DE2641544A1 - Zuendkerze fuer automobilverbrennungsmotoren - Google Patents

Description

New Cosmos Electric Company Limited Osaka, Japan

15. Sept. 1976

Zündkerze für Automobilverbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Zündkerze für Automibilverbrennungsmotoren aus einem mit der Verbrennungsmaschine zu verbindenden metallischen Schraubenteil, einem Elektrodenanschluß, einem elektrischen Isolator zum Tragen des Schraubenteils und des Elektrodenanschlußteils in koaxialer Zuordnung zur Trennung dieser Teile und mindestens einem Paar Elektroden, wobei das Paar aus einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode besteht, die erste Elektrode von einem auf dem metallischen Schraubenteil gebildeten Träger gehalten wird, die zweite Elektrode stabförmig gestaltet und elektrisch mit dem Elektrodenanschlußteil mittels eines zentralen Leiters, der in der Achse des Schraubenteils und des Isolators angeordnet ist, verbunden ist und wobei die erste und die zweite Elektrode mittels des Isolators voneinander getrennt gehalten werden und ein gegebener Zündzwischenraum zwischen den Entladungsfronten eingehalten wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrische Zündkerze für

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Automobilverbrennungsmotoren des Schwachgas-Verbrennungstyps. Des weiteren betrifft sie Automobilverbrennungsmotoren, die mit einer verbesserten elektrischen Zündkerze betrieben werden. Schließlich betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Zündung von Automobilverbrennungsmotoren des Schwachgas-Verbrennungstyps .

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines umweltfreundlichen Verbrennungsmotors, der im Hinblick auf die Abgaseigenschaften überlegen ist.

Der Verbrennungsmotor liefert durch den Verbrennungsvorgang der Gasmischung zwischen Luft und dem Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie Gasolin, Petroliumgas u.s.w., Energie. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, schwanken die jeweiligen Konzentrationen der Abgasbestandteile, wie Stickoxide (NO ), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (CH)u.s.w., die von dem Verbrennungsmotor abgelassen werden, in Übereinstimmung mit dem Luftüberschußverhältnis F. Dieses bedeutet das Verhältnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu dem äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnis, wobei das Luft/Brennstoff-Verhältnis ein Verhältnis der Luftmenge und der Brennstoffmenge angibt und das äquivalente Luft/Brennstoff-Verhältnis ein Luft/Brennstoff-Verhältnis bezeichnet, vorausgesetzt, daß Η_0 und CO₂ durch die Reaktion des Brennstoffs und des Sauerstoffs stöchiometrisch gebildet worden sind. Entsprechend ist der Wert des Luftüberschußverhältnisses F umso kleiner, je höher die Brennstoff konzentration ist. Je größer der Wert des Luftüberschußverhältnisses F ist, desto niedriger ist die Brennstoffkonzentration. Zum Beispiel erzeugt eine Gasmischung in dem Bereich von 0,9 ·£ F< 1,25 eine große Menge an NO , was auf die hohen Verbrennungstemperaturen (näherungsweise 2000⁰K bis 3000⁰K) zurückgeht. Die Gasmischung in einem Bereich von F<Co,9 liefert eine relativ kleine Menge an NO , jedoch eine extrem große Menge an CO und CH. Um demzufolge die Abgaseigenschaften zu verbessern und einen umweltfreundlichen Verbrennungsmotor zu ent-

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wickeln, ist es erforderlich, eine Schwachgasmischung in dem Bereich von F^- 1,25 zu verbrennen oder eine Abgas-Rezirkulation (EGR) zu bewirken, um die Brennstoffkonzentration mager zu wählen und die Verbrennungstemperatur der Gasmischung bis auf etwa 1500⁰K oder weniger zu erniedrigen. Eine herkömmliche Zündkerze des sogenannten Dünnelektroden-Typs, z.B. eine Zündkerze, die in Fig. 5 gezeigt und in Tabelle 1, Zeile W erfaßt wird, besteht unter anderem aus einer geerdeten Elektrode 1 aus einer weiten und langen Platte und einer Hochspannungs-Elektrode 2 aus einem dünnen Zylinder mit flachem Vorderende und hat, wie in Fig. 42 gezeigt, einen extrem engen Zündbereich (Bereich unterhalb der Kurve). Die Fig. 42 zeigt die Beziehung zwischen dem Luftüberschußverhältnis F₁. der Zündgrenze der Gasmischung unter einem Druck von 1 Atmosphäre und bei Raumtemperatur zur Elektodenzwischenraumentfernung, insbesondere dem Zündzwischenraum L . Wie aus der Fig. 42 ersichtlich ist, kann die Zündung der Schwachgasmischung in einem Bereich von F> 1,25 bei einer herkömmlichen Zündkerze nur verwirklicht werden, wenn der Zündzwischenraum größer ist als Lg* = 2,28 mm (der L *-Wert zeigt einen zündbaren Zündzwischenraum für ein Luftüberschußverhältnis der Zündgrenze von F_x = 1,25).

Tabelle 1 (Stand der Technik)

Kennzeichen der FT-Lo-charakteri - !tischen Kurven	Typ der Elektroden	geerdete Elektrode	HDchspannungs- Elektrode	V (mm)
W	Fig. 5	Dimensionen (mm)	Dimensionen (mn)	2,28
W	Fig. 6	2,7 Breite 1,3 Stärke 5 Länge	1,0 Durchmesser	2,04
2,7 Breite 1,3 Stärke 5 Länge	1,0 Durchmesser I

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Auch werden bei der anderen herkömmlichen Zündkerze der Fig. 6 und der Tabelle 1, Zeile W, die der Zündkerze des Dünnelektroden-Typs entspricht und die die gleiche Hochapsnnungs-Elektrode 2 wie in der Fig. 5 zeigt und die eine geerdete Elektrode 1 mit U-förmiger Rille 1' entlang der Längsrichtung der Entladungsebene auf der breiten und langen Platte aufweist, die charakteristischen Kurven zwischen dem Luftüberschußverhältnis F_T der Zündgrenze und der Elektrodenzwischenraumentfernung L₀ im Vergleich zur Kurve W, wie aus der Kurve W der Fig. 42 ersichtlich ist, verbessert. Jedoch ist der zündbare Bereich so eng, daß die Zündung der Magergasmischung in dem Bereich von F^ 1,25 nur erfolgen kann, wenn die Elektrodenzwischenraumentfernung größer als L * = 2,04 mm ist.

Unter Verwendung einer auf dem Markt erhältlichen Zündstromversorgungseinheit ist die Entladungsgrenz-Zwischenraumentfernung L_c bei einer Entladung einer Zündkerze des Zwei-Elektroden-Typs etwa 2 mm bei einer Gasmischung (Gasmischung bei Hochbelastung eines Verbrennungmotors mit einem Kompressionsverhältnis von etwa 10), die bis zu einer molaren Dichte komprimiert wird, die 8 mal höher liegt als unter Atmosphärendruck. Demzufolge ist es bei herkömmlichen Zündkerzen schwierig, die Schwachgasmischung eines F^>1,25 direkt zu zünden. Um solche Schwierigkeiten auszuschließen, sind die folgenden drei Verfahren vorgeschlagen worden.

Als erstes Verfahren ist eine Einrichtung zur Fackelzündung in Erwägung gezogen worden, wonach ein umweltfreundlicher Verbrennungsmotor unter Verwendung von Zündkerzen des Standes der Technik verwirklicht wurde. Die Fackel ermöglicht es, eine solche Schwachgasmischung zu zünden, die ein Luft/Brennstoff-Verhältnis der Explosionsgrenze aufweist. Durch die Schaffung einer Gasmischung, die nur nahe der Zündkerze eine hohe Brennstoff konzentration zur Bewirkung des Zündvorgangs liefert, kann demzufolge die überschüssige Schwachgasmischung (insgesamt)

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durch die Bildung der Fackel verbrannt werden. Die Nachteile des vorgenannten Mittels zur Fackelzündung bestehen darin, daß eine Nebenverbrennungskammer und ein Nebenvergaser oder ein besonderes System zur Brennstoffinjektion u.s.w. nötig sind, um den vorgenannten Brennvorgang der Schwachgasmischüng zu bewirken.

Zweitens ist es auch möglich, bei den einzelnen Verfahrensarten Maßnahmen zu ergreifen. Während des Startens und des Aufwärmens, des Leerlaufs (keine Belastung) und des Motorbremsens (negative Belastung) wird weniger NO unabhängig von dem Wert des Luftüberschußverhältnisses F wegen der niedrigen Temperatur und des niedrigen Drucks der Gasmischung erzeugt. Jedoch ist es bei derartigen Betriebsarten, um die Zündung sicherzustellen, erforderlich, F nahezu gleich 1 oder kleiner zu wählen. Somit muß die Umdrehungszahl des Motors im Leerlaufbetrieb hoch sein, um F =» 1 zu garantieren und somit steigt der Brennstoffverbrauch nachteilig. Bei der Betriebsart der Hochbelastung und anderen als die vorstehend genannten Betriebsarten ist die Temperatur und der Druck der Gasmischung hoch und daher kann die Schwachgasmischung in einem Bereich von etwa F= 1,2 oder kleiner mittels Funken gezündet werden. Entsprechend wird weniger NO mit F ^1,2

⁷ ■ ■ Ji

gebildet und gleichzeitig ein besserer Wärmedurchgangssatz durch die Zylinderwand des Motors erreicht. Der Nachteil einer derartigen Einzelbetriebsartmaßnahme besteht darin, daß der Verbrennungsmotor ein System vorsehen sollte, mit dem der Wert des Luftüberschußverhältnisses F einzustellen und für jede Betriebsart in einem extrem engen erlaubten Wertebereich zu kontrollieren ist.

Drittens ist es möglich, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, in dem eine extrem fette Gasmischung (insgesamt) zu zünden ist, um bei einer relativ niedrigen Temperatur zur Verhinderung der Bildung von NO zu verbrennen, und in dem CO und CH durch

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die Verwendung eines Katalysators oder eines thermischen Reaktors abschließend behandelt werden. Um jedoch den vorgenannten Erfordernissen zu genügen, ist ein System zur abschließenden Behandlung erforderlich, das einen Katalysator, einen thermischen Reaktor, eine Luftpumpe, eine katalytische Einrichtung zur Verhinderung einer Überhitzung ("catalyst antioverheat equipment") u.s.w. erfaßt, was zu einem Energieverlust im Äbgassystem und zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch führt, was auf übermäßig fetten Brennstoff, Schwefelsäurenebel und dispergierte Schwermetalle zurückzuführen ist.

Die Verbrennungsmotoren, die bei der Durchführung der vorgenannten ersten, zweiten und dritten Methode verwendet werden, haben Nachteile, wie erhöhtes Gewicht und Motorkosten, komplizierte Einregelung der optimalen Betriebsbedingungen der Motoren, niedrige Stabilität des optimalen Betriebs, schwierige Kontrolle bei der Massenproduktion und komplizierte schwierige Einregelung beim Gebrauch.

Die sich aus den vorgenannten Nachteilen der bekannten elektrischen Zündkerzen ergebende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Fluid-Widerstand gegen den Gasstrom des Flammenkerns der Elektroden vermindert ist, wodurch die Wärmeleitung G des Flammenkerns zu den Elektroden in der folgenden einzuhaltenden Zündbedingungenungleichung (1)

j \ -G / ^{eXp (}V^RT) (n + 4,773 mF)^n+m* 1 ^V I (Of-1)B_£ ^n+m* 3,773*^m nⁿ/(X_f-X.)^n+m* F^m* J

vermindert wird, wobei J, Z und m* gegeben sind durch

^{j =} C^Eb < w ^{+ rt}s² )

(760 - p") /760j R_t

m*= (1 +tf )m,

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und wobei V das Volumen des Flammenkerns, T dessen Temperatur, T die Temperatur der Elektroden, X. die molare Dichte bei einem Druck von 1 Atmosphäre unbrennbarer Gase, die nicht Stickstoff erfassen, F, £ , ρ und R das Luftüberschußverhältnis, der Dichteindex der Moleküle, der absolute Wert des Unterdrucks (mm Hg) im Ansaugrohr bzw. das Kompressionsverhältnis zur Zeit der Zündung in der Gasmischung sind, J praktisch eine Konstante ist, wenn die Abhängigkeiten der Temperatur T₀ des singulären Punktes von den variablen Größen V, G, X., F und £ ausreichend klein sind, wobei E, die Aktivierungsenergie in der Arrhenius-Gleichung und eine dem jeweiligen Brennstoff inhärente Konstante ist, η und m die Molekularitäten der Reaktion des Brennstoffs bzw. des Sauerstoffs sind, ^" ein Parameter ist, der den Beteiligungsgrad von Stickstof fmolekülen am Reaktionsablauf wiedergibt, οι ein Multiplikationsfaktor der Kettenträger, R eine Gaskonstante, B, X. und Ίϊ Konstanten sind.

Ergänzend ist zu bemerken, daß es sich bei E, um die Aktivierungsenergie der Geschwindigkeitskonstanten der Kettenverzweigungsreaktion des jeweils verwendeten Brennstoffs handelt und die Molekularitäten η und m auch als sogenannte Verstärkungsindices der Geschwindigkeitsgrößen der Brennstoffmoleküle und der Sauerstoffmoleküle gemäß den Reaktionsgeschwindigkeitsgleichungen (5) und (6) bedeuten. Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist die Wärmeleitung G nach der obigen Ungleichung (1) zur Erreichung des angestreb-. ten technischen Erfolges so klein wie möglich zu wählen. .

Nach der vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Zündkerze eines Verbrennungsmotors eine Schwachgasmischung sogar unter ■ schärfsten Bedingungen der Raumtemperatur, 1 Atmosphäre Druck und des Luftüberschußverhältnisses F von etwa 1,25 oder mehr zünden.

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Die Verwendung einer Zündkerze gemäß der Erfindung kann einen sogenannten umweltfreundlichen Motor verwirklichen, der weniger CH, CO und NO freisetzt, indem eine Einrichtung zur Brennstofflieferung vorgesehen ist, die im Vergleich zu einem stöchiometrischen Mischverhältnis eine magerere Gasmischung herstellt.

Im folgenden soll eine kurze Erläuterung der anschließenden Zeichnungen gegeben werden:

Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung der NO -Konzentration (in parts per million, d.h. ppm,

Ji

aufgetragen auf der linken Ordinate) im Abgas, der CH- Konzentration (als Hexan-Äquivalent in ppm, auf der linken Ordinate aufgetragen) darin und der CO-Konzentration (in %, aufgetragen auf der rechten Ordinate) darin zum Luftüberschußverhältnis F (Abszisse) der Gasmischung in dem Verbrennungsmotor.

Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung anhand eines Beispiels zwischen der linken und der rechten Seite der theoretischen Zündungleichung (1), die der Erfindung zugrundeliegt, und dem Luftüberschußverhältnxs F mit ~ als ein Parameter. ,

Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung anhand eines Beispiels die Beziehung zwischen dem Luftüberschußverhältnis F der Zündgrenze und der Elektrodenzwxschen-

raumentfernung L₀ mit G der Ungleichung (1) als Parameter gestützt auf die Berechnungen aus Fig. 2, wobei der schraffierte Bereich der zündfähige Bereich ist.

Fig. 4 (a) und (b)

stellen eine schematische Ansicht einer thermischen Grenzschicht und einer hydrodynamischen Grenzschicht

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dar, die auf der Elektrodenoberfläche durch den "Electro-Flame-Wind" gebildet werden.

Fig. 5 und Fig. 6

zeigen zusammen ein Beispiel herkömmlicher Zündkerzen des Dünnelektroden-Typs, wobei die Fig. 5 (a) und 6 (a) einen Aufriß von der Seite, die Fig. 5 (b) und 6 (b) eine Ansicht von unten und die Fig. 6 (c) einen Aufriß von vorn zeigen.

Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung der Zwei-Elektroden-Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei Fig. 7 (a) einen seitlichen Aufriß der Zwei-Elektroden-Zündkerze, Fig. 7 (b.) davon einen seitlichen Aufriß mit den wesentlichen Teilen und 7 (c) davon eine Ansicht von unten zeigen.

Fig. 8 bis 14, 17 bis 26, 29, 32, 34 bis 36

zeigen andere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zwei-Elektroden-Zündkerze, wobei die jeweiligen Figuren (a) und (c) davon einen seitlichen Aufriß der wesentlichen Teile bzw. einen Aufriß von vorn und die Figuren (b) davon eine Ansicht von unten zeigen.

Fig. 15 stellt eine vergrößerte Ansicht der Elektrodenentladungsfronten der Zündkerze von der Seite dar, wobei E der Fig. 15 herkömmliche Zündkerzenelek-

troden wiedergibt, während E₁, E_ und E- die er-L findungsgemäßen Zündkerzenelektroden wiedergeben.

Fig. 27, 28,30, 31 und 33

zeigen eine vergrößerte Ansicht von wesentlichen Elektrodenteilen der Zündkerzen nach der Erfindung, wobei die Figuren 27 (a) und (b) und Fig. 28 (a) und (b) einen Aufriß von der Seite und die Draufsicht, die Fig. 28 (c) einen Aufriß von der Seite

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die Fig. 30, 31 und 33 in den Darstellungen (a), (b) bzw. (c) den Aufriß von der Seite, die Draufsicht und den Aufriß von vorn wiedergeben.

Fig. 16 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen

Drei-Elektroden-Zündkerze, bei der Fig. 16 (a) einen seitlichen Aufriß und die Fig. 16 (b) eine Ansicht von unten darstellt.

Fig. 37 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Zündkerze des Oberflächenkriechentladungs-Typs und

Fig. 38 bis 40

zeigen eine Ausgestaltung von Zündkerzen des Oberflächenkriechentladungs-Typs gemäß der Erfindung, wobei die (a)-Darstellungen einen seitlichen Aufriß und die (b)-Darstellungen davon eine Ansicht von unten wiedergeben.

Fig. 41 (a) und (a¹)

zeigen die Stromlinien (im Schnitt) des Electro-Flame-Winds bei einer herkömmlichen Zündkerze des Dünnelektroden-Typs und die Struktur (im Schnitt) der Grenzschichten im Hinblick auf den Electro-. Flame-Wind, während die Darstellungen (b) bis (g) davon die Stromlinien (im Querschnitt) des Electro-Flame-Winds nach den verschiedenen erfindungsgemäßen Zündkerzen, die Darstellung (b¹) bis (g¹) davon den Aufbau (im Schnitt) von Grenzschichten im Hinblick auf den Electro-Flame-Wind entsprechend den Darstellungen (b) bis (g) wiedergeben, wobei alle Elektrodenzwischenräume bei diesen Zündkerzen den gleichen Lg-Wert aufweisen.

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Fig. 42 bis 45

zeigen die experimentell ermittelten Charakteristiken des Iiuftüberschußverhältnisses F_ der Zündgrenze

Li

der Zündkerzen (Ordinate auf der linken Seite) und der Elektrodenzwischenraumentfemung L_c (Abszisse). Bei allen graphischen Darstellungen zeigt die Ordinate an der rechten Seite das Luft/ Brennstoff-Verhältnis der Zündgrenze, eine horizontale gepunktete Linie X. ein äquivalentes Luft/ Brennstoff-Verhältnis (F = 1), die Kurven W, W und E zeigen die F_T-L -charakteristischen Kurven her-

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kömmlicher Zündkerzen, die anderen Kurven A, D, E₁ bis Eg,G₂, G₃, K₁, N₁, N₃, N₄, Ng und N₇ die F_L-L_gcharakteristischen Kurven der Zündkerzen gemäß der Erfindung, X₃ zeigt jedes Niveau des Luft/Brennstoff-Verhältnisses von 19,25 (F = 1,25) und der Bereich unter jeder Kurve stellt den zündfähigen Bereich dar.

Fig. 46 gibt das Luftüberschußverhältnis F der Zündgrenze (Ordinate auf der linken Seite) mit dem Zündzwischenraum L₀ als Parameter nach der Zündkerze der Fig. 7 wieder oder zeigt experimentell ermittelte Charakteris-. tiken der Abhängigkeit des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (Ordinate auf der rechten Seite) der Zündgrenze zur Projektionshohe h.. (Abszisse) der ersten Elektrode.

Fig. 47 zeigt das Luftüberschußverhältnis (Ordinate auf der linken Seite) der Zündgrenze mit einem Zündzwischenraum L_c als Parameter bei einer Zündkerze nach der Fig. 12 oder zeigt experimentell ermittelte Charakteristiken der Abhängigkeit des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (Ordinate auf der rechten Seite) der Zündgrenze zur Krümmung ν (Abszisse) der Elektrodenentladungsfront.

