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Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine bekannte Zündkerze nach der FR-PS 572 446
hat einen Hohlraum und mehrere in diesem in seiner Längsachse hintereinander angeordnete,
als kreisrunde Scheiben ausgebildete Elektroden, die an einem Tragstiel befestigt
sind. Der Tragstiel besteht durch und durch aus Metall und ist in einem Isolator
verankert. Um diese Elektroden herum ist eine gemeinsame Masseelektrode mit Abstand
angeordnet. Die Masseelektrode hat die Form eines Rohres und ist in einen hohlen
Gewindehals der Einschraubfassung der Zündkerze eingebaut. Die isoliert angeordneten
Elektroden und die Masseelektrode bilden mehrere Funkenstrecken, die von einer Gemischeinlaßöffnung
im Gewindehals unterschiedlich weit entfernt sind. Diese Zündkerze ist für eine
Brennkraftmaschine bestimmt und ihre Gemischeinlaßöffnung mündet in einen Brennraum
der Brennkraftmaschine.
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Je nach Belastung und Drehzahl der Brennkraftmaschine hat ein in die
Gemischeinlaßöffnung der Zündkerze einströmendes Brennstoff-Luft-Gemisch zwischen
der dort angeordneten Elektrode und der zugeordneten Masseelektrode und auch zwischen
dieser und den nachfolgend angeordneten Elektroden sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten
lind fließt auch un-terschiedlich
weit in Richtung des Isolators.
Beim Überspringen von Zündfunken zwischen den einzelnen Elektroden und der Masseelektrode
findet die sicherste Entflammung des Gemisches dort statt, wo es die geringste Geschwindigkeit
hat, denn diese geringste Geschwindigkeit vermindert die Gefahr, daß das Gemisch
nach dem Verlöschen des Zündfunkens ausgeblasen wird. Weil aber die Durchlaßquerschnitte
zwischen den scheibenförmigen Elektroden und der gemeinsamen rohrartigen Masseelektrode
relativ klein sind im Vergleich zu dem lichten Querschnitt der Masseelektrode, sind
die Strömungsgeschwindigkeiten des Gemisches zu hoch, so daß die Gefahr des Verlöschens
von Flammen besteht. Um die scheibenförmigen Elektroden bei hoher Belastung und
hoher Drehzahl der Maschine gegen eine Erhitzung auf Glühzündungstemperatur zu schützen,
muß der Tragstiel beachtliche Mengen von Wärme den Elektroden entziehen und an den
Isolator, der über die Einschraubfassung von der Brennkraftmaschine gekühlt wird,
ableiten. Aus diesem Grund soll der Tragstiel einen möglichst großen Querschnitt
haben.
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Der große Querschnitt ist allerdings dann von Nachteil, wenn die Brennkraftmaschine
in kaltem Zustand gestartet wird und im Leerlauf oder bei geringer Belastung läuft.
Dann erreichen nämlich die isoliert angeordneten Elektroden und dasjenige Ende des
Isolators, das diesen Elektroden zugekehrt ist, die für einen störungsfreien Lauf
erforderliche sogenannte Freibrenntemperatur nur sehr verzögert oder gar nicht.
Dies führt zu Zündaussetzern infolge von Verschmutzung der Elektroden und des Isolators.
Wegen mangelhafter Erwärmung innerhalb der Zündkerze wird das Gemisch schlecht aufbereitet
und entflammt sich deshalb nur langsam, Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße
Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Hauptanspruch hat die Vorteile,
daß im Bereich der stiftartig ausgebildeten Elektroden wesentliche
kleinere
Geschwindigkeiten, die das Risiko des Ausblasens von Flammen unterbinden, auftreten,
und daß ihr Tragstiel unterhalb einer vorgewählten Verdampfungstemperatur des in
ihm eingeschlossenem verdampfbaren Mediums eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt
und bei Erreichen der Verdampfungstemperatur, die in der Höhe einer gewünschten
Betriebstemperatur der Zündkerze liegt, eine gegenüber einem ganz aus Metall bestehenden
Tragstiel eine wesentlich höhere Wärmeabführleistung erreicht. Dadurch findet nach
dem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein schneller Temperaturanstieg an den Elektroden
und an dem Isolator statt, selbst wenn die Maschine nur wenig belastet ist. Bei
hoher Belastung der Maschine erfolgt eine sehr wirksame Kühlung, die eine Überhitzung
der Elektroden und des Isolators auf die nachteilige Glühzündungstemperatur verhindert.
