-
Hochspannungszündkerze
-
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Hochspannungszündkerze
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Hochspannungszündkerze, die prinzipiell
bereits in der DE-PS 633 409 beschrieben wurde, ist jedoch nicht zur optimalen Zündung
und Verbrennung von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen mit kompaktem
Brennraum bzw. mit Schichtladung und auch nicht zur Zündung derartiger Gemische
in Vorkammern geeignet, weil sich ihre Funkenstrecke bei derartigen Brennkraftmaschinen
in ungünstiger Position im Brennraum befindet. Bekannt sind weiterhin Hochspannungszündkerzen
mit Funkenstrecken, die aufgrund weiter aus dem Metallgehäuse herausragender Elektroden
im Brennraumbereich mit guter Zündmöglichkeit für Kraftstoffdampf-Luft-Gemische
liegen (DE-OS 2 050 330 und 2 120 250); derartige Hochspannungszündkerzen neigen
jedoch bei Annäherung an Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine zu Glühzündungen,
welche infolge von zu heißen Elektrodenoberflächen ausgelöst werden.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungesmäße Hochspannungszündkerze
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß sie ihre Funkenstrecke im optimalen Zündbereich des Brennraumes bzw. der Vorkammer
genannter Brennkraftmaschinen hat und keine Glühzündungen aufgrund zu heißer Elektrodenoberflächen
verursacht. Zündkerzen gemäß der Erfindung verringern außerdem die Klopfneigung
von Brennkraftmaschinen, sie erlauben daher eine Verdichtungserhöhung im Brennraum,
wenn man ihre Funkenstrecke mit vergrößertem Abstand von der Brennraumwandung angeordnet.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Hochspannungszündkerze möglich.
-
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine vergrößert dargestellte, teilgeschnittene Hochspannungs zündkerze mit stirnseitig
zur Mittelelektrode angeordneter Funkenstrecke, wobei die als Wärmerohr ausgebildete
Masselektrode drahtförmig ist, Figur 2 eine vergrößert dargestellte, teilgeschnittene
Hochspannungszündkerze mit mehreren seitlich zur Mittelelektrode angeordneten Funkenstrecken,
wobei mehrere Metallstücke als Masseelektroden an einem zylindrischen Wärmerohr
befestigt sind, und Figur 3 eine Unteransicht der Hochspannungszündkerze nach Figur
2.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Figur 1 dargestellte
erfindungsgemäße Hochspannungszündkerze 10 besitzt ein metallisches, im wesentlichen
rohrförmiges Gehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubgewinde 12 und ein
Schlüsselsechskant 13 für den Einbau der Zündkerze 10 im Motorkopf aufweist und
mit seiner Längsbohrung 14 einen Teil eines Isolators 15 umfaßt. Der Isolator 15
hat an seiner Außenseite Schultern 16 und 17, mit denen er unter Zwischenschaltung
von Dichtringen 18 und 19 im Gehäuse 11 durch übliches Bördeln und Warmschrumpfen
des Gehäuses 11 festgelegt ist. Der Isolator 15 weist eine Längsbohrung 20 auf,
welche im Bereich des Isolatorfußes 21 einen Absatz 22 aufweist. In dieser Isolatorlängsbohrung
20 befindet sich anschlußseits ein Anschlußbolzen 23, der aus Stahl besteht, anschlußseits
ein Anschlußgewinde 24 hat und am in die Isolatorlängsbohrung 20 ragenden Endabschnitt
eine Bördelung 25 als Verankerungshilfe aufweist; ein an den Anschlußbolzen 23 angestauchter
Flansch 26, der auf der anschlußseitigen Stirnseite 27 des Isolators 15 aufliegt,
dient zur Längenfixierung des Anschlußbolzens 23 in der Isolatorlängsbohrung 20.
Auf das Anschlußgewinde 24 ist eine Anschlußmutter 28 aufgeschraubt, auf welche
ein nicht dargestellter Anschlußstecker aufgeschoben wird; bei anderen Ausführungsformen
derartiger Hochspannungszündkerzen 10 wird auf eine solche Anschlußmutter 28 verzichtet
und ein nicht dargestellter Anschlußstecker direkt auf das Anschlußgewinde 24 aufgesteckt.