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Eine neue Theorie, die sich mit dem Anwachsen und dem Abnehmen des Initialflammenkernes beschäftigt, der den Erfolg oder den Mißerfolg einer elektrischen Zündung einer brennbaren Gasmischung bestimmt, läßt sich wie folgt ausdrücken: insbesondere ist das Modell der Mikrokettenreaktion angewandt worden, um dieses Modell mathematisch zu analysieren. So sind nicht nur Faktoren, die den Zündbereich bestimmen, wie die Temperatur der Gasmischung, der Dichteindex der Moleküle, das Luftüberschußverhältnis F, die Dichte der nichtbrennbaren Gase, das Flammkernvolumen und die Wärmeleitung G der Elektroden, sondern auch die Beziehungen dieser Größen untereinander klargestellt worden. Es wurde eine neue Auffassung formuliert, wonach eine Hochgeschwindigkeitsbewegung des Fluids, im folgenden auch als "Electro-Flame-Wind" bezeichnet, zur Zeit der Funkenentladung erzeugt wird. Als Ergebnis hat der Fluid-Widerstand ("fluid resistance") der Elektroden einen grundsätzlichen Anteil an der Wärmeleitung G. Und die Elektroden, die einem kleinen Fluid-Widerstand angepaßt sind, können eine Schwachgasmischung zünden. Die vorliegende Erfindung erfährt ihre Ausgestaltung unter Zugrundelegung dieser Theorie.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Zündkerze für Verbrennungsmotoren von Automobilen zu schaffen, die von der vorgenannten neuen Theorie ausgeht und imstande ist, Schwachgasmischungen direkt zu entzünden, insbesondere bei umweltfreundlichen Automobilverbrennungsmotoren, bei denen Gasmischungen des Schwachgas-Typs verwendet werden können, der im Hinblick auf die Abgascharakteristiken überlegen ist.

Des weiteren ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zündung von mit Schwachgasverbrennungsmischungen betriebenen Automobilverbrennungsmotoren zu schaffen, das sich auf die vorgenannte neue Theorie stützt, wobei die Schwachgasmischung ("lean gas mixture") direkt gezündet wird, wobei leicht umweltfreundliche Automobilverbrennungsmotoren verwirk-

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licht werden, die im HinHick auf die Abgascharakteristiken Überlegen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Theorie und die Ausgestaltungen näher erläutert.

Theorie: Im folgenden wird die neue Theorie, die die elektrische Funkenentzündung eines brennbaren Gasgemisches betrifft, in fünf Schritten erläutert.

Zu nächst sollen die fünf Schritte zusammenfassend wiedergegeben werden:

(T) Erster Schritt (Modell der Mikrokettenreaktion):

Zunächst wird das Modell des ReaktionsSchemas der Kettenverbrennung in dem Initialflammenkern geschaffen, um die Gleichungen zu verwirklichen, die die molare Dichte X der Kettenträger in dem Flammenkern und den Einfluß der Temperatur T bestimmen.

(2) Zweiter Schritt (Herleitung der Zündbedingungenungleichung ; "ignition conditional inequality"):

Die nach dem obigen Schritt erhaltenen Gleichungen werden unter Verwendung des bekannten Stabilitätstheorems von Liapunov analysiert, um die Zündbedingungenungleichung herzuleiten.

(3) Dritter Schritt (Herleitung der Zündbedingungenungleichung ausgedrückt durch das Luftüberschußverhältnis

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Die Abhängigkeit der Zündbedingungenungleichung von dem Mischungsverhältnis, das in dem zweiten Schritt erhalten worden ist, wird über die Gasmischung, die sich aus Luft, Brennstoff und inerten Gasen (außer Stickstoff) zusammensetzt, geprüft, um die Zündbedingungenunglei-

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chung mittels des Begriffs des Luftüberschußverhältnisses F neu wiederzugeben.

(4) Vierter Schritt (Prüfung der Abhängigkeit des Luftüberschußverhältnisses der Zündgrenze von jedem Parameter):

In Übereinstimmung mit der in dem dritten Schritt erhaltenen Zündbedxngungenungleichung wird die Abhängigkeit des Luftüberschußverhältnisses der Zündgrenze von der Temperatur T der Gasmischung, dem Dichteindex £ der darin enthaltenen Moleküle, der molaren Dichte X. des darin enthaltenen nichtbrennbaren Gases, dem Volumen V des Flammenkerns derselben und der Wärmeleitung G zu den Elektroden detailliert geprüft, insbesondere die Abhängigkeit von dem Volumen V des Flammenkerns und von der Wärmeleitung G zu den Elektroden.

(5) Fünfter Schritt (Beziehung zwischen der Wärmeleitung G und dem Fluid-Widerstand der Elektrode(n)):

Schließlich wird die proportionale Beziehung zwischen der Wärmeleitung G und dem Fluid-WiderstandC der Elektroden hydrodynamisch klargestellt. Als Ergebnis wird der Fluid-WiderstandE klein, da die Wärmeleitung G proportional klein wird. Entsprechend kann die Zündung des mageren Gasgemisches erfolgen. Gleichzeitig werden diejenigen Gründe beschrieben, die dafür'ursächlich sind, daß die herkömmlichen Zündkerzen ein mageres Gasgemisch nicht zünden können. Nachfolgend werden alle Schritte detailliert beschrieben.

Erster Schritt (Modell der Mikrokettenreaktion);

Hier besteht ein sogenanntes kernbildendes Volumen (Volumen V, Temperatur T), d.h. ein sehr kleiner Raum, in dem die Ausweitung der Vorexplosionsflamme ("flame nucleus"), die in der Nähe des Entladungskanals gebildet wird, begrenzt. In diesem

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oder einem kleineren Volumen findet keine bedeutende lokale Erhitzung statt und die molare Dichte des Kettenträgers steigt nicht so schnell an, daß eine Explosion.verursacht wird. Es sei angenommen, daß in dem Volumen die molare Dichte (mol/cm³) des Kettenträgers, der Brennstoff, der Sauerstoff und der Stickstoff ex, £X_f, £Xq bzw. S-X_n bedeuten. Darin stellt £ einen Dichteindex der Moleküle dar, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

- Rc <2>

Darin bedeuten ρ einen absoluten Wert (mm Hg) des Unterdrucks im Ansaugrohr, Rc ein Kompressionsverhältnis zur Zündzeit.

Das Reaktionsschema der Zweigkettenverbrennung in dem kernbildenden Volumen lautet wie folgt: ,

η (Brennstoff) + m (O) + ym (N) + (Kettenträger) —-

(inaktive Produkte) + Ji · (Kettenträger) (3),

(Kettenträger) — (inaktive Produkte) (4).

Darin bedeuten 0 Sauerstoff, N Stickstoff in der Luft, k, und k. sind die Geschwindigkeitskonstanten für die Verzweigung und. die Endreaktion ("termination"), e£ist ein Multiplikationsfaktor des Kettenträgers, η und m sind die Molekularitäten der Reaktion des Brennstoffs und des Sauerstoffs bzw. die Verstärkungsindices ("power indices") der Gescnwindigkeitsbeziehung der Brennstoffmoleküle und der Sauerstoffmoleküle, d.h. in der Reaktionsgeschwindigkeitsgleichung. Nichtbrennbare Moleküle, wie Stickstoff u.s.Wi, sind ebenfalls Komponenten des Erhaltungssystems für kinetische Energie und Impulse, die durch die Stoßreaktion zwischen den Brennstoffmolekülen und den Sauerstoff molekülen entstanden. Die Beteiligung der nichtbrennbaren Moleküle an dem Erhaltungssystem wird nicht immer bewirkt, nachdem die Reaktion des Brennstoffs und des Sauerstoffs beendigt

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ist. Es ist daher vernünftig, in Erwägung zu ziehen, daß die Beteiligung sogar auf dem Wege der Reaktion durchgeführt wird. Diese direkte Beteiligung der Stickstoffitioleküle an dem Verbrennungsprozeß sollte insbesondere unter den Bedingungen in Erwägung gezogen werden, wo NO - sogar in sehr kleiner Menge - erzeugt werden kann. Die Zahl der Stickstoffmoleküle, die an der Reaktion teilnehmen, wird mit dem vorstehend beschriebenen |"m (N) unterstellt. Im allgemeinen ist Jp 3,773 (ein molares Konzentrationsverhältnis des Stickstoffs in der Atmosphäre zu dem darin enthaltenen Sauerstoff) oder weniger.

Von den Reaktionsformeln (3) und (4) wird die kinetische Gleichung, die die molare Dichte des Kettenträgers und die Energieerhaltungsgleichung betrifft, durch die folgenden Gleichungen (5) bzw. (6) zum Ausdruck gebracht:

ff-= {(« -D (€Xf )ⁿ(ex₀)^m(£X_N)X^mk-k_t j X (5)

- -V-pc, <^T-V <⁶>

Hierin bedeuten t die Zeit, ρ die Dichte der Gasmischung, c_c die durchschnittliche spezifische Wärme der Gasmischung,

/JH, und &E, die Reaktionsenthalpie der Kettenverzweigung bzw. der Kettenbeendigung. Die Wärmeleitung des kernbildenden Volumens, nämlich von dem Flammenkern zu den Zündkerzenelektroden (Temperatur T) wird mit G angenommen. Auch wird unterstellt, daß die Temperaturabhängigkeit von k der üblichen Arrhenius-Gleichung k = B exp (-E,/RT) folgt (in der B eine Konstante, E, die Aktivierungsenergie für die Verzweigung und R die Gaskonstante darstellt). Jedoch wird unterstellt, daß k. von der Temperatur unabhängig ist.

In der eigentlichen Verbrennungsreaktion laufen die in der Gleichung (5) gezeigte Kettenreaktion und die in der Glei-

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chung (6) gezeigte thermische Reaktion gleichzeitig ab. Entsprechend werden die zwei Gleichungen (5) und (6) gleichzeitig berücksichtigt, um die Zündbedingungen zu erhalten, insbesondere die Bedingungen, bei denen der Flamraenkern nicht ausgehen wird. Wenn alle Werte X_, X₀ und X, ausreichend größer als X vemachlässigbar im Vergleich zur Änderung von X sind, wird die Reaktion eine Reaktion pseudoerster Ordnung. In diesem Fall können daher durch das Schreiben von

k_b = (o( -1)B( £ X_f)ⁿ(e X₀)^m(£ XjjJ^expf-E^RT) (7)

= h_t (8)

die Gleichung (5) und (6) wie folgt vereinfacht werden:

^ = (k, - k.) Xi (9)

dt ^{b fc}

P- = (k. h. + k.h ") X - -^- (T - T₀) (10)

dt ^bb /Λ .

Zweiter Schritt (Herleitung der ZündbedinqtJngenunqleichunq )

Da die Gleichungen (9) und (10) ausdrücklich keine unabhängige Variable auf der rechten Seite enthalten/kann eine Phasen(T-X) Ebenenmethode ("phase (T-X) plane method") eingesetzt werden/ um das Verhalten in einer Phasenebene zu prüfen. Die folgende Gleichung kann erhalten werden, indem die linke Seite der Gleichungen (91 und (TO) als f bzw. g wiedergegeben werden:

JL - _dT ■-- ^(kb^hb + ^kt^ht^)X - vfe <^T - ^T0> ₍₁₁₎

(k^k»^x

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Die singulären Punkte dieser Gleichung werden durch die Lösung der folgenden Simultangleichungen erhalten:

(k_b - k_t) X=O (12),

(k_bh_b + k_th_t) X 2— (T - T_o) = 0 (13).

^VP

Die Koordinaten der singulären Punkte werden durch (X_a, T_) gekennzeichnet und X - X_g bzw. T-T werden als neue Variable · verwendet, um es zu ermöglichen, die Gleichung (11) in der Nachbarschaft der singulären Punkte zu linearisieren. Somit werden X - X_ und T - T in X bzw. T überführt, während f und g beide 0 im Ursprung der Koordinaten (0, O) werden. Wenn f und g im Ursprung zweite Ableitungen haben, sollte entsprechend dem Theorem von Taylor die folgende Gleichung gelten:

g(X, T) = g(0, 0) + g_x(0, O)X + g_T(0, O)T + T i^gXX⁽£ '£ ^{)χ2 + 2g}XT⁽i '$ ^{)XT +}

hierin bedeuten g_x =3g/0x, g_T =3g/^T, g_xx = 3 ² g_XT =*^)ag/3x9T, g_TT =3²g/5T², J =U)X, ζ =MT(O*.w<1). Entsprechend wird in der Nachbarschaft des Ursprungs, insbesondere in einem Bereich, wo jxj und JT| klein sind, g (X, T) näherungsweise wie folgt wiedergegeben: g(X, T) =Γι X +Γ₂Τ, worin bedeutet Γ_1=?χ(0, 0),7»₂=g_T(0, 0) (15)

Gleichfalls wird f (X, T) angenähert durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

f(X, T) = T₃X + P₄T, worin T₃ = ί_χ (0, 0), T₄ = f_T (0, 0) bedeuten . (16)

Entsprechend wird die Gleichung (11) wie folgt ausgedrückt:

dt _β ΓιΧ +Πτ ₌ RT₃2- ₍k_th_t + k_bh_b)x + (X_sk_hE_hh_b -B)T ₍₁₇₎ dx TsX +Γ₄ ^Τ Roy (k_b - k_t)x + (x_sk_bE_b)T

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Hierin bedeutet β = RTg² (^ (^ ( ^τ ~^T0 )}) (^{Τ =} V '

Die Art.der Singularität wird durch die Prüfung der charakteristischen Gleichung gefunden, die der Gleichung (17) zugeordnet ist, d.h.

+r₃)λ +^₂V₃ - η r₄ = ο ds),

in der die Wurzeln bedeuten:

λ+ =

(F₂ + V₃) +^(F₂ - T₃Y ₊ 4T₁T_{4 f}

Ί M₂ -^τ '3^λ " V^ ^Γ2 " ^Γ3> ^{+ 4}^l ^Γ4 (19).

Wenn λ+ und "λ- beide reell sind und sich im Vorzeichen unterscheiden (d.h. Γ*2^3 ~ F-]T4<0), stellt diese besondere Singularität einen Sattelpunkt dar und ist instabil. Zu dieser Zeit divergieren T und X. Physikalisch bedeutet das, daß der Flammenkern nicht erlischt und sich die Verbrennung über die gesamte Gasmischung erstreckt. Insbesondere bedeutet es, daß die Zündung (Explosion), auftritt. Als Bedingung hierfür gilt: Γ} T4 >T₂JV ' · ^Namentlicn ist die folgende Gleichung gegeben:

ι t π ^" lc π ι ^f \c Τ·* ^^ (\c ^ \c \ (^i* If T? V^ «i Λ ^ / λ λ \

Hier handelt es sich um eine Ungleichung, die die Bedingungen der Zündung (Explosion) zum Ausdrück bringt.

ß = RT ² 7—— wird in die obige Gleichung eingesetzt und die beiden Seiten der Ungleichung durch RT„² geteilt, um die folgende Ungleichung zu·erhalten:

E_w ^ (Ic₄. - k. )

k_bk (h.

Die Gleichung (7) wird in die Ungleichung (21) eingesetzt und die beiden Seiten der Ungleichung mit VPc_g multipliziert, um

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die folgende Ungleichung zu erhalten:

V> (k_t - k_b) G (22).

Die Ungleichung (22) kann ausgedrückt werden durch

b t S _{a v k} ■ _k

S b t

Eine der Singularitäten, die gleichzeitig den Gleichungen (12) und (13) genügt ist offensichtlich (X₅, T ) = (0, T_q). Hierbei handelt es sich um einen stabilen Knotenpunkt, nicht jedoch um einen Sattelpunkt. Das Verhältnis zwischen X und Tg wird durch eine andere Singularität (Sattelpunkt) erhalten. Mit X_c V 0 und der Gleichung (12) wird die folgende Gleichung erhalten: k_fa = k_t (24).

Die Gleichung 24 wird in die Gleichung (13) eingesetzt, um zu erhalten:

_G (Ts ^Xs ~ V k_t(A

Auf der anderen Seite ist die Abschlußreaktion des Kettenträgers hauptsächlich auf die Stoßdeaktivierung an der Elektrodenfront zurückzuführen. Kettenträger (Partikel) erreichen die Elektrodenfront und werden vernichtet. Gleichzeitig wird die mitgeführte Wärmeenergie auf die Elektroden übertragen. Da der Massenstrom und der Wärmestrom-mittels der gleichen molekularen Mechanismen abläuft, ist die Geschwindigkeitskonstante K^. der Abschlußreaktion proportional der Wärmeleitung G. Da angenommen wird, daß das Volumen V des Flammenkerns proportional mit der Funkenstrecke L_g ansteigt, und die Vernichtung der Kettenträger an der Elektrode an dem Ende des Kernvolumens V nahe der Elektrodenfront abnimmt ("grows out"), steht die Verminderungsrate der durchschnitt-

.liehen Dichte des Kettenträgers über dem kernbildenden Volumen

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in einem umgekehrten Verhältnis zu L-, entsprechend zu V. Der k.-Wert wird wiedergegeben durch

k_t =? -§- (26) .

Hierin bedeutet 1Γ eine Konstante.

Die Gleichungen (25) und (26) werden in die Ungleichung (23) eingesetzt, um die folgende Gleichung zu erhalten:

■h* Q ~ n'" es v. r 1

> -Tf ir (27)

F Ki _s. ^{v K}b

Auf der anderen Seite wird mittels der Gleichungen (7), (24) und (26) und unter der Bedingung T=T die folgende Gleichung erhalten:

^Eb v G ir

. b . _ G ^eXpt" RT^J " V

RT_S ^J " V (QL - 1) B ( £ X_f) η ( £ X_Q)^m ( £ X_n) X ^m Obwohl T₃ von J- oder ((^ X_f )^a( £ X_Q)^m( & X_n) * "0 "¹ ,

abhängt, ist jedoch die Abhängigkeit von T_c äußerst gering

G Zum Beispiel steigt T_ nur um 1,4. %, wenn -=r- oder

um das Doppelte steigt. Diese gilt für ein typisches Beispiel für E. und Τς bei der eigentlichen Verbrennungsreaktion, bei der etwa folgende Werte eingehalten werden: E. = 50 kcal/mol, T_Q _ _ΟΟΊο_η Namentlich die linke Seite der Ungleichung (27) kann als eine Konstante angesehen werden, unabhängig von ■==- oder einem

Mischungsverhältnis. Schreibt man sie als

J, so kann die Zündbedingung folglich durch

J> -w"τ- (29)

wiedergegeben werden. Unter der Annahme, daß X_n in der Atmoshä-

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re 3,773 X_Q ist, wird die Gleichung (7) in die Ungleichung (29) eingesetzt, um die folgende Ungleichung zu erhalten:

_G exp (E_b/RT)

3,773 Ϊ™ £ⁿ⁺⁽¹⁺ £ ^)mXⁿ

Dritter Schritt (Herleitung der ZündbedingungenUngleichung mittels einer Darstellung des Luftüberschußverhältnisses):

Es wird eine Gasmischung, die aus Luft, Brennstoff und unbrennbaren Gasen (außer Stickstoff) besteht, geprüft. Die gesamte molare Dichte der Gasmischung ist konstant und von dem Mischungsverhältnis unabhängig. Unter dieser Bedingung ist die folgende Gleichung gegeben:

X_f + X₀ + X_n + X₁ = X_f + 4,773 X + X_± = X = Konst. (31).

Darin bedeutet X. die molare Dichte des nichtbrennbaren Gases, das nicht Stickstoff ist und in dem kernbildenden Volumen enthalten ist, wenn & = 1 ist. Nunmehr wird das Luftüberschußverhältnis F durch die nachfolgende Gleichung definiert:

M /M
F= ^{A £}

(M_A/M_f) St (32).

Hierin stellen M_A/M_f ein Luft/Brennstoff-Verhältnis (ein Massenverhältnis von Luft zu Brennstoff) dar. (M_A/M_) st ist ein Luft/Brennstoff-Verhältnis einer äquivalenten Gasmischung. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis M /M_f kann durch die folgende Gleichung zum Ausdruck gebracht werden:

^MA ^ΧΟ^μΟ + Vn ^XO ^O ^{+ 3}'⁷⁷³ "N> ^X0 ^a ,„>

.Γ I I TC Xx

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Darin bedeuten die Molekulargewichte des Brennstoffs, des Sauerstoffs und des Stickstoffs μ_£, μ bzw. μ_Ν während des weiteren μ = μ + 3,773 μ« gilt. Auf der anderen Seite wird in der äquivalenten Gasmischung dafür gesorgt, daß X_Q/^X _f ⁼ κι/η ist. Somit wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis der äquivalenten Gasmischung mittels der Gleichung (33) durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

^vM_f'st η μ_£ (34).

Als Ergebnis erhält man aus den Gleichungen (32), (33) und (34) für F die folgende Gleichung:

m X_f (35).

