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Zündkerze für Kolbenbrennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine durch die US-PS 14 03 886 bekannt gewordene
Zündkerze hat eine Kammer, eine in diese führende zentrale Überströmöffnung, deren
Umfang als ringförmige Elektrode dient, eine i-soliert angeordnete Mittelelektrode,
die in die Überströmöffnung ragt, sowie vier Gemischeinlaßöffnungen, an die sich
Kugelventile anschließen. Die Ventilkugeln sind in Bohrungen geführt, die mittels
Schlitzen seitlich zu der Kammer hin geöffnet sind. Während eines Verdichtungshubs
einer Brennkraftmaschine werden die Ventilkugeln von ihren Sitzen abgehoben, und
zu entflammendes Gemisch strömt zunächst auf die Ventilkugeln zu, wird von diesen
abgelenkt und gelangt im wesentlichen durch die Schlitze in die Kammer. Nach der
Zündung drängen Gase zu den Gemischauslaßöffnungen und drükken dabei auch gegen
die den Ventilsitzen zugekehrten Zonen der Ventilkugeln. Dadurch wird besonders
dann, wenn sich in den Bohrungen Ablagerungen aus Öl oder Verbrennungsrückständen
gebildet haben, las Schließen der Ventile behindert und gegebenenfalls verhindert.
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Die Ventilkugeln bekommen dabei nur noch einen mangelhaften oder gar
keinen Kontakt mehr mit ihren Sitzen und werden dadurch nicht genügend gekühlt und
erleiden
Schaden. Eine durch die DE-OS 29 16 285 bekannt gewordene
Zündkerze mit einer Kammer hat im wesentlichen tangential zur Kammer ausgerichtete
Überströmöffnungen und eine Gemischeinlaßöffnung sowie ein an diese sich anschließendes
Plattenventil. Eine Mittelelektrode ist zur Umfangswand der Kammer hin gerichtet.
Gegenüberliegend zur Mittelelektrode dient die Umfangswand als Masseelektrode.
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Das Plattenventil ist in einem Bereich zwischen den Elektroden und
dem Ende der Kammer, das an einen die Mittelelektrode tragenden Isolator angrenzt,
angeordnet und behindert deshalb den Bau von Zündkerzen mit kleinen Einschraubgewindedurchmessern.
Zündkerzen mit Kammern und kleinen Einschraubgewindedurchmessern sind zum nachträglichen
Umrüsten von seither mit normalen Kerzen betriebenen Brennkraftmaschinen erwünscht.
Solche Zündkerzen lassen sich aber auch leichter in Neukonstruktionen unterbringen.
Weil Zündkerzen mit Kammern in der Anschaffung teuerer als normale Zündkerzen sind,
stellte sich auch die Aufgabe, die Lebensdauer der Zündkammerkerzen zu erhöhen.
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Vorteile der Erfindung Die Zündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs läßt sich sehr schlank ausbilden und ist in einfacher Weise herstellbar.
Das kennzeichnende Merkmal nach dem Anspruch 2 ergibt einen besonders billigen Aufbau
der Zündkerze und bewirkt einen bestmöglichen Wärmeübergang von dem Ventilsitz zur
Fassung, die von der Brennkraftmaschine in üblicher Weise gekühlt wird. Dadurch
erreichen der Ventilsitz und das bewegliche Ventilglied eine hohe Lebensdauer. Die
kennzeichnenden Merkmale nach dem Anspruch 3 ermöglichen eine besonders wirtschaftliche
Herstellung der Gemischeinlaßöffnungen, weil die Nuten in der Fassung in einfacher
Weise eingepresst werden können. Dieses Einpressen kann beispielsweise
beim
Fließpressen der Fassung vorgenommen werden.
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Die Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch
4 bewirkt innerhalb der Kammer eine zentrifugierende Gemischströmung, die eine erwünschte
Brennstoffanreicherung im Bereich einer wandnahen Funken zone ergibt. Außerdem wirken
wegen der tangentialen Anordnung der Überströmkanäle ein- und ausströmende Gase
als Drehantrieb auf das napfförmige Bauteil, so daß immer wieder andere Zonen dieses
Bauteils als Masseelektrode dienen.
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Dadurch vergrößert sich die Funkenstrecke zwischen diesem Bauteil
und der Mittelelektrode nur langsam. Deshalb reicht billiger Werkstoff für die Masseelektrode
aus.
