DE3338672C1

DE3338672C1 - Einrichtung zur Zuendung brennfaehiger Gemische

Info

Publication number: DE3338672C1
Application number: DE3338672A
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr.-Ing. 7050 Waiblingen Albrecht; Rudolf Dr.-Ing. 7031 Sindelfingen Maly
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1985-03-28
Also published as: US4658185A; JPS60101894A; JPH0115991B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zündung brennfähiger Gemische, insbesondere eine Zündkerze zur Erzeugung der Zündfunken in Otto-Motoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des

Patentanspruches 2.

Es ist bereits eine gattungsgemäße Einrichtung zur Zündung brennfähiger Gemische bekannt (DE-AS 28 10 159), insbesondere eine Zündkerze zur Erzeugung der Zündfunken in Otto-Motoren, bei der ein Kondensator auf eine Hochspannung aufladbar und möglichst ausschließlich in der Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens über eine Vorfunkenstrecke und Zündelektroden (Hauptfunkenstrecke) entladbar ist, wobei die Durchbruchsspannung der Vorfunkenstrecke höher ist als die Durbruchsspannung an den Zündelektroden und der Gesamtaufbau der Zündkerze nach Hochstfrequenzgesichtspunkten erfolgt, was u. a. bedeutet, daß die Zuleitungen und die Vorfunkenstrekke möglichst geringen ohmschen und induktiven Widerstand bei Frequenzen größer 50 MHz aufweisen, daß als Dielektrikum des Kondensators ein solches mit einer möglichst hohen Dielektrizitätskonstante bei möglichst niedrigen Verlusten im Frequenzbereich größer als 50 MHz vorgesehen ist, daß der Wellenwiderstand in allen Teilstücken der Kerze möglichst klein ist (sehr viel kleiner als 50 Ohm) und Sprünge im Wellenwiderstand vermieden werden und daß die Funktionselemente, wie Funkenstrecken und Kondensator, in die Zündkerze integriert sind.

Im Vergleich zu herkömmlichen Zündkerzen wird mit dieser Zündkerze die Energieabgabe in der Durchbruchsphase der Anfangsphase erreicht, wobei die Vorfunkenstrecke und die Hauptfunkenstrecke in einer Reihenschaltung liegen, welcher der Kondensator parallel geschaltet ist. Diese Anordnung bringt jedoch einerseits eine relativ große Bauform mit sich, beispielsweise durch die Verwendung eines Rohrkondensators, und macht andererseits eine technische Realisation und rationelle Fertigung noch relativ aufwendig.

Ausgehend von einer gattungsgemäßen Zündeinrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung kompakter in der Bauform und fertigungsgerechter auszubilden, bei gleichzeitiger weiterer Optimierungder Zündung und Entflammung. Diese Aufgabe ist insbesondere im Hinblick auf die Verwirklichung einer Langlebensdauerzündkerze von Bedeutung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2 gelöst.

Aufgrund der Reihenschaltung von Hauptfunkenstrecke und Kondensator wird zum einen erreicht, daß dieser als Scheibenkondensator ausgebildet werden kann, wodurch eine höhere Energiespeicherdichte möglich ist, und wird zum anderen erreicht, daß automatisch eine galvanische Trennung zwischen der Hochspannungsseite und der Hauptfunkenstrecke erfolgt. Hieraus und durch die Reihenschaltung resultieren eine kompakte Bauform und ein fertigungsgerechter Aufbau und durch die höhere Energiespeicherdichte eine Verbesserung der Zündung. Desweiteren wirkt der Kondensator zugleich als Entstörkondensator, so daß in vorteilhafter Weise Entstörmaßnahmen mit in die Zündkerze integriert sind.

Mit dem weiteren Kennzeichenmerkmal des Anspruches 1, wonach eine Elektrode der Vorfunkenstrecke mit Masse verbunden ist, wird desweiteren der Vorteil erreicht, daß sämtlichen im Kerzenbereich entstehenden Hochfrequenzstörungen durch die kurzgeschlossene Vorfunkenstrecke frequenzunabhängiger begegnet wird als bei einer Entstörung mittels des Kondensators bei der bekannten Einrichtung. Durch die Verwendung zweier Kondensatoren und deren Speisung aus Hochspannungsquellen verschiedener Polarität gemäß den weiteren Kennzeichenmerkmalen der Ansprüche 2, 8 und 9 wird eine Spannungsaufteilung bewirkt, wodurch sowohl in der Zündkerze als auch auf der Hochspannungsseite die Hochspannungen besser zu beherrschen sind.

Bei einer Ausbildung der Zündkerze nach dem Merkmal des Anspruches 3 kann der bisher übliche metallische Zündkerzensockel entfallen, wodurch bei gleicher Baugröße eine stärkere Isolierung und somit auch eine größere Hochspannungsfestigkeit erreicht wird.

