DE3537721A1 - Zuendkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze.

Bei bekannten Zündkerzen liegt im Zündfunkbereich eine einzige Funkenstrecke vor, die üblicherweise als Luftfunken­ strecke ausgebildet ist. Es sind auch Zündkerzen bekannt, bei welchen die Zündfunkenstrecke durch eine Gleitfunken­ strecke gebildet ist. Der Zündfunke ist dadurch räumlich stark begrenzt, was zu Zündaussetzern führen kann, wenn sich die Funkenstrecke gerade in einem Bereich nicht zündfähigen Gemisches, bespielsweise in einem Altgaskern befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündkerze so auszubilden, daß der räumliche Bereich, in dem es zu einer Ausbildung des Zündfunkens kommt wesentlich vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zündkerze, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Bei den üblichen Zündkerzen mit einer Luftfunkenstrecke springt bei Anlegen einer entsprechenden Spannung der Zünd­ funke zwischen einer metallischen Mittelelektrode und einer in geringem Abstand dazu liegenden Masseelektrode über. Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze liegen bevorzugt eine Luft­ funkenstrecke und mehrerer Gleitfunkenstrecken elektrisch und räumlich hintereinander. Die Gleitfunkenstrecken werden dabei mit Hilfe eines das Ende der Mittelelektrode der Zündkerze bildenden bzw., an den Kontaktstift bzw. den Zündstift der Zündkerze anschließenden zylindrischen Stabes aus Halbleiter­ keramik, vorzugsweise SiC, gebildet, der oberflächlich bis zu einer guten elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist und in dem in jeweils ringförmigen Bereichen die gutleitende Oberfläche abgeschliffen ist, so daß sich längs des Mantels des Stabes gut leitende dotierte Bereiche mit schlecht leitenden Bereichen aus dem Kernmaterial des Stabes abwechseln. Ein kontinuierlicher Übergang zwischen dotierten und undotierten Oberflächenbereichen ist im Prinzip zulässig.

Am freien Ende des Stabes aus Halbleiterkeramik schließt dann mit Abstand die Masseelektrode an, so daß dort die Luft­ funkenstrecke ausgebildet wird. Bei Anlegen einer Spannung zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode steht diese Spannung zunächst an der Luftfunkenstrecke an und es kommt bei weiterer Steigerung der Spannung zunächst zu einem Überschlag an der Luftfunkenstrecke. Die Luftfunkenstrecke schließt damit im wesentlichen kurz, so daß die Spannung nun im wesentlichen über den Gleitfunkenstrecken abfällt. Es kommt an den Gleitfunkenstrecken dann zu weiteren Überschlägen, so daß durch die auf diese Weise erzielte Vergrößerung des räumlichen Bereichs, in dem Funken zustande kommen die Wahr­ scheinlichkeit wächst, daß einer der Funken zündfähiges Gemisch erfaßt. Auf diese Weise sind die Chancen für eine Zündung höher als bei einem Funken, der ausschließlich in einem Luft­ spalt überschlägt.

Von besonderer Bedeutung ist die Vergrößerung des Fun­ kenüberschlagbereichs bei Vorkammerzündkerzen, da bei diesen die Wahrscheinlichkeit hoch ist, daß sich in der Vorkammer noch Reste von zündunfähigem Altgas befinden. Die bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zündkerzen wird dann so sein, daß der die Gleitfunkenstrecken tragende Stab die Vorkammer von deren zündkerzenseitigem Ende bis zu deren brennkammerseitigem Ende durchsetzt. Auf diese Weise kommt es zur Zündfunkenausbildung über die gesamte Länge der Vor­ kammer, anders als bei herkömmlichen Vorkammerzündkerzen wo eine metallische Elektrode durch die Vorkammer bis in den Bereich der Gassaustrittsöffnung reicht, so daß nur in diesem Bereich ein Zündfunke überspringt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung anhand der Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

Fig. 1 eine Vorkammerzündkerze mit mehreren Gleitfunken­ strecken innerhalb der Vorkammer,

Fig. 2 eine Zündkerze, bei welcher eine Gleitfunkenstrecke und eine Luftfunkenstrecke in Reihe liegen,

Fig. 3 eine Vorkammerzündkerze, bei welcher sich in der Vorkammer eine einzige Gleitfunkenstrecke befindet, und

Fig. 4 einen Teil einer Vorkammerzündkerze, bei welcher sich die Luftfunkenstrecke zwischen Gleitfunken­ strecken im Inneren der Vorkammer befindet.

Fig. 1 zeigt eine Vorkammerzündkerze, bei welcher an einen mit dem Zündstift 10 der Zündkerze verbundenen metallischen Kontaktstift 5 ein Keramikstab 1 anschließt, welcher sich aus dem Zündkerzenisolator 6 in die Vorkammer 7 und durch diese hindurch in den Bereich der brennraumseitigen Austrittsöffnung 8 der Vorkammer 7 er­ streckt, deren Wände in diesem Bereich durch den metal­ lischen Gehäusekörper 9 der Zündkerze gebildet werden.