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Die Maßnahme nach dem Anspruch 2 bewirkt eine temperaturabhängige
Wärmeleitfähigkeit der Elektrode, die an den Brennraum angrenzt, so daß sie die
selben Eigenschaften wie der Tragstiel aufweist. Die Maßnahme nach dem Anspruch
3 bewirkt einen besonders guten Wärmeübergang von der Elektrode zu dem Tragstiel,
so daß auch bei sehr unterschiedlichen Belastungen der Brennkraftmaschine die Temperatur
der Elektrode gleich bleibt.
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Durch die Weiterbildung nach den Merkmalen des Anspruchs 4 wird ein
in die Zündkerze einströmendes Brennstoffluftgemisch in Drehung um die Längsachse
der Zündkerze versetzt, so daß sich in dem Gemisch der Gehalt an Brennstoff zur
Masseelektrode hin vergrößert. Dies hat den Vorteil, daß ein zündwilliges Gemisch
selbst dann zwischen den Elektroden zur Verfügung steht, wenn die Brennkraftmaschine
ein Gemisch mit Luftüberschuß ansaugt. Diese Maßnahme ist auch unabhängig von den
kennzeichnenden Merkmalen der vorangegangenen Ansprechen anwendbar. Die Merkmale
nach den Ansprüchen 5, 6,
7 und 8 geben vorteilhafte Ausgestaltungen
an. Die Maßnahme nach dem Anspruch 9 bewirkt im Bereich der stiftartigen Elektroden
eine wesentliche Verlangsamung der Geschwindigkeit des Gemisches gegenüber derjenigen;
die entlang des Leitkörpers auftritt. Dadurch wird zwischen den stiftartigen Elektroden
und der Masselektrode die Gefahr, daß frisch entzündetes Gemisch ausgeblasen wird,
beseitigt.
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Die Elektroden können in billiger Weise durch Schweißen oder Löten
an dem Tragstiel befestigt werden.
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Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 10, 11, 12 und 13 bewirken im Bereich
der Masseelektrode eine kleinräumige Turbulenz mit dem Vorteil, daß insbesondere
nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine gegen die Masseelektrode geschleuderte
Brennstofftröpfchen intensiv mit Luft in Berührung gebracht und zu einem zündwilligem
Gemisch aufbereitet werden. Diese Maßnahmen sind auch unabhängig von den Merkmalen
der vorangegangenen Ansprüche anwendbar.
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Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Zündkerze im Längsschnitt,
Figur 2 die Zündkerze nach Figur 1 in der Untersicht und Figur 3 eine Einzelheit
der Zündkerze nach der Figur 1 in der Seitenansicht.
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Beschreibung Die Zündkerze 2 hat eine Einschraubfassung 3 mit einem
hohlen Gewindehals 4 und einem Schüsselansatz 5, eine Masseelektrode 6, einen Isolator
7, einen Tragstiel 8, Elektroden 9 und 10, einen mit dem Tragstiel 8 verbundenen
Anschlußstift 11 und zwei Dichtungen 12, 13.
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Der Isolator Y ist unter Beiffigurlg der Dichtungen 12, 13 in die
Einschraubfassung eingesetzt und eingebördelt.
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Ein Schrumpfwulst 14 spannt den Isolator 7, die Dichtungen 12, 13
und die Einschraubfassung 3 gegeneinander.
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Der Isolator 7 ist auf seiner gesamten Länge hohl ausgebildet und
nimmt den Tragstiel 8 auf. Der Tragstiel 8 ist vorzugsweise mittels einer Glasschmelze
15 in dem Isolator 7 befestigt. Der Tragstiel 8 ist rohrartig ausgebildet und nimmt
Kapillaren 16 und ein verdampfbares Medium 17 auf.