Mit den Merkmalen des Anspruches 7 und der Möglichkeit der Verwendung eines Scheibenkondensators nach Anspruch 4 wird zum einen eine bessere Hochspannungsfestigkeit gegenüber Masse und zum anderen aufgrund der höheren Energiespeicherdichte eine noch kompaktere Bauform erzielt.

Durch die Ausbildung der Vorfunkenstrecke als Ringfunkenstrecke gemäß dem Merkmal des Anspruches 10 und deren besondere Gestaltung und Anordnung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 11 bis 13 und 18, ist zum einen eine höhere Lebensdauer der Zündkerze durch die größeren — und durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Zündkerze ermöglichten — Elektrodenoberflächen gewährleistet und zum anderen wird eine kompakte Bauform, ein fertigungsgerechter Aufbau und ein Kathodenzerstäubungsschutz (Sputterschutz) erreicht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Vorfunkenstrecke zur Hauptfunkenstrecke ist die Vorfunkenstrecke auch in einfacher Art gemäß den Merkmalen der Ansprüche 14 bis 16 ausbildbar und kann insbesondere noch mit einer Triggerfunkenstrecke zusammengefaßt werden.

Die Merkmale der Ansprüche 19 bis 21 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen der Zündkerze, wobei gemäß dem Merkmal des Anspruches 22 eine besonders einfache Befestigungsart erreicht wird. Durch die Lage und Anordnung des Kegelsitzes und die Ausbildung des Zündkerzengehäuses in diesem Bereich gemäß dem Merkmal des Anspruches 23 und ferner durch die Verwendung des zur Zündung dienenden Kondensators wird in diesem Bereich ein extrem niedriger Innenwiderstand und somit ein hoher Wärmewert erzielt, wodurch eine extreme Nebenschlußunempfindlichkeit gegeben ist.

Das Merkmal des Anspruches 24 dient der weiteren Erhöhung der Hochspannungsfestigkeit, während das Merkmal des Anspruches 26 zur Erhöhung des Kriechweges und der Induktivität für unerwünschte Gleitentladungen dient. In vorteilhafter Weise bilden Rillen bei in den Motor eingebauter Zündkerze gemäß dem Merkmal des Anspruches 27 zugleich Turbulenzkammern, so daß eine sichtbare Spülung während des Einlaßvorganges auch in diesem Bereich sichergestellt ist.

Für eine rationelle Serienfertigung werden gemäß Anspruch 25 die Einzelleile der Zündkerze bevorzugt in Glaslottechnik miteinander verbunden, wobei auch mehrere aufeinanderfolgende Glasschichten zur besseren Materialanpassung verwendet werden können.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kerze, insbesondere auch mil einem Kondensator hoher Energiespeicherdichte, ist es desweiteren möglich, innerhalb der Zeit eines mit bisher üblichen Zündkerzen dauernden Zündvorganges mehrere Zündimpulse und somit Entladungen bei gleicher Gesamtenergie abzugeben, was eine höhere Zündsicherheit bei eventueller ungünstiger Gemischaufbereitung (Inhomogenitäten im Ge-

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misch) zur Folge hat. zum Zylinderkopf 2 gewährleistet ist, was bei konven-

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den tionellen Zündkerzen einem kurzen Isolatorfuß entZeichnungen dargestellt und werden wie folgt beschrie- spricht. Desweiteren ist der Außendurchmesser der äuben. Es zeigt ßeren Elektrode 17 der Vorfunkenstrecke 6 so gewählt,

Fig. la ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- 5 daß bei eingebauter Zündkerze 1 die Elektrode 17 die

dungsgemäßen Zündkerze und Wandung der Zylinderkopfbohrung 24 des den Masse-

Fig. Ib das zu Fig. la zugehörige elektrische Er- anschluß bildenden Zylinderkopfes 2 elektrisch leitend

satzschaltbild; berührt. Zur Verbesserung der Hochspannungsfestig-

F i g. 2 die in F i g. 1a dargestellte Zündkerze jedoch keit sind hierbei die in dem Raum 19 liegende Oberflä-

mit triggerbarer Vorfunkenstrecke; io ehe 4' des Keramikisolators 4 und die Oberfläche 5' des

F i g. 3a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin- Zündkerzengehäuses 5 glasiert. In besonders vorteilhaf-

dungsgemäßen Zündkerze und ter Weise ist der Kondensator 7 in das Zündkerzenge-

F i g. 3b das zu F i g. 3a zugehörige elektrische Ersatz- häuse 5 mit eingegossen oder eingeglast und zur Erhö-

schaltbild; hung der Hochspannungsfestigkeit und Energiespei-

Fig.3c ein zu Fig.3a gehöriges alternatives elektri- 15 cherdichte kann der Scheibenkondensator 7 als Zwei-

sches Ersatzschaltbild; schichtkondensator mit einer inneren T und einer äuße-

F i g. 4 in vergrößerter Darstellung einen Teilbereich rcn, ringförmigen Schicht 7" ausgebildet sein kann, wo-

einer eingebauten Zündkerze. bei die Dielektrizitätskonstante ει der äußeren Schicht

