DE2734475A1

DE2734475A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2734475A1
Application number: DE19772734475
Authority: DE
Inventors: Bernard Wax
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1978-06-01
Also published as: US4081711A; JPS5368334A

Description

(Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der U.S. Anmeldung Ser. No. 746 175 vom 30. 11. 1976 in Anspruch genommen.)

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem in einem Metallgehäuse befindlichen Kern aus einem isolierenden Werkstoff, einer in dem Kern angeordneten Mittelelektrode und einer mit dem Metallgehäuse verbundenen, mit einem Ende in einem Abstand von dem einen Ende der Mittelelektrode befindlichen Masseelektrode.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen wurden bereits die unterschiedlichsten Ausführungen von Zündkerzen vorgeschlagen. Bei einigen dieser bekannten Zündkerzenausführungen sind die Elektroden in der Weise ausgebildet, daß bei jedem Zündvorgang mehrere Zündfunken entstehen. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung zeigt die U.S. Patentschrift 2 208 059 vom 16. 7. 1940 (J. A. Stahr). Andere bekannte Zündkerzen wiederum weisen selbstreinigende Elektroden auf, und ein Beispiel für derartige Zündkerzen ist beschrieben in der U.S. Patentschrift 1 384 818 vom 19. 7. 1921 (T. T. Bathurst). In der U.S. Patentschrift 3 872 338 vom 18. 3. 1975 des Anmelders ist eine Zündkerze vorgeschlagen worden, bei wel-

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cher beide Elektroden in einen Keramischen Werkstoff eingebettet sind, um elektrische und chemische Korrosion auszuschalten und dadurch die Lebensdauer der Zündkerze zu steigern. Weitere bekannte Zündkerzenausführungen sind mit Hilfseinrichtungen versehen, vermittels welcher die Fortpflanzung der Verbrennungsflamme beeinflußt werden soll. Ein Beispiel dafür ist die U.S. Patentschrift 3 965 384 vom 22. 6. 1976 (K. Yamazaki).

Wenngleich sämtliche bekannten Zündkerzen in unterschiedlichem Maße eine Verbesserung der Betriebseigenschaften bewirken, läßt sich mit keiner dieser Zündkerzen die Leistung der Maschine unter vorgegebenen Betriebsbedingungen steigern.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die eine gesteigerte Kraftstoffausnutzung erbringt und gleichzeitig für längere Lebensdauer ausgelegt ist.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Zündkerze des eingangs genannten Typs ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen in einer zu der die Masseelektrode enthaltenden Mittelebene der Zündkerze senkrechten Ebene an seinen auf einem Durchmesser der Zündkerze liegenden Enden mit dem Metallgehäuse verbundenen Ringbogenaufsatz.

Bei dieser Zündkerze erstreckt sich der beispielsweise halbkreisförmig ausgebildete Ringbogenaufsatz über die Masseelektrode hinweg in einer Ebene, die senkrecht steht zu der die Masseelektrode enthaltenden Mittelebene der Zündkerze.

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Ende der Mittelelektrode in keramischen Werkstoff eingebettet sein. Auch braucht der Ringbogenaufsatz von dem einen zu dem anderen Ende keinen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen.

Weitere Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2-11.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Zündkerze ist von äußerst einfachem Aufbau, weist eine lange Lebensdauer auf und erbringt eine unerwartet hohe Steigerung der Maschinenleistung bei gleichem Kraftstoffbedarf im Vergleich zu einem Betrieb mit Zündkerzen bekannter Ausführung.

Der Ringbogenaufsatz zerteilt die Verbrennungsflamme innerhalb des Zylinders der Brennkraftmaschine und verbessert dadurch den Verbrennungsvorgang. Die sich vom Zündpunkt ausbreitende Wellenfront der Verbrennungsflamme wird durch den als Brennteiler bezeichneten Ringbogenaufsatz in zwei Teile unterteilt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Zündkerze ist im nachfolgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist ein seitlicher Aufriß einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zündkerze.

Fig. 2 ist eine isometrische Ansicht des unteren Endes der Zündkerze.

Fig. 3 ist eine isometrische Zerlegungsdarstellung der Teile am unteren Ende der Zündkerze entsprechend einer anderen Ausführungsform.

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Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5 ist ein seitlicher Aufriß des unteren Endes der Zündkerze entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 3, im zusammengebauten Zustand.

Fig. 6 ist eine isometrische Darstellung eines Brennteilers entsprechend einer abgeänderten Ausführungsform.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den Brennteiler von Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 von Fig. 6.

Fig. 9 ist eine isometrische Ansicht eines

Brennteilers entsprechend einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 10 ist eine Draufsicht auf den Brennteiler von Fig. 9.