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Die Kapillaren 16 werden beispielsweise von einem Metallgeflecht gebildet.
Zusätzlich kann noch ein Gas 18 in den Tragstiel 8 eingeschlossen sein. Dieses Gas
bestimmt die Verdampfungstemperatur des Mediums 17. An seinem einen Ende ist der
Tragstiel 8 mittels des Anschlußstiftes 13 verschlossen. Am anderen Ende ist eine
aus Blech tiefgezogene Kappe 19 dicht befestigt. Diese Kappe 19 und das mit ihm
verbundene Ende des Tragstiels 8, das trompetenartig erweitert ist, bilden die Elektrode
9. Die Elektroden 10 sind zwischen der Elektrode 9 und dem Isolator 7 an dem Tragstiel
8 befestigt. Die Elektroden 9, 10 haben zu der Masseelektrode 6 Abstände, die Funkenstrecken
20, 21 bilden. Die Funkenstrecke 20 hat einen größeren Abstand von dem Isolator
7 als die Funkenstrecken 21.
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Die Masseelektrode 6 ist in dnn Gewindehals 4 eingesetzt und hat eine
Ausnehmung 22, die an den Gewindehals 4 angrenzt. Diese Ausnehmung 22 ist mittels
des Gewindehalses 4 dicht verschlossen und nimmt ebenfalls Kapillaren 23, ein verdampfbares
Medium 24 und ein Gas 25 auf.
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Die Zündkerze 2 ist in einen Zylinderkopf 26 einer Brennkraftmaschine
oder in deren nicht dargestellten Zylinderblock eingeschraubt. Nach Inbetriebnahme
der Brennkraftmaschine springen zwischen den It'1ektr)dfll 6 ind 9 b/.w 10 Ziind-
Lunken
übtsr und z.ünden cin 13rennstorrlllftgemisch, das von der Brennkraftmaschine in
die Zündkerze 2 hineingedrückt wurde. Das entzündete Gemisch erwärmt die Elektroden
6, 9 und 10 sowie den Tragstiel 8. Sobald an irgendeiner Stelle der Elektrode 6
oder 9 oder dem Tragstiel 8 die von dem Gas 18 bzw. 25 gesteuerte Verdampfungstemperatur
des Mediums 17 bzw. 24. erreicht wird, verdampft dieses Medium und gelangt durch
die Kapillaren 16 bzw. 23 zu kühleren Stellen und kondensiert dort zur Flüssigkeit.
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Das kondensierte Medium strömt dann durch die Kapillaren zu den Stellen
zurück, an denen es zuvor verdampft wurde.
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Dadurch nimmt die Elektrode 6 bzw. der Tragstiel 7 und die von ihm
und der Kappe 19 gebildete Elektrode 9 überall die gleiche Temperatur an. Überflüssige
Wärmemengen werden über den Gewindehals 4 an den Zylinderkopf 26 bzw.
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die Glasschmelze 15, den Isolator 7, die Dichtungen 12, 13 und die
Einschraubfassung 3 an die umgebende Luft und den Zylinderkopf 26 abgeführt. Unterhalb
der genannten Verdampfungstemperatur findet ein Wärmetransport in Form von Wärmedurchgung
statt. Der WiErlntXl,rrluTlort, ri Form von Warmedurchgang ist bekanntlich wesentlich
kleiner als der Wärmetransport durch Verdampfen, Wegführen des Dampfes und Kondensieren
desselben sowie Zurückführen des kondensierten Mediums an die zu kühlende Stelle.
Dadurch werden ein Konstanthalten der Betriebstemperatur auch bei unterschiedlicher
Belastungen der Maschine und ein schneller Temperaturanstieg der kalten Zündkerze
bis zur Betriebstemperatur ertrtsi cht,.
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Die Kappe 19 ist als Leitkörper ausgebildet und hat zu diesem Zweck
Leitflächen 27. Die Leitflächen 27 verlaufen von der Mitte der Kappe 19 ausgehend
spiralig in Richtung der Elektrode 9 und können durch Einprägen von Rippen oder
Sicken
hergestellt sein. Die Kappe 19 ist vorzugsweise nach Art eines Kegelmantels geformt.