Für X_f und X_Q (aus den Gleichungen (31) und (35)) ergeben sich die folgenden Gleichungen:

η (X_t - X_±) m (X_t - X_±) F

^Xf ⁼ η + 4,773 mF ' ^X0 ⁼ η + 4,773 mF ⁽³⁶⁾'

Die Gleichung (36) wird in die Ungleichung (30) eingesetzt, um die Zündbedingung durch die folgende Ungleichung wiederzugeben:

_Tv G ί ^βχΡ ⁽V^RT) (η + 4,773 iaF)*⁺⁽¹⁺aP^m · Ί

^V I (oC-1)B£^a+<1+P^m 3_#773]fVⁿm⁽¹⁺i^)m tl-X.)^n+(l+r^)mF⁽¹1^)mi

Diese Zündbedxngungeriungleichung bedeutet, daß die Zündung umso leichter wird je kleiner die rechte Seite wird. Durch die folgenden Definitionen für Z(T,£ , Y) und Y(F, X

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exp (E, /RT)

Z(T, L, Y) = "Y ⁽³⁷⁾

(α -1)B£ⁿ⁺ⁿ⁺f^m

_{YfF x}, (n + 4,773m F)

ⁿ⁺ <¹⁺Jf ^)m F^{(1 +} £^{)m (38)}

wird die Zündbedingung wie folgt vereinfacht wiedergegeben:

J> I · Z (T,.£ , Y) (39).

Demzufolge ergibt sich die Zündgrenzbedingung aus

J = | Z (T, £, Y) (40).

Vierter Schritt (Prüfung der Abhängigkeit des Luftüberschußverhältnisses der Zündgrenze von jedem Parameter)

(a) Untersuchungen im Hinblick auf die Parameter G und V der Zündgrenzbedingungengleichung (40):

Die Abhängigkeit von F von —Z auf der rechten Seite der Gleichung (40) wird mittels Y(F₇ X.) in der Gleichung <38) und durch Z(T, £, Y) der Gleichung (37) ausgedrückt. In der Fig. 2 zeigen die Kurven I bis IV ein Beispiel einer charakteristisehen Kurvengruppe für — Z - F mit verschiedenen Zahlenwerten

V Ij

für G/V, das fakultativ ausgewählt wurde, und die in der Tabelle aufgelistet sind. Die linke Seite der Gleichung (40) ist von dem Wert F unabhängig und kann daher durch eine horizontale Linie J ausgedrückt werden. Eine Kurve I kreuzt diese horizontale Linie J nidht. In dem Falle, daß — = 1,000 ist, wird die Zündung durch kein Mischungsverhältnis bewirkt. Die

G G-

rr Z-Kurve bewegt sich abwärts, wenn — auf 0,867 erniedrigt wird. Und die Kurve II und die horizontale Linie J kommen

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miteinander an einem Punkt in Kontakt, so daß die Zündung nur bei einem Luftüberschußverhältnis von F = F_._ = F_T „ be-

P R2 L λ

wirkt wird. Wenn ~ bis zu 0,743 erniedrigt wird, bewegt sich die —Z-Kurve des weiteren abwärts, so daß die Kurve die horizontale Linie J an zwei Punkten schneidet (F = F_n., und F_T_).

Rj L3

Somit liegt der zündbare Bereich F_n-,/ F<" F_T _. In dem Fall, in

P Kj 'Lij

dem — = 0,629 ist (Kurve IV), wird der zündbare Bereich weiter erweitert auf F_R4< ^F<C^F _L4· Somit kann der zündfähige Bereich für die magere Mischung (und die reiche Mischung) erweitert werden, wenn der Parameter ^ unter eine gegebene Grenze gesenkt wird.

Tabelle 2 (relative Werte von V für verschiedene Kurven)

^\Kur	Vi	ϊ in	(G = 1	a	b	C	d
Kurve in Fig.	■^. 2	^Fig.3	1,	,000G1)	(G =0,867 G1)	(G= 0,743G1)	(G= 0,629G1)
ι (-0- = V	1	,000)	1,	000	0,867	0,743	0,629
II (f =	O	,867)	1,	154	1 ,000	0,857	0,726
HKf =	O	,743)	1,	346	1 ,167	T, 000	0,847
IV (f =	O	,629	591	1,379	1,182	1,000

Entsprechend kann unter der Bedingung, daß G eine Konstante ist, wenn V vergrößert wird, das Luftüberschußverhältnis F_T der Zündgrenze des mageren Gemisches größer gewählt werden. Und das Luftüberschußverhältnis F_ der Zündgrenze der reicheren Mischung kann kleiner gewählt werden. Auf der anderen Seite kann unter der Bedingung, daß V eine Konstante ist, wenn G kleiner gewählt wird, F_L größer und F kleiner gewählt werden. Diese Beschreibung wird im Detail beim nachfolgend erwähnten fünften Schritt wiedergegeben werden.

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Die Abhängigkeit von F und F von V, somit die Abhängigkeit des Elektrodenabstandes L₀, wird nachfolgend geprüft. Es wird unterstellt, daß die Größe V des kernbildenden Volumens proportional zum Elektrodenabstand L₀ ansteigt, dann gilt,

V = θ L_s (41),

wobei θ eine passende Konstante ist. Die Gleichungen (41), (37) und (38) werden in die Zündgrenzbedingungengleichung (40) eingesetzt, um die Gleichung ausdrücklich wiederzugeben. Somit läßt sich die Gleichung (40) wie folgt wiedergeben:

_G _G_ Γ exp (E_b/RT) ^{V ÖL}s l(4-1jBt^n+(l+^ 3,773^nm^(XX.)iF

Cl O

Darin stellt Fc ein Luftüberschußverhältnis der Zündgrenze dar und daher ist Fc F_n oder F_r gleich.

Jede Zahl in den Spalten unter a, b, c und d der Tabelle 2 zeigt die relativen Werte von V, die entsprechend den Kurven I bis IV der Fig. 2 in den jeweiligen Fällen von G = G₁, G = 0,867 G₁, G = 0,74 3 G und G = 0,629 G₁ berechnet wurden. Die Kurven a, b, c und d in Fig. 3 werden erhalten durch das Überführen der V-Werte der Tabelle 2 in den Elektrodenabstand L_ unter Zugrundelegung der Gleichung (41) und Wiedergabe des Luftüberschußverhältnisses der Zündgrenze Fc der Fig. 2 in Bezug auf L_c. Solche Kurven a, b, c und d in Fig. 3 stehen zu a, b, c und d der Tabelle 2 in Beziehung. Diese Figuren zeigen offensichtlich, daß jede magerere Gasmischung und jede reichere Gasmischung zündfähig wird, wenn der Elektrodenabstand L_c, namentlich das kernbildende Volumen V, ansteigt. Des weiteren wird, wenn G klein gewählt wird, die gleiche Schwachgasmischung sogar bei einem engeren Elektrodenabstand L_c zündfähig. Und auch im Falle des gleichen Elektrodenabstandes L_g

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kann das Luftuberschußverhältnis F_T der Zündgrenze der Schwachgasmischungsseite erhöht werden. Der zündfähige Bereich eines jeden G-Wertes stellt den schraffierten Anteil in Fig. 3 dar. Wenn F= 0,614 (entsprechend dem Minimumpunkt der Kurve II in Fig. 2) in jeder Kurve a,b, c und d eingehalten wird, wird der kürzeste Zwischenraumabstand der Zündgrenze L geschaffen. Der L -Wert kann wie folgt hergeleitet werden. Das Luftüberschußverhältnis F*,das mit dem Minimumpunkt der Kurve II in Fig. 2 in Beziehung steht, wird mittels der folgenden Gleichung unter dem Lösungsweg -τ=- = 0 erhalten:

- F* = -L±L·

4,773 (43).

Unter Bezugnahme auf die Gleichung (42) (da L₀ = L in F* =

(1+5f )/4,773) wird der L -Wert durch die folgende Gleichung zum Ausdruck gebracht:

exp

Dieses ist die Elektrodenzwischenraumentfernung, die der sogenannten Löschentfernung ("quenching distance") entspricht, was experimentell bekannt geworden ist. Anhand der Gleichung (44) und Fig. 3 wurde gefunden, daß die Zwischenraumentfermang der Zündgrenze L kleiner wird, wenn G kleiner wird.

Aus der Fig. 3 ist es offensichtlich, daß sich die Zündgrenz— kurve im Hinblick auf den F -Anteil nach links und aufwärts bewegt und die Zündgrenzkurve im Hinblick auf den F_-Anteil nach links und abwärts bewegt, wenn G klein wird. Besonders die Zündung der gleichen Schwachgasmiscfrung kann bei einer engen Elektrodenzwischenraumentfernung L_g erfolgen, wenn G klein gewählt wird. Auch kann in dem Falle der gleichen Elektrodenzwischenraumentfernung L„ das Luftüberschußverhältnis

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-2S-

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F_T der Zündgrenze der Schwachgasmischung erhöht werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Zündung einer Schwachgasmischung möglich, wenn rr klein gewählt wird. Des weiteren ist es für den Zündprozeß einer Schwachgasmischung nützlich, die anderen Parameter T,c und Ϋ der rechten Seite der Gleichung (40) zu kontrollieren, um dadurch Z (T, £ , Y) klein zu machen.

(b) Untersuchungen im Hinblick auf die Parameter T, £, und Y der Zündgrenzenbedingungengleichung (40):

Wie aus Gleichung (37) ersichtlich ist, wird Z kleiner, je höher der£· -Wert der Gasmisclmng (absoluter Wert ρ des negativen Druckes im Ansaugrohr ist kleiner und das Kompressionsverhältnis R ist größer) oder je höher die Temperatur der

Gasmischung ist. . .

Auch wird aus der Gleichung (38) erkennbar, daß Y klein wird, wenn die Menge X. des nichtbrennbaren Gases klein wird. Entsprechend wird Z klein, was aus der Gleichung (37) deutlich wird. In diesen Fällen, in denen die charakteristische Kurve rr Z nach Fig. 2 abwärts bewegt,. bewegt sich ein Punkt des

Gasmischung gezündet werden kann«

rechtsseitigen Schnitt- F_T nach rechts, so daß eine schwächere

J-I

Jedoch unterliegen, wie nachfolgend noch beschrieben wird, die Werte £, T und X. Beschränkungen, die von den eigentlichen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors abhängen. Während des Motorbremsens oder bei negativer Belastung wird der absolute Wert des Unterdrucks im Ansaugrohr näherungsweise ρ =600 mm Hg. Und somit erreicht der Dichteindex £ der Moleküle der Gasmischung in der Maschine eines Kompressionsverhältnisses R = 6 nur £, = 1,26, selbst in der Totpunktlage des Kolbens. Da das Kompressxonsverhältnis des Verbrennungsmo-

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tors normalerweise R = 6 bis 10 beträgt, kann die Grenze des niedrigen Dichteindexes der Moleküle mit £ si 1 angenommen werden. Da der Druckanstieg,der von einem adiabatischen Prozeß begleitet wird, kaum unter der Bedingung eines eingehaltenen £ J=M erreicht wird, wird als Grenze des Druckes der Gasmischung, der für die Zündung eines effektiven Verbrennungsmotors nachteilig ist, mit einem Wert gleich einem Druck von 1 Atmosphäre angesehen. Da die Temperatur der Gasmischung während des Startens und des Anlaufens des Verbrennungsmotors etwa der atmosphärischen Temperatur gleich ist, bedeuten die atmosphärischen Temperaturen während der Winterzeit in sehr kalten Bereichen scharfe Temperaturbedingungen für den Zündvorgang. Jedoch ist es schwierig, die Bedingungen numerisch zu begrenzen. Da der Druck und das Mischungsverhältnis einander kompensieren, kann eine Temperatur von näherungsweise 20⁰C (Raumtemperatur oder normale Temperatur) tatsächlich als Bezugstemperatur angesehen werden. Auch fließt während der sich überlappenden Verfahrensabläufe des Auspuffs und der Einlaßventile ein Teil des Verbrennungsabgases zurück (unter Bildung einer automatischen Rezirkulation des Abgases, "self-EGR"), wenn der Unterdruck in den Einlaßrohren größer ist, was vorstehend schon beschrieben wurde. Somit steigt die molare Dichte der nichtbrennbaren Gase X. an. Es ist selbstverständlich, daß X. stärker erhöht wird, wenn der EGR-Wert in Form eines äußeren Rezirkulationskreises erfolgt. Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde gefunden, daß £,, T und X. durch die tatsächlichen Bedingungen eines Verbrennungsmotors begrenzt werden und daß die Zündbedingung insbesondere während leichter Belastung nachteilig wird.

Um die Bildung von NO während der Beschleunigung oder bei schwerer Belastung während des Fahrbetriebs eines Verbrennungsmotors zu kontrollieren, insbesondere bei hoher Temperatur der Gasmischung und/oder unter hohen Druckbedingungen, muß der F-Wert größer als etwa 1,25 sein. Es ist für die umweltfreundliche Verbrennung ausreichend/ daß der elektrische Zündfunke

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die Gasmischung eines F^ 1,25 unter der schärfsten Zündbedingung, 1 Atmosphäre Druck und normaler Temperatur zünden kann. Die Gründe dafür liegen darin, daß die Verbrennungstemperatur der Schwachgasmischung (Fi 1,25) ungeachtet der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors niedrig ist und daher für die Bedingung der NO -Bildung nicht geeignet ist und daß der

Ji

Überschuß an Sauerstoff in der Schwachgasmischung für die Bildungsbedingung von CO und Kohlenwasserstoffen nicht geeignet ist.

Fünfter Schritt (Beziehung zwischen Wärmeleitung G und Fluid-Wider stand der Elektrode)

Wie bei diesem Schritt beschrieben wird, wird die Hochgeschwindigkeitsfluidbewegung, die hier "Electro-Flame-Wind" genannt wird, während der elektrischen Funkenzündung in der entflammbaren Gasmischung hervorgerufen. Entsprechend muß die Wärmeleitung G von dem Flammenkern der Temperatur T zu den Elektroden der Temperatur T mittels eines hydrodynamischen Prozesses ermittelt werden.

(a) Bestimmung im Hinblick auf den Electro-Flame-Wind

Sicherlich begleitet die Verbrennung der Gasmischung die Fluid-Bewegung des Gases. Der Verbrennungsprozeß ist nicht nur ein chemisches Phänomen, sondern ebenfalls ein hydrodynamisches. Die thermodynamisehen Größen (Temperatur, Druck, Dichte, Enthalpie, Entropie u.s.w.), die sich aus der Fluid-Geschwindigkeit des Gases und der Verbrennungsreaktion ergeben, unterliegen den Gesetzen der Erhaltung der Masse, des Impulses und der Energie.

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Bei einer'elektrischen Funkenzündung wird der Flammenkern innerhalb des Elektrodenzwischenraums gebildet und besteht neben ;.dejr. Entladung während der JEntladungsdauer» ,Während dieser Periode unterliegt der Strom der Flammenkerngase nicht nur dem Einfluß der thermodynamischen Größen, sondern auch dem ,des elektrischen Feldes. Es muß nämlich.darauf hingewiesen, werden/ da3 der Strom der Flaanmenkerngase durch den Electro—Flame-Wind durch die Form, Große und Anordnung der Elektrode und den Kationenwiderstand davon beeinflußt wird, anstatt-einfach den-normalenVektor. -einen Flammenoberflache zu haben. Entsprechend den von den Erfindern durchgeführten Experimenten liegt die Spannung über dem Funken (erhalten von einem Oszillogramm des Entladungsstroms, im Falle einer Elektrodenzwischenraumentfernung ]L,_a = 0/84 mm) bei 96© "V

als Anfsngswert,^Demzufolge wird die Stärke des elektrischen

Feldes mit 1,27 χ 10 V/cm geschätzt. -

Unter Vürwöhdung~de's Wertes einer Beweglichkeit von 1,9 cm^a /¥s des N„'-Ions im ΊΝ -Gas eines¹ Druckes von 1 Atmosphäre und 20°C (unter; der 'Annahme des höchsten Partialdrückes von i. in dem

Gasgemisch^ erhält die Strömungsgeschwindigkeit des Ϊ3_ -Ions, das siöh"von"der positiven Elektrode zur negativen Elektrode bewegt/ <ien"Wert: von -2il m/sec. Andere Ionen haben etwa die gleiche Strömungsgeschwindigkeit wie das M₂ -Ion. Da sich diese Strömungsgeschwindigkeit sogar auf die neutralen !Moleküle infol ge-^: der"'¹ Viskbsiitat- ausweitet ,wird der Hochgesc-hwindigkeitsstroin der.Gase, die sich von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode bewegen^ verursacht. Dieser Strom kann nicht innerhalb des Funkenbereiches bleiben, was auf die Kontinuität und die.Viskosität des Stroms zuriickzuffähren ist... Somit wird .,ein Gasphasenstrom in dem Bereich in der Uähe der ,Elektrode; und des Funkens hervprgeraif en,. Diese Erscheinung ist, als elektrischer Wind bei nichtbrennbarem -Gas bekannt» In der nicht ent fiammbar en'Gasmischung ist die Verbreninungsf lamme selbst ein schwaches Plasma. Und das Kation in der Flamme stärkt auch den elektrischen Wind, bevor die Entladung been-

det ist. Dieser Strom hat einen Vektor axialer Richtung, der von der positiven zu der negativen Elektrode führt. Jedoch hat die Flamme einen Vektor in der normalen Richtung der Flammenoberfläche und hat somit einen radialen Vektor, der senkrecht auf der die positive und die negative Elektrode verbindenden Linie steht. Somit wird der Strom, der als resultierender Vektor des axialen Vektors und des radialen Vektors ausgedrückt wird, als ein solcher angesehen, der im Anfangsstadium der elektrischen Funkenzündung erzeugt worden ist, insbesondere innerhalb einer Periode {3,7 ms nach dem obigen Experiments) des fließenden Stroms. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung bezeichnen diesen Strom als Electro-Flame-Wind. Der Electro-Flame-Wind, der in der nichtentflammbaren Mischung erzeugt wird, hat eine größere Expansion als der einfache elektrische Wind, der in einer nichtbrennbaren Mischung hervorgerufen wird.

Der Electro-Flame-Wind ist als ein einzigartiger Hochgeschwindigkeitsstrom anzusehen, der sich unterscheidet von einem einfachen elektrischen Wind, einer Fackel ("torch¹¹), die eine Flamme ohne elektrische Entladung darstellt, und einer einfachen Überlappung des einfachen elektrischen Windes und der Fackel. Entsprechend den Berechnungen, die auf die von den Erfindern erhaltenen experimentellen Daten zurückgehen, erreicht die Strömungsgeschwindigkeit u ^: 33 m pro Sekunde.

The Nusselt-Zahl Hu ist bei einer Platte einer Breite von w = 1 und einer Länge ψ durch die Gleichung

JJu = 0,686 <Pr)

gegeben. Darin bedeuten Pr die Prandtl-Zahl und >7 die kinematische Viskosität. Angenommen, daß die vorgenannte Gleichung auch bei einer zylindrischsn Elektrode mit einer flachen Sntladungsebene eines Radius r = 0,05 cm anwendbar und unter der Annahme, daß die Durchschnittstemperatur des

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Flammenkern 1000° K beträgt, dann wird Nu # 7,0 erhalten, wenn die Prandtl-Zahl der Luft, Pr = 0,702 (bei 100O⁰K^ die kinematische Viskosität,V = 1,201 cm²/see (bei 1000⁰K) und die vorgenannte Geschwindigkeit des Electro-Flame-WindsM.^ 3,3 χ 10 cm/sec in die Gleichung (45) eingesetzt werden. Da die physikalische Bedeutung der Nusselt-Zahl ein Verhältnis des Wärmedurchgangssatzes im Fluid zum Wärmedurchgangssatz im ruhenden Fluid darstellt, muß der Wärmetransport in einem solchen Hochgeschwindigkeitsstrom hydrodynamisch erfaßt werden.

(b) Bestimmungen im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Wärmeleitung G und dem Fluid-Widerstand der Elektrode (d.h. dem Fluid-drag)

Die Wärmeleitung G hängt hauptsächlich von dem Fluid-Widerstand der Elektroden ab, insbesondere von dem Fluid-Widerstand, der durch Form, Größe und Anordnung der Elektroden bestimmt wird. Die Gründe hierfür werden nachfolgend beschrieben. Da der Erfolg oder der Mißerfolg der Zündung durch das Wachsen oder Abnehmen des Flammenkerns in dem kernbildenden Volumen V bestimmt werden, bedeutet der Begriff "Fluid-Widerstand der Elektroden", der hier verwendet wird, den Strom des Flammenkerngases, insbesondere den Electro-Flame-Wind innerhalb des kernbildenden Volumens.

Im allgemeinen stellt der Fluid-WiderstandΣ. ,der auf einen Gegenstand in einem viskosen Fluid einwirkt, die Summe des Reibungswiderstandes 2Γ ψ ^un<^ des Druckwiderstandes J^ dar.