In F i g. 1 a ist die Zündkerze 1 in schematischer Dar- 7" kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante ε\ der inne-

stellung in ihrem in den Zylinderkopf 2 des Motors 3 20 ren Schicht 7'.

eingebauten Zustand gezeigt. Die Zündkerze 1 besteht Der in F i g. 1 a dargestellte konstruktive Aufbau der mechanisch primär aus dem Keramikisolator 4, dem Einrichtung ist in Fig. Ib in Form eines elektrischen Zündkerzengehäuse 5, der Vorfunkenstrecke 6, dem Ersatzschaltbildes wiedergegeben, wobei insbesondere Scheibenkondensator 7 und der Zündelektrode 8, elek- erkenntlich ist, daß der Kondensator 7 und die Haupttrisch gesehen auch noch aus der Hauptfunkenstrecke 9 25 funkenstrecke 9 in einer Reihenschaltung liegen, wel- und der durch den Zylinderkopf 2 gebildeten Masse- eher die Vorfunkenstrecke 6 parallel geschaltet ist.
elektrode 10, welche auch in herkömmlicher, bekannter Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrich-Bauweise — z. B. DE-AS 28 10 159 — ausgebildet sein tung ist nun folgende. Eine von einer Batterie aus gekann. Über einen im Keramikisolator 4 angeordneten speiste Hochspannungsquelle 15 — beispielsweise eine Hochspannungsanschluß 11, einen induktiven Wider- 30 Hochspannungs-Kondensatorzündanlage — ist mit dem stand 12 und eine Kondensatorzuführung 13 ist der freie Hochspannungsanschluß 11 der Zündkerze 1 verbun-Anschluß 14 des im Zündkerzengehäuse 5 angeordne- den, über welchen im Zündzeitpunkt über einen Zündten Kondensators 7 mit der Hochspannungsquelle 15, impulsgeber ein Hochspannungsimpuls bei entsprehingegen der andere Anschluß 16 des Kondensators 7 chender, der Zündkerze zugeordneter Verteilerstellung mit der ebenfalls im Zündkerzengehäuse angeordneten 35 angelegt wird. Über den induktiven Widerstand 12, die Zündelektrode 8 verbunden. Von der als Ringfunken- Kondensatorzuführung 13 und einen Ladewiderstand strecke ausgebildeten Vorfunkenstrecke 6 verbindet die 25 lädt sich hierbei der Kondensator 7 auf. Der Ladewiäußere, ringförmig ausgebildete Elektrode 17 unter Ein- derstand 25 kann hierbei durch die leitfähige Ausbilhaltung eines bestimmten axialen Abstandes den Kera- dung des Zündkerzengehäuses 5 im Bereich zwischen mikisolator 4 mechanisch mit dem Zündkerzengehäuse 40 der Zündelektrode 8 und der Oberfläche des Kegelsit-5, während die innere, scheibenförmig ausgebildete zes 20, beispielsweise durch Dotierung des Volumens Elektrode 18 in dem durch den Abstand zwischen Kera- oder der Oberfläche durch Beimengen von Metalloxymikisolator 4 und Zündkerzengehäuse 5 gebildeten, den, gebildet sein, so daß dieser elektrisch gesehen zwivorzugsweise gasdichten Raum 19 auf der Kondensa- sehen der Zündelektrode 8 und der Masseelektrode 10 torzuführung 13 angeordnet und mit dieser elektrisch 45 liegt. Gleichzeitig liegt diese Hochspannung auch an der leitend verbunden ist. Die Kondensatorzuführung 13 ist inneren Elektrode 18 der Vorfunkenstrecke 6 an, welche hierbei mit einem Teil 13'indem Keramikisolator 4 und — sobald die angelegte Spannung die Durchbruchsmit einem anderen Teil 13" in dem Zündkerzengehäuse spannung erreicht hat — durchschlägt. Dadurch ent-5 angeordnet, so daß die Kondensatorzuführung 13 steht eine leitende Verbindung zwischen der inneren selbst den Abstand zwischen Keramikisolator 4 und 50 Elektrode 18 und der äußeren, an Masse liegenden Elek-Zündkerzengehäuse 5 überbrückt. Das Zündkerzenge- trode 17, so daß die am Kondensator 7 anliegende Spanhäuse 5, ebenfalls aus Keramik hergestellt, ist im Be- nung auch an der Zündelektrode 8 der Hauptfunkenreich der Zündelektrode 8 mit einem sich zum Zünd- strecke 9 anliegt und diese zur Masseelektrode 10 hin elektrodenende hin verjügenden Kegelsitz 20 versehen, durchschlägt. Dabei fließen sehr hohe Ströme über die welcher mit einer Kegelaufnahme 21 in einer Zylinder- 55 Hauptfunkenstrecke, während gleichzeitig die Kondenkopfbohrung 24 im Zylinderkopf 2 formschlüssig kor- satorspannung zusammenbricht. Dieser Vorgang dauert respondiert und die Zündkerze im Motor zentriert und wenige ns. Während dieser kurzen Zeit wird jedoch die fixiert. In axialer Richtung wird die Zündkerze 1 durch gesamte elektrische Energie dem Kondensator 7 bis zu einen sich über eine Feder 22 auf der Elektrode 17 ab- dessen Entladung entnommen, so daß die gesamte Enerstützenden Außengewindering 23 gehalten, welcher in eo gieabgabe in der Durchbruchsphase der Anfangsphase den Zylinderkopf 2 eingeschraubt wird. Die Abstim- des Zündfunkens erfolgt und somit eine optimale Entmung der räumlichen Anordnung der Kegelaufnahme flammungssicherheit des Kraftstoff-Luft-Gemisches er-21 zum Kegelsitz 20 ist hierbei so getroffen, daß einer- reicht wird.