Im einzelnen handelt es sich bei dem Stab 1 um eine Halbleiterkeramik, vorzugsweise SiC, welche oberflächlich zu einer guten Leitfähigkeit dotiert ist und in welche in dem in der Vorkammer 7 liegenden Bereich im Abstand Rillen 3 eingeschliffen sind, welche unter Entfernung der gut lei­ tenden Oberflächenschicht in das schlecht leitende Kernmaterial reichen. Dadurch kommt es zu einer Unterbrechung der gut leitenden Oberflächenschicht und es ergeben sich ringförmige gut leitende Oberflächenbereiche 4, die in axialer Richtung des Stabes 1 durch schlecht leiten­ de Bereiche getrennt aneinander anschließen. Zwischen diesen gut leitenden Oberflächenbereichen 4 sind auf diese Weise Gleitfunkenstrecken 13 ausgebildet.

Zwischen dem im Bereich der Austrittsöffnung 8 liegenden freien Ende des Keramikstabes 1 und der Vorkammerwand in diesem Bereich liegt eine Luftfunkenstrecke 2 vor.

Wird nun Spannung an den Kontaktstift 5 bzw. Zündstift 10 ange­ legt, so fällt diese, da die Luftfunkenstrecke 2 absperrt, zunächst vollständig an der Luftfunkenstrecke ab. Bei weiterer Er­ höhung der Spannung zündet dann die Luftfunkenstrecke und die Spannung fällt nun im wesentlichen über den hochohmigen Bereichen bzw. den Rillen 3 des Keramikstabes 1 ab. Sobald es zur Ausbildung eines Gleitfunkens auf irgendeiner der auf diese Weise ausgebildeten Gleitfunkenstrecken 13 kommt, tritt die Restspannung an den noch ungezündeten Gleitfunkenstrecken auf, so daß dann eine nächste Gleitfunkenstrecke zündet usw. Auf diese Weise erreicht man eine kaskadenähnliche Funken­ bildung an der Oberfläche des von dem Kontaktstift 5 aus­ gehenden Keramikstabes 1. Somit ist zusätzlich zur Luftfunken­ strecke ein Durchzünden auf relativ langen Wegen realisierbar, so daß das Gebiet vergrößert ist, in dem es zur Bildung von Funken kommt.

Dieser Effekt kann bei Zündkerzen mit allen bekannten Masseelektroden benutzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Zündkerze ohne Vorkammer, bei welcher eine Luftfunkenstrecke 2 mit einer Gleitfunkenstrecke 13 in Reihe liegt, die, wie oben beschrieben, durch Einschleifen ei­ nes an den Zündstift 5 anschließenden oberflächlich gut lei­ tend dotierten Stabes 1 aus Halbleiterkeramik gebildet ist. Die Luftfunkenstrecke ergibt sich zwischen dem gut leitenden freien Ende des Keramikstabes 1 und einer Masseelektrode 14.

Der beschriebene Effekt funktioniert mit herkömmlichen Transistorzündungen, wenn, wie beschrieben, die Gleitfunken­ strecken in Reihe mit einer Luftfunkenstrecke liegen.

Bei einem hinreichend steilen Anstieg der Zündspannung und bei hinreichender Energie von mehr als ca. 30 mJ pro Zündzyk­ lus kann die Luftfunkenstrecke auch fehlen und die gut leitende Oberfläche an einem Ende des Keramikkörpers direkt mit Masse verbunden sein.

Fig. 3 zeigt wiederum eine Vorkammerzündkerze, bei wel­ cher der Keramikstab 1 über seine ganze in der Vorkammer 7 liegenden Länge bis in den Kernbereich abgeschliffen und somit hochohmig ist. Die innerhalb des Isolatorkörpers 6 der Zündkerze liegende und auch die zum Kontaktstift 5 kontaktie­ rende Oberfläche des Stabes 1 ist gut leitend. Der schlecht leitende Bereich des Stabes 1 reicht bis in die Austritts­ öffnung 8 der Vorkammer 7 und bildet dort mit der die Masse­ elektrode bildenden Vorkammerwand eine Luftfunkenstrecke 2 aus.

Beim Anlegen einer Spannung bildet sich ein Gleitfunken über dem hochohmigen Oberflächenbereich des Halbleiterkeramik­ stabes 1 aus und der Kurzschlußstrom fließt über die Luft­ funkenstrecke 2 zu der durch den Zündkerzengehäusekörper 9 gebildeten Masseelektrode ab.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, die nur den Vorkammerbereich einer Vorkammerzündkerze zeigt, sind zwei Keramikstäbe 1 und 11 der oben beschriebenen Art vorgesehen, von denen jeder eine eingeschliffene Gleitfunken­ strecke 13 enthält. Der eine der beiden Stäbe, 1, geht von dem Kontaktstift 5 aus, während der andere mit der äußeren End­ wand der Vorkammer 7 verbunden und damit an den Massepol an­ geschlossen ist. Die beiden Stäbe 1 und 11 aus Halbleiter­ keramik stehen sich mit einem Spalt innerhalb der Vorkammer 7 gegenüber, der eine Luftfunkenstrecke 2 ausbildet. Auf diese Weise ergibt sich wiederum eine Anordnung mit zwei Gleit­ funkenstrecken und einer Luftfunkenstrecke, wobei die Luft­ funkenstrecke nun zentral innerhalb der Vorkammer 7 ange­ ordnet ist.

Claims (8)

1. Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß im Zündfunkenbereich mindestens zwei elektrisch und räumlich in Reihe liegende Funkenstrecken (2, 13) vorgesehen sind, von de­ nen wenigstens eine eine Gleitfunkenstrecke (13) ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Luftfunkenstrecke (2) mit min­ destens einer Gleitfunkenstrecke (