(46)

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Der Druckwiderstand Σ wird durch einen Oberflächendruck-

P
abfall des Gegenstandes unterhalb der Trennstelle verursacht, was auf die an der Oberfläche des Gegenstandes verursachte Grenzschichtabspaltung zurückgeht. Die Druckverteilung oberhalb der Trennstelle kann theoretisch analysiert worden, während keine Methode zur korrekten Analyse der Druckverteilung unterhalb der Trennstelle (außer der tatsächlich durchgeführten Messung) zur Verfügung steht.

Zuerst wird der Fall symmetrisch gegenübergestellter Elektroden mit flacher Ebene beschrieben werden, wo der Electro-Flame-Wind einen laminaren Strom darstellt und die Grenzschicht nicht abgetrennt wird. In diesem Fall ist der Fluid-Widerstand ^ der Elektroden lediglich der Reibungswiderstand Σ,. und kann analytisch erfaßt werden. Wie in Fig. 4 (a) und (b) gezeigt wird, ist eine x-Achse Abszisse) parallel zur Elektrodenfront und eine y-Achse (Ordinate) in einer zur Elektrodenfront vertikalen Richtung angeordnet (Fig. 4 zeigt eine Teilansicht einer Elektrode). Aus Gründen der Kürze wird unterstellt, daß die Wärmeleitung zu einer Elektrode und der Fluid-Wider stand, der auf eine Elektrode zurückgeht, bei der positiven bzw. negativen Elektrode gleich und die Hälfte der gesamten Wärmeleitung bzw. des gesamten Fluid-Widerstandes sind. (Tatsächlich befindet sich die Lage des kernbildenden Volumens nicht im Zentrum der negativen und der positiven Elektrode, sondern es liegt näher an der negativen Elektrode, was auf den Electro-Flame-Wind zurückgeht. Demzufolge ist die Wärmeleitung zur negativen Elektrode größer als zur positiven Elektrode). Wie in der Fig. 4 (b) gezeigt wird, ist die Fluid-Geschwindigkeit u = 0 gegeben, was auf die Bindungskraft zwischen dem Molekül und der festen Oberfläche bei y = 0 (Elektrodenoberfläche) zurückgeht. Daher ist der Wärmestrom zur einen Elektrodenvorderseite, besonders die Wärmestromdichte q (x) pro Flächeneinheit und pro Zeiteinheit proportional dem Temperaturgradienten QT/dy) _ _Q auf der Elektrodenoberfläche.

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Angenommen daß Pi. die Wärmeleitfähigkeit des Flammenkerns ist, dann wird die Wärmestromdichte q (x) gegeben durch

und Ql/3y) ■_ * wird näherungsweise angegeben durch:

_ φ

worin T die Temperatur des Flammenkerngases in der Förderstrecke der Elektroden ist, T die Elektrodentemperatur und ζ π (χ)-die Stärke der thermischen Grenzschicht (Bereich, in dem ein Temperaturgradient existiert), was in Fig. 4 (a) gezeigt wird. Der α„ (χ)-Wert wird durch die folgende Gleichung gegeben, in der bei einem laminaren Strom die Temperaturleitfähigkeit des Fluids X iind die Fluid-Geschwindigkeit in der Förderstrecke u bedeutet

Entsprechend ergibt sich aus den Gleichungen (47), (48) und (49) der gesamte Wärmestrom Q, der pro Zeiteinheit zu den symmetrisch gegenüber angeordneten Elektroden mit flacher Ebene einer Breite w =1 und einer Länge χ = Z fließt, durch die folgende Gleichung?

" c^l "■■■ '■■■■''■■'■■ r^l ι "■ ■■■■■.

Q = 2 J· _q(x)dx ^ -2^(T-T₀) j -I^ _{dx {50h}

Auf der anderen Seite stellt der Reibungswiderstand pro Flächeneinheit & (χ) einer Elektrode den Xmpialsstrom ("flow of momentum") pro Flächen- undZeiteinheit dar und ist daher proportional dem Geschwindigkeitsgradienten fön/By) __ auf der Elektrodenoberfläche- Der Reibungswiderstand d*{x) wird .durch die folgende Gleichung gegeben,, in der ^J^_J die Viskosität ist:

'.^-¹TiSfJ

fJ;. .j-o,

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Der Wert (öu/3y) wird näherungsweise wie folgt wiedergegeben:

fön

_Y=0 S_v(x) (52).

Der Wert S^(x) bedeutet die Stärke der hydrodynamischen Grenzschicht (Bereich, in dem ein Geschwindigkeitsgradient existiert) - wie in Fig. 4 (b) gezeigt - und ergibt sich zu :

Ü. (53).

Entsprechend wird aus den Gleichungen (51), (52) und (53) der Reibungswiderstand H^, der auf die gegenüberliegenden Elektroden mit flacher Ebene einer Weite von w = 1 und einer Länge x=l einwirkt/ gegeben durch die folgende Gleichung:

ri Λ

L=2 β-(X) dx ^-2/J^u -J- dx (54).

-P ^Jo i S-U-(X)

Aus den Gleichungen (49) und (53) ergibt sich die folgende Gleichung:

Wf ^S*^M ^^δ-^(χ)

₁ W

in der Pr die Prandtl-Zahl bedeutet. Entsprechend wird aus den Gleichungen (5O)₇ (54) und (55) die folgende Gleichung erhalten

7 - To) y (56)

Auf der anderen Seite wird die Wärmeleitung G definiert durch

Q = G (T - T_o3 (57).

Aus den Gleichungen (56) und (57) ergibt sich die Beziehung zwischen der Wärmeleitung G und dem Reibungswiderstand Σ _ψ zu:

(58)

7 0 9811/03 5 0

Selbst wenn der Electro-Flame-Wind auf der flachen Elektrodenoberfläche ursprünglich einen turbulenten Strom darstellt, ergibt sich die folgende Beziehung zwischen dem Wert g (x) und O" (x), was auf die Reynolds-Analogie zurückgeht:

_q,_x)

(χ, (59),

U.

Darin bedeuten T und ü* die Durchschnittstemperatur bzw. die Durchscnittsgeschwindigkeit des turbulenten Stroms und C die spezifische Wärme bei konstantem Druck.

Daher wird sogar in einem turbulenten Strom wie in einem laminaren Strom die Beziehung zwischen der Wärmeleitung G und dem Reibungswiderstand X _ gegeben durch

(60).

Unabhängig von dem laminaren Strom oder dem turbulenten Strom ist die Wärmeleitung G proportional dem Reibungswiderstand ^T_ der Elektroden, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten u und ü unter einer gegebenen konstanten Bedingung stehen und der Widerstand des fluiden Mediums nur aus dem Reibungswiderstand besteht. Durch Einsetzen der Gleichung (53) in die Gleichung (54) und durch die Durchführung der Integration ist die folgende Gleichung gegeben:

Anhand: der obigen Gleichung wurde herausgefunden, daß bei den Elektroden mit einer flachen Entladungsebene mit abnehmender Längetder Reibungswiderstand Σ. _f im Hinblick auf den Strom des Flammenkerngases proportional zu/£ abnimmt. Daraus ergibt sich, daß die Wärmeleitung G proportional zu/F steht und somit die Zündbedingung - wie verständlich ist - durch die Ungleichung

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(1) verbessert wird. Allgemein bedeutet das bei einer Elektrode mit flacher ("flat") Entladungsebene, daß^^ und G als Dimensionen abnehmen, die den Fluid-Widerstand im Hinblick auf den Strom des Flammenkerngases regeln und daß diese Abnahme und daher die Zündbedingung verbessert wird, so daß eine Schwachgasmischung gezündet werden kann und wirksam verbrennt. Es ist zu komplex, um die vorstehend erwähnte "Dimension" genau und vollständig zu bezeichnen. Jedoch kann bei einer Elektrodenanordnung, bei der die Endfront die Entladungsfront darstellt, die "Dimension" durch den Durchmesser eines kreisförmigen Zylinders,durch die Länge oder die Diagonale eines Zylinders quadratischen Profils oder durch die Länge der längsten Diagonalen eines Zylinders vieleckigen Profils angezeigt oder repräsentiert werden.

Die obige Beschreibung ist nur für den Reibungswiderstand 51 ^ in dem Fluid-Widerstand Σ der Elektroden vorgenommen worden. In dem Fall, daß die Elektrode eine flache Entladungsebene mit Ecken an den Enden der Entladungsebene der Elektrode hat, tritt an den Ecken die Abtrennung der Grenzschicht auf. Somit ist es wahrscheinlich, daß ein Wirbelstrom des Typs des turbulenten Stroms in der Nähe der abgetrennten Grenzschicht verursacht wird. Die Viskosität, die Diffusion und die Wärmeleitung stellen Phänomene dar, bei denen der Impuls, die Bestandteilsmoleküle und die kinetische Energie durch die molekulare Bewegung transportiert werden, aber der Turbulenztransport des Impulses, der Bestandteilsmoleküle und der kinetischen Energie in extrem großem Ausmaße (Wirbeltransport) erfolgt. Entsprechend erhalten der Scheinkoeffizient der Viskosität, der Scheinkoeffizient der Diffusion und die Scheinwärmeleitfähigkeit, die auch als Wirbelviskosität, Massenwirbeldiffusion bzw. Wärmewirbeldiffusion bezeichnet werden, in dem turbulenten Zustand einen extrem hohen Wert. Somit entsteht, wenn der turbulente Strom hervorgerufen wird, der Druckwiderstand Σ. , der zu dem Reibungswiderstand Σ. addiert wird.

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Daher steigt der Fluid-Gesamtwiderstand Σ. = Σ, + -2-p an, woraus ein bemerkenswerter der Wärmeleitung G resultiert, was die Zündbedingung bemerkenswert verschlechtert.

Auf der anderen Seite kann sogar bei einer dicken Elektrode, wenn die Entladungseben konvex (Stromlinienfrom) ohne diskontinuierliche Ecken gestaltet wird, eine derartige Grenzschichtabspaltüng, wie sie vorstehend beschrieben wurde, insbesondere das Auftreten des turbulenten Stroms verhindert werden. Da der Druckwiderstand£. kaum verursacht wird, nimmt der Fluid—Gesamtwiderstand Σ durch den Betrag von £ (Σ. = Σ + '1",^=Zr) ab, wobei die Wärmeleitung G wirksam herabgesetzt wird.. Mit der Erniedrigung der Wärmeleitung G wird die Zündbedingung wirksam und beträchtlich verbessert. Xtfenn die Elektrode in ihrer Gestalt stromlinienförmig und dünn gewählt wird, wird der Wert Σ ^ weiter erniedrigt, woraus weiter verbesserte Zündbedingungen resultieren.

(c) Gründe für das Nichtzünden einer Schwachgasmischung durch eine konventionelle Zündkerze

Die Stromlinie eines Electro-Flame-Winds in einer Zündkerze des konventionellen Typs (gezeigt in Fig. 5) wird in der Fig. 41 (a) im Schnitt gezeigt und die Struktur der Grenzschichten, 'die in diesem Strom auftreten, werden im Schnitt in der Fig. 41 "fa ¹V) wiedergegeben. Es wird angenommen, daß sich die Grenzschicht ineiner solchen Gestalt, wie sie durch B₁ wiedergegeben wird, auf der Vorderseite der positiven Elektrode 21 und in einer "solchen Gestalt, wie sie in B_ erkennbar ist, auf der Vorderseite der negativen Elektode 22 in Übereinstimmung mit den Gleichungen (49) oder{533 darstellt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wurde, steigt der-Reibungswiderstand T. ψ an, wenn die Stromlinie durch die' Grenzschicht⁷ tritt. Wenn eine weite Platte, die besonders in der Dimension * groß ist., als positive Elektrode 21 verwendet wird, ist die Grenzschicht B₁ stark und der Wert

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2% groß. Des weiteren zeigt die Stromlinie mit einer Markierung * in Fig. 41 (a) den Wirbelnden Entstehungspunkt) eines Stroms der turbulenten Art. Der Turbulenzstrom, der auf der seitlichen Fläche und der Rückseite der positiven Elektrode 21 erzeugt wird, ist dem Umfang nach groß und der Druckwiderstand ^. steigt ebenfalls bemerkenswert .an. /Daraus resultiert, daß der Fluid-Widerstand Σ. = Σ^ + £>- somit die Wärmeleitung G von dem Flammenkern zu den Elektroden: groß ist und die Einstellung Zündgrenzbedingungenungleichung (1) schwierig wird. Somit kann ein derartiger konventioneller Typ einer Zündkerze, wie er in Fig. 5 gezeigt wird, ein Schwächgasgeinisch nicht ausreichend zünden, was aus der Kurve W-der'Fig.;42 -deutlich wird, die das Luftüberschußverhältnis Fder/Zündgrenze und die Charakteristiken der Elektrodenzwischenraumentf-ernung Lg zeigt.

Auf der anderen Seite (wie in Fig. 6 gezeigt) liegt die F_T -

J-I

L- charakteristische Kurve W* des konventionellen Typs einer Zündkerze auf der linken Seite der Kurve W, woraus eine gewisse Verbesserung resultiert. Jedoch/geht W¹ nicht aufwärts und ist von dem in Fig. 3 gezeigten Verhalten qualitativ verschieden, in der die charakteristische'-Zündgrenzkurve sich links und gleichzeitig aufwärts ver lagert, ^ wenn: G — wie in Fig. 3 gezeigt - klein gemacht wird. Diese Tatsache wird nachfolgend beschrieben- Uamentli-Gh/die Zündkerze der Kurven W¹ wird mit einer unebenen geerdeten Elektrode {"grounded— electrode") mit O-förmigen Rillen: aaf/einer rechteckigen Parallelepiped-3?latte versehen,, die somit viele Ecken aufweist, was aus Fig.. 6 erkennbar ist, Entsprechend verursachen diese Ecken wahrscheinlich. die Abspaltung der Grenzschicht» wodurch der turbulente Ström "entstellt- 'Önd^daher ist der prozentuale Anteil des DruckwiderStandes Σ in dem Fluid-Widerstand X groß. Der.Druckwiderstand J] wird durch die folgende Gleichung .wiedergegeben,, in der ρ die Fliiid-Dichte, u die Strömungsgeschwindigkeit, %■ die "Dimensionen" des

7 0 9811/0350

Gegenstandes und K ein Faktor, der sich auf die Gestalt des. , Gegenstandes bezieht, sind:

Σρ« K Q u² £^{2 r} (62).

Wie vorstehend wiedergegeben, steigt .der ,Druckwiderstand £ im Verhältnis zu dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit u (Newtonsches Widerstandsgesetz). ' '■'-

Nachfolgend wird, die.Abhängigkeit .des Zündzwischenraums ,bzw. _: der Funkenstrecke L . ("spark-gag»"),, von. der Geschwindigkeit u des Electro-Flame^Winds beschrieben. .,Der Enrladungs strom .i_o zeigt exponentielle Abnahme >,ini Hinblick auf die Zeit t wie folgt: i_ = i expb(-t/^), ;(i :^f Ehtladu'ngsstrom bei t =0, u : Abnahmezeitkonstante für die Entladung). L= 2,27 ms für L₀ = 0,84jnm^un^! X·^ ;- ---1 ,..93 ...ms? für Li ^ 1/56 mm sind,mittels , einer oszillographischen Analyse des i unter einer gegebenen Bedingung der Enttliadu-ngsener-gie- erhalten \worden .Besonders wenn die Elektrodenzwischenrauittentfernung L₀ größer gemacht wird, endet.die-Entldaung in,einer ,kürzeren Zeit. ,Und.somit steigt die Energieyerbrauchsrate-(Geschwindigkeit)ϊ Da ein Teil der Entladungsenergie in die kinetische Energie des Electro-Flame^ Winds überführt wird, der(außerordentlich von dem Kationen-Widerstand ("cation drag") beeinflußt wird, bewirkt einen Anstieg, der..,Eij^rg^eve.rb.r.^auchsgeschwind.igkeit einen Anstieg der , Geschwindigkeit u des Electro-Flame-Winds. Entsprechend bewirkt -ein Anstieg der Elektrodenzwischenraumentfernung L einen Anstieg der Fluid-Geschwindigkeit u der elektrischen Flamme: u"nd^adäh§r Gleichung (62)

des Druckwiders^anaies^^- ^-Somit ^:steigt^: die-Wärmeleitung-G. Bei einem konventionellen Typ einer Zündkerze/· wie sie in Fig. 6 gezeigt wird, sind die charakteristischen,Kurven des Luftüberschußverhältnisses F_T der Zündgrenze v_ der Magermischung, die Elektrodenzwischenraumentfernung L₀ der Fig. 3 für verschie-

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dene Werte G als Parameter aufgezeichnet. Daher bewegt sich, wenn L_c ansteigt, der Betriebspunkt von Kurve zu Kurve entsprechend d —> c —> b —^ a in Fig. 3. Als Ergebnis wird die Aufwärtsbewegung der F_T -L„-charakteristischen Kurven bemerkenswert verhindert. Entsprechend werden die Charakteristika, die in der Kurve W der Fig. 42 gezeigt werden, geschaffen, wodurch eine leichte Zündung der Schwachgasmischung schwierig gemacht wird. Das Ergebnis der vorgenannten theoretischen Analyse lautet wie folgt: wenn die Elektrode der Zündkerze die Form, die Größe und die Anordnung zur Vermin-. derung des Fluid-Widerstandes gegen den Electro-Flame-Wind hat, der innerhalb des kernbildenden Volumens erhalten wird, dann kann die Wärmeleitung G klein gewählt werden, so daß das Luftüberschußverhältnis F_ der Zündgrenze der schwachen Mischung in Übereinstimmung mit der Beziehung, nach der Ungleichung (1) erhöht wird. Bei einer herkömmlichen Zündkerze ist der Fluid-Widerstand der Elektrode im Hinblick auf den Electro-Flame-Wind nicht in Erwägung gezogen worden und die Wärmeleitung G ist groß. Faher hat die Zündkerze selbst, eine flammeneinschränkende Charakteristik gehabt, so daß der Flammenkern - einmal gebildet - für die Vernichtung verantwortlich ist.

Von der theoretischen Analyse der obigen Beschreibung ausgehend wurden die Erfordernisse der Form, der Größe und der Anordnung der Elektroden, die die Zündkerze das Schwachgasgemisch zünden lassen, wie folgt gefunden:

(1) Die positive und die negative Elektrode sollen dünn und in koaxialer Beziehung angeordnet sein, so daß die Achsen der beiden Elektroden in einer Linie zueinander ausgerichtet sind.

Die Elektroden nach der vorliegenden Erfindung, dünne Elektroden, z.B. stabförmige oder zylindrische Elektroden, können verwendet werden, was nachfolgend unter Bezugnahme auf die Beispiele deutlich gemacht wird. Anschließend wird das Wort "Stab" verwendet, um damit einen Zylinder oder etwas ähnliches einzubeziehen, das beliebige Arten von Zy-

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lindern erfaßt, z.B. kreisförmige Zylinder, Zylinder quadratischen Querschnitts (quadratische Prismen), Zylinder vieleckigen Querschnitts u.s.w. oder sich geringfügig verjüngende Zylinder, bei denen ein Boden geringfügig größer ist als der andere

(2) Mindestens eine der Elektroden soll eine Entladungfront mit" einer konvexen Oberfläche (in Stromliniengestalt) haben und koaxial angeordnet sein.

"' ^: (B) Ausge st a ltung:

-Zunächst soll die Bedingung für Experimente zur Erhaltung des -Luftüberschußverhältnisses F der Zündgrenze (insbesondere ^::zum Erhalt des Luftüberschußverhältnisses F_ der Zündgrenze.

Xj

-für d^ie Seite der mageren Mischung) in jeder: Ausgestaltungder Vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

- ^:üm genau das Luftüberschußverhältnis F^ der Zündgrenze (Grad des "mageren" Zustandes des Brennstoffs) zu erhalten, wurde Isobutan eines Verdampfungsgrades von 100% verwendet. Isobutan ist ein Bestandteil verflüssigten Petroleumgases (LPG) einer Zündtemperatur von 673^OK, die oberhalb der Zündtemperatur von etwa 523⁰K für Gasolin liegt. Demzufolge ist Isobutan als Probebrennstoff bei diesem Experiment brauchbar.

Zur Spannungsversorgung wird ein Apparat benutzt, der eine '■ Spitzenspannung von 35 KV bei Nullast: durch den Betrieb einer ""Zündspule (Leistung: Primärspule 12 "V., 4, IA, Induktivität

8,r58mH, gespeicherte Energie 72mJ) mittels eines Trans is tor—

schalters erzeugt. Die Spannungsversorgung wurde mit der Zündkerze verbunden und zwair der positive Pol mit der ge-,'"erdeten ("grounded") Elektrode (eine erste" Elektrode) der "Zündkerze und der negative Pol mit der Hochspannungselektrode

709811/03SO

(eine zweite Elektrode).

