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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Kapazität des auf diese Weise gebildeten Kondensators ist verhåltnismäßig
klein, so daß die erzielbare Verlängerung des Zündfunkens gering ist.
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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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus soll die Herstellung der erfindungsgemäß verbesserten
ZUndkerze, wie für ein Massenprodukt erforderlich, möglichst einfach bleiben.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Zündkerze
der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.
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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.
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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.
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stellung einfachere ist.
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Die Erfindung wird anhand zweier in den beiliegenden Zeichnungen dargestellter
Ausfiihrung sbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 A zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
Zlindkerze gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 A zeigt eine Ansicht auf das Elektrodenende einer Zündkerze
nach Fig. 1 A.
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Fig. 3 A zeigt eine elektrisches Schaltbild einer Zündkerze nach Fig.
1 A.
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Fig 1 B zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Zündkerze gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 B zeigt eine Ansicht des Elektrodenendes einer Zündkerze nach
Fig 1 B.
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Fig. 3 B zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Zündkerze nach Fig
1 B.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nunmehr wird in Verbindung mit den Fig. 1 A bis 3 A das erste AusfUhrungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Zündkerze näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der leitenden Platten 38 und 40 ist
in Fig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nunmehr wird in Verbindung mit den Figuren 1 B, 2 B und 3 B ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer Zündkerze gemäß der Erfindung erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.