In der Isolatorlängsbohrung 20 ist mit Abstand von dem die Bördelung 25 tragenden
Endabschnitt des Anschlußbolzens 23 der anschlußseitige Endabschnitt einer Mittelelektrode
29 fixiert, die mit einem Flansch 30 auf dem Absatz 22 in der Isolatorlängsbohrung
20
aufliegt und zündseits aus dem Isolatorfuß 21 und der zündseitigen
Gehäuse-Stirnfläche 31 herausragt. Die Stirnfläche 32 der Mittelelektrode 29 steht
etwa 15 mm aus dem Gehäuse 11 heraus und dem freien Endabschnitt einer am Gehäuse
12 befestigten, hakenförmigen Masselektrode 33 mit Abstand gegenüber. Der zwischen
der Mittelektroden-Stirnfläche 32 und dem freien Endabschnitt der Masseelektrode
33 gebildete Spalt stellt die Funkenstrecke 34 dieser Hochspannungszündkerze 10
dar.
-
Mittelelektrode 29 und Masseelektrode 33 sind erfindungsgemäß als
sogenannte Wärmerohre ausgebildet: Sie bestehen aus einem beidseitig geschlossenen
Rohrkörper 35 bzw. 35', der aus irgendeinem gegenüber Heißgaskorrosion beständigem
Metall besteht und in dessen Innenraum 36 bzw. 36' sich bekannterweise ein (nicht
dargestelltes) Wärmetransportmedium wie beispielsweise Natrium oder Kalium befindet;
an der Innenwand der rohrförmigen Mittelelektrode 29 bzw. 33 befindet sich eine
nicht dargestellte Kapillarstruktur (z.B. eine dünne Gazeschicht oder auch als Rillen
im Metallrohr 35 bzw. 35'), die die beiden Bodenteile der Mittelelektrode 29 miteinander
verbindet. Die dem Brennraum der Brennkraftmaschine ausgesetzten Teile der beiden
Elektroden 29 und 33 führen die in diesem Bereich befindliche Wärme mittels des
verdampfenden Wärmetransportmediums schnell in Richtung des anschlußseitigen Bereichs
der Hochspannungszündkerze 10 ab: Die Wärme der Mittelelektrode 29 wird dabei über
einen bekannten elektrisch leitenden Glas schmelzfluß 37 und den mittleren Bereich
des Isolators 15 an das Gehäuse 11 und weiter an den Motorblock abgegeben. Die Wärme
der Masseelektrode 33 wird direkt dem Gehäuse 11 im Bereich des Gewindes 12 zugeführt
und von dort aus auf dem Motorblock abgegeben. Der
Glasschmelzfluß
37 stellt die leitende Verbindung zwischen dem Anschlußbolzen 23 und der Mittelelektrode
29 dar.
-
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat die Mittelelektrode
29 einen Außendurchmesser von 4 mm, eine Wanddicke von 0,4 mm und ragt 15 mm aus
der Gehäuse-Stirnfläche 31 hervor; als nicht dargestellte Kapillarstruktur ist eine
Gazeschicht aus korrosionsfestem Metall (wie z.B.
-
V2A) verwendet, die etwa 0,1 mm dick ist. Die Masseelektrode 33 hat
einen Außendurchmesser von 3 mm, eine Wanddicke von 0,3 mm und steht mit ihrem freien
Endabschnitt mit 0,8 mm Abstand der Mittelelektroden-Stirnflächen 32 gegenüber;
um einen zügigen Wärmeübergang von der Masseelektrode 33 zum Gehäuse 11 zu erzielen,
ragt das anschlußseitige Ende der Masselektrode 33 etwa 6 mm in das Gehäuse 11 hinein
und ist durch Anschweißen relativ großflächig mit dem Gehäuse 11 verbunden. Im Innenraum
36 der Mittelelektrode 29 bzw. im Innenraum 36' der Masseelektrode 33 befindet sich
Natrium als Wärmetransportmedium.