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Die Merkmale nach den Ansprüchen 7 bis 10 geben Lösungsbeispiele zur
Einsparung von Platin an, aus dem bevorzugt Mittelelektroden hergestellt werden.
Dies wegen seiner hohen Lebensdauer und der geringeren Gefahr der Auslösung von
Glühzündungen bei hoher Belastung der Brennkraftmaschine. So können bei erträglichem
Aufwand an Platin auch lange Mittelelektroden, die bei vorgegebenem Kammervolumen
den Bau von schlanken Kammern ermöglichen, hergestellt werden. Die schlanken Kammern
ergeben den u.a.
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bereits genannten Vorteil, daß die mit ihnen ausgerüsteten Zündkerzen
auch nachträglich in Zundkerzenlöcher von vorhandenen Brennkraftmaschinen einschraubbar
sind. Die Merkmale nach den Ansprüchen 7 bis 10 erbringen auch beträchtliche Werkstoffeinsparungen
an den Elektroden von üblichen Zündkerzen.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine Zündkerze im Längsschnitt, Figur 2 einen Querschnitt durch die Zündkerze
nach
der Figur 1 und Figuren 3 und 4 Weiterbildungen im Längsschnitt.
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Beschreibung Eine Zündkerze 2 hat eine Fassung 3 mit einem Einschraubgewinde
4, einen Isolator 5, einen in dem Isolator 5 befestigten Mittelelektrodenhalter
6, eine Mittelelektrode 7, eine Kammer 8 und ein Bauteil 9.
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Das Bauteil 9 ist im wesentlichen napfförmig ausgebildet und bildet
in seinem Innern eine Fortsetzung 10 der Kammer 8. Das Bauteil 9 ist rotationssymmetrisch
ausgebildet und gleichachsig zur Längsachse der Fassung 3 ausgerichtet.
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In Höhe eines freien Endes 11 der Mittelelektrode 7 hat das Bauteil
10 einen Bund 12. Der Bund 12 ist in einer Bohrung 13, die in Längsrichtung der
Fassung 3 innerhalb von dessen das Gewinde 4 aufweisenden Teilstück angeordnet ist,
sowohl in Längsrichtung der Fassung 3 beweglich als auch um deren Längsachse drehbar.
In Richtung des Isolators 5 ist die Beweglichkeit des Bauteils 9 mittels an die
Fassung 3 angearbeiteter Anschlagflächen 14 begrenzt.
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In entgegengesetzter Richtung wird der Weg des Bauteils 9 mittels
eines Ventilsitzes 15 begrenzt. Die zugehörige Ventilfläche 16 wird von dem Bund
12 gebildet. Der Ventilsitz 15 wird gebildet von einem rohrartigen Ansatz, der am
freien Ende der Fassung unterhalb des Gewindes k angeordnet und nach dem Einschieben
des Bauteils 9 in die Bohrung 13 durch Bördeln oder Rollen umgebogen ist.
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Entlang der Bohrung 13 sind in die Fassung 3 Nuten 17 eingeformt,
die sich durch diejenige Ebene hindurch, in der die Anschlagflächen 1k liegen, in
Richtung des isolatorseitigen Endes der Kammer 8 erstrecken. Die Nuten 17 und der
Bund 12 umgrenzen Einlaßkanäle 18, durch die hindurch zündfähiges Gemisch in die
Kammer 8, 10 einströmt, sobald der Druck außerhalb der Kammer 8, 10 größer
als
in dieser ist und das Bauteil 9 sich mit seiner Ventilfläche 16 von dem Ventilsitz
15 abhebt und gegen die Anschlagflächen 14 bewegt. Das Gemisch strömt zwischen dem
Ventilsitz 15 und dem Bauteil 9 zu den Einlaßkanälen 18. In Figur 1 ist die Einströmstellung
dargestellt.
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Das Bauteil 9 hat eine zentral angeordnete Überströmöffnung 19 und
mehrere Überströmöffnungen 20, die tangetial zur Fortsetzung 10 der Kammer 8 angeordnet
sind.
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Herrscht innerhalb und außerhalb der Kammer 8 gleicher Druck, so sitzt
das Bauteil 9 mit seiner Ventilfläche 16 auf dem Ventilsitz auf. Sobald die in eine
Brennkraftmaschine eingebaute Zündkerze 2, von deren Brennraum her einem Verdichtungsdruck
ausgesetzt wird, strömen Gase bzw. ein zu zündendes Gemisch auch durch die Überströmöffnungen
19 und 20 in die Fortsetzung 10.
