DE2636587A1

DE2636587A1 - Zuendvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2636587A1
Application number: DE19762636587
Authority: DE
Inventors: Basil Wainwright
Original assignee: BRITAX IGNITION CARBURATION
Current assignee: BRITAX IGNITION CARBURATION
Priority date: 1975-08-16
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1977-02-24
Also published as: NO762678L; JPS5224631A; DK347876A; NL7609078A; PT65458A; FI762207A; FR2321596A1; IT1073669B; BR7605314A; PT65458B; BE845135A

Description

MÜLLER-BOREJ · DEUi¹BL · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE

11 AUG.

B 1287/Hl DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE

( PATENTANWALT .VON 1927 - 1975 ) DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN, DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

BRITAX IGNITION AND CARBURATION LTD. Birmingham, England

Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen und insbesondere eine Vorrichtung zum Zünden von Brennstoff in einem Verbrennungsraum, der mit einer Funkenstrecke versehen ist. Die Erfindung betrifft speziell die Zündung von Brennstoff in einer Brennkraftmaschine, um deren Leistung zu verbessern und/oder um Brennstoff zu sparen.

Bei herkömmlichen Funkenzündvorrichtungen wird ein Impuls mit niedriger Spannung oder eine kapazitive Entladung durch eine Spule zu einem Impuls mit hoher Spannung transformiert, der einen Funken zwischen einem Paar von im Abstand angeordneten Elektroden erzeugt. Die Spannung muß so hoch sein, daß die Isolierung des Gases zwischen den Elektroden zusammenbricht. Diese Isolierung wird fortschreitend größer, wenn der Druck des Gases zunimmt. Wenn die Elektroden in einer Druckkammer angeordnet sind, beispielsweise in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, ist eine besonders

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MÜNCHEN 86 · SIEBERTSTR. 4 · POSTFACH 860720 · KABEL: MIJEBOPAT · TEl. (089) 174003 · TELEX 5-24285

hohe Spannung erforderlich, um einen Funken zum Zünden der komprimierten Füllung zu erzeugen. Wenn eine Gasentladung eingetreten ist, stellt sich eine beträchtliche Änderung der Impedanz bzw. des Widerstandes zwischen den Elektroden ein, da die Isolierung zwischen den Elektroden unterbrochen ist. Hinsichtlich der Faktoren, wie Gasdruck, hohe Spannungstransformierung und der Änderung des sehr hohen Widerstandes zu einem sehr niedrigen Widerstand über der Funkenstrecke, ist der GasentladungsZeitraum sehr kurz. Obwohl der Funke normalerweise genügt, um die komprimierte Füllung zu zünden, kann er für die Verbrennung des ganzen Brennstoffs während der Verbrennungsphase unzureichend sein. Dies führt zu einem Leistungsverlust und/oder zu einer Verschwendung von Brennstoff.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Zündung des Brennstoffs zu verbessern, insbesondere der komprimierten Verbrennungsgase in einer Brennkraftmaschine, um den Verbrennungswirkungsgrad günstiger zu gestalten und um somit den Brennstoffverbrauch und/oder die Leistung zu verbessern. Dabei soll bei speziellen Ausführungsformen die Zündung des Brennstoffs in Brennkraftmaschinen verbessert werden, ohne daß wesentliche Modifizierungen der Maschine erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Verbrennungsraum mit einer Funkenstrecke die Zündung des Brennstoffs dadurch verbessert wird, daß ein Gasstrom quer über den Spalt bzw. Elektrodenabstand gerichtet wird, um eine Gasentladung darin zu begünstigen, wenn eine einen Funken erzeugende Spannung an den Spalt bzw. quer über die Strecke angelegt ist.

Das Gas in dem Strahl kann Luft sein. Es können auch Verbrennungsprodukte des Brennstoff-Luft-Gemisches sein, welches in einer zugeordneten Brennkammer gezündet worden

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ist. Im ersten Fall, der sich für Einzylinder-Zweitakt-Maschinen sowie für Mehrfachzylinder-Viertakt-Maschinen eignet , kann Luft aus einem Kompressor, der vorzugsweise von der Maschine angetrieben wird, den Gasstrahl bilden. Im zweiten Fall wird der Gasstrom von einem Gasspeicher abgezweigt, der mit einer oder mehreren Verbrennungskammern einer Brennkraftmaschine verbunden ist. - . -

Vorzugsweise wird der Gasstrahl an der Spitze einer Elektrode vorbeigerichtet, die die Funkenstrecke teilweise begrenzt. Vorzugsweise verläuft der Strahl in der Laufrichtung des Funkens, obwohl er auch in der entgegengesetzten Richtung verlaufen kann. Die Richtung des Strahls wird vorzugsweise entsprechend der Auslegung des Verbrennungsraums oder der Verbrennungskammer ausgewählt, um eine optimale Leistung zu erreichen.