seits bei eingebauter Zündkerze 1 deren Zündelektrode Die in F i g. 2 dargestellte Zündkerze stellt eine alter-

8 einen vorbestimmten, die Hauptfunkenstrecke 9 dar- 65 native Ausgestaltung der Zündkerze nach Fig. la dar,

stellenden Abstand zur Masseelektrode 10 aufweist und und zwar insofern, als nunmehr die Vorfunkenstrecke 6

andererseits eine gute Wärmeleitfähigkeit (= hoher noch triggerbar ist. Zu diesem Zweck ist auf dem Kera-

Wärmewert) über die Zündelektrode 8, den Kegelsitz 20 mikisolator 4 koaxial eine ringförmige Triggerelektrode

9 10

26 mit einem Spannungsanschluß 27 angeordnet, welche Vorfunkenstrecke leitend verbunden, welche über einen mit ihrem dem Zündkerzengehäuse 5 zugewandten Hochspannungsanschluß 34 an eine zweite Hochspanringförmigen Elektrodenende 26' den Keramikisolator nungsquelle .35 angeschlossen ist. Anordnung und Ein-4 durchdringt und in den Raum 19 ragt. Hierdurch bildet bau der Zündkerze in den Motor können wie unter diese Elektrode 26 zusammen mit der Elektrode 17, wel- 5 F i g. 1 a beschrieben, erfolgen,
ehe zugleich äußere Elektrode der Vorfunkenstrecke 6 Der in F i g. 3a dargestellte konstruktive Aufbau der ist, eine Triggerfunkenstrecke 28. Im Gegensatz zur Einrichtung ist in Fig.3b in Form eines elektrischen Ausführung nach Fig. la schlägt bei der Ausführung Ersatzschaltbildes wiedergegeben und die Wirkungsnach Fig.2 die Vorfunkenstrecke 6 nicht schon beim weise der Einrichtung ist wie folgt. Der Hochspan-Anlegen des Hochspannungsimpulses an den Hoch- io nungsanschluß 11 der Zündkerze 1 ist mit einer Hochspannungsanschluß 11 durch, vielmehr ist deren Durch- Spannungsquelle 15 erster Polarität und der Hochspanbruchsspannung nunmehr etwas höher als das Maxi- nungsanschluß 34 mit einer Hochspannungsquelle 35 mum des Hochspannungsimpulses, so daß erst dann, zweiter Polarität verbunden — wobei als Hochspanwenn im Zündzeitpunkt die Triggerelektrode 26 eben- nungsquelle beispielsweise eine Hochspannungs-Konfalls einen Spannungsimpuls über einen Zündimpulsge- 15 densatorzündanlage dient, welche von der Lichtmaschiber erhalten hat und auf die Elektrode 17 zündet, auch ne über Wechselstrom gespeist wird —, über welche die Vorfunkenstrecke 6 durchschlagen und in Folge der Anschlüsse im Zündzeitpunkt über einen Zündimpulszu F ig. la beschriebene Prozeß ablaufen kann. geber Hochspannungsimpulse entgegengesetzter PoIa-In F i g. 3a ist die Zündkerze 1 in schematischer Dar- rität und gleicher oder unterschiedlicher Größe bei entstellung und in nicht in den Zylinderkopf des Motors 20 sprechendem, der Zündkerze zugeordnetem Zeitpunkt eingebautem Zustand gezeigt. Bezüglich des Einbaues angelegt werden. Über den induktiven Widerstand 12 gilt jedoch gleiches wie zu Fig. la. Die Zündkerze 1 und die Kondensatorzuführung 13 lädt sich hierbei der besteht wiederum mechanisch primär aus dem Kera- Kondensator 7 und über die äußere Elektrode 17 (17') mikisolator 4, dem Zündkerzengehäuse 5, der Vorfun- der Vorfunkenstrecke 6 auch der Kondensator 29 auf. kenstrecke 6, dem Scheibenkondensator 7 und der 25 Gleichzeitig liegen diese Hochspannungsimpulse auch Zündelektrode 8, elektrisch gesehen auch noch aus der an den beiden Elektroden 17 und 18 der Vorfunken-Hauptfunkenstrecke 9 und der durch den Zylinderkopf strecke 6 an, weiche — sobald die Summe der beiden des Motors gebildeten Masseelektrode 10, welche wie- anliegenden Spannungen die Durchbruchspannung erderum auch in