am Kerzengehäuse 12 der Zündkerze 10 angelegt ist. Auf diese Weise kann durch Auswahl der Werte der Widerstände der Widerstände R 1, R 2 und R n - 1, die den während eines Über schlages aus dem Ziindsystem abgezogenen Strom auf einen niedrigen Wert, z. B. auf Bruchteile vom mA begrenzen, kann ein überschlag in jeder der Funkenstrecken mit im wesentlichen der gleichen Spannung erzielt werden, die für den Überschlag an einer einzigen Funkenstrecke erforderlich ist.
  • Die Widerstände R 1, R 2 und R n - 1 verbrauchen somit keine nennenswerte Energie, verbinden jedoch dennoch die Hilfselektroden mit einem elektrischen Spannungspotential, das dem an die Zündkerze angelegten Spannungspotential entspricht und das im Hinblick auf die kurze betrachtete Zeitdauer, - in der ein Zlindfunke an der Zündkerze 10 erzeugt wird, verhältnismäßig stabil ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß anderedektrische Anordnungen zur Schaffung einer, einen hohen Widerstand aufweisenden Verbindung zwischen der Hilfselektrode und dem einen Pol der Spannungsquelle mit einem stabilen oder konstanten Spannungspotential denkbar sind. Zum Beispiel können die Widerstände außerhalb der Zündkerzen angeordnet werden. Darüber hinaus können die Hilfselektroden widerstandsmäßig mit der Masseelektrode 28 und über das Zündkerzengehäuse 12 mit dem Massepotential verbunden werden. Diese Form der widerstandsmäßigen Verbindung würde unter den gleichen Voraussetzungen. daß. nämlich der Wert der eingeschalteten Widerstände ausverhend host ist. um einen F,nergieverbraut h niedrig zu halten und nicht so hoch ist, um einen kapazitiven Spannungsteilereffekt zu erzeugen, wirksam span.
  • Die Anordnung der Widerstände innerhalb des Materials des Kerzenisolators 16 ist, wie bereits eingangs erwähnt wurde, in keiner Weise lagemäßig kritisch, so daß eine Zündkerze gemäß der Erfindung auf einfache Weise mit den herkömmlichen Fertigungseinrichtungen herstellbar ist. Darüber hinaus wäre auch bei der Anwendung mehrerer Hilfselektroden kaum eine Veränderung der äußeren Dimensionen der Zündkerze erforderlich. so daß sich Anderungen am Verbrennungsmotor erübrigen. Die Anzahl der Hilfselektroden kann hierbei im wesentlichen unabhängig von der Größe der Zündkerze sein, da elektrische Querverbindungen und Interferenzprobleme auf einem Minimum gehalten sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Hilfselektroden von zumindest einer Hilfselektrode bis zu einer größeren Anzahl variiert werden kann, je nach dem welche Länge eines Gesamt-Zündfunkens für die Zündung des vorgesehenen mageren Luft- Treibstoff-Gemisches erforderlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung schafft nicht nur eine Zündkerze mit einem wesentlich verlängerten Zündfunken von im wesentlichen gleicher Intensität sondern erbringt darüber hinaus noch den Vorteil, daß im Falle einer Brückenbildung an einer Funkenstrecke die übrigen Funkenstrecken intakt bleiben und somit einen gänzlichen Ausfall der entsprechenden Zündkerze vermeiden.

Claims (7)

Patentan sprüche
1. Zündkerze für Verbrennungsmotoren mit einem zylindrischen Kerzengehäuse und einem darin über Dichtungen gasdicht aufgenommenen Kerzenisolator, einer sich durch den Kerzenisolator axial erstreckenden Mittel -elektrode und einer sich vom Kerzengehäuse radial nach innen erstreckenden Masseelektrode, zwischen deren einander im Abstand gegenüber liegenden Enden eine oder mehrere Hilfselektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Hilfselektrode (34 und 36) über ein Element hoher Impedanz (38 und 40 bzw 38' und 40' ) mit einem Pol der elektrischen Spannungsquelle für die Mittel- und Masseelektrode (30 und 28) verbunden ist und die Mittelelektrode (30), die zumindest eine Hilfselektrode (34 und 36) und die Masseelektrode (28) derart angeordnet sind, daß die zwischen ihnen gebildeten Funkenstrecken (G 1, G 2 und G 3) aufeinanderfolgend in Achsrichtung der Zündkerze (10) liegen.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, da dur c h g e k e n n z ei c hn e t, daß das Element hoher Impedanz ein Kondensator (C 1, C 2 bzw C n - 1) ist, der in an sich bekannter Weise zwischen der zumindest einen Hilfselektrode (34, 36 usw) und dem einen Pol der Spannungsquelle angeordnet ist, der ein konstantes Spannungspotential aufweist und wobei die Kapazität des Kondensators ( C 1, C 2 bzw C n - 1) um das mehr als hundertfache größer ist als die Kapazität der Funkenstrecken (G 1, G 2 , G 3 bzw G n - 1) ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element hoher Impedanz ein Widerstand ( R 1, R 2 bzw R n - -1 ) ist, der zwischen der zumindest einen Hilfselektrode (34 und 36 usw) und dem einen Pol der Spannungsquelle angeordnet ist, der ein im wesentlichen stabiles Spannungspotential aufweist und wobei der Widerstandswert der Widerstände (R 1, R 2 bzw R n - 1 ) wesentlich größer als der Widerstand der Funkenstrecken (G 1, G 2 bzw G n - 1 ) ist.
4. Zündkerze nach denAnsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol der Spannungsquelle mit konstantem Spannungspotential mit dem Kerzengehäuse (12) verbunden ist.
5. Zündkerze nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol der Spannungsquelle mit im wesentlichen stabilem hohem Spannungspotential mit der Mittelelektrode (30) verbunden ist.
6. Zündkerze nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, da dur ch g ekennz ei ch -net, daß der zumindest eine Kondensator (C 1 und C 2) aus einer im Material des Kerzenisolators (16) eingebetteten, leitenden Platte (38 bzw 40) gebildet ist und mit dem Kerzengehäuse (12) kapazitiv zusammenwirkt und gegenüber der Mittelelektrode (30) weitestgehend isoliert ist.
7. Zündkerze nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichn e t, daß der zumindest eine Widerstand ( R 1 und R 2) im Material des Kerzenisolators (16) eingebettet ist und mit der Mittelelektrode (30) leitend verbunden und gegenüber der Masseelektrode (28) isoliert ist.
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