Fig. 11-13 sind Teilquerschnitte durch das

untere Elektrodenende, zur Darstellung der Mittelelektrode.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Zündkerze weist einen Keramikkern 10 auf, der in einem Metallgehäuse 11 mit einem Außengewindeabschnitt 12 angeordnet ist. Das untere Ende der Mittelelektrode 13 befindet sich in einem Abstand von einer Masseelektrode 14, während das obere Ende der Mittelelektrode mit einem metallischen Anschluß verbunden ist, der zur Verbindung der Zündkerze mit der Zündanlage einer Brennkraftmaschine dient. Die Masse-

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elektrode erstreckt sich in einer Mittelebene der Zündkerze. Entsprechend der Erfindung ist ein Ringbogenaufsatz 16 mit seinen Enden an dem Außengewindeabschnitt 12 befestigt und weist in seinem Mittelteil einen Abstand von der Masseelektrode 14 auf.

Eine mit in vorstehend beschriebener Weise ausgebildeten Zündkerzen ausgerüstete Brennkraftmaschine entwickelt eine höhere Leistung, gemessen in PS oder kWh, bei einem vorgegebenen Kraftstoffdurchsatz, im Vergleich zur Abtriebsleistung einer mit herkömmlichen Zündkerzen bestückten Maschine. Vergleichsversuche haben gezeigt, daß mit den beschriebenen Zündkerzen ausgerüstete Maschinen eine um 28 bis 55 % höhere Leistung, jeweils in Abhängigkeit von der Maschine, erbringen. Diese Ergebnisse zeigen an, daß die Kraftstoffverbrennung vollständiger und in kürzer Zeit erfolgt. Wenngleich die tatsächlichen Vorgänge noch nicht theoretisch erklärbar sind, wird angenommen, daß der Ringbogenaufsatz 16 als Brennteiler wirkt, welcher die sich vom Elektrodenspalt aus in den Zylinderraum der Maschine hinein ausbreitende Flammenfront unterteilt. Die sich durch diese Unterteilung ergebenden beiden Wellenfronten der Flamme wirken aufgrund der Eigenart der Wellenausbreitung in einer geladenen Atmosphäre gegeneinander und vereinigen sich nicht. Somit ist die Gesamtoberfläche beider Wellenfronten größer als die einer einzigen Wellenfront, wodurch wiederum die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs gesteigert wird.

Der als Brennteiler 16 wirkende Ringbogenaufsatz kann aus einem Metall oder einer Metallegierung hergestellt sein, welche widerstandsfähig sind gegenüber den im Betrieb der Maschine auftretenden hohen Temperaturen. Da der Brennteiler jedoch nicht als Stromleiter dient, kann er auch aus einem anderen Werkstoff wie z.B. aus einem keramischen

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Werkstoff hergestellt sein- In jedem Falle wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Zündkerze einen einzigen Brennteiler von halbkreisförmiger Formgebung aufweist, dessen Enden auf einem Durchmesser der Zündkerze liegen, und der sich in einer zu der die Masseelektrode enthaltenden Mittelebene senkrechten Ebene erstreckt.

In den Figuren 3 bis 5 ist eine Zündkerze entsprechend einer anderen Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Zündkerze ragt die Mittelelektrode 13¹ etwas über die Endfläche des Außengewindeabschnitts 12' des Gehäuses hinaus, und dieser Abschnitt ist außerdem mit einem Innengewinde 17 versehen. In der Endfläche des Außengewindeabschnitts 12' ist eine Ringnut 18 ausgebildet, die zur Aufnahme des allgemein T-förmigen Endabschnitts 19 der Masseelektrode 14¹ dient. Ein Einsatz 21 weist einen Zylindermantel mit Außengewinde und einen Flansch 23 mit zwei Durchbrechungen 24 und einem Bogenschlitz 25 auf. Die Masseelektrode 14' liegt mit ihrem Schenkel zunächst in der gleichen Ebene wie der T-förmige Endabschnitt 19. Beim Zusammensetzen der Zündkerze wird zunächst der Schenkelabschnitt der Masseelektrode nach oben durch den Bogenschlitz 25 im Flansch 23 durchgesteckt und dann der das Außengewinde aufweisende Zylindermantel des Einsatzes 21 in den Gewindeabschnitt 12' des Gehäuses eingeschraubt, wobei der T-förmige Endabschnitt 19 der Masseelektrode in die Ringnut 18 eingesetzt wird. Sobald der Einsatz 21 fest bis zum Anschlag eingeschraubt ist, besteht ein einwandfreier elektrischer Kontakt zwischen der Masseelektrode und dem Außengewindeabschnitt 12', so daß keine Schweißung erforderlich ist. Dann wird das freie Ende der Masseelektrode zur Mittelelektrode 13' hin umgebogen und ein Elektrodenabstand gewünschter Größe eingestellt. Der Brennteiler 16' weist

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Endabschnitte geringeren Durchmessers auf, welche in die Durchbrechungen 24 im Flansch 23 einsetzbar sind. Diese Durchbrechungen 24 halten den Brennteiler in der gewünschten Lage, und dieser kann mit dem Einsatz verschweißt sein. Die Enden des Brennteilers können auch vermittels einer Preßverbindung in die Durchbrechungen 24 eingesetzt sein.