herkömmlicher, bekannter Bauweise — reicht hat — durchschlägt. Dadurch entsteht eine leitenz. B. DE-AS 28 10 159 — ausgebildet sein kann. Als Un- 30 de Verbindung zwischen der inneren Elektrode 18 und terschied zu F ig. la weist die Zündkerze nach Fi g. 3a der äußeren Elektrode 17, so daß die Kondensatoren 7 noch einen Ringkondensator 29 auf, welcher in den Auf- und 29 in Reihe geschaltet werden und die Summe ihrer bau der Zündkerze wie folgt beschrieben integriert ist. Spannungen auch an der Zündelektrode 8 der Haupt-Über einen im Keramikisolator 4 angeordneten ersten funkenstrecke 9 anliegt, worauf diese zur Masseelektro-Hochspannungsanschluß 11, einen induktiven Wider- 35 de 10 hin durchschlägt. Durch die Verwendung zweier stand 12 und eine Kondensatorzuführung 13 ist der freie Kondensatoren und deren Speisung aus Hochspan-Anschluß 14 des im Zündkerzengehäuse 5 angeordne- nungsquellen verschiedener Polarität wird für das Laten ersten Kondensators 7 mit der ersten Hochspan- den eine Spannungsaufteiliing bewirkt, wodurch die nungsquelle 15, hingegen der andere Anschluß 16 des Hochspannungsseite entsprechend schwächer demcn-Kondensators 7 mit der ebenfalls im Zündkerzengehäu- 40 sioniert werden kann, beim Entladen durch die entsprese 5 angeordneten Zündelektrode 8 verbunden. Von der chende Schaltung der Kondensatoren jedoch eine Spanais Ringfunkenstrecke ausgebildeten Vorfunkenstrecke nungsvervielfachung entsprechend der Summe der bei-6 verbindet die äußere, ringförmig ausgebildete Elektro- den Kondensatorspannungen erreicht wird,
de 17 unter Einhaltung eines bestimmten axialen Ab- Dadurch, daß die innere — kathodische — Elektrode Standes den Keramikisolator 4 mechanisch mit den 45 18 von der äußeren — anodischen — Elektrode 17 hohl-Zündkerzengehäuse 5, während die innere, scheibenför- zylinderförmig umgriffen wird, wirkt diese als Sputter mig ausgebildete Elektrode 18 in dem durch den Ab- — oder Kathodenzerstäubungsschutz, so daß trotz des stand zwischen Keramikisolator 4 und Zündkerzenge- Niederschlages von Elektrodenmaterial der Elektrode häuse 5 gebildeten, vorzugsweise gasdichten Raum 19 18 an der Elektrode 17 eine definierte Vorfunkenstrecke auf der Kondensatorzuführung 13 angeordnet und mit 50 6 erhalten bleibt. Im Rahmen der Erhaltung gleichbleidieser elektrisch leitend verbunden ist. Die Kondensa- bender Bedingungen an der Vorfunkenstrecke 6 wirkt torzuführung 13 ist hierbei mit einem Teil 13' in dem sich desweiteren vorteilhaft aus, wenn mindestens eine Keramikisolator 4 angeordnet und mündet mit ihrem Elektrode über Entlüftungslöcher mit einem Atmungsanderen Teil 13" in einen topfförmigen Fortsatz 18' der raum verbunden ist. Im Ausfiihrungsbeispiel ist hierbei inneren Elektrode 18, welcher seinerseits die elektrisch 55 die innere Elektrode 18 in dem Bereich, in welchem sie leitende Verbindung zwischen Kondensatorzuführung die Kondensatorzuführung umschließt und mit dieser 13 und Kondensatoranschluß 14 hergestellt, so daß also verbunden ist, mit mehreren am Umfang verteilten Entdie innere Elektrode Teil der Kondensatorzuführung ist. lüftungslöchern 36, hingegen die Kondensatorzufüh-Auf der äußeren, ringförmigen Elektrode 17 ist auf dem rung 13 mit einer Sacklochbohrung versehen, so daß den Keramikisolator 4 umgehenden Teil 17' der Ring- 60 diese und der topfförmige Forlsatz 17' der Elektrode 18 kondensator 29 angeordnet, welcher wiederum von ei- einen Atmungsraum 37 bilden.