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Da die Überströmöffnungen eine Drosselwirkung haben, wird das Bauteil
9 vom Ventilsitz 15, wie bereits beschrieben, abgehoben. Infolge der tangentialen
Einströmungen durch die Überströmöffnungen 20 wirken Momente auf das Bauteil 9,
so daß es um seine Rotationsachse beschleunigt wird und sich während seines Hubes
gegen die Anschlagflächen 14 um die Rotationsachse dreht. Dadurch kommen immer wieder
andere Bereiche des Bauteils 9, die als Masseelektrode dienen, in Ausrichtung zum
freien Ende 11 der Mittelelektrode 7. Wenn in einer Funkenstrecke 21, die sich zwischen
dem Ende 11 und dem Bauteil 9 befindet, ein Zündfunke überspringt und das Gemisch
zündet und dadurch zur Ausdehnung veranlaßt, wird das Bauteil 9 gegen den Ventilsitz
15 beschleunigt. Dabei strömen Gase durch die tangential angeordneten Überströmöffnungen
aus dem Bauteil 9 aus und geben diesem eine Drehbeschleunigung.
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Es erfolgen sowohl beim Verdichtungshub der Brennkraftmaschine als
auch anschließend an den Zündvorgang Drehungen des Bauteils 9. Beim Überschlag von
Funken sich bildender Abbrand wird so auf den gesamten Umfang der
Innenwand
verteilt. Dadurch hat die als Masseelektrode dienende Innenwand einealange Lebensdauer.
Sobald sich das Bauteil 9 infolge eines Überdrucks in der Kammer 8 auf den Ventilsitz
15 gesenkt hat, strömt entzündetes Gemisch lediglich durch die Überströmöffnungen
19 und 20, die als beschleunigende Düsen wirken, in den Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine.
Infolge der Beschleunigung treten brennende Gase als schnelle und energiereiche
Zündfackeln in den Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine und entzünden dort sehr
wirksam und schnell das dort befindliche Gemisch. Das Einströmen von Gemisch in
die Kammer 8 wird dagegen, weil auch Gemisch zwischen dem Ventilsitz 15 und der
Ventilfläche 16 und schließlich durch die Kanäle 18 einströmt, nur wenig behindert.
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Die Kammer 8 ist verhältnismäßig schlank ausgebildet und erfordert,
weil sie ein bestimmtes Volumen haben soll, eine ebenfalls verhaltnismäßig schlank
ausgebildete MitteteleXtrode 7. Diese Mittelelektrode nimmt während des Betriebs
der Brennkraftmaschine hohe Temperaturen an und besteht deshalb aus Festigkeitsgründen
und zur Vermeidung von Glühzündungen vorzugsweise aus Platin.
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Umam8gIIchst wenig Platin zu verbrauchen, ist die Elektrode 7, wie
in Figur 3 dargestellt, rohrförmig ausge-ffi' bildet. Eine weitere Verminderung
des Werkstoffverbrauchs ergibt sich dadurch, daß der Durchmesser der Elektrode 7
am freien Ende 11 kleiner ist als an demjenigen, mit dem sie an dem Mittelelektrodenhalter
6 durch Schweißen oder Löten befestigt ist. Um an dem freien Ende 11 genügend Werkstoff
für eine ausreichend lange Elektrodenlebensdauer zur Verfügung zu haben, ist weiterer
Werkstoff 23 auf das Ende 11 geschweißt. Eine werkstoffe sparende Mittelelektrode
7 kann auch aus einem Blechzuschnitt hergestellt sein, der zu einem U-., V-, -oder
Z - Profil geformt wird. Ein derartiger Blechzuschnitt kann aber auch zu einem Rohr
gerollt werden.
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Das Profil aus Blech kann so gestaltet sein, daß die Elektrode 7'
im Bereich ihres freien Endes 11' ein kleineres Widerstandsmoment gegen Biegung
hat als an demjenigen Ende, mit dem sie an einem Mittelelekrodenhalter 6' befestigt
ist. Für eine ausreichende Festigkeit der Mittelelektroden 7 bzw. 7' genügt es,
wenn die Dicke des Rohres3bzw. des Profils beispielsweise 10 % bis 20 % des äußeren
Durchmessers des Rohres bzw.
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der Profilhöhe ausmacht.