-
Es sei erwähnt, daß die Durchmesser der Elektroden 29 und 33 etwa
zwischen 2 und 5 mm sein können, eine Wandstärke von etwa 0,3 bis 0,4 mm aufweisen
können und - je nach Anwendungsfall - zwischen 5 und 30 mm aus dem Gehäuse 11 herausragen
können. Wärmerohre sind beispielsweise bekannt aus der DE-PS 27 48 711.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Zündkerze kann die Funkenstrecke 34
so weit in den Brennraum von Brennkraftmaschine hineinverlegt werden, daß sich optimale
Motoreigenschaften ergeben; bei den bisherigen Zündkerzen mit weit in den Brennraum
ragenden Elektroden war das nicht ohne Einschränkung
möglich, weil
sich dabei bei Annäherung an den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine Glühzündungen
einstellten, die von der zu heißen Elektrodenoberfläche ausgelöst wurden. Die als
Wärmerohr ausgebildeten Elektroden 29 und 33 führen die Wärme jedoch schnell ab
und verhüten demzufolge diese Glühzündungen.
-
Die erfindungsgemäßen Zündkerzen sind besonders zur Zündung von homogenen
Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen bei Brennkraftmaschinen mit kompaktem Brennraum geeignet,
wobei die Funkenstrecke 34 etwa im Bereich des Brennraum-Zentrums erfolgen kann;
hierdurch läßt sich die Klopfneigung der Brennkraftmaschine vermindern und/oder
kann die Verdichtung der Brennkraftmaschine erhöht werden.
-
Des weiteren ist die erfindungsgemäße Zündkerze auch für Schichtladungsmotoren
mit offenem Brennraum bevorzugt einsetzbar, und zwar, weil mittels der extrem langen
Elektroden 29 und 33 die Zündung in den Bereich optimaler Kraftstoffdampf-Luft-Gemische
bzw. optimaler Luftüberschußwerte (Lambda) gelegt werden können. Des weiteren ist
die erfindungsgemäße Zündkerze auch für Brennkraftmaschinen mit Vorkammer besonders
gut geeignet, wobei die zündseitigen Endabschnitte der Elektroden 29 und 33 in die
nicht dargestellte Vorkammer ragen und mit ihrer Funkenstrecke 34 vorzugsweise in
der Nähe des Einschußkanals derartiger Vorkammern angeordnet sind.
-
In den Figuren 2 und 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Hochspannungszündkerze
10' dargestellt, die sich von der in Figur 1 dargestellten Hochspannungszündkerze
10 nur durch andere Masseelektroden 33' unterscheidet:
Die Masseelektrode
33' hat ein ringförmiges Wärmerohr 38, das mit seinem einen Endabschnitt im zündseitigen
Endabschnitt des Gehäuses 11' großflächig befestigt ist und am freien Endabschnitt
mit einer Anzahl von aus heißgaskorrosionbeständigem Material bestehenden Metallstücken
39 versehen ist, die mit Abstand und seitlich zum zündseitigen Endabschnitt der
Mittelelektrode 29' angeordnet sind.
-
Die zwischen der Mittelelektrode 29' und den am ringförmigen Wärmerohr
38 angeschweißten Metallstücken 39 befindlichen Spalte stellen die Funkenstrecken
34' dar. Auch bei dieser Hochspannungszündkerze 10' ragt das Wärmerohr 38 mit den
Metallstücken 39 und die Mittelelektrode 29' zwischen 5 und 30 mm aus dem zündseitigen
Ende des Gehäuses 11' heraus; der innere Aufbau des Wärmerohres 38 entspricht im
wesentlichen dem beschriebenen Aufbau der Masseelektrode 33 in der Hochspannungszündkerze
10 nach Figur 1. Es sei erwähnt, daß anstelle von mehreren Metallstücken 39 als
Teil einer Masseelektrode 33' aucheringförmiges Metallstück Anwendung finden kann,
daß anstelle eines ringförmigen Wärmerohres 38 mehrere rohrförmige Wärmerohre mit
daran befestigten Metallstücken 39 den gleichen Zweck erfüllen können oder daß auch
der freie Endabschnitt der Masseelektrode in Figur 1 mit einem derartigen Metallstück
versehen sein kann. Für die Anwendung dieser Hochspannungszündkerze 10' gilt das
gleiche was auch für die Hochspannungszündkerze 10 nach Figur 1 ausgeführt wurde.