Es ist erstrebenswert, daß die Elektrodenzwischenraumentfernung 0,8 mm oder weniger beträgt, wenn die übliche Zündspannungsversorgung eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Aus Messungen und Berechnungen werden - wie nachfolgend beschrieben wird - die "Dimensionen" der Elektroden der Zündkerze erhalten, die die charakteristischen Kurven der Zündgrenze v_o des Luftüberschußverhältnisses F_T, den Zündzwischenraum L_c zur Überschreitung einer äquivalenten Luft/Brennstoff-Verhältnisgeraden X₁, wenn L_ = 0,8 mm ist, erlauben. Insbesondere sind für Elektroden, deren Frontende eine Entladungsfront darstellt, der Durchmesser von 1,7 mm, wenn der Querschnitt kreisförmig ist, und 1,7 mm bei einer diagonalen Linie, wenn der Querschnitt davon rechtwinklig ist, die zu benutzenden Dimensionen. Bei einer Elektrode, deren Seitenfront die Entladungsfront ist, ist eine Weite von 1,2 mm und eine Stärke von 2 mm als Dimensionen zu verwenden. Die hier eingesetzte Breite ist die Größe der Elektrodenfront, die in einer Richtung gemessen wurde, die einen rechten Winkel zur Entladungsrichtung zeigt, und in einer Elektrodenrichtung der Breite nach, während die Stärke, die hier gewählt wird, die Größe einer stabförmigen Elektrode entlang der Entladungsrichtung ist.

Daher sollte nach der vorliegenden Erfindung bei einer stabförmigen Elektrode, bei der das Frontende eine Entladungsfront ist, der Durchmesser 1,7 mm oder weniger sein, wenn die Querschnittsebene der Elektrode kreisförmig ist, und die diagonale Linie sollte 1,7 mm oder weniger sein, wenn die Querschnittsebene davon rechtwinklig ist. Bei einer stabförmigen Elektrode , bei der die Seitenfront die Entladungsebene ist, sollte die Weite bzw. die Breite 1,2 mm oder weniger sein und die Stärke 2 mm oder weniger.

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- ⁴⁵ - 2 6 4 Ί 5 4

Der Automobilverbrennungsmotor des zur "Verbrennung von Schwachgasmischungen geeigneten Typs entsprechend der Erfindung besteht aus einer Verbrennungskammer, einer Vorrichtung zur Gewinnung einer Schwachgasmischung von F> 1 unter den Betriebsbedingungen, einschließlich Leerlauf, Motorbremsung, konstanter Geschwindigkeit, Beschleunigung und Geschwindigkeitsverzögerung, einem Mittel zum Komprimieren der Schwachgasmischung, die Luft und Brennstoff enthält, unter Variieren des Volumens der Verbrennungskammer und mindestens einer elektrischen Zündkerze zum Zünden der komprimierten Schwachgasmischung.

Die oben erwähnte Zündkerze kann gemäß den nachfolgenden Ausführungen hergstellt werden.

Die folgenden Beispiele 1 bis 4 beziehen sich auf eine Zündkerze, die ein Paar stabförmiger Elektroden enthält, jede mit einer flachen Entladungsfront _f sowie als erste und zweite Elektrode.

Beispiel 1 (Fig. 7)

Wie in den Figuren 7 (a), (b), (c) und Tabelle 3 gezeigt wird, besteht die Zündkerze 200 nach der vorliegenden Erfindung aus einem metallischen Schraubenteil 29, das mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, einem Elektrodenanschlußteil 27, einem Isolator 24 zum Halten des vorgenannten Schraubenteils und des Elektrodenanschlußteils in der gegebenen relativen Position, wodurch sie .voneinander getrennt sind, und einem Paar Elektroden, nämlich einer ersten Elektrode 21 und einer zweiten Elektrode 22. Die erste Elektrode ist auf einem Träger 23 angebracht, der auf dem metallischen Schraubenteil 29 befestigt ist. Die zweite Elektrode 22 ist ein stabförmiges Glied, das elektrisch mit dem Elektrodenanschlußteil 27 mittels eines zentralen Leiters 26 verbunden ist, und ist parallel zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils

■ . : 709811/0350

29 angeordnet und wird durch den Isolator 24 gestützt, so daß eine gegebene Zündzwischenraumentfernung zwischen dem gegebenen Teil der ersten Elektrode 21 und dem stabförmigen Teil 22 geschaffen wird. Die Zahl 28 kennzeichnet einen Dichtungsring.

Die erste Elektrode 21 ist eine stabförmige Elektrode aus einer wärmebeständigen Nickellegierung oder dergleichen, die in einer gegebenen Höhe h^z.B. 1 mm, vom Ende des Trägers 23 in Richtung und unterhalb der zweiten Elektrode 22 (in Richtung der zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29) herausragt und die an ihrem Ende eine Entladungsebene senkrecht zur zentralen Achse zeigt. Die erste Elektrode ist auf dem Träger 23 mittels verschiedener Methoden, wie Schweißen, Eintreiben, erzwungenes Einfügen oder Verstemmen, installiert. Um den Verarbeitungsvorgang zu vereinfachen, wird es empfohlen, die erste Elektrode 21 und den Träger 23 aus einem zusammenhängenden Teil zu bilden. Die vorgenannte Struktur und die Bearbeitung können sogar bei Zündkerzen der Beispiele 2 bis 17, die nachfolgend wiedergegeben werden, zur Anwendung kommen. Die zweite Elektrode 22 ist eine stabförmige Elektrode, die unter einer gegebenen Höhe h₂,z.B. 1 mm, vom Ende des Isolators 24 herausragt und eine Entladungsebene senkrecht zur zentralen Achse aufweist. Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind koaxial mit einem dazwischen liegenden Zündzwischenraumabstand von z.B. 1,28 mm angeordnet.

Wenn eine stabförmige Elektrode eines Durchmessers von 1,7 mm bis 0,3 mm, vorzugsweise etwa 1 mm, verwendet wird, ist es im Rahmen der vorliegenden Ausgestaltung aus Gründen der Dauerhaftigkeit erstrebenswert, Edelmetalle zu verwenden, die im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Beständigkeit gegen elektrokorrosiven Einfluß überlegen sind, wie z.B. Pt, Pd, Au oder Legierungen dieser Metalle.

Bei einer Zündkerze dieser Ausgestaltung haben beide Elektroden einen kleinen Durchmesser. Wie in der Fig. 41 (b¹) gezeigt wird,

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sind beide Grenzschichten B und B dünn und der Reibungswiderstand 51 ist klein, was aus der Gleichung (61) deutlich wird. Daher wird nach den Gleichungen (58) und (60) die Wärmeleitung G von dem Flammenkern zu den Elektroden niedrig. Daraus.resultiert, daß die Zündbedingung - wie es durch die Ungleichung (1) angezeigt wird - verbessert wird. Die F-L₅-charakteristische Kurve A der Fig. 2 (die Kurve A entspricht einem Fall die Vorstoßhöhe der geerdeten Elektrode H- = 1 mm ist und die erhabene Höhe der Hochspannungselektrode h„ = 1mm ist, wie in der Linie A der Tabelle 3 gezeigt) der Zündkerze dieser Ausgestaltung liegt beträchtlich in einer links-oben Position, verglichen mit den charakteristischen Kurven W und WV der herkömmlichen Zündkerze.

Wie vorstehend schon erwähnt, wird die Zündbedingung merklich verbessert} wenn die beiden Elektroden 21 und 22 vom Träger 23 bzw. dem Isolator 24 herausragen. Der Grad der Verbresserung hängt von der herausragenden Höhe h und/oder h' ab, was nachfolgend beschrieben wird.

Die Geschwindigkeit (u) des Electro-Flame-Winds, der in einer Lage in dem Elektrodenzwischenraum gebildet wird, nimmt ab, •wenn diese Lage sich von dem Zwischenraum weiter entfernt. _; Demzufolge ist die Stärke £_ einer Grenzschicht, die auf der Oberfläche des Trägers 23 gebildet wird, beachtlich groß im Vergleich zur jeweiligen Stärke ο _Λ und S₀ der Grenzschichten B₁ und B,. Die Einflüsse des ο ^können zumindest auf den auf die Viskosität zurückgehenden Reibungsverlust unter der Bedingung h| + <$ Λ<£ vernachlässigt werden. Daher sollte lediglich der Ef fekt der Eiektrodenstärke .£,: beachtet werden. Entsprechend muß das Luft/Brennstoff-Verhältnis F_x der Zündgrenze

Jj

für die obengenannte entscheidende Projektionshöhe h nahezu gesättigt sein. Umgekehrt existiert bei einer Projektionshöhe h- unter der Bedingung -

70981 -1/D-3.50.

der Effekt des Viskositätsreibungsverlustes, der auf die dicke Grenzschicht einer £--Stärke entlang dem Träger 23 zurückgeht. Und somit hängt das Luftüberschußverhältnis F₁. der Zündgrenze von der Projektionshöhe h₁ ab. Die Ergebnisse der Experimente, die die vorstehende Beschreibung stützen, werden in der Fig. 46 und in der Tabelle 3, Spalten A. bis A, ge-

I ο

zeigt. Die Fig. 46 zeigt die gemessenen experimentellen Ergebnisse, die die Beziehung zwischen der Projektionshöhe h₁

der ersten Elektrode und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis F

der Zündgrenze der in Fig. 7 gezeigten Zündkerze, wobei der Zündzwischenraum L_q als Parameter gewählt ist. Bei den Experimenten wird ein Metallplatten-Träger einer Weite von 2,7 im und einer Länge von etwa 5 mm als Träger 23 verwendet, während eine zylindrische Elektrode eines Durchmessers von 1 mm als erste Elektrode 21 bzw. als zweite Elektrode 22 verwendet wird. Die angehobene Höhe h„ der zweiten Elektrode beträgt 1 mm. Auch zeigt nach Fig. 46 die Kurve U₁ die gemessenen Ergebnisse von L-, = 0,85 mm, die Kurve U-L- ,. _n ,. „

S 2 _ ⁼ 0 , 9 mm, die Kurve

S '

U- L = 1,0 mm, die Kurve U. L₀ = 1,25 mm, die Kurve U_ L_ = 1,5 mm bzw. die Kurve U, L₀ = 2,0 mm. Wie aus Fig. 46

b OO

erkennbar ist, ist bei jeder charakteristischen Kurve das Luftüberschußverhältnis F der Zündgrenze bei dem Bereich

Jj

h.'Z 0,25 mm nahezu gesättigt. Der kritische Wert für h. ist somit 0,25 mm. Somit ist es für die Projektionshöhe h₁ erstrebenswert, größer als 0,25 mm zu sein, um die magere Mischung zu entzünden. Da sich das Ende des Trägers 23 (Fig.41 (b¹)) von dem Elektrodenzwischenraum durch h₁ zurückzieht, ist es schwierig, den turbulenten Strom an der Seitenfront und an der Rückseite zu erzeugen. Entsprechend dem Druckwiderstand £ nimmt daher die Wärmeleitung G weiter ab und die Kurve A der Fig. 2 geht weiter nach links und oben im Hinblick auf die Kurven W und W¹ der Fig. 42. Entsprechend kann die Schwachgasmischung gezündet werden.

Der Effekt der Projektion der ersten Elektrode 21 von dem Träger 23 - wie vorstehend beschrieben - wird ähnlich verwirk-

709011/0 3 5 Π

licht, wenn sich die zweite Elektrode 22 vom Ende des Isolators 24 abhebt.

Die Beispiele 2 bis 17, die nachfolgend beschrieben werden, beziehen sich auf eine Zündkerze mit der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22.', wobei beide Elektroden um 0,25 mm oder mehr aus dem Träger 23 bzw. dem Isolator 24 heraustreten. Entprechend werden in den nachfolgenden Beispielen 2 bis 17 die Form, die Größe und die Anordnungen der Elektroden allein und die damit erzielten Wirkungen beschriben, wobei übliche Einzelheiten bei der Beschreibung ausgelassen werden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren der Zündkerze werden in allen Beispielen die gleichen Bezugsmarkierungen und -nummern wie im Beispiel 1 für alle einander entsprechenden Bestandteile gewählt.

Beispiel 2 (Fig. 8)

Die in der Fig. 8 (a) und (b) gezeigte Ausgestaltung einer Zündkerze weist zwei Elektrodenpaare auf. Ein Paar erste Elektroden 21 und 21 stellen stabförmige Elektroden dar, die in einer gegebenen Höhe h aus den Trägern 23 und 23 herausragen bzw. auf zweite Elektroden 22 und 22 in einer Richtung senkrecht zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29. Die Elektroden haben an ihrem Vorderende Entladungsfronten parallel zu den Achsen. Die zweiten Elektroden 22 und 22 sind stabförmige Elektroden, die sich in einer gegebenen Höhe h von der zentralen Achse 26 in der Richtung vertikal zu den Achsen herausheben und haben Entladungsebenen parallel zu den Achsen. Die ersten Elektroden 21 und 21 und die zweiten Elektroden 22 und 22 sind so angeordnet, daß ihre Entladungsebenen einander gegenüberstehen bzw. eine Elektrodenzwischenraumentfernung L_g zwischen jedem Paar der Elektroden 21 und 22

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-so- 26415U

liegt. Durch die Schaffung zweier Paare von Elektroden zeigt die Zündkerze dieser Ausgestaltung einen Vorteil, der in der Dauerhaftigkeit (Bedienungsdauer) und der längeren Lebensdauer als die Zündkerze nach Fig. 7 (Beispiel 1) liegt. Es ist auch zu empfehlen, daß drei Paare von Elektroden oder mehr geschaffen werden, um eine weiter erhöhte Gebrauchsdauer zu erreichen.

Beispiel 3 (Fig. 9)

Bei der Zündkerze dieser Ausgestaltung, die in Fig. 9 gezeigt wird, stellt eine erste Elektrode 21 eine stabförmige Elektrode dar, die in einer gegebenen Höhe aus dem Träger unterhalb der zweiten Elektrode 22 in einer zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29 vertikalen Richtung heraustritt. Sie hat eine Entladungsvorderseite auf ihrer oberen Frontseite, während die zweite Elektrode 22 eine stabförmige Elektrode ist, die sich aus dem Isolator 24 in einer gegebenen Höhe heraushebt und die an ihrem vorderen Ende eine Entladungsfront senkrecht zu der Achse zeigt. Die Längsachse der ersten und der zweiten stabförmigen Elektroden und 22 sind zueinander im rechten Winkel angeordnet. Wie aus dem Wert der Zeile B, Spalte L * der Tabelle 3 ersichtlich ist, werden mittels dieser Zündkerze Effekte erreicht, die denen nach dem Beispiel 1 ähnlich sind.

Beispiel 4 (Fig. 10)

Wie in Fig. 10 und Tabelle 3, Zeile C, gezeigt wird, weist die Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 als stabförmige Elektrode auf, die in einer gegebenen Höhe aus dem Träger 23 in Richtung auf eine zweite Elektrode 22 sowie parallel zur zentralen Achse des metallischen Schrau-

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benteils 29 austritt. Sie hat auf ihrer Seitenfront eine Entladungsebene, die parallel zur Achse liegt, während die zweite Elektrode 22 eine stabförmige Elektrode ist, die in einer gegebenen Höhe aus einem Isolator 24 austritt und an ihrer Seitenfront eine Entladungsebene parallel zur Achse aufweist. Die erste und die zweite stabförmige Elektrode 21 und 22 sind parallel zueinander angeordnet/ wobei ihre Entladungsfronten jeweils gegebener Längen St L (z.B. 1 mm) einander gegenüberliegen. Die einander gegenüberliegenden Längen £fc! der beiden Elektroden werden durch die Beachtung der Eigenschaft des Widerstands gegen Elektrokorrosion, insbesondere im Hinblick auf die Gebrauchsdauer, bestimmt. Wie aus dem Wert der Tabelle 3, Zeile C, Spalte L * ersichtlich ist, werden auch durch dieses Beispiel Effekte erzielt, die denen, des Beispiels 1 ähnlich sind. Bei dieser Zündkerze steigt der Bereich der Entladungsfront im Verhältnis zu den einander gegenüberliegenden Längen ii der beiden Elektroden. Entsprechend ist die Zündkerze dieses Beispiels 4 im Hinblick auf die.Widerstandsfähigkeit gegen Elektrokorrosion überlegen. ---. .- ■- -'.-.■■ "-,-" ■:"[- .-■.-■-. • -". -" "■ ■ :"? ί" - .- ."-■■· - "- - - ■ " -

Bei der -Zündkerze des rechtwinkligen Typs nach Beispiel 3 (Fig. 9) ist eine der Elektroden oder eine erste Elektrode derartig gestaltet, daß ihre Achse einen rechten Winkel zur Funkenlinie aufweist. Entsprechend bieitet sich die Grenze _rschicht :B₁^ die in.der Fig. 41 (b¹) gezeigt wird aus, auch zur-axialen Richtung der Elektrode. Auch bei der Zündkerze nach dem Beispiel 4 (Fig. 10) haben beide Elektroden eine Achse im rechten Winkel zur Funkenlinie. Und somit breiten sich die Grenzschichten B₁ und B~ auch in axialer Richtung der Elektrode aus. Daher steigt der Reibungswiderstand ^ ψ an.

Entsprechend ist es aus den Gleichungen (61), (58) und der Ungleichung (,T) und von den experimentellen Ergebnissen offensichtlich, daß die Begründung einer Zündbedingung für eine

■":=. v 709811 /0350

rechtwinklig angeordnete Elektrode des Stab-Typs vorteilhafter ist als für eine parallele Elektrode des Stab-Typs und weiter vorteilhaft für eine koaxial angeordnete Elektrode des Stab-Typs. Der Effekt dieser Elektrodenanordnungen ist auch erreichbar nach den folgenden Beispielen 5 bis 17.

Die nachfolgend erwähnten Beispiele 5 bis 7 beziehen sich auf eine Zündkerze, die eine erste und eine zweite Elektrode umfaßt, wobei mindestens eine eine konvexe Entladungsfront aufweist.

70981 1/0350

Tabelle 3 (Beispiele 1,3 und 4)

Kennzeichen der P11-L8 - charakteris tischen Kurven	Typ der Elektroden	Elektroden- Anordnung	Dimensionen der geerdeten Elektrode (Erste Elek trode 21)	Dimensionen der Hochspannungs elektrode (Zweite Elek trode 22)	V (mm)
A	Fig. 7	coaxial	1,0 Durchmesser 1,0 1I1 2,7 Breite 1,3 Stärke 5 Länge 0 h1 1,0 Durchmesser 0,07 Ji1	1,0 Durchmesser 1,Oh2	1,28
(A1)	Fig. 7		1,0 Durchmesser 0,14 h-i	1,0 Durchmesser 1,0 h2 1,0 Durchmesser 1,0 h2	2,28 2,06
(A2)	Fig. 7	coaxial	1,0 Durchmesser 0,25 h-,	1,0 Durchmesser 1,Oh2	1,81
(A3)	Fig. 7	coaxial	1,0 Durchmesser 0,5 H1	1,0 Durchmesser 1,0 h2	1,59
(A4>	Fig. 7	coaxial	1,0 Durchmesser 2,0 Il,	1,0 Durchmesser 1,0 h2	1,45
(A5)	Fig. 7	coaxial	1,0 Breite 0,62 Stärke 5 Länge	1,0 Durchmesser 1,0 h2	1,28
(A6)	Fig. 7	coaxial	1,0 Breite 0,62 Stärke 5 Länge	1,0 Durchmesser	1,52
(B5)	Fig. 9	rechts - winklig	1,0 Breite 1,0 Stärke 5 Länge	1,52
(C)	Fig. 10	parallel (mit gegen überlie genden Längen 11=1, Omn)

Anmerkung: Die Kurven von (A₁) bis (A_g), (B₅) und (C) sind nahezu analog der nach A und daher in der graphischen Darstellung nicht gezeigt.

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Beispiel 5 (Figuren 11 bis 13 und 15)

Wie in Fig. 11 gezeigt, stellt die Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 dar, die eine Elektrode ist, die in einer gegebenen Höhe h₁ in Richtung und unterhalb einer zweiten Elektrode 22 in axialer Richtung herausragt und die an ihrem Vorderende eine flache Entladungsfront mit einem rechten Winkel zur Achse hat, während eine zweite Elektrode 22 eine Elektrode darstellt, die in einer gegebenen Höhe h_ aus einem Isolator 24 herausragt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront aufweist. Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind zueinander koaxial angeordnet.

Um weiter verbesserte Zündkennzeichen zu schaffen, wird empfohlen, beide Elektroden mit einer konvexen Entladungsfront an ihrem jeweiligen Vorderende zu versehen, wie es in Fig. und Fig. 13 gezeigt wird.