Bei einer ersten Ausführungsform ist jede Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine mit zwei oder mehr Verbrennungskammern mit einer Düse oder einem Kanal versehen, um einen Gasstrahl quer über den Elektrodenabstand einer Zündkerze in der Kammer zu richten, wobei jede Düse oder jeder Kanal durch eine Leitung mit einem Druckspeicher verbunden ist, wodurch in Betrieb in dem Speicher vorhandenes Druckgas, das in den Speicher beim Zünden und Verbrennen in einer Kammer eingebracht wird, als Gasstrahl quer über den Elektrodenabstand während des Zündens in der anderen Kammer abgegeben wird.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird eine Anordnung geschaffen, wodurch eine Brennkraftmaschine modifiziert wird. Die Anordnung umfaßt einen Druckspeicher und eine Leitung, die den Speicher mit einer Düse in jeder von zwei oder mehr Einrichtungen verbindet, die eine Funkenstrecke bzw. einen Elektrodenabstand aufweisen oder damit versehen sind. Jede Düse ist so angeordnet, daß ein Gasstrahl quer über

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den jeweiligen Elektrodenabstand gerichtet werden kann.

Bei einer dritten Ausführungsform bildet ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Verbrennungskammern einen Druckspeicher, wobei der Zylinderkopf auch mit einem solchen Druckspeicher versehen sein kann, der mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, wobei die Verbindung einen Kanal für das Richten eines Gasstroms zu einem Bereich aufweist, der normalerweise von einer Elektrode einer Zündkerze eingenommen wird, wenn sie an dem Kopf angeordnet ist.

Der Druckspeicher ist eine Einrichtung, die mit einem Verbrennungsgas gefüllt werden kann, das man aus der Zündung und Verbrennung von Brennstoff in jeder Kammer erhält, wobei das Gas in dem Speicher bei einem Druck gehalten wird, der über dem Druck in jeder Kammer unmittelbar vor der Zündung des darin befindlichen Brennstoffs liegt. Dadurch ergibt sich ein Gasstrom aus dem Speicher in jede Kammer vor der Zündung des Brennstoffs.

Der Druckspeicher kann ein Längenstück eines zu einer Spule gewickelten Rohres mit kleinem Durchmesser sein, von dem ein Ende in offener Verbindung mit der Düse oder dem Kanal in einer Kammer steht, während das andere Ende in offener Verbindung mit der Düse in der anderen Kammer steht.

Der Ausdruck "Verbrennungskammer" soll die Hauptkammer oder den Raum umfassen, in welchem eine Brennstoff-Luft-Füllung gezündet wird, wie dies beispielsweise in dem Raum über einem sich hin- und herbewegenden Kolben der Fall ist oder bei einem Raum, der von einem Rotationskolben bei einem Wankelmotor gespült wird. Nicht dazu gehört ein sekundärer Typ einer Brennkraftmaschine, beispielsweise Maschinen mit "schichtweiser Füllung"_o

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Vorzugsweise sind Einrichtungen vorgesehen, um gasförmigen verdampften oder zerstäubten Brennstoff in den Gasstrom einzuführen, bevor er in die jeweilige Brennkraftkammer austritt. Wenn das Gas Druckluft ist, kann die Druckluft von einem Kompressor abgezweigt werden, der einen Niederdruck- oder Atmosphäreneinlaß hat und mit einer Einrichtung zum Verdampfen oder Zerstäuben von Brennstoff gekoppelt ist. Geeignete Verdampfungseinrichtungen sind ein Vergaser oder eine Kammer, wie der Benzintank eines Fahrzeugs, der flüssigen Brennstoff enthält und einen Raum über dem Flüssigkeitsspiegel hat, in welchem sich Dampf sammelt. Wenn alternativ das Gas Verbrennungsprodukte der Maschine enthält ₉ können in die Gassammeieinrichtung oder den Druckspeicher flüssiger Brennstoff oder gasförmiger unter Druck stehender Brennstoff eingeführt werden.

Eine Zündkerze, die erfindungsgemäß verwendbar ist, hat eine hohle Hochspannungselektrode, die an beiden Enden offen ist, wobei ein Ende eine Düse bildet, um einen Gasstrom quer über die Funkenstrecke zu der Massenelektrode zu richten, wobei die Massenelektrode kurz vor der Fluchtungsachse der Düse endet.

Eine andere Zündkerze, die ebenfalls für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet ist, hat eine Düse, die angrenzend an die Massenelektrode angeordnet ist oder diese Elektrode bildet, wobei die Düse zu einer Stelle unmittelbar angrenzend an die Hochspannungselektrode gerichtet ist. Dadurch tritt in Betrieb ein Gasstrom aus der Düse aus und läuft im wesentlichen parallel und entgegengesetzt zu der Laufrichtung eines Funkens zwischen der Massenelektrode und der Hochspannungselektrode.

Die Polarität der Zündvorrichtung kann umgekehrt werden, wodurch die übliche Massenelektrode isoliert wird und die übliche Hochspannungselektrode an Masse gelegt wird. Im

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allgemeinen läuft der Funke vorzugsweise jedoch in der entgegengesetzten Richtung zu dem Gasstrahl.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Zündkerze wird eine Kerze mit einem Gewindekörper, der eine isolierte Hochspannungselektrode trägt, zusammen mit einem Gewindezwischenstück für das Aufpassen eines Kopfes und für die Aufnahme einer Kerze vorgesehen, wobei das Zwischenstück eine Düse trägt, um einen Gasstrahl quer über einen Spalt zu richten, der teilweise in Betrieb von der Hochspannungselektrode begrenzt wird, wobei die Düse mit einem durch das Zwischenstück gehenden Kanal verbunden ist.

Vorzugsweise wird das Gas, also Luft oder Verbrennungsprodukte, welches den Gasstrahl bildet, vorionisiert, ehe es aus einer Düse in den Funkenspalt gerichtet austritt.