nem Massering 30 umgeben ist. Ringkondensator 29 Während gemäß den F i g. 3a und 3b die Zündkerze

und Massering30 sind hierbei bspw. mittels Vergußmas- mit zwei Hochspannungsanschlüssen 11 und 34 ausge-

se 31 gegenüber der Elektrode 17 und dem Zündkerzen- bildet ist, ist es auch möglich — wie F i g. 3c zeigt —, die

gehäuse 5 festgelegt. Während der Massering 30 mit 65 Zündkerze über eine Wechselspannungs-Hochspan-

dem Anschluß 32 des Kondensators 29 leitend verbun- nungsquelle 38 zu speisen, deren Spannungshalbwellen

den ist, ist der andere Anschluß 33 des Ringkondensa- über elektrische Ventile 39 und 40 gleichzurichten und

tors 29 mit dem Teil 17' der äußeren Elektrode 17 der die gleichgerichteten Spannungen an die Kondensate)-

11 '

ren 7 und 29 und die Vorfunkenstrecke 6 anzulegen.

Da bei der erfindungsgemäßen Vorfunkenstrecken-Kondensator-Einrichtung die Zündfunkenenergie ausschließlich in der Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens abgegeben wird, welche zeitlich nur ein Bruchteil der Zeit eines mit bisherigen Zündkerzen dauernden Zündvorganges (ca. 2 ms) — während dessen die Zündfunkenenergie abgegeben wird — dauert, ist es möglich, innerhalb dieser Zeit mehrere Zündfunken zu erzeugen — jedoch bei gleicher Gesamtzündfunkenergie —, wodurch eine höhere Zündsicherheit bei eventueller ungünstiger Gemischaufbereitung erreicht wird.

F i g. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teilbereich einer eingebauten Zündkerze t, wobei insbesondere die Einbauanordnung und das Zündkerzengesicht von Bedeutung sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist das Zündkerzengehäuse 5 zwischen seinem Kegelsitz 20 und seinem zündelektrodenseitigcn Ende in Umfangsrichtung verlaufende Rillen 39 (oder Ringnuten) auf, welche zugleich gegenüber der Wandung der Zylinderkopfbohrung 24 Turbulenzkammern 40 bilden. Durch diese derartige Ausbildung der Zündkerze in diesem Bereich wird zum einen erreicht, daß der Kriechweg zwischen Kegelsitz 20 und Elektrode 8 und die Induktivität erhöht werden, so daß unerwünschten Gleitentladungen wirksam begegnet wird, zum anderen wird erreicht, daß während des Einlaßvorganges durch die Turbulenzerzeugung dieser Bereich wirksam gespült wird. Hingegen ist die Stirnfläche 5" des Zündkerzengehäuses 5 mit einer glatten Oberfläche versehen, so daß sich durch diese, die Elektrode 8 und die glatte Wandung der Bohrung 24 eine gewollte, ruhig gehaltene Nebenkammer 41 ergibt, welche während des Einiaßvorganges durch die Überschallströmung ebenfalls wirksam werden kann. Insgesamt wird durch diese Maßnahmen eine Konstanz bei der Zündung und Entflammung des Gemisches erzielt.

In bevorzugter Weise sind die Kondensatoren 7, 29 aus Keramik mit der Bezeichnung KER 310 bis 331 und K ER 340 bis 351 der Firma Rosenthal (DE) hergestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zündung brennfähiger Gemische, insbesondere Zündkerze zur Erzeugung der <> Zündfunken in Otto-Motoren, welche nach Höchstfrequenzgesichtspunkten aufgebaut ist und bei der mindestens ein in der Zündkerze angeordneter Kondensator durch eine Hochspannungsquelle auf eine Hochspannung aufladbar und möglichst ausschließ- ίο Hch in der Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens über eine ebenfalls in der Zündkerze angeordnete Vorfunkenstrecke und eine von einer Zündelektrode zu einer Masseelektrode gebildete Hauptfunkenstrecke entladbar ist, wobei die Durchbruchsspannung der Vorfunkenstrecke höher ist als die Durchbruchsspannung an der Hauptfunkenstrecke und wobei ferner ein Anschluß des Kondensators und eine Elektrode der Vorfunkenstrecke mit der Hochspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) und die Hauptfunkenstrecke (9) in einer Reihenschaltung liegen, welcher die Vorfunkenstrecke (6) parallel geschaltet ist, deren andere Elektrode (17) mit Masse (10) verbunden ist (F ig, Ia₁Ib).