Bessere Betriebsbedingungen werden erzielt, wenn der Brennteiler zwischen seinen beiden Enden keinen gleichförmigen Durchmesser aufweist. So weist beispielsweise der in den Figuren 6 bis 8 dargestellte Brennteiler 16a einen elliptischen Querschnitt auf, wobei der Querschnitt von einem Größtwert in der Mitte zu einem Mindestwert an den beiden Enden abnimmt. Der in den Figuren 9 und 10 dargestellte Brennteiler 16b ist mit einem kannelie-'rten Mittelabschnitt versehen. Diese aerodynamischen Formgebungen des Brennteilers bewirken eine beschleunigte Ausbreitung der Flammenfront um den Brennteiler herum, wodurch vorteilhaft die Kraftstoffverbrennungsgeschwindigkeit gesteigert wird.

Die Betriebseigenschaften der Zündkerze und insbesondere ihre Lebensdauer lassen sich noch wesentlich verbessern, wenn die Spitze der Mittelelektrode in den Kern aus einem isolierenden Werkstoff eingebettet wird. Wie Fig. 11 zeigt, weist der Kern 10' eine Bohrung 27 auf. Die Mittelelektrode 13a ist mit einem integralen Kopfstück 28 versehen und wird durch eine keramische Paste 29 in ihrer Lage gehalten. Vorzugsweise wird zwischen dem Kopfstück 28 und der Endwand der Blindbohrung 27 ein kleiner Zwischenraum belassen, welcher die Ausdehnung und das Zusammenziehen der Metallelektrode ohne Beschädigung des Kerns zuläßt. Entsprechend der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform weist die Mittelelektrode 13b einen gleichförmigen Durchmesser auf, greift.in Graphitpulver 30 ein

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und ist in dieser Lage durch eine keramische Paste 31 gehalten. Entsprechend der Ausführungsform von Fig. 13 besteht die Mittelektrode 13c aus einer Metallpaste, welche die Bohrung im Kern 10' ausfüllt.

- Ansprüche: -

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Claims

Patentansprüche :

1·; Zündkerze mit einem in einem Metallgehäuse befindlichen Kern aus einem isolierenden Werkstoff, einer in dem Kern angeordneten Metallelektrode und einer mit dem Metallgehäuse verbundenen, mit einem Ende in einem Abstand von dem einen Ende der Mittelektrode befindlichen Masseelektrode, gekennzeichnet durch einen in einer zu der die Masseelektrode (14) enthaltenden Mittelebene der Zündkerze senkrechten Ebene an seinen auf einem Durchmesser der Zündkerze liegenden Enden mit dem Metallgehäuse (11) verbundenen Ringbogenaufsatz (16, 16a, 16b).
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbogenaufsatz (16b) einen kannelierten Abschnitt aufweist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbogenaufsatz (16a) im Querschnitt elliptisch ausgebildet ist.
4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbogenaufsatz aus einem keramischen Werkstoff besteht.
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbogenaufsatz eine halbkreisförmige Formgebung aufweist.
6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) der Zündkerze aus einem keramischen Werkstoff besteht und das der Masseelektrode (14) benachbarte Ende der Mittelelektrode (13,

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13a, 13b) überdeckt.
7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (13a) in einer Bohrung (27) des Kerns (10*) angeordnet ist und benachbart der Masseelektrode (14) ein verbreitertes Kopfstück (28) aufweist.
8. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (13b) in einer Bohrung (27) des Kerns (10') angeordnet und am Boden des Kerns von Grafitpulver ( ) umgeben ist.
9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endfläche des Metallgehäuses (11) eine Ringnut (18) und ein Innengewinde (17) ausgebildet sind, ein zylindrischer Einsatz (21) mit Außengewinde in das Innengewinde eingeschraubt ist und einen Flansch (23) mit einem Schlitz (25) aufweist, und die Masseelektrode (14') durch den Schlitz (25) durchgreift und einen in die Ringnut (18) eingesetzten Endabschnitt (19) aufweist.
10. Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (23) des Einsatzes (21) mit zwei Durchbrechungen (24) versehen ist und die Endabschnitte kleineren Durchmessers des halbkreisförmigen Ringbogenaufsatzes (16) in die Durchbrechungen eingesetzt sind.
11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (13c) aus einem Metallpulver besteht.

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