Anstelle des üblichen einzigen Funkens zur Begünstigung der Verbrennungszündung kann auch eine Folge von Funken verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ionisiert ein erster Funke das Gas in der Funkenstrecke bzw. in dem Elektrodenabstand, während ein zweiter Funke den Brennstoff zündet. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Funken kann beispielsweise auf vier Millisekunden festgelegt oder automatisch abhängig von der Maschinendrehzahl eingestellt werden.

Bei einer bevorzugten Zündschaltung werden der erste und der zweite Funken dadurch geschaffen, daß entsprechende Speicherkondensatoren während der Zündungsphase einer jeden Verbrennungskammer entladen werden. Dadurch kann der Zeitabstand zwischen dem ersten und zweiten Funken kürzer gemacht werden. Außerdem kann der Energiegehalt eines jeden Funkens unabhängig dadurch gesteuert werden, daß die Kapazität des jeweiligen Speicherkondensators eingestellt wird.

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Eine zur Erzeugung von zwei oder mehr Funken in schneller Folge geeignete Schaltung hat impulsbetätigte Schalteinrichtungen, um nacheinander eine Vielzahl von Kondensatoren zu entladen, von denen jeder mit einem Ende mit einer gemeinsamen Klemme und mit dem anderen Ende mit einer entsprechenden Isolierdiode verbunden ist, wobei die gemeinsame Klemme in Reihe zu der Hauptwicklung einer Zündspule geschaltet ist. Die impulsbetätigte Schalteinrichtung ist in Betrieb mit der Maschinendrehzahl synchronisiert, um nacheinander die Speicherkondensatoren zu entladen. Die Zeit Zeitabstände zwischen den Funken können abhängig von der Maschinendrehzahl oder irgend einem anderen Maschinenparameter festgelegt oder variiert werden, um eine optimale Leistung zu erreichen.

Alternativ kann auch dann, wenn ein Funken über den Spalt springt und dadurch einen Bogen schlägt, dieser Bogen über einen vorgegebenen Zeitraum aufrechterhalten werden, um eine wirksame Verbrennung zu gewährleisten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Halbleiterschaltung zur Entladung eines Kondensators in die Primärwicklung einer Zündspule verwendet wird, wobei die Schaltung bei der Resonanzfrequenz der Spule weiter getriggert wird, um so den Kondensator ausreichend für die Aufrechterhaltung des Bogens zu laden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein anfänglicher hoher Spannungsimpuls dazu verwendet, den Bogen zu erzeugen, während eine niedrigere Spannung dazu verwendet wird, den Bogen aufrechtzuerhalten, wobei die niedrige Spannungsabgabe dem Funkenspaltwiderstand besser angepaßt ist, wenn der Bogen einmal geschlagen ist.

Erfindungsgemäß können auch Einrichtungen verwendet werden, um das Vakuum in einer Brennstoffeinlaßhauptleitung unter bestimmten Antriebsbedingungen zum Einsparen von weiterem Brennstoff auszugleichen. Bei einer Anordnung wird ein Vakuumfreigabeventil in der Einlaßhauptleitung der Maschine

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angeordnet, wobei Einrichtungen vorgesehen werden, um das Ventil zu öffnen, damit Luft bei einer vorgesehenen Maschinendrehzahl, beispielsweise 1ooo Upm, zuströmen kann. Das Ventil kann elektrisch durch einen drosselbetätigten Schalter in Reihe zu einem Gerät gesteuert werden, welches Schaltkontakte bei der vorgegebenen Maschinendrehzahl betätigt, wobei vorzugsweise auch ein in Reihe zu einer von einer Fußbremse betätigter Schalter vewwendet werden kann. Das Ventil, welches durch einen Elektromagneten betätigt werden kann, kann mit dem Luftfilter am Vergaser oder mit einem Vakuumbeutel verbunden sein, der mit einem Rückschlagventil versehen ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Arten der Verbindung von Druckspeichern und der Zylinder einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine .

Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Konstruktionen von Zündkerzen.

Fig. 8 zeigt einen modifizierten Zylinderkopf zusammen mit einer geeigneten Zündkerze.

Fig. 8a zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopf von Fig. 8.

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild einer Zündschaltung zur Erzeugung von zwei Funken.

Fig. 1o zeigt eine Anordnung zum Verdünnen des einer Maschine unter bestimmten Bedingungen zugeführten Gemisches,

Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht einer Zündkerze.

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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Zylinder 1 und 2 und die Zylinder 4 und 3 miteinander durch schraubenförmig gewickelte Rohre 1o und 11, die im folgenden als Rohrschlangen bezeichnet werden, verbunden, wobei diese Rohrschlangen als Druckspeicher dienen. Wenn also die Verbrennung in einem der Zylinder 1 oder 2 stattfinden, wird die Schlange 1o mit Verbrennungsgas bei Verbrennungsdruck gefüllt und das Gas gleichzeitig ein den anderen Zylinder abgegeben. Diese Abgabe wird fortgesetzt, bis die Verbrennung im anderen Zylinder eintritt, worauf der Gasstrom durch die Schlange 1o umgekehrt erfolgt. Das gleiche geht in der Rohrschlange 11 vor sich, die zwischen die Zylinder 4 und 3 geschaltet ist. Wesentlich ist, daß, wenn die Maschine einmal gestartet ist, der Druck der Verbrennungsgase in den Schlangen 1o und 11 nicht unter dem Druck in jedem Zylinder am Ende des Kompressionshubs und unmittelbar vor der Zündung fällt. Dadurch ist für jeden Zylinder ein Gasstrahl vorhanden, der quer über den Zündkerzenspalt zur Zeit der Zündung bläst.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung sind alle vier Zylinder direkt miteinander über eine einen Druckspeicher 12 bildende einzige Pufferschlange verbunden. Bei dieser Anordnung wird der Druckspeicher mit dem Verbrennungsgasdruck jedesmal dann gefüllt, wenn in einem der Zylinder eine Zündung und Verbrennung stattfindet.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist eine bevorzugte Ausführung. Bei dieser Anordnung sind die Zylinder 1 und 2 über zwei Druckspeicher 13 und 14 in Form von Pufferschlangen miteinander verbunden, ebenso die Zylinder 4 und durch Druckspeicher 15 und 16 in Form von zwei Pufferschlangen. Eine weitere Pufferschlange in Form des Druckspeichers 17 ist an ein Ende zwischen den Speichern 13 und 14 und an jedem anderen Ende zwischen den Speichern 15 und 16 angeschlossen.

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Die Pufferschlangen können aus einem Rohr, beispielsweise einem Kupferrohr, hergestellt werden, wobei Anzahl und Abmessungen der Schlangen entsprechend der Art der verwendeten Maschine so ausgewählt werden, daß man eine optimale Leistung erhält.

Die Erfindung ist nicht auf Druckspeicher in Form von Pufferschlangen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, beschränkt. Es können auch andere Speicherkonstruktionen verwendet werden, beispielsweise ein kleiner Tank oder irgendeine andere kleine Kammer. Die wesentliche Eigenschaft besteht jedoch darin, daß die Speicher ein ausreichendes Volumen haben, um eine Druckreserve zur Erzeugung eines Gasstrahls in jedem Zylinder im Arbeitsbereich der Maschine aufbauen zu können, wobei der Gasstrahl im wesentlichen dann fließt, wenn die Zündung in dem jeweiligen Zylinder stattfindet.

Erfindungsgemäß werden genormte Brennkraftmaschinen-Zündkerzen verwendet, die so modifiziert sind, daß sie einen Gasdüsenauslaß haben, der angrenzend an eine Elektrode angeordnet und so ausgerichtet ist, daß ein Gasstrahl an der Spitze der anderen Elektrode vorbei abgegeben wird.

Für das Einführen von gasförmigem verdampften oder zerstäubten Brennstoff in den Gasstrahl, ehe er in die Brennkammer austritt, können nicht gezeigte Einrichtungen vorgesehen werden. So können beispielsweise der Druckspeicher oder die Speicher durch Leitungen mit Einrichtungen zum Einführen einer bestimmten Menge eines flüssigen oder gasförmigen, unter Druck stehenden Brennstoffs verbunden werden. Wenn flüssiger Brennstoff verwendet wird, wird er anschließend zerstäubt oder verdampft und mit unter Druck stehendem Gas dem jeweiligen Gasdüsenauslaß zugeführt. Wenn

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gasförmiger Brennstoff verwendet wird, liegt sein Druck über dem mittleren oder maximalen Druck in dem Speicher.

Wenn der Gastxahl nicht aus Verbrennunsprodukten sondern aus Druckluft aus einem Kompressor besteht, kann der Kompressor einen Niederdruckeinlaß oder einen Atmosphäreneinlaß haben, der mit Einrichtungen zum Verdampfen oder Zerstäuben von Brennstoff verbunden ist. Geeignete Verdampfungseinrichtungen sind ein Vergaser oder eine Kammer, wie der Brennstofftank eines Fahrzeugs, der flüssigen Brennstoff enthält und der einen Raum über dem Flüssigkeitsspiegel hat, in welchem sich der Dampf sammelt. Im letzteren Fall ist der Verdampfungsraum mit Leitungen oder einer Verbindung zu den Einlassen des Kompressors versehen. Alternativ können eine Quelle für gasförmigen, unter Druck stehenden Brennstoff, wie Propan, Zerstäuber oder möglicherweise Brennstoffinjektoren zum Einführen einer vorgegebenen Menge oder Anteils an Brennstoff in das Gas verwendet werden, das quer über den Elektrodenabstand bzw. Elektrodenspalt abgegeben wird.

Bei einer ersten Ausführungsform einer Zündkerze, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Elektrode 2o über ihrer ganzen Länge mit einer Mittelbohrung 21 mit einem Innendurchmesser von o,5 mm (o,o2") versehen, die in einer Düse 22 endet. Die seitliche Elektrode 23 ist so ausgeschnitten, daß der aus der Düse 22 abgegebene Gasstrahl an der Spitze der Elektrode 23 vorbei in Richtung des Pfeils 25 gerichtet ist. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Zündkerze der Spalt zwischen den Elektroden auf 2,5 mm (o,1") erhöht werden kann und daß sich der erzeugte Zündfunke, wenn ein Gasstrahl aus der Düse 22 abgegeben wird, in Richtung des Pfeils 25 über die Spitze 24 der Seitenelektrode 23 hinaus erstreckt. Es können jedoch auch Abstände, die größer als 2,5 mm (o,1ⁿ) sind,, vorteilhaft sein. Der Funke befindet sich nicht nur zwischen den beiden Elektroden, wie dies bei

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herkömmlichen Zündkerzen der Fall ist. Bei dieser Ausführung einer Zündkerze ist das Rohr, das zu dem Druckspeicher führt, mit dem äußeren oberen Ende der Mittelelektrode verbunden.