2. Einrichtung zur Zündung brennfähiger Gemische, insbesondere Zündkerze zur Erzeugung der Zündfunken in Otto-Motoren, weiche nach Höchstfrequenzgesichtspunkten aufgebaut ist und bei der mindestens ein in der Zündkerze angeordneter Kondensator durch eine Hochspannungsquelle auf eine Hochspannung aufladbar und möglichst ausschließlich in der Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens über eine ebenfalls in der Zündkerze angeordnete Vorfunkenstrecke und eine von einer Zündelektrode zu einer Masseelektrode gebildeten Hauptfunkenstrecke entladbar ist, wobei die Durchbruchspannung der Vorfunkenstrecke höher ist als die Durchbruchsspannung an der Hauptfunkenstrecke und wobei ferner ein Anschluß des Kondensators und eine Elektrode der Vorfunkenstrecke mit der Hochspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) und die Hauptfunkenstrecke (9) in einer Reihenschaltung liegen, wobei der freie Anschluß (14) des Kondensators (7) und die eine Elektrode (18) der Vorfunkenstrecke (6) mit der Hochspannungsquelle (15) erster Polarität und der eine Anschluß (33) eines zweiten Kondensators (29) und die andere Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) mit einer Hochspannungsquelle (35) zweiter Polarität verbunden sind, während der andere Anschluß (32) des zweiten Kondensators (29) mit Masse (10) verbunden ist (F i g. 3a,

3. Einrichung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (10) der Hauptfunkenstrecke (9) durch den Zylinderkopf (2) oder Kolbenboden des Motors (3) gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) als nieder- eo induktiver Scheibenkondensator ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (29) als Ringkondensator ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (7, 29) aus Keramik hergestellt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (7, 29) als Zweischicht-Kondensatoren ausgebildet sind, wobei die Dielektrizitätskonstante £2 der ringförmigen äußeren Schicht (7") größer oder kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante e.\ der inneren Schicht (7') bzw. kontinuierlich in die Dielektrizitätskonstante ε\ übergeht.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) von der Hochspannungsquelle (15) und der Kondensator (29) von der Hochspannungsquelle (35) auf unterschiedliches Spannungsniveau und entgegengesetzte Polarität aufgeladen werden (F i g. 3b).

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) von der Hochspannungsquelle (15) und der Kondensator (29) von der Hochspannungsquelle (35) auf gleiches Spannungsniveau entgegengesetzter Polarität aufgeladen werden (F i g. 3b, 3c).

10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfunkenstrecke (6) als Ringfunkenstrecke mit einer äußeren Elektrode (17) und einer inneren Elektrode (18) ausgebildet ist und die innere Elektrode (18) mit dem als Kondensatorzuführung (13) ausgebildeten freien Anschluß (14) des Kondensators (7) leitend verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode (18) Teil (18') der Kondensatorzuführung (13) des Kondensators (7) ist (F ig. 3a).

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere, kathodische Elektrode (18) der Vorfunkenstrecke (6) von der äußeren, anodischen Elektrode (17) ringförmig als Sputterschutz umgriffen wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) als Spannungszuführung (17') und zugleich als Kondensatoranschluß (bei 33) für den zweiten Kondensator (29) ausgebildet ist (F ig. 3a).

14. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorfunkenstrecke aus mehreren Elektrodenfunkenstrecken zusammensetzt.

15. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfunkenstrecke (6) über eine durch einen Triggerimpuls schaltbare Triggerfunkenstrecke (28) schaltbar ist (F i g. 2).

16. Einrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mehreren Elektrodenfunkenstrecken als Triggerfunkenstrecke (28) für die Vorfunkenstrecke (6) ausgebildet ist (F ί g. 2).

17. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (18) und/oder äußere Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) über Entlüftungslöcher (36) mit einem Atmungsraum (37) verbunden ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) einen Keramikisolator (4) der Zündkerze (1) mit einem ebenfalls aus Keramik bestehenden Zündkerzengehäuse (5) mechanisch verbindet.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, 10 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, ringförmige ausgebildete Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) den Keramikisolator (4) und das Zündkerzenge-

häuse (5) auf einen bestimmten axialen Abstand distanziert und mechanisch verbindet, daß in dem Keramikisolator (4) der Hochspannungsanschluß (11) und ein Teil (13') des als Kondensatorzuführung (13) ausgebildeten freien Anschlusses (14) des Kondensators (7) angeordnet sind, während der andere Teil (13") der Kondensatorzuführung (13) den Abstand überbrückend in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet und mit dem ebenfalls in diesem angeordneten Kondensator (7) elektrisch leitend verbunden ist, daß ferner auch die Zündelektrode (8) in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet ist und einerseits mit dem anderen Anschluß (16) des Kondensators (7) elektrisch leitend verbunden ist und andererseits aus dem Zündkerzengehäuse (5) herausragt und daß is desweiteren in dem durch den Abstand zwischen Keramikisolator (4) und Zündkerzengehäuse (5) gebildeten Raum (19) auf der Kondensatorzuführung (13) die innere, scheibenförmig ausgebildete Elektrode (18) der Vorfunkenstrecke (6) elektrisch leitend angeordnet ist (F i g. 1 a).