Wie es in den Figuren 41 (c) und (c¹) gezeigt wird, weichen die Grenzschichten B₁ und B«, die den Electro-Flame-Wind an den Elektroden der Zündkerze (z.B. nach Fig. 12), beide im Hinblick und von dem Flammenkernraum zurück, die Dimension

/wird effektiv klein und der Reibungswiderstand^ ,. nimmt ab. Gleichzeitig sind beide Elektroden stromlinienförmig, was zu einem schwächeren Auftreten des turbulenten Stroms führt. Und der Druckwiderstand Σ1 wird stark reduziert. Entsprechend wird der Fluid-Widerstand Σ =Σ- + T und die Wärme-

f *- ρ

leitung G klein und die F -L-charakteristische Kurve bewegt sich im Hinblick auf die Kurve W, nach links und oben, wie es in der Figur 42 gezeigt wird, die Kurven E- und E_fi. Daher kann eine ausreichend magere Gasmischung gezündet werden. Der oben erwähnte Effekt des Zurückweichens der Grenzschicht erhöht sich, wenn die Krümmung ν der Entladungsebene ansteigt. Die obige Folgerung wird aus den F_L-L_—charakteristischen Kurven

• 70981 1/03S0

der Figuren 43 und 47 deutlich (Kurven E- bis E- be-

treffen die Fälle verschiedener Krümmungen E- bis E_ - gezeigt in der Fig. 15 und in der Tabelle 4, Zeilen E_ bis E-, Spalte C). Die Fig. 43 zeigt gemessene charakteristische Kurven, die die Beziehung zwischen dem Luftüberschußverhältnis Fj. der Zündgrenze und der Elektrodenzwischenraumentfernung L_g wiedergeben und zwar in einem Fall, in dem die Elektroden auf 2,55 mm festgelegte Durchmesser haben und die Krümmung ν nur an der Entladungsfront des Elektrodenvorderendes variabel geändert ist, wie es in Tabelle 4 gezeigt wird. Die Figur 47 zeigt gemessene charakteristische Kurven der Abhängigkeit des Luftüberschußverhältnisses F_ der Zündgrenze von der Krümmung ν der Elektrodenentladungsfront mit der Eiektrodenzwischenraumentfernung L für die Kurven E_n bis E-der Fig. 43 als ein Parameter. In Fig. 43 liegt lediglich die Kurve E- oberhalb der Kurven E_Q, E₁ und E_. Bei der Elektrode der Kurve E_ ist die Entladungsfront des Vorderendes halbkugelartigen Typs und ohne Ecken gleichmäßig mit der zylindrischen Seitenfront verbunden, so daß entsprechend kein turbulenter Strom erzeugt wird. Auf der anderen Seite lassen die konvexen Entladungsfronten und die Elektrodenseitenfronten bei den Elektroden der Kurven E_Q, E₁ und E₂ - wie es in der Fig. 15 gezeigt wird - dazwischen Ecken entstehen, so daß ein turbulenter Strom verursacht wird.

Es ist an sich überflüßig zu erwähnen, daß es aus der Fig. 42, Kurve D verständlich ist, daß die Zündcharakteristik der vorstehend erwähnten Zündkerze des in Fig. 11 und in Tabelle '4, Zeile D gezeigten Typs zwischen den Eigenschaften derjenigen Zündkerzen liegt, die durch die vorgenannten Kurven E_ und E₀ wiedergegeben werden.

Aus dem Vergleich der Kurven E- bis E, wird deutlich, daß die Zündbedingung weiter verbessert wird, wenn der Elektrodendurchmesser klein und die Krümmung ν der Entladungsfront groß

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gewählt wird.

In der Ausgestaltung nach den Figuren 11 bis 13 wird die erste Elektrode 21 herausragend an dem Träger 23 nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode befestigt.

Beispiel 6 (Fig. 14)

Wie in der Fig. 14 gezeigt, ist die Zündkerze dieser Ausgestaltung analog der Zündkerze der Fig„ 12 im Beispiel 5. Das heißt, eine erste Elektrode 21 stellt eine Elektrode dar, die in einer gegebenen Höhe h.. in Richtung und unterhalb einer zweiten Elektrode 22 in axialer Richtung herausragt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront hat, während eine zweite Elektrode 22 eine Elektrode darstellt,, die in einer gegebenen Höhe h_ aus einem Isolator 24 herausragt und an ihrer Vorderseite eine konvexe Entladungsfront ausgebildet hat. Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind koaxial zueinander angeordnet.

Bei dieser Ausgestaltung hebt sich die erste Elektrode 21 aus einem Träger 23 heraus, um eine konvexe Entladungsfront durch die Ausdrücktechnik ("knock-out method") zu bilden. Demzufolge zeigt das vorliegende Beispiel den Vorteil einer leichten Herstellung.

Beispiel 7 (Fig. 17 bis 21)

Wie in den Figuren 17 bis 21 gezeigt, ragt eine erste Elektrode 21 aus einem Träger 23 in einer gegebenen Höhe in Richtung und unterhalb einer zweiten Elektrode 22 vertikal im Hinblick auf die Achse heraus und hat an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront, während eine zweite Elektrode 22 in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator 24 heraustritt

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und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront aufweist. Somit liegt eine mit einer Spitze versehene Seitenfront ("tip side face") der ersten Elektrode dem Ende der zweiten Elektrode, gegenüber und die Achsen der beiden Elektroden sind zueinander im rechten Winkel angelegt« Wie aus den Werten der Tabelle 4, Zeilen G-j bis G_, Spalte L * ersichtlich ist, werden ähnliche"Effekte wie mit den Zündkerzen entsprechend den Figuren 12 und 13 (Beispiel 5, bei dem beide Elektroden eine konvexe Entladungsfront haben) erhalten« Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Ausbreitung des Electro-Flame-Winds groß genug, um die Rückfront der Entladungsebene zu erreichen. Demzufolge ist es von Vorteil, eine stromlinienförmige Elektrode zur Verhinderung des Auftretens von Turbulenz und zur Erzielung einer effektiven Verbesserung der Zündbedingung zu verwenden. Und die stromlinienförmige Elektrode sollte eine gleichmäßig gekrümmte konvexe Front zeigen, wobei die Entladungsfront gleichmäßig mit dem Umfangsseitentexl der Elektrode verbunden "ist. Ähnlich ist es erstrebenswert, daß die Vorderseite und der benachbarte Teil des elektrischen Isolators 24 und des Schraubenteils 29 wo der Electro-Flame-Wind oder der Flammenkern während seines Wachstumstadiums in Kontakt steht, zu einer sanft gekrümmten Oberfläche - wie in den Figuren 13, 20 und 21 gezeigt - geformt ist. Die erste Elektrode 21 und der Träger 23 sind in einer derartigen zusammenhängenden Form - wie in Fig. 19 - ausgebildet und daher leicht mittels Ziehens unter Verwendung eines Ziehwerkzeugs herzustellen.

Beispiel 8 (Fig. 22)

Wie in der Fig. 22 gezeigt, ragt bei der Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 in einer gegebenen Höhe in Richtung und unterhalb einer zweiten Elektrode 22 in einer Richtung parallel zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29 heraus und hat an ihrer Seitenfront eine konvexe

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Entladungsfronts während eine zweite Elektrode in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator 24 herausragt und an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront ausgebildet hat. Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind in paralleler Beziehung zueinander mit gegebenen gegenüberliegenden Längen IJL (ζ. B. 2 mm, ausgenommen die halbkugelförmigen Endteile) zwischen den Elektroden angeordnet. Wie aus dem L *-Wert der Zeilen EL und H₀ der Tabelle ersichtlich ist, sind Effekte erreichbar, die denen nach den Figuren 12 und 13 (Beispiel 5) ähnlich sind. Die gegenüberliegenden Längen^ der Elektroden 21 und 22 sollten unter Beachtung der Eigenschaften der Widerstandsfähigkeit gegen Elektrokorrosion^ d.h„ Lebensdauer, bestimmt werden.

Beispiel 9 (Fig. 23}

Wie in der Fig., 23 gezeigt,, ragt bei der Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 aus einem Träger 23 in einer gegebenen Höhe_P in einer vertikalen Richtung zu der Achse sowie gegen und unterhalb einer zweiten Elektrode 22 heraus und hat an ihrer Seitenfront (in Wirklichkeit die Oberfront) eine konvexe Entladungsfront, während die zweite Elektrode 22 eine stabförmige Elektrode darstellt, die aus einem elektrischen Isolator 24 in gegebener Höhe heraustritt und an ihrem Vorderende eine flache Entladungsfront aufweist. Die Achsen der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22 stehen im rechten Winkel zueinander. Die Zündkerze dieses Beispiels wird durch eine Kombination einer stabförmigen zweiten Elektrode 22 mit kleinem Reibungswiderstand 21 _f und einer stromlinienförmigen ersten Elektrode 21 mit kleinem Reibungswiderstand ^T ψ und Druckwiderstand Σ, hergestellt. Wie es durch den Lg*-Wert der Zeilen I₁ und I~ der Tabelle 4 gezeigt wird, wird die Zündbedingung durch den kombinierten Betrieb der beiden Elektroden verbessert.

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59 - ■ ■

Beispiel 10 (Fig. 24)

Wie aus Fig. 24 ersichtlich ist, zeigt die Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 in einer stabförmxgen Gestalt, die vertikal hervortritt und zwar in einer gegebenen Höhe unterhalb einer zweiten Elektrode 22 in einer Richtung vertikal zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29 und die an ihrer Seitenfront eine flach Entladungsfront mit einem rechten Winkel zur Achse aufweist, während eine zweite Elektrode eine Elektrode darstellt, die in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator heraustritt und die an ihrem vorderen Ende eine konvexe Entladungsfront zeigt. Die erste und die zweite Elektrode sind zueinander rechtwinklig angeordnet. Die Zündkerze dieser Ausgestaltung besteht aus einer Kombination einer dünnen ersten Elektrode mit einem kleinen Reibungswiderstand Σ _f und einer stromlinienförmigen zweiten Elektrode mit einem kleinen Reibungswiderstand^ und Druckwiderstand 2. ■· Wie in der L_e*-Zeile von J₁ und J,

ρ ρ ι ζ

der Tabelle 4 gezeigt wird, wird die Zündbedingung durch den kombinierten Betrieb der beiden Elektroden verbessert.

Beispiel 11 (Fig. 20)

Beide Elektroden 21 und 22 der Zündkerze dieser Ausgestaltung - gezeigt in Fig. 20 und Tabelle 4, Zeile G_ - sind stromlinienförmig. Die Dimensionen, wie die Stärke der positiven . Elektrode 21 als erste Elektrode sind kleiner als diejenigen der negativen Elektrode 22 als zweite Elektrode. Die Dimensionen sollten in ihrer Größe in der Richtung mit einem rechten Winkel zur Entladungsrichtung gemessen werden, z.B. der Durchmesser einer kreisförmigen zylindrischen Elektrode, die diagonale Linie bei einer zylindrischen Elektrode mit quadratischem Querschnitt.. Eine derartige Elektrodenstruktur wurde ermittelt_? xtfobei von den neuen Erkenntnissen der Erfinder

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ausgegangen wurde, daß eine positive Elektrode nicht direkt durch den Electro-Flame-Wind getroffen wird, so daß keine Beschädigung der Elektrode infolge des direkten Stosses auftritt. Entpsrechend können die Dimensionen der positiven Elektrode 21 kleiner oder dünner als diejenigen der negativen 22 gewählt werden, ohne daß irgendeine Einbuße im Hinblick auf die Lebensdauer der Zündkerze zu besorgen ist.

Wie in den Figuren 41 (d) und (d¹) gezeigt wird, ist der durch die Grenzschicht B₁ an der positiven Elektrode 21 besetzte Raum klein und die Turbulenz tritt kaum auf. Außerdem weicht· die Grenzschicht B₂ der negativen Elektrode 22 vor dem Flammenkernraum zurück. Entsprechend sind der Fluid-Widerstand

= Σ. _f +X und die Wärmeleitung G extrem klein. Des weiteren treten Expansionswellen, "die auf den Electro-Flame-Wind zurückgehen, in dem Raum φ an der vorderen Front der positiven Elektrode 21 schwierig auf und der Raum der Moleküle einer niedrigen Dichte bildet sich kaum. Somit ist die Begründung einer Kettenverbrennung nach der Ungleichung (1) leicht. Aufgrund der vorgenannten Maßnahmen liegt die F-L-charakteristische Kurve G_ der Zündkerze des in Fig. 20 gezeig ten Typs in dem linken und oberen Teil der Fig. 44, und daher kann die Schwachgasmischung ausreichend gezündet werden.

Nach den Lebensdauertests zeigte die aus einer Nickellegierung bestehende negative Elektrode (2,55 mm im Durchmesser) der Zündkerze dieser Ausgestaltung eine geringere Beschädigung als die herkömmliche negative Elektrode (1 mm im Durchmesser) aus einer teuren, gegen Hitze und Beschädigung widerstandsfähigen Au-Pd-Legierung (Fig. 5). Entsprechend zeigt die Zündkerze dieser Ausgestaltung die Vorteile, daß eine Nickellegierung niedrigen Preises verwendet werden kann und eine längere Lebensdauer erzielbar ist.

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Um eine weitere Verbesserung der Zündcharakteristi; an zu erreichen, wird empfohlen, daß der Durchmesser einer negativen Elektrode der Zündkerze gemäß dieser Ausgestaltung dünn sein sollte, z.B. 1 itim.

Auch wird zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der dünnen positiven Elektrode 21 vorgeschlagen, daß die beiden Enden der positiven Elektrode 21 - wie in Fig. 21 gezeigt mit dem Schraubenteil 29 verbunden sind.

Das nächste Beispiel 12 bezieht sich auf eine Zündkerze, bei der mindestens ein Umfangsteil der genannten Elektroden der mit der Entladungsfront verbunden ist, stromlinienförmig ausgebildet ist. _r~„

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Tabelle 4 (Beispiele 5 bis 11)

	Kennzeichen der FL-Ls - charakteris tischen Kurven	Typ der Elektroden	Elektroden- Anordnung	geerdete Elektrode (erste Elektrode 21)	Krümmung 1 ν (um)	Hochspannungselektrode (zweite Elektrode 22)	Krümmung, ν (mm" )	L*
	D	Fig. 11	coaxial	Dimensionen (mm)	0	Dimensionen (mm)	0,46
	Eo	—	coaxial	2,55 Durchmesser	0	2,55 Durchmesser	0	1,50
	E1	Fig. 12	coaxial	2,55 Durchmesser	0,27	2,55 Durchmesser	0,27	1,81
7 0981 M	E2	Fig. 12	coaxial	2,55 Durchmesser	0,46	2,55 Durchmesser	0,46	1,47
O	E3	Fig. 12	coaxial	2,55 Durchmesser	0,77	2,55 Durchmesser	0,77	JLJ 9
cn O	E4	Fig. 12	coaxial	2,55 Durchmesser	1/0	2,55 Durchmesser	• 1,0	1,16
	E5	Fig. 12	coaxial	2,0 Durchmesser	1,33	2,0 Durchmesser	1,33	1,10
	. E6	Fig. 12	coaxial	1,5 Durchmesser	2,0	1,5 Durchmesser	2,0	1,02
	(G1)	Fig. 17	mit rechtem Winkel	1.0 Durchmesser	2,0	1,0 Durchmesser	2,0	0,93
(G2)	Fig. 18	mit rechtem Winkel	1,0 Breite 2,4 Stärke 5 Länge	0,77	1,0 Durchmesser	0,77	0,99
2,55 Durchmesser 5 Länge	2,55 Durchmesser	1,10

Tabelle 4 (Beispiele 5 bis 11) (Fortsetzung)

•	Fig.	20	mit rechtem Winkel	0,34	Durchmesser	5,88	2,55	Durchmesser	0	,77	1,02
G3	Fig.	22	parallel (mit gegenüber liegenden Längen 11=2,Omm!	2,55 5	Durchmesser Länge	0,77	2,55 5	Durchmesser Länge	0	,77	1,45
(H1)	Fig.	22	parallel (mit gegenüber liegenden Längen 11=2,Omm)	1/0 6	Durchmesser Länge	2,0	1,0 6	Durchmesser Länge	2	>°	1,42
(H2)	Fig.	23	mit rechtem Winkel	1/0 2,4 5	Breite Stärke Länge	2,0	1,0	Durchmesser	0		1,40
(I1>			mit rechtem Winkel	2,55	Durchmesser	0,77	1,0	Durchmesser	0		1,54
(I2)	Fig.	24	mit rechtem Winkel	1,0 1,3 5	Breite Stärke Länge	0	1,0	Durchmesser	2	,0	1,40
(J1)			mit rechtem Winkel	1,0 1,3	Breite Stärke Länge	0	2,55	Durchmesser	0	,77	1,40
(J2) __ . 1

Anmerkung; Die Kurve von (G.), ist nahezu analog derjenigen von G₂ oder G, und die Kurven von (H..), (H2) , (I₁), I₀) , (J₁) ,(Jo) sind nahezu analog derjenigen von E^ oder E, und werden daher nicht in der graphischen Darstellung gezeigt.

Beispiel 12 (Fig. 25 bis 28)

Wie in' Fig. 25 und 27 und in Zeile K. der Tabelle 5 gezeigt, sind bei einer Zündkerze dieses Beispiels die Vorderenden mindestens einer der ersten und der zweiten Elektrode 21 und 22 (eines Durchmesser d) näherungsweise flach zirkulär (mit einem Radius r) als Entladungsfront S₁-S₁ ausgebildet und der Umfangsteil, der mit der Entladungsfront S₁-S₁ verbunden ist, hat eine konvexe Front S₁-S₂/ die mit der Entladungsfront S₁-S ohne Ecken zwischen dem Umfangsteil und der letzteren verbunden ist. Eine derartige Struktur führt zu dem Vorteil, daß - wie in der Fig. 44 durch die Kurven K₁ für das Beispiel 12 und A für das Beispiel 1 gezeigt - die Zündeiegenschaften dieses Beispiels 12 in dem Bereich eines derartig weiten Elektrodenzwischenraums L ^. 1 mm verbessert werden, indem ein turbulenter Strom infolge des g'eschwindigkeitssteigernden Electro-Flame-Winds wahrscheinlich erzeugt wird.

Auch kann eine Elektrode der Zündkerze dieses Beispiels hergestellt werden, indem das Vorderende der in Fig. 12 gezeigten halbkugelförmigen Front abgeschnitten wird, wodurch eine kreisförmige Ebene von z.B. einem Durchmesser von 1 mm gebildet wird. Somit ist im Hinblick auf die Zündcharakteristiken - wie in Fig. 44 gezeigt - die charakteristische Kurve K₁ dieser Zündkerze geringfügig schwächer in dem Bereich von L„ < 1 ram als die charakteristische Kurve E_ der Sündkerze nach Fig. 12. Jedoch liefert dieses Beispiel 12 eine bedeutende Überlegenheit hinsichtlich der Dauerhaftigkeit, da die Entladungsstellen sich nicht auf einen Punkt konzentrieren.

Wie oben ausgeführt wurde, hat eine solche Zündkerze aus einem Elektrodenpaar mit nahezu flacher Entladungsfront eines kleinen Bereiches und mit einem die Turbulenz verhindernden, stromlinienförmigen (konvexe Front) Umfangsteil, der mit der Entladungsfront verbunden ist, die einander gegenüberliegen,

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nahezu bessere Merkmale als die F_T-L -Charakteristiken der Zündkerzen, bei denen jede Elektrode eine die Turbulenz verhindernde, stromlinienförmige Entladungsfront aufweist. Des weiteren zeigt sich eine Überlegenheit in der Dauerhaftigkeit, was auf die Konstruktion zurückgeht, nach der die Konzentrierung der Entladungsstellen auf einem Punkt verhindert wird.

Wie aus den Werten der Zeile K_ oder K₃, Spalte L * der Tabelle 5 ersichtlich ist, sind die Effekte des obigen Beispiels 12 sogar mit einer Zündkerze, die in Fig. 26 und Tabelle 5, Zeile K₃ gezeigt wird, erhältlich, bei der beide Elektroden in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und sogar bei einer Zündkerze der Tabelle 5, Zeile K-, bei der beide Elektroden parallel zueinander angeordnet sind. Fig. zeigt eine vergrößerte Querschnittsans'icht der positiven Elektrode 21 der Fig. 26„ In der Figur bedeutet w die Breite der Entladungsfront S₁-S und S^-S₃ kennzeichnet die stromlinienförmige konvexe Seitenfront zur Verhinderung des Auftretens der Turbulenz, während d den Elektrodendurchmesser angibt. *

Die folgenden Beispiele 13 bis 16" beziehen sich auf Zündkerzen mit Elektroden, bei denen mindestens eine der Elektroden eine Aussparung auf einem Teil ihrer Front aufweist, der der anderen Elektrode gegenüberliegt.