Bei einer alternativen Modifizierung einer Zündkerze, wie sie in den Figuren 5 und 5a gezeigt ist, ist ein Längenstück eines Metallrohres 26 mit einer kleinen Bohrung in einer Nut abdichtend geführt, die in die äußere Seitenwand des Hauptgehäuses der Kerze geschnitten ist. Das Rohr endet in einer Düse 27 angrenzend an die Seitenelektrode. Eine Abädnerung dieser Konstruktion ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei verläßt das Rohr 26 das Hauptgehäuse der Kerze unmittelbar über dem Gewindezapfen 28 und unter dem sechseckigen Mutternabschnitt 29.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform wird eine Zündkerze herkömmlicher Bauweise, bei welcher die Seitenelektrode entfernt ist, zusammen mit einem Zwischenstück verwendet. Das Zwischenstück 3o hat einen Ringkörper 31 mit einem Innengewinde 32 für die Aufnahme der Zündkerze und mit einem Außengewinde 33, mit dem es in den Zylinderkopf der Maschine bzw. des Motors geschraubt werden kann. Am oberen Ende des Ringkörpers 31 ist ein sechseckiger Flansch 34 vorgesehen, an dem ein Schlüssel zum Einschrauben des Zwischenstücks in den Zylinderkopf angesetzt v/erden kann. Durch den Ringkörper erstreckt sich ein Gaskanal 35 mit kleiner Bohrung. An seinem Außenende ist der Kanal 35 mit einem Metallrohr 36 mit einer kleinen Bohrung und an seinem Innenende mit einer Düse 37 angrenzend an eine Seitenelektrode 38 verbunden, die am Boden oder am Innenende des Zwischenstückkörpers befestigt ist.

Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Zündkerzen können elektrisch an eine herkömmliche Schaltung zur Erzeugung eines Hochspannungsstroms angeschlossen werden.

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Eine Verbesserung kann jedoch dadurch erreicht werden, daß Mehrfachfunken während der Zündphase verwendet werden. Bei einer Anordnung mit einem zweifachen Zündfunken führt beispielsweise ein erster Zündfunken zu einer Ionisierung des Gasstroms, der quer über die Funkenstrecke strömt, während ein zweiter Zündfunke, der mit einer Zeitverzögerung in der Größenordnung von vier Millisekunden folgt, die Zündung herbeiführt.

Fig. 9 zeigt eine Schaltung zum Erzeugen des ersten und zweiten Zündfunkens. Die Primärwicklung eines Zündspulen-Impuls trans formators T1 ist dabei mit einer Parallelschaltung verbunden, welche die Kondensatoren C1 und C2 aufweist. Die Einrichtung oder die Einrichtungen mit dem Funkengas oder mit den Spalten, wie die Zündkerzen, sind mit B bezeichnet und parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T1 geschaltet«, Die Kondensatoren C1 undC2 sind durch eine Diode D1 getrennt. Jeder Kondensator kann unabhängig über die Primärwicklung T1 mittels· der Thyristoren TH1 und TH2 geladen werden,, Jeder Thyristor wird durch ein Signal S aus einem Triggerimpulsgenerator TPG getriggert, das bezüglich der Maschine so synchronisiert ist, daß der erste und der zweite Funke zur richtigen Zeit erzeugt werden. In Betrieb wird der erste Funke bzw. der Referenzfunke dadurch erzeugt, daß der Thyristor T1 getriggert wird, so daß der Kondensator C1 über die Primärwicklung des Transformators T1 entladen wird. Die trennende Diode D1 verhindert das Entladen des Kondensators C2, bis der Thyristor TH2 getriggert wird, um den zweiten Funken zu erzeugen. Die beiden Kondensatoren C1 und C2 werden dann parallel durch eine geeignete Schaltung geladen, beispielsweise durch einen Gleichstromkonverter, wie de in kapazitiven Entladungsschaltungen benutzt wird. Der Kondensator C1 wird über die Primärwicklung des Transformators T1 geladen, der Kondensator C2 über lie Primärwicklung des Transformators T1 und die Diode D1. Die

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Verzögerung zwischen dem Zünden der Thyristoren TH1 und TH2 kann festgelegt oder entsprechend der Maschinendrehzahl einstellbar sein. Obwohl die vorstehend beschriebene Schaltung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Funkens während dieser Zündphase einer jeden Verbrennungskammer in einer Maschine geeignet ist_r kann die Anzahl der Funken pro Zündhub dadurch vergrößert werden, daß ein Speicherkondensator, ein Thyrostor und eine trennende Diode für jeden zusätzlichen erforderlichen Funken hinzugefügt wird. Anstelle der Thyristoren TH1 und TH 2 können zum Entladen der Kondensatoren auch Halbleiterschalter, wie Transistoren oder andere Formen von Schaltern, wie Reedschalter, verwendet werden»

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher eine speziell konstruierte Kerze 4o in einen modifizierten Zylinderkopf 41 eingesetzt ist. Der Kopf 41 hat Kammern 42, die Druckkammern bilden. Die Kammern sind durch Kanäle 43 miteinander und mit Kanälen 44 verbunden, die Auslässe in Kerzenbohrungen 45 haben.

Die Kerze 4o hat einen Gewindeabschnitt 46, der in die Bohrung 45 paßt. Der Abschnitt 46 hat eine Ringnut 47 mit radialen Öffnungen 48 in 9o°-Abständen. Die Öffnungen 48 stellen eine Verbindung mit dem Inneren des Kerzenkörpers her und sind zu einem Punkt genau jenseits der Spitze der mittleren Hochspannungselektrode 49 ausgerichtet. Wenn die Kerze 4o in den Kopf 41 eingepaßt ist, sind die Öffnungen 48 zu den Auslässen der Kanäle 44 mittels Markierungen 5o an der Kerze und an dem Zylinderkopf ausgerichtet.

In Betrieb werden die Druckspeicher 42 mit Verbrennungsprodukten aus verschiedenen Verbrennungskammern gespeist, so daß ein Gasstrahl aus den ausgerichteten Kanälen und Öffnungen 48 vor der Zündung in der jeweiligen Kerze 4o austritt.

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Wenn eine Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, versehen ist, erhält man eine verbesserte Maschinenleistung, d. h. eine Steigerung der kW-Zahl und eine Verringerung des Brennstoffverbrauches. Diese Verringerung wird hauptsächlich dadurch erreicht, daß Zündung und Verbeennüng verbessert sind. Es ist jedoch auch möglich, das Gemisch zu verdünnen, wofür beispielsweise ein kleinerer Vergaserstrahl verwendet wird.

Für die Leistungssteigerung bzw. ein Tuning kann ein Druckregler oder eine Begrenzungseinrichtung an der Düse oder an dem Kanal angebracht werden, der den Gasstrahl quer über dem Funkenspalt erzeugt. Ein solcher Regler oder eine solche Drossel wird so eingestellt, daß sie in der Praxis eine optimale Leistung ergibt.

Bei bestimmten Fahrzuständen, beispielsweise beim Bergabfahren ohne Gas, kann weiterhin Brennstoff dadurch gespart werden, daß das Vakuum in der Einlaßhauptleitung ausgeglichen wird. Fig. 1o zeigt eine geeignete Anordnung, bei welcher ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 60 mit einem Rohr 61, das mit dem Luftfilter an einem nicht gezeigten Vergaser verbunden ist, auf der Einlaßhauptleitung 62 der Maschine sitzt. Das Ventil 60 ist zwischen Masse und Kontakte 63 eines Relais 64 geschaltet. Die Kontakte 63 sind mit einem Leiter 65 verbunden, der Energie zuführt, um das Magnetventil 60 zu betätigen. Das Ventil 60 und die Kontakte 63 werden durch einen drosselklappengesteuerten Mikroschalter 66 überbrückt. Die Spule 67 des Relais 64 und die Kontakte 68 sind mit einem nicht gezeigten Schalter in einer Isolier- bzw. Trenneinheit 69 verbunden, wobei der Schalter nach einer vorgegebenen Maschinendrehzahl, beispielsweise bei I000 Upm, wirksam wird.

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Die Kontakte 68 sind Teil eines Relais 7o mit einer Spule 71, die über einen Leiter 74 durch einen fußbremsenbetätigten Anschlagschlater aktiviert wird, der an dem Fahrzeug befestigt ist. Das Gerät 69 ist über einen Leiter 72 mit der Zündschaltung auf der Hochspannungsseite zur Feststellung der Maschinendrehzahl und über einen Leiter 73 auf der Niederspannungsseite mit einer Energiequelle verbunden.

Wenn in Betrieb die Maschinendrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet, der Gashebel freigegeben ist und die Fußbremse betätigt wird, wird die Spule 67 aktiviert, wodurch die Kontakte 63 geschlossen werden und das Magnetventil 6o betätigt wird. Das Ventil 6o worgt dann für eine Aufhebung des Vakuums in der Hauptleitung 62.

Fig. 11 zeigt in einer Schnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform einer Zündkerze. Die Zündkerze hat-einen Flußstahlkörper 8o mit einem Gewindeabschnitt 81 zum Einführen in eine Gewindeöffnung in den Zylinderkopf einer Maschine und mit einem sechseckigen erweiterten Kopf 82. Ein hohler Keramikisolator 83 hat einen Kopfabschnitt 84, der von einer Reihe von Ringwulsten gebildet wird, einen erweiterten Mittelabschnitt 85 und einen eingezogenen Nasenabschnitt 86. Der Mittelabschnitt 85 sitzt in einer Kammer 87 im Kopf 82 des Körpers 8o. Er wird dadurch gehalten, daß eine ringförmige Stemmleiste 88 über die obere Schulter des Mittelabschnittes 85 gerollt ist. Zwischen der unteren Schulter des Mittelabschnitts 85 und dem unteren Rand der Kammer 87 ist eine Dichtungsmasse oder eine Dichtungsscheibe 89 angeordnet. Der Nasenabschnitt 86 steht durch eine Verengung 9o in dem Körper 8o vor und erstreckt sich in eine kuppeiförmige Ausnehmung 91. Zwischen einer Schulter an dem Isolator angrenzend an den Nasenabschnitt 86 und der von der Verengung 9o gebildeten Schulter in dem Körper ist eine Kupferscheibe 92 angeordnet. Die Oberfläche des Isolators 83 hat eine Glasur.