20. Einrichtung nach Anspruch 2,10 bis 13 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, ringförmig ausgebildete Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke

(6) den Keramikisolator (4) und das Zündkerzengehäuse (5) auf einen bestimmten axialen Abstand distanziert und mechanisch verbindet, daß ein rohrförmiger, den Keramikisolator (4) umgebender Teil (17') derselben Elektrode (17) mit dem einen Anschluß (33) des auf dem rohrförmigen Teil (17') angeordneten, als Ringkondensator (29) ausgebildeten zweiten Kondensators elektrisch leitend verbunden und zugleich als zweiter Hochspannungsanschluß (34) ausgebildet ist, während ein metallischer, mit dem anderen Anschluß (32) des Ringkondensators (29) elektrisch leitend verbundener Ring (30) als Masseanschluß dient, daß in dem Keramikisolator (4) der erste Hochspannungsanschluß (11) und ein Teil (13') des als Kondensatorzuführung (13) ausgebildeten freien Anschlusses (14) des Kondensators

(7) angeordnet sind, während der andere Teil (13") der Kondensatorzuführung (13) den Abstand überbrückend in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet und mit dem ebenfalls in diesem angeordneten Kondenstator (7) elektrisch leitend verbunden ist, daß ferner auch die Zündelektrode (8) in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet ist und einerseits mit dem anderen Anschluß (16) des Kondensators (7) elektrisch leitend verbunden ist und andererseits aus dem Zündkerzengehäuse (5) herausragt und daß desweiteren in dem durch den Abstand zwischen Keramikisolator (4) und Zündkerzengehäuse (5) gebildeten Raum (19) auf der Kondensatorzuführung (13) die innere, scheibenförmig ausgebildete Elektrode (18) der Vorfunkenstrecke (6) elektrisch leitend angeordnet ist (F i g. 3a).

21. Einrichtung nach Anspruch 1, 10, 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, ringförmig ausgebildete Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) den Keramikisolator (4) und das Zündkerzengehäuse (5) auf einen bestimmten axialen Abstand distanziert und mechanisch verbindet, daß in dem Keramikisolator (4) der Hochspannungsanschluß (11) und ein Teil (13') des als Kondensatorzuführung (13) ausgebildeten freien Anschlusses (14) des Kondensators (7) angeordnet sind, während der andere Teil (13") der Kondensatorzuführung (13) den Abstand überbrückend in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet und mit dem ebenfalls in diesem angeordneten Kondensator (7) elektrisch leitend verbunden ist, daß ferner auch die Zündelektrode (8) in dem Zündkerzengehäuse (5) angeordnet ist und einerseits mit dem anderen Anschluß (16) des Kondensators (7) elektrisch leitend verbunden ist und andererseits aus dem Zündkerzengehäuse (5) herausragt und daß desweiteren in dem durch den Abstand zwischen Keramikisolator (4) und Zündkerzengehäuse (5) gebildeten Raum (19) sowohl die auf der Kondensatorzuführung (13) elektrisch leitend angeordnete innere, scheibenförmig ausgebildete Elektrode (18) der Vorfunkenstrecke (6) als auch die eine Triggerelektrode (26) der Triggerfunkenstrecke (28) angeordnet sind, deren andere Elektrode (17) durch die äußere, ringförmig ausgebildete Elektrode (17) der Vorfunkenstrecke (6) gebildet ist (F i g. 2).

22. Einrichtung nach Anspruch 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündkerzengehäuse (5) im Bereich der Zündelektrode (8) mit einem sich zum Zündelektrodenende hin verjüngenden Kegelsitz (20) zur Zentrierung der Zündkerze (1) im Motor (3, 2, 21) versehen ist, in welchem die Zündkerze (1) mittels eines auf dem Isolator (4) bzw. der Elektrode (17) oder dem Massering (30) angeordneten Außengewinderinges (23) befestigt ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündkerzengehäuse (5) im Bereich der Zündelektrode (8) zwischen derselben und der Oberfläche des Kegelsitzes (20) wärmeleitfähig und elektrisch leitfähig ausgebildet ist

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem durch den Abstand zwischen Keramikisolator (4) und Zündkerzengehäuse (5) gebildeten Raum (19) liegenden Oberflächen (4', 5') von Keramikisolator (4) und Keramikzündkerzengehäuse (5) glasiert sind.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

21, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikisolator (4), die Elektrode (17) die Kondensatoren (7; 29) und das Zündkerzengehäuse (5) in Glaslottechnik in ein- und mehrschichtiger Ausführung miteinander verbunden sind.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis

22, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündkerzengehäuse (5), zwischen seinem Kegelsitz (20) und seinem zündelektrodenseitigen Ende (bei 5") mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen (39), hingegen an seiner Stirnfläche (5") mit einer glatten Oberfläche versehen ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei in dem Motor eingebauter Zündkerze (1) die Rillen (39) zugleich Turbulenzkammern (40) bilden.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Abstand zwischen Keramikisolator (4) und Zündkerzengehäuse (5) gebildete Raum (19) der Vorfunkenstrecke (6) mit Gas gefüllt ist, vorzugsweise mit Stickstoff.