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Tabelle 5 (Beispiel 12)

Kennzeichen der FL-LS - charakteris tischen Kurven	Typ der Elektroden	Elektroden- Anordnung	Geerdete Elek trode (Erste Elektrode 21)	HDchspannungs- elektrode (Zvveite Elektrode 22)	V
K1	Fig. 25	coaxial	Dimensionen (mm)	Dimensionen (mm)	1,16
(K2)	Fig. 26	mit rechtem Winkel	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Durchmesser der Entladungs front	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Durchmesser der Entladungs front	1,21
(K3)		parallel (mit gegen überliegenden Längen Xl = 1,0nm)	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Weite und 5 Länge der Entladungsfront	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Durchmesser der Entladungs front	1,34
	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Weite und 5 Länge der Entlaäungsfront	2,55 Durchmesser der Elektrode 1,0 Weite und 5 Länge der Entladungsfront

Anmerkung; Die Kurven K₂ und K_ sind nahezu-der Kurve K_

analog und werden daher in der graphischen Darf

stellung nicht gezeigt.

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Beispiel 13 (Figuren 29 bis 33)

Bei der Zündkerze dieser Ausgestaltung - gezeigt in den Figuren 29 und 30 - ragt eine erste Elektrode (Durchmesser d) 21 in einer gegebenen Höhe aus einem Träger 23 vertikal heraus und zwar bis unter eine zweite Elektrode 22 und in einer vertikalen Richtung zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29, während die zweite Elektrode 22 in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator 24 herausragt wobei mindestens eine, z.B. die erste Elektrode 21, der ersten und der zweiten Elektrode 21 und 22 eine Aussparung an einem Teil ihrer Vorderseite aufweist, der der anderen Elektrode 22 gegenüberliegt. Die Aussparung c (Tiefe h, Länge i) wird nicht in einem Teil geschaffen, der direkt der Entladungsfront S der zweiten Elektrode 22 gegenüberliegt, sondern in einem anderen Teil, der mit dem vorgenannten direkt gegenüberliegenden Teil in Nachbarschaft steht. Die Entladungsfront der ersten Elektrode 21 und der mit dieser Entladungsfront verbundene Umfangsteil bilden eine konvexe Front (Stromlinien-Typ) .

Die Aussparung dient dazu, das Auftreten einer Turbulenz zu verhindern, nämlich den Druckwiderstand Σ. ,- und die Stärke der Grenzschicht zu reduzieren. Die Verhinderung des Auftretens der Turbulenz wird durch Einziehen ("inhaling") eines solchen Teils der Grenzschicht an der langen Elektrode erreicht, der dicht an der Elektrodenwand liegt und daher für die Abtrennung durch den Verlust an kinetischer Energie verantwortlich ist, was auf die Schubkraft auf die Wandebene zurückgeht. Die Verminderung der Stärke der Grenzschicht wird erreicht durch das Zurückgehen der Grenzschicht von dem Flammenkernraum. Zusätzlich hat die erste Elektrode die konvexe Entladungsfront und daher sind der Reibungswiderstand 2" £ und der DruckwiderstandX beide zufrj&denstellend klein. Daher wird der Fluid-Widerstand Σ klein und die Wärmeleitung

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G wird klein, um die Zündbedingung bedeutend zu verbessern.

Auch ist der durch die Aussparung c in der Zündkerzenelektrode gegebene Effekt der gleiche wie der, der durch das Hervorspringen der Elektrode - wie im Beispiel 1 beschrieben - gegeben ist. Entsprechend ist es erstrebenswert, die Tiefe der Aussparung σ auf etwa 0,25 mm oder tiefer auszulegen als die Projektionshöhe h und/oder h_ des Beispiels

Die Fig. 31 zeigt eine Zündkerzenelektrode mit einer kleinen flachen Entladungsfront S (Breite w), die durch Abschneiden eines Teil der konvexen Entladungsfront der Zündkerzenelektrode der Figuren 29 und 30 hergestellt wird. Eine Zündkerze, die diese Elektrode verwendet, hat ähnlich überlegene Zündcharakteristiken wie die nach den Figuren 29 und 30. Daneben ist das Beispiel der Fig. 31 vorteilhaft im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit, da die Entladungsstellen nicht auf einem engen Teil konzentriert sind.

Um die Herstellung beträchtlich zu vereinfachen kann eine Zündkerze - wie in den Figuren 32 und 33 und in Tabelle 6, Zeile -M gezeigt - auch unter Verwendung einer quadratischen Stabelektrode einer Breite w, einer Stärke ζ mit einer Aussparung c (Tiefe h, Länge i) hergestellt werden. In Fig. 33 stellt S die Entladungsebene dar. Die Aussparung befindet sich nicht in einem Teil der Front? der der anderen Elektrode gegenüberliegt, sondern in einem anderen Teil_p der zu dem direkt gegenüberliegenden Teil benachbart ist» Diese Sündkerze ist auch verbessert bezüglich der Zündbedingung, was auf den kleinen Druckwiderstand Jf und den Reibungswiderstand Έ._ψ zurückgeht? wie es anhand des L-*-Wertes der Seile M der Tabelle β gezeigt wird.

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Beispiel 14 (Figuren 34 und 35)

Wie in Fig. 34 und Tabelle 6, Zeile N₁ gezeigt ist, ragt bei einer Zündkerze dieser Ausgestaltung eine erste Elektrode 21 in einer gegebenen Höhe aus einem Träger 23 vertikal heraus
und führt unter eine zweite Elektrode 22 in einer vertikalen Richtung zur zentralen Achse des metallischen Schraubenteils 29. Die Entladungsfront und der ümfangsteil sind zu einer zusammenhängenden konvexen Front (stromlinienförmige Gestalt)
ausgebildet. Die zweite Elektrode 22 ragt in einer gegebenen Höhe aus dem Isolator 24 heraus. Die Entladungsfront und der Umfangsteil bilden eine zusammenhängende konvexe Front (stromlinienförmige Gestalt). Mindestens eine Elektrodeder ersten
und der zweiten Elektrode 21 und 22 hat eine Aussparung c
in der Entladungsfront, so bei der einen Elektrode (z.B.
die erste Elektrode 21), bei der sie der Entladungsfront der anderen Elektrode (z.B. die zweite Elektrode 22) direkt
gegenüberliegt.

Wie in den Figuren 41 (f) und (f) gezeigt ist, werden die
Expansionswellen, die in dem Raum φ der Entladungsfront der
ersten Elektrode infolge des Electro-Flame-Winds hervorgerufen werden, durch die Gasmoleküle versetzt, die aus der
Aussparung c (als Gasreservoir) geliefert werden. Demnach ist die Entladungsfront der ersten Elektrode 21 nicht dafür verantwortlich, ein Raum niedriger molekularer Dichte zu werden. Somit wird der £ -Wert in der Ungleichung (1) nicht klein und entsprechend wird die Kettenverbrennung leicht verwirklicht.

Des weiteren hat diese Zündkerze - gezeigt in der Fig. 41
(f) - einen Effekt, 2, zu vermindern, da als Ergebnis der Ausbildung der Aussparung c die Grenzschicht B.., die entlang der ersten Elektrode 21 gebildet ist, dünner als die Grenzschicht der ersten Elektrode (z.B. Fig. 41 (e¹)) wird, die
nicht mit einer Aussparung c versehen ist. Darüber hinaus

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treten Turbulenzen, da beide Elektroden stromlinienförmig ausgebildet sind, schwer auf und daher wird Il klein.

Solche F-L -Charakteristiken der Zündkerze dieses Beispiels (gezeigt in der Kurve N₁ der Fig. 45) sind durch die Verbundeffekte erreichbar, durch die die Bildung eines Raumes niedriger Dichte der Moleküle verhindert und die Grenzschicht B₁ in der Stärke vermindert wird, wodurch das Auftreten eines turbulenten Stroms verhindert wird, was auf die stromlinienförmige Gestalt zurückgeht. Die Zündung einer mageren Mischung kann so nämlich nicht nur in einem relativ langen Elektrodenzwischenraumbereich, sondern ebenfalls in einem relativ kurzen Elektrodenzwischenraumbereich bewirkt werden.

Um eine weitere Verbesserung der Zündcharakteristiken zu erreichen, ist es empfehlenswert - wie in der Fig. 35 und Tabelle 6, Zeile N- gezeigt - die erste Elektrode 21 mit der Gasreservoir-Aussparung c und die zweite Elektrode 22 koaxial anzuordnen. Durch diese Anordnung kann die Dimension

ί der ersten Elektrode 21 effektiv klein gemacht werden und der Reibungswiderstand Σ ^ und die Wärmeleitung G können abnehmen. Entsprechend ist eine leichte Schwachgaszündung - wie mittels der Kurve N₃ der Fig. 45 gezeigt wird - des weiteren möglich. Der gleiche Verfahrenseffekt, der vorstehend beschrieben wird, ist sogar mit einem Durchgangsloch als Gasreservoir-Aussparung c der ersten Elektrode 21 erhältlich. Wie mittels des L *-Wertes der Zeile N₀ der Tabelle 6 gezeigt wird, kann die Zündung der Magermischung ausreichend mit einem solchen Durchgangsloch bewirkt werden. Die Vorteile dieser Zündkerze bestehen darin, daß die Gasreservoir-Vertiefung kaum mit Staub verstopft und leichter gereinigt werden kann, wenn sie mit Staub verstopft ist.

Auch ist es empfehlenswert, die Elektroden 21 und 22, bei denen zumindest eine die besagte Aussparung aufweist, parallel zueinander anzuordnen, wobei ihre Entladungsfronten der je-

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wells gegebenen Länge einander gegenüberliegen, um so die Widerstandsfähigkeit gegen Elektrokorrosion zu verbessern.

Beispiel 15 (Fig. 36)

Wie es in der Fig. 36 und in der Tabelle 6, Zeile N. gezeigt ist, hat eine zweite Elektrode 22 als negative Elektrode eine derartige Gasreservoir-Aussparung c.

Bei der Zündkerze nach diesem Beispiel - gezeigt in Fig. 41 (g) und (g¹) - ist das elektrische Feld innerhalb der Aussparung c unbedeutend klein. Entsprechend wird der Electro-Falme-Wind nicht mehr beschleunigt, wenn er, der in dem elektrischen Feld in dem Elektrodenzwischenraum L_g beschleunigt wurde, in die Aussparung c hineinstürzt. Entprechend verlieren die positiven Ionen des Electro-Flame-Winds den Impuls, die kinetische Energie u.s.w., während sie mit den neutralen Molekülen kollidieren, und sind ausreichend abgebremst, bevor die positiven Ionen die Wand ψ der Aussparung c erreichen. In anderen Worten, der Electro-Flame-Wind kann wirksam seine eigene thermodynamische Menge auf die unverbrannte Mischung innerhalb der Aussparung c übertragen. Auf der anderen Seite läßt die Kollision des Electro-Flame-Winds gegen die Wand }£ der negativen Elektrode nach. Damit wird der direkte Verlust der thermodynamischen Mengen, der durch die Kollision des Electro-Flame-Winds mit der negativen Elektrode hervorgerufen wird, merklich vermindert. Darüberhinaus zeigt diese Zündkerze einen stärkeren Effekt des Verdünnen? der Grenzschicht B₂, die entlang der negativen Elektrode 22 (wie in Fig. 41 (g") gezeigt wird), als entlang der negativen Elektrode,, die keine Aussparung (z.B. Fig. 40 (e¹)) hat und daher wird 21 _f auch vermindert. Des weiteren tritt der turbulente Strom wegen der stromlinienförmigen Gestalt der beiden Elektroden 21 und 22 kaum auf und daher wird Σ klein.

Wie es aus den F--L_g-Charakteristiken (Fig. 45, Kurve N-) der

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264Ί

Zündkerze dieser Ausgestaltung ersichtlich ist, kann die Zündung der mageren Mischung aufgrund der Verbundeffekte, die in der Verhinderung der direkten Koliision des Electro-Flame-Winds gegen die Wand ψ der negativen Elektrode infolge der Aussparung c, »der'Verminderung der Grenzschicht B~ in der Stärke und der Verhinderung des Auftretens des turbulenten Stroms infolge der stromlinienförmigen Gestalt bestehen, nicht nur in einem relativ langen Elektrodenzwischenraumbereich, sondern auch in einem relativ kurzen Elektrodenzwischenraumbereich ausreichend bewirkt werden.

Auch werden die Zündcharakteristiken weiter verbessert (wie in der Kurve N, der Fig. 45 gezeigt), wenn die positive

Elektrode 21 und die negative Elektrode 22 mit der Aussparung c koaxial zueinander angeordnet sind, wie es in der Tabelle 6, Zeile Ng gezeigt wird.

Sogar wenn die Gasreservoir-Aussparung c in der negativen Elektrode 22 in Form eines Durchgangsloches ausgebildet ist, wird der gleiche Betriebseffekt, der vorstehend beschrieben ist, erreicht und die Zündung der mageren Mischung kann ausreichend bewirkt werden, wie es anhand des L*-Wertes nach Seile N- der Tabelle 6 gezeigt wird. Diese Zündkerze zeigt Vorteile darin, daß das Gasreservoir kaum mit Staub verstopft werden kann -u.s.w. und leichter gereinigt xverden kann, wenn es mit Staub verstopft ist.

Beispiel 16

Die Zündkerze dieser Ausgestaltung hat eine Gasreservoir-Aussparung an beiden Elektroden, was in der Tabelle 6, Zeile N_ gezeigt wird. Wie es aus den Zündcharakteristiken der Fig. 45, Kurve N- ersichtlich ist, kann die Zündung der Schwachgasmischung in einer Zündkerze dieser Ausgestaltung

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ν I

ausreichend durch die Kombination des Betriebseffekts der Gasreservoir-Aussparung der positiven Elektrode 21 und des Betriebseffekts der Gasreservoir-Aussparung der negativen Elektrode 22 bewirkt werden.

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Tabelle 6 (Beispiele 13 bis 16)

	Kennzeichen der FL"LS " charakteris tischen Kurven	Typ der Elektroden	Elektroden- Anordnung	geerdete Elektrode ( erste Elektrode 21)	Hochspannungselektrode (zweite Elektrode 22)	Dimensionen (mm)
	(M)	Fig. 32	mit rechtem Winkel	Dimensionen (mn) der Elektrode	Dimensionen (mm)	keine
	N1	Fig. 34	mit rechtem Winkel	2,7 Breite 1,13 Stärke 5 Länge	1,0 Durchmesser	keine
	(N2)		mit rechtem Winkel	2,55 Durchmesser	1,0 Durchmesser	keine
	N3	Fig. 35	coaxial	2,55 Durchmesser	1,0 Durchmesser b	keine
70981	N4	Fig. 36	mit rechtem Winkel	2,55 Durchmesser	1,0 Durchmesser	1,0 Durchmesser 1,93 Tiefe
1/0	(N5)		mit rechtem Winkel	2,55 Durchmesser	2,55 Durchmesser	1,6 Durchmesser (durch die Kugei
co cn O	N6		coaxial	2,55 Durchmesser	2,55 Durchmesser	1,0 Durchmesser 1,84 Tiefe
N7		coaxial	1,0 Durchmesser	2,55 Durchmesser	1,0 Durchmesser 1,84 Tiefe
2,55 Durchmesser	2,55 Durchmesser	V
Dimensionen (nrn) der Aussparung	1,64
0,45 Tiefe 1,13 Breite 0,96 Länge	0,84
1,0 Durchmesser 1,93 Tiefe	0,97
1,0 Durchmesser (durch die Kuge	0,66
1,0 Durchmesser 1,84 Tiefe	0,97
keine	1,03
keine	0,72
keine	0,84
1,0 Durchmesser 1,84 Tiefe

Anmerkung: Die Kurve nach M ist nahezu analog derjenigen von E₁ und die Kurven(N₂)und (NJ sind
nahezu analog derjenigen von N. und werden daher in der graphischen Darstellung
nicht gezeigt.

Das folgende Beispiel 17 bezieht sich auf eine Zündkerze des Drei-Elektroden-Typs, wobei eine Elektrode zwecks Trigger-Entladung ("trigger discharge") den Zündkerzen nach allen Beispielen 1 bis 16 hinzugefügt ist.

Beispiel 17 (Fig. 16)

Eine Zündkerze dieses Beispiels - gezeigt in Fig. 16 wird unter Hinzufügen einer Trigger-Elektrode ("trigger discharge") 33 einer Projektionshöhe h~ hergestellt, die im Hinblick auf den Electro-Flame-Wind, die Form, die Größe und die Anordnung eines kleinen Fluid-Widerstands hat, was in einer Position in der Entfernung L₁₃ von der positiven Elektrode 21 beliebiger der vorgenannten Zündkerzentypen geschieht, z.B. einer Zündkerze nach Fig. 12 mit zwei Elektroden. Die Hauptelektroden 21 und 22 werden einander gegenüberliegend mit einer dazwischenliegenden Hauptelektrodenzwi schenr aument f ernung L₁^ angeordnet=

Bei der Sündkerze dieser Konstruktion ist der Fluid-Widerstand der Elektroden klein und daher die Wärmeleitung G klein. Der HauptentladungsgrenzZwischenraum kann im Hinblick auf einen angelegten Spannungsimpuls bis zu etwa 1,75 mal größer sein als der Entladungsgrenzzwischenraum der vorgenannten zwei Elektroden-Zündkerzen, so daß die Hauptelek-. trodenzwischenraumentfernung L_ und somit das Volumen V des Flammenkerns groß gewählt werden können. Entsprechend wird die Zündbedingung nach der Ungleichung (1) verbessert und demzufolge kann eine sehr magere Mischung gezündet i^erden.

Im Falle der Drei-Elektroden-Zündkerze kann die Zündkerze mittels einer gewöhnlichen Sündstromquelle für zwei Elektroden-Zündkerzen ohne Verwendung anderer Stromquellen be-

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26415U

trieben werden, indem der Pol 34 mit dem metallischen Schraubenteil 29 oder mit einem Hochspannungselektrodenpol über einen Rheostaten oder einen Kondensatoren verbunden wird.

Das folgende Beispiel 18 bezieht sich auf eine Zündkerze des Typs, bei dem eine Oberflächenkriechentladung ("surface creeping discharge") erfolgt und bei der ein Oberflächenkriechentladungsweg auf der Vorderseite eines elektrischen Isolators 24 zwischen einer ersten Elektrode 21 und einer zweiten Elektrode 22 ausgebildet ist.

Beispiel 18 (Figuren 38 bis 40)

Wie in Fig. 38 gezeigt, ragen bei einer Zündkerze dieses Beispiels 18 die erste und die zweite Elektrode 21 und 22 in einer gegebenen Höhe h... bzw. tu über die Front des Oberflächenkriechentladungsweges 44 hinaus. Beide dieser Projektionshöhen h₁ und h„ sind beispielsweise 0,3 mm niedrig oder weniger.

Die F_-L„-Charakteristiken dieser Zündkerze sind bedeutend

L· D

genug verbessert, um die magere Mischung ausreichend zu zünden, wenn sie mit den F -L_-Charakteristiken einer herkömm-

L· b

liehen Zündkerze des Oberfiächenkriechentladungs-Typs (Fig. 37) mit einer ersten Elektrode 1 und einer zweiten Elektrode 2, die beide etwa 0,5 mm über den Oberflächenkriechentladungsweg 4 hinausragen, verglichen werden. Dieser Effekt wird durch eine verbesserte Zündbedingung erreicht, was aus der Ungleichung (1) verständlich ist, da die jeweiligen Projektionshöhen h₁ und h₂ der Elektroden 21 und 22 der Zündkerze klein gewählt worden sind und daher die Dimensionen L der Entladungsfronten der einander gegenüberliegenden Elektroden effektiv klein werden, um den Reibungswiderstand ü£._ und damit die Wärmeleitung G zu vermindern.

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Um eine leichtere Zündung der mageren Mischung zu erreichen, wird empfohlen - wie es in den Figuren 39 und 40 gezeigt wird r die Elektrodenprojektionshöhen über den Oberflächenkriechweg 44 von 0,3 mm oder weniger zu wählen, ähnlich wie bei der Zündkerze nach Fig. 38. Und die Gestalt der Elektroden sollte an der Vorderseite leicht konvex sein. Und auch die Gestalt des Oberflächenkriechentladungsweges 44 des elektrischen Isolators 24 sollte an der Vorderseite eine leicht konvexe Krümmung zeigen.

Zusätzlich wird, um die Hauptelektrodenzwischenraumentfernung aufzuweiten, empfohlen, daß eine eine Trigger-Entladungselektrode zur Zündkerze des Oberflächenkriechentladungs-Typs dieser Ausgestaltung hinzugefügt wird, um eine Zündkerze des Drei-Elektroden-Typs zu verwenden.