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Eine hohle Mittelelektrode 93 hat einen Gewindeabschnitt 94, der mit einer nicht gezeigten Leitung und mit der nicht gezeigten Zündanordnung der Maschine verbindbar ist. Der Abschnitt 94 bildet ein Stück mit einem sechseckigen Abschnitt 95 und einem Abschnitt 96 mit einer Reihe von Kühlrippen 97. Die Elektrode 9 3 ist in dem Isolator 83 durch einen Gewindeabschnitt 98 befestigt, der ein Stück mit dem Abschnitt 96 und mit einem büchsenförmigen Abschnitt 99 bildet, der sich durch den Isolator erstreckt und aus dessen Nasenabschnitt 86 vorsteht. Das Ende des büchsenförmigen Abschnitts 99 endet angrenzend an ein seitliches Drahtende bzw. an eine Massenelektrode 1oo, die an dem Körper 8o angeschweißt ist.

In Betrieb ist ein Druckspeicher, der mit Verbrennungsprodukten gespeist wird, oder ein Luftkompressor über eine nicht gezeigte Leitung mit dem Gewindeabschnitt 94 verbunden. Die Elektrode 93 ist elektrisch mit der Hochspannungsseite der Zündschaltung verbunden, wobei der Körper 8o die Schaltung über den Zylinderkopf der Maschine und die üblichen Masseverbindungen vervollständigt.

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Claims

- 18 ANSPRÜCHE

/ 1.) Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer oder mehreren Brennkammern, die jweils mit Funkenstrecken zum Zünden des Brennstoffs in den Kammern versehen sind, gekennzeichnet durch Einrichtungen (2, 27, 37, 48, 99) zum Richten eines Gasstrahls quer über jede Funkenstrecke, wenn eine Funken erzeugende Spannung an der Strecke anliegt, wodurch eine von der Spannung erzeugte Gasentladung eintritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas des Strahls aus den Verbrennungsprodukten der Maschine besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Gasspeichereinrichtungen (1o bis 17), die mit den Einrichtungen (22, 27, 37, 48, 99) zum Richten des Gasstrahls über den Elektrodenabstand verbunden sind, wobei die Speichereinrichtungen mit den Verbrennungsprodukten zum Ableiten des Gasstrahls füllbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung einen Druckspeicher do, 11) aufweist, wobei eine erste und eine zweite Verbrennungskammer (1, 2 bzw. 3, 4) in der Maschine mit Öffnungen zum Richten des Gasstrahls quer über die jeweiligen Funkenstrecken versehen ist und der Speicher (1o, 11) die Öffnungen verbindet. ·

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung ein Druckspeicher (12) ist, wobei jede Verbrennungskammer der Maschine mit einer Öffnung zum Richten des Gasstrahls quer über die jeweilige Funkenstrecke versehen ist und der Speicher (12) parallel zu jeder der Öffnungen geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet f daß jede Verbrennungskammer mit einer Öffnung zum Richten des Gasstrahls quer über die jeweilige Funkenstrecke versehen ist, wobei jede der Öffnungen durch eine Leitung verbunden ist, so daß eine Parallelverbindung geschaffen wird, wobei der Speicher (17) parallel zu den Parallelverbindungen geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher erste Druckspeicher (13, 14, 15, 16) aufweist, die mit einer entsprechenden Öffnung in jeder Verbrennungskammer verbunden sind, um den Gasstrahl quer über die jeweilige Funkenstrecke zu richten, sowie einen zweiten Druckspeicher (17) aufweist, der durch Leitungen mit jedem der ersten Speicher (13, 14, 15, 16) verbunden ist. '

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Druckspeicher (1o bis 17) eine Rohrschlange aufweist . ' ' ■■:.-·-■■

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,

dadurch ge ic e η ri ζ e ic h η e t' , daß jeder Druckspeicher einen Hohlraum (42) aufweist, der von den Innenwänden im Zylinderkopf für die Brenn^J'^r kammern begrenzt wird.

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- 2ο -

1ο. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hohlräume (42) durch Kanäle (44) mit einer Ausnehmung (45) für die Aufnahme einer Zündkerze (4o) verbunden sind, welche die Funkenstrecke bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündkerze radiale Öffnungen (48) für die Verbindung mit den Kanälen (44) aufweist, wobei die Öffnungen (45) radial zu einer mittleren Hochspannungselektrode gerichtet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas in dem Strahl Druckluft aufweist, wobei ein Kompressor zur Erzeugung der Druckluft vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einführen von gasförmigem Brennstoff in den Gasstrahl

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einführen von verdampftem Brennstoff in den Gasstrahl.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einführen von zerstäubtem Brennstoff in den Gasstrahl.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrahl an der Spitze der Elektrode vorbeigerichtet ist, welche teilweise die Funkenstrecke begrenzt.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrahl in Richtung des Funkenlaufes in der Funkenstrecke gerichtet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrahl entgegengesetzt zur Laufrichtung des Funkens in der Funkenstrecke gerichtet ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jede Funkenstrecke von den Elektroden einer Zündkerze begrenzt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündkerze eine hohle Hochspannungseleketrode (2o, 99) aufweist, die an beiden Enden offen ist, wobei ein Ende eine Düse

(22) zum Richten des Gasstrahls quer über den Elektrodenabstand zu einer Massenelektrode (23, too·)· bildet und die Massenelektrode (23, too) kurz vor der Fluchtungsachse mit der Düse (22) endet.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündkerze eine Düse (27, 37J aufweist, die angrenzend an die Massenelektrode (38) angeordnet ist, wobei die Düse zu einer Stelle unmittelbar angrenzend an die Hochspannungselektrode gerichtet ist»

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündkerze eine Düse aufweist, die die Massenelektrode bildet, wobei die Düse zu einer Stelle unmittelbar angrenzend an die Hochspannungselektrode gerichtet ist.

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23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarität einer Zündanordnung einer Maschine umgekehrt wird, wodurch die Massenelektrode isoliert und mit Hochspannungsimpulssn versorgt wird, während die Hochspannungselektrode an Masse gelegt ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündkerze einen Gewindekörper aufweist, der eine isolierte Hochspannungselektrode trägt, wobei für die Kerze ein Gewindezwischenstück (34) vorgesehen ist, das in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine paßt und die Kerze aufnimmt, wobei das Zwischenstück (34) eine Düse (37) zum Richten des Gasstrahls quer über den Elektrodenabstand trägt, der teilweise von der Hochspannungselektrode begrenzt wird, und die Düse mit einer durch das Zwischenstück (34) gehenden Leitung (35, 36) verbunden ist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrahl vor seinem Austreten in die Verbrennungskammer oder in die Verbrennungskammern vorionisiert ist.

26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erzeugen einer Folge von Funken quer über den Elektrodenabstand während des Zündintervalls für jeden Kompressionshub der Maschine.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß jede Funkenfolge einen ersten Funken zum Ionisieren des Gases in der Funkenstrecke und einen zweiten Funken zum Zünden des Brennstoffs umfaßt.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeitabstand zwischen dem ersten Funken und dem zweiten Funken festgelegt ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η ze. ichnet , daß der Zeitabstand zwischen dem ersten Funken und dem zweiten Funken automatisch ansprechend auf die Maschinendrehzahl einstellbar ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, gekennzeichnet durch eine Zündschaltung mit entsprechenden Speicherkondensatoren (C1, C2) zur Erzeugung des ersten und zweiten Zündfunkens.

31. Vorrichtung nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung impulsbetätigte Schalteinrichtungen (TH1, TH2) zum aufeinanderfolgenden Entladen einer Vielzahl von Kondensatoren (C1, C2) aufweist, von denen jeder an einem Ende mit einer gemeinsamen Klemme und am anderen Ende mit einer trennenden Diode (D1) verbunden ist, wobei die gemeinsame Klemme in Reihe zu der Primärwicklung einer Zündspule (T1) geschaltet ist;

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, gekenn ζ e i chnet durch Einrichtungen zum Aufrechterhalten des Bogens in der Funkenstrecke nach dem Überschlag.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß der Bogen durch Einrichtungen aufrechterhalten wird, die einen Halbleiterschalter zum Entladen eines Kondensators in die Primärwicklung einer Zündspule aufweist, wobei der Schalter bei der Resonanzfrequenz der Spule wieder getriggert wird,

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um den Kondensator zur Aufrechterhaltung des Bogens ausreichend zu laden.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung eines anfänglich hohen Spannungsimpulses zum Schlagen des Lichtbogens und durch Einrichtungen zum Anlegen einer niedrigeren Spannung an die Funkenstrecke zum Aufrechterhalten des Bogens.

35. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (6o) zum Ausgleichen des Vakuums in einer Brennstoff einlaßhauptleitung der Maschine.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Ausgleichen des Vakuums ein Vakuumfreigabeventil (6o), das in der Einlaßhauptleitung (62) angeordnet ist und eine Einrichtung (69) zum öffnen des Ventils aufweist, um Luft bei einer vorgegebenen Maschinendrehzahl zuzuführen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß die vorgegebene Maschinendrehzahl etwa 1ooo Upm beträgt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (6o) von einem gasbetätigten bzw. drosselklappenbetätigten Schalter (66) elektrisch gesteuert wird, der in Reihe zu einem Gerät (69) angeordnet ist, welches Schaltkontakte (68) bei der vorgegebenen Maschinendrehzahl betätigt.

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39. Vorrichtung nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch einen von der Fußbremse betätigten Schalter zum Steuern des öffnens des Ventils (6o).

40. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Modifizieren einer Brennkraftmaschine zur Verbesserung der Brennstoffzündung, gekennzeichnet durch einen Druckspeicher und eine Leitung, welche den Speicher mit einer Düse in jeder von zwei oder mehr Einrichtungen verbindet, an denen eine Funkenstrecke vorgesehen ist oder die eine Funkenstrecke aufweist, wobei jede Düse für ein Richten eines Gasstroms quer über die jeweilige Funkenstrecke angeordnet ist.

41. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zündkerze mit einer Massenelektrode und einer hohlen Hochspannungselektrode, wobei die Hochspannungselektrode an beiden Enden offen ist, ein Ende eine Düse zum Richten eines Gasstroms quer über die Funkenstrecke zu der Massenelektrode bildet und die Massenelektrode kurz vor der Ausrichtungsachse der Düse endet.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4o, gekennzeichnet durch eine Zündkerze mit einer Düse, die angrenzend an die Massenelektrode angeordnet ist oder die Massenelektrode bildet, wobei die Düse zu einer Stelle unmittelbar angrenzend an die Hochspannungselektrode gerichtet ist.

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