Von der Brennkraftmaschine verdichtetes und gegen die Zündkerze 2 geschobenes Brennstoffluftgemisch
strömt vor dem Durchtritt durch die Funkenstrecke 20 an dem Leitkörper 19 entlang
und wird von dessen Leitflächen 27 in eine Drehung um die Längsachse des Tragstiels
8 versetzt. Dadurch bewegt sich das Brennstoffluftgemisch nach dem Durchtritt durch
die Funkenstrecke 20 in einer wendelartigen Strömung entlang der Masseelektrode
6 in Richtung der Elektrode 10. Die Drehbewegung des strömenden Brennstoffluftgemisches
bewirkt, daß der Brennstoff zur Masseelektrode 6 hin beschleunigt wird und dort
ein brennstoffreicheres, zündwilligeres Gemisch zur Folge hat. Dieses angereicherte
Gemisch gelangt in die Funkenstrecken 21 und kann dort gezündet werden.
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Entlang der Masseelektrode 6 hat das Gemisch infolge Wandreibung eine
im Vergleich zur Einströmgeschwindigkeit geringere Geschwindigkeit, so daß nach
einer Zündung mittels der Elektroden 6 und 10 nicht die Gefahr besteht, daß eine
Flamme in Folge hoher Geschwindigkeit gelöscht wird. Weil der lichte Querschnitt
eines Hohlraumes 28, der sich zwischen der Masseelektrode 6 und dem Tragstiel 8
im Bereich der Elektroden 10 befindet, eine wesentlich größere Querschnittsfläche
einnimmt als die Ringkreisfläche der Funkenstrecke 20 um die Elektrode findet eine
weitere erwünschte Verlangsamung der Geschwindigkeit des eingeströmten Gemisches
statt. Auf dem Weg zu den Elektroden 10 erfolgt eine Erwärmung des Gemisches durch
Kontakt mit der Masseelektrode 6, dem Leitkörper 19 und dem Tragstiel 8.
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Die Erwärmung bewirkt eine Steigerung des Zündwilligkeit.
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Solange jedoch die Masseelektrode 6, der Leitkörper 19 und der Tragstiel
8 ihr vorbestimmte Betriebstemperatur noch nicht erreicht haben, besteht infolge
der wendelartigen Strömung des Gemisches die Gefahr, daß Brennstofftropfen
gegen
die Masseelektrode 6 geschleudert werden, in die Funkenstrecken 21 gelangen und
dort die Zündspannung kurzschließen können. Um dies zu vermeiden, ist die Masseelektrode
an ihrer Oberfläche rauh ausgebildet, so daß entlang der Masseelektrode 6 eine Turbulenz
entsteht, die die Brennstofftröpfchen intensiv mit Luft in Kontakt bringt und dadurch
zu einem zündwilligen Gemisch vermengt. Die Rauhigkeit wird gebildet durch nach
Art von Gewindegängen verlaufende Nuten 29. Die Steigungsrichtung dieser Nuten 29
ist entgegengesetzt zur Steigungsrichtung der Leitflächen 27 gewählt, so daß die
Strömungsrichtung des Gemisches möglichst rechtwinkelig zu der Richtung der Nuten
29 verläuft. Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt je nach Belastung und Drehzahl
der Maschine das Entzünden von Brennstoffluftgemisch entweder überwiegend in den
Funkenstrecken 21 oder der Funkenstrecke 20. Die Funkenstrecke 20 wird eine Zündung
dann vornehmen, wenn von der Brennkraftmaschine wenig Gemisch eingesaugt wurde und
dieses deshalb nur mit geringer Geschwindigkeit durch diese Funkenstrecke 20 strömt
und gegen den Widerstand von Restgasen, die sich im Hohlraum 28 befinden, möglicherweise
nicht bis zu den Elektroden 10 vordringt.
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Die Leitflächen können auch gebildet werden von Leitschaufeln, die
auf die Kappe 19 aufgeschweißt oder aufgelötet sind.