Wie erläuternd beschrieben wurde, haben die vorstehend beschriebenen 18 Beispiele von Zündkerzen und Motoren gemäß der Erfindung überlegene Zündcharakteristiken, die eine positive und betriebssichere Zündung unter solchen Bedingungen sicherstellen, bei denen die Kombinationen von Temperatur, Druck und Konzentration der Gasmischung für eine Zündung Schwierigkeiten aufwerfen. Die Zündkerze und der Motor machen es möglich, Schwachgasmischungen eines Luftüberschußverhältnisses F von 1,25 oder mehr zu entzünden und zu brennen und zwar unter normaler Temperatur, 1 Atmosphäre Druck und bei einem Elektrodenzwischenraum enger als L_ = 2 mm und damit unter Bedingungen, unter denen eine Zündung mit herkömmlichen Zündkerzen und Motoren unmöglich ist.

- Patentansprüche -

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Claims (37)

1. Patentansprüche

   Elektrische Zündkerze für Automobilverbrennungsmotoren aus einem mit der Verbrennungsmaschine zu verbindenden metallischen Schraubenteil, einem Elektrodenanschlußteil, einem elektrischen Isolator zum Tragen des Schraubenteils und des Elektrodenanschlußteils in koaxialer Zuordnung zur Trennung dieser Teile und mindestens einem Paar Elektroden, wobei das Paar aus einer ersten Elektrode und. einer zweiten Elektrode besteht, die erste Elektrode von einem auf dem metallischen Schraubenteil gebildeten Träger gehalten wird, die zweite Elektrode stabförmig gestaltet und elektrisch mit dem Elektrodenanschlußteil mittels eines zentralen Leiters, der in der Achse des Schraubenteils und des Isolators angeordnet ist, verbunden ist und wobei die erste und die zweite Elektrode mittels des Isolators voneinander gehalten werden und ein gegebener Zündzwischenraum zwischen den Entladungsfronten eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Fluid-Widerstand gegen den Gasstrom des Flammenkerns der Elektroden vermindert ist, wodurch die Wärmeleitung G des Flammenkerns zu den Elektroden in der folgenden Zündbedingungenungleichung (1) vermindert und diese wiedergegeben wird durch

   - / ^e*P (V^RT) (n₊4,773mF)^n+m* ^V I CO(-l)Be^n+m* ' 3

   wobei J, £ und m* gegeben sind durch

   ^Js= K tW ^+RTs²) /

   £ = ( (76o - p") / 76o ) Rc

   m*= Cl +tf) m,

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   und wobei V das Volumen des Flammenkerns, T dessen Temperatur, T die Temperatur der Elektroden, X. die molare Dichte bei einem Druck von 1 Atmosphäre unbrennbarer·Gase, die nicht Stickstoff erfassen, F, S , P und R das Luftuberschüßverhältnis, der Dichteindex der Moleküle, der absolute Wert des Unterdrucks (mm Hg) im Ansaugrohr bzw. das Kompressionsverhältnis zur Zeit der Zündung in der Gasmischung sind, J praktisch eine Konstante ist, wenn die Abhängigkeiten der Temperatur T des singulären Punkts von den variablen Größen V, G, X., F und £ ausreichend klein sind, wobei E° die Aktivierungs-

   1 ο

   energie in der Arrhenius-Gleichung und eine dem jeweiligen Brennstoff inhärente Konstante ist, n.und m die Molekularitäten der Reaktion des Brennstoffs bzw. des Sauerstoffs sind, sfi ein Parameter ist, der den Beteiligungsgrad von Stickstoff molekül en am Reaktionsablauf wiedergibt, oL ein Multiplikationsfaktor der Kettenträger, R eine Gaskonstante-, B, X, und T Konstanten sind.
2. 2. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) und die zweite Elektrode (22) stabförmig ausgebildet sind, wobei die eine stabförmige Elektrode an ihrem Vorderende eine Entladungsfront aufweist, im Falle eines kreisförmigen Querschnitts der Elektrode einen Durchmesser von 1,7 mm oder weniger und im Falle eines vieleckigen Querschnitts eine längste diagonale Linie von 1,7 mm hat

   und die andere stabförmige Elektrode an der Seite eine Entladungsfront aufweist und 1,2 mm oder weniger breit -und 2 mm oder weniger stark ist.

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   26415U
3. 3. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) stabförmig ausgebildet ist, sich in axialer Richtung unter einer zweiten Elektrode (22) aus einem Träger (23) in gegebener Höhe heraushebt und an ihrem Vorderende eine flache, vertikal zur Achse liegende Entladungsebene aufweist, während sich die zweite Elektrode (22) in gegebener Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) heraushebt und eine flache Entladungsebene mit einem rechten Winkel zur genannten Achse zeigt, während die erste und die zweite stabförmige Elektrode (21, 22) zueinander koaxial angeordnet sind.
4. 4. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) stabförmig ausgebildet ist, sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) in Richtung einer zweiten Elektrode (22) in vertikaler Richtung zur Achse heraushebt und an ihrem Vorderende eine parallel zu der Achse liegende Entladungsebene aufweist, während die zweite Elektrode (22) als stabförmige Elektrode ausgebildet ist, die sich in einer gegebenen Höhe aus dem zentralen Leiter (26) in einer vertikalen Richtung zu dem zentralen Leiter (26) heraushebt und die eine Entladungsebene parallel zu der Achse aufweist und der Entladungsebene der ersten Elektrode (21) gegenüberliegt.
5. 5. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) stabförmig ausgebildet ist, sich vertikal zur Achse unter eine zweite Elektrode (22) aus dem Träger (23) in einer gegebenen Höhe heraushebt und an ihrer Seitenfront eine Entladungsebene aufweist, die einen rechten Winkel zur Achse zeigt, während die zweite Elektrode 022) stabförmig ausgebildet ist und sich in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) heraushebt und an ihrem Vorderende eine Entladungsebene aufweist, die einen rechten Winkel zu der Achse zeigt, wobei

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   die Achsen der ersten und zweiten stabförmigen Elektrode (21, 22) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
6. 6. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) stabförmig ausgebildet ist, sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) in Richtung auf eine zweite Elektrode (22) in einer zur Achse parallelen Richtung heraushebt und an ihrer Seitenfront eine Entladungsfront aufweist, die parallel zur Achse liegt, während die zweite Elektrode (22) stabförmig ausgebildet ist, sich in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) heraushebt und an ihrer Seitenfront eine Entladungsfront aufweist, die parallel zur genannten Achse liegt, wobei die Achsen der ersten und der zweiten stabfömigen Elektrode (-21, 22) parallel zueinander angeordnet sind.
7. 7. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Trigger-Elektrode enthält.
8. 8. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) und/oder die zweite Elektrode (22) eine konvexe Entladungsffont aufweist.
9. 9. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem Träger

   (23) auf eine zweite Elektrode (22) in axialer Richtung heraushebt und an ihrem Vorderende eine Entladungsebene aufweist, die zu der Achse einen rechten Winkel zeigt, während die zweite Elektrode (22) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator

   (24) heraushebt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront zeigt, wobei die erste und die zweite Elektrode (21, 22) in koaxialer Beziehung zueinander angeordnet sind.

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10. 10. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) auf die zweite Elektrode (22) in axialer Richtung
    heraushebt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront zeigt, während die zweite Elektrode (22) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem
    elektrischen Isolator (24) heraushebt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront aufweist, während die
    erste und die zweite Elektrode (21, 22) zueinander in koaxialer Beziehung angeordnet sind.
11. 11. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe vertikal in
    Richtung und unter die zweite Elektrode (22) in vertikaler Richtung zur Achse heraushebt und an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront aufweist, während die zweite Elektrode (22) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator (24) heraus- , hebt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront aufweist, wobei die erste und die zweite Elektrode (21, 22) in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
12. 12. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem Träger (23) auf eine zweite Elektrode (22) in einer zur Achse
    parallelen Richtung heraushebt und an ihrer Seitenfront
    eine konvexe Entladungsfront zeigt, während die zweite
    Elektrode (22) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator (24) herausheht und an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront aufweist, wobei die erste und die zweite Elektrode (21, 22)

    .parallel zueinander angeordnet sind.

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    " ⁸³ " "264
13. 13. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem Träger (23) vertikal in Richtung und unter eine zweite Elektrode (22) in vertikaler Richtung zur Achse heraushebt und an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront aufweist, während die zweite Elektrode (22) eine stabförmige Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator (24) heraushebt und an ihrem Vorderende eine Entladungsebene aufweist, die einen rechten Winkel zur genannten Achse zeigt, wobei die Achsen der ersten und der zweiten Elektrode (21, 22) in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
14. 14. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) eine stabförmige Elektrode ist, die sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) vertikal in Richtung und unter eine zweite Elektrode (22) in einer vertikalen Richtung zur Achse heraushebt und an ihrer Seitenfront eine Entladungsebene aufweist, die einen rechten Winkel zur genannten Achse zeigt, während die zweite Elektrode (22) eine Elektrode darstellt, die sich in einer gegebenen Höhe aus einem elektrischen Isolator

    (24) heraushebt und an ihrem Vorderende eine konvexe Entladungsfront hat, wobei die erste und die zweite Elektrode (21, 22) in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
15. 15. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode kleiner in ihrer Größe ist als die negative Elektrode, wobei in einer Richtung gemessen wird, die in einem rechten Winkel zur Entladungsrichtung steht,
16. 16. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Elektroden (21, 22)

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    an ihrer Seitenfront eine konvexe Entladungsfront und einen gekrümmten ümfangsteil aufweist, der mit der Eiitladungsfront glatt verbunden ist.
17. 17. Elektrische Zündkerze mach Anspruch &„ dadurch "gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Elektrode C 33) zur Trigger-Entladung aufweist-
18. 18. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Elektroden Ϊ21, 221 eine Aussparung ic } oder einen erweiterten Teil fc } auf ihrer Entladungsfront aufweist.
19. 19. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet j, daß sich die erste Elektrode |213 in einer gegebenen Höhe aus einem Träger |23| vertikal auf eine zweite Elektrode {22} zu und in einer vertikalen Richtung zu der Achse heraushebt, sich die zweite Elektrode in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator |241 heraushebt, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Elektrode (21, 22) eine Aussparung Cc 3 in einer JLage aufweist _r die benachbart zur Entladungsfront liegt und auf einer Front liegt, die in kontinuierlichem 'Zusammenhang mit der Ent— ladungsfront steht,.
20. 2 0. Elektrisehe Zündkerze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Elektrode C21) in einer gegebenen Höhe aus dem Träger C23} auf die zweite Elektrode (22) 'hin. in einer vertikalen Richtung 'zu der Achse heraushebt, sich die zweite Elektrode i(22) in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) nerausJiebt und mindestens eine der genannten Elektroden eine Aussparung auf der Entladungsfront in einer Position zeigt, die genau der Entladungsfront der anderen Elektrode gegenüberliegt.

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21. 21. Elektrische Zündkerze■nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) unter eine zweite Elektrode (22) in einer parallelen Richtung zu der Achse heraushebt, sich die zweite Elektrode (22) in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) heraushebt, die erste und die zweite Elektrode (21, 22) koaxial zueinander angeordnet sind und mindestens eine der Elektroden eine Aussparung (c ) auf der Entladungsfront in einer Position aufweist, die genau der Entladungsfront der- anderen Elektrode gegenüberliegt. .
22. 22. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (21) sich in einer gegebenen Höhe aus dem Träger (23) auf eine zweite Elektrode (22) in einer Richtung parallel zur Achse heraushebt, sich die zweite Elektrode (22) in einer gegebenen Höhe aus dem elektrischen Isolator (24) heraushebt, die erste und die zweite Elektrode (21, 22) parallel zueinander angeordnet sind und mindestens eine der Elektroden (21, 22) eine Aussparung auf der Entladungsfront in einer Position zeigt, die genau der Entladungsfront der anderen Elektrode gegenüberliegt.
23. 23. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Elektrode zur Trigger-Entladung aufweist. "
24. 24. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberflächenkrxechentladungsweg zwischen der ersten Elektrode (21) und der zweiten Elek- . trode (22) auf der Oberfläche des Isolators (24) ausgebildet ist.
25. 25. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und die zweite Elektrode

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    (21, 22) 0,3 mm oder weniger über die Oberfläche des Oberflächenkriechentladungswegs herausheben.
26. 26. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenkriechentladungsweg auf einer konvexen Front ist und die erste und die zweite Elektrode (21, 22) sich um 0,3 mm oder weniger über den Oberflächenkriechentladungsweg herausheben.
27. 27. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Elektrode (33) zur Trigger-Entladung aufweist.
28. 28. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ersten und der zweiten Elektrode (21, 22) eine nahezu flache Entladungsebene und einen ümfangsteil aufweist, der mit der flachen Entladungsebene verbunden ist und in einer konvexen Front gebildet ist, die mit der Entladungsebene ohne Kammlinie verbunden ist.
29. 29. Elektrische Zündkerze nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Elektrode ( 33) zur Trigger-Entladung enthält.
30. 30. Verfahren zur Zündung von Automobilverbrennungsmotoren des Schwachgasmischungs-Verbrennungstyps unter Verwendung einer Schwachgasmischung eines Luftüberschußverhältnisses F von F >_ 1 unter den Betriebsbedingungen, insbesondere des Leerlaufs, des Motorbremsens, konstanter Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung, wobei mindestens eine Zündkerze zur Anwendung kommt, die besteht aus einem mit der Verbrennungsmaschine zu verbindenden metallischen Schraubenteil, einem Elektrodenanschlußteil, einem elektrischen Isolator in koaxialer Zuordnung zum Tragen des Schraubenteils und

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    desElektrodenanschlußteils zur Trennung dieser Teile und mindestens einein Paar Elektroden, wobei das Paar aus einer ersten Elektrode und einer zweiten ElektrodeI besteht, die. erste Elektrode von einem auf dem metallischen Schraubenteil gebildeten Träger gehalten wird» die zweite Elektrode stabförmig gestaltet und elektrisch mit dem Elektrodenanschlußteil mittels eines zentralen !Leiters, der in der Achse des Schraiabenteils und des Isolators angeordnet ist„ verbunden ist und wobei die erste und die zweite Elektrode mittels des Isolators voneinander gehaltem werden und ein gegebener Zündzwischenraum zwischen den Entladungsfronten eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die -Sehwachgasmischung gezündet wird, indem die Wärmeleitung <G des Flammenkerns zu den Elektroden in der folgenden Zündbedingungenungleicnung (1.) vermindert und diese wiedergegeben wird durch

    ■ ^¥ :-. -I^ -1!B^ 3,773^nV*

    wobei -J,_w. ζ. und m* gegeben sind durch £ = £ 06ο - Φ~} /76ο j-

    und wobei V das Volumen des IFlammenkerns, Ϊ dessen temperatur, ¹T die temperatur der Elektroden, X. die molare Dichte bei einem Druck von 1 Atmosphäre unbrennbarer Gase,, die nicht Stickstoff : erfassen, iF, £ , p~ und R_ das Iiuftuber— schußverhältnis, der Bicnteindex der Moleküle, der absolute Uert des ünterdrucks tmm Hg) im Ansaugrolhr bzw,; das iRompressionsverhältnis zur Zeit der Zündung in der Gasmischung sind, J praktiscli eine Konstante ist, wenn die Abhängigkei'-■fcen der Temperatur T„ des singülären Punktes von den

    ^09811703SQ .."

    varibalen Größen V., G, X. , F und β ausreichend klein sind, wobei E, die Aktivierungsenergie in der Arrhenius-Gleichung und eine dem jeweüigen Brennstoff inhärente Konstante ist, η und m die Molekularitäten-xler Reaktion-dek^: Brennstoffs bzw. des Sauerstoffs sind, % ein Parameter ist,' der den Beteiliungsgrad von Stickstoffmoleküleh am Reaktiönsablauf wiedergibt, ot ein MultiplikafcLonsfaktör der⁷ Kettenträger, R eine Gaskonstante, B, X-. und If Konstanten sind.
31. 31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß man eine der Elektroden kleiner in ihrer Größe wählt als die andere Elektrode, wobei man die Größe in einer Richtung mißt, die in einem rechten Winkel zu der Entladungs— richtung steht, wobei man die Elektrode kleinerer Größe als positive Elektrode und die andere Elektrode als negative Elektrode verwendet.
32. 32. Automobilverbrennungsjtiotor des Schwächgas—Verbrennungstyps, der besteht aus ^; ■■■■--'-'--.--

    - e iner Verbrennungskammer,

    - einer Einrichtung zur Gewinnung einer mageren Gasmischung eines Luftüberschußverhältnisses von F ^ 1 unter den Betriebbedingungen, wie Leerlauf, Motorbremsung, konstanter Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung,

    - einem Mittel zum Komprimieren der Sauerstoff und Brennstoff enthaltenden Schwachgasmischung unter Veränderung des Verbrennungskammervolumens,und mindestens aus

    - einer elektrischen Zündkerze zum Zünden der komprimierten Schwachgasmischung, wobei die Zündkerze besteht aus

    - einem mit der Verbrennungsmaschine zu verbindenden metallischen Schraubenteil,

    - einem Eelktrodenanschlußteil,

    - einem elektrischen Isolator zum Tragen des Schraubenteils und des Elektrodenanschlußteils in koaxialer Zuordnung zur Trennung dieser Teile, und mindestens

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    einem Paar Elektroden, wobei das Paar aus einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode besteht, die erste Elektrode von einem auf dem metallischen Schraubenteil gebildeten Träger gehalten wird, die zweite Elektrode stabförmig gestaltet und elektrisch mit dem Elektrodenanschlußteil mittels eines zentralen Leiters, der in der Achse des Schraubenteils und des Isolators angeordnet ist, verbunden ist und wobei die erste und die zweite Elektrode mittels des Isolators voneinander getrennt werden und ein gegebener Zündzwischenraum zwischen den Entladungsfronten eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Widerstand gegen den Gasstrom des Flammenkerns der Elektroden vermindert ist, wodurch die Wärmeleitung G des Flammenkerns zu den Elektroden in der folgenden Zündbedingungenungleichung (1) vermindert und diese wiedergegeben wird durch:

    ex_P(E_b/RT)

    (η + 4,773 mF) _{ν (χ)}

    3,773*^m nⁿm^m* (X^)^n+m*

    wobei J, £ und m* gegeben sind durch

    J =(E_b (Tg-T₀) +RT₃ ²) /T
    ε = (76o - p") /76o R_e ,

    m*=

    und wobei V das Volumen des Flammenkerns, T dessen Temperatur, T die Temperatur der Elektroden, X. die molare Dichte bei einem Druck von 1 Atmosphäre unbrennbarer Gase, die nicht Stickstoff erfassen, F, £ , p~ und R das Luftüberschußverhältnis, der Dichteindex der Moleküle, der absolute Wert des Unterdrucks (mm Hg) im Ansaugrohr bzw. das Kompressionsver-

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    hältnis zur Zeit der Zündung in der Gasmischung sind, J praktisch eine Konstante ist, wenn die Abhängigkeiten der Temperatur T_ des singulären Punktes von den varibalen Größen V, G, X., F und £ ausreichend klein sind, wobei E, die Aktivierungsenergie in der Arrhenius-Gleichung und eine dem jeweiligen Brennstoff inhärente Konstante ist, η und m die Molekularitäten der Reaktion des Brennstoffs bzw. des Sauerstoffs sind, ^ ein Parameter ist, der den Beteiligungsgrad von Stickstoffmolekülen am Reaktionsablauf wiedergibt, o\ ein Multiplikation faktor der Kettenträger, R eine Gaskonstante, B, X. und |j Konstanten sind.
33. 33. Automobilverbrennungsmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode (21, 22) der elektrischen Zündkerze stabförmig ausgestaltet sind, wobei die stabförmige Elektrode eine Entladungsfront an ihrem Vorderende und im Falle eines kreisförmigen Querschnitts einen Durchmesser von 1,7 mm oder weniger und im Falle eines vieleckigen Querschnitts eine längste diagonale Linie von 1,7 mm oder weniger hat und wobei die andere stabförmige Elektrode eine Entladungsfront an ihrer Seitenfront und eine Breite von 1,2 mm oder weniger und eine Stärke von 2 mm oder weniger aufweist.
34. 34. Automobilverbrennungsmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode (21, 22) der elektrischen Zündkerze eine konvexe Entladungsfront aufweist.
35. 35. Automobilverbrennungmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Elektroden (21, 22) eine Aussparung (c ) oder einen ausgeweiteten Teil auf ihrer Entladungsfront aufweist.

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36. 36. Automobilverbrennungsmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei der elektrischen Zündkerze auf der Oberfläche"des Isolators (24)'ein Öberflächenkriechehtlä-- dungsweg zwischen der ersten und der zweiten Elektrode

    (21, 22) vorgesehen ist. " ' " ⁴ " ^v- ; '"'■
37. 37. '"""_ Automobilverbrennungsmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei der elektrischen Zündkerze mindestens eine der ersten und der zweiten Elektrode (21/ 22) eine nahezu flache"Entladungsebene und einen¹ Umfangsteil· aufweist, der m|t" der flachen Entlädüngsebene verbunden -und zu einer konvexen Front ausgestaltet ist, die mit der Entladungseberie ohne Kammlinie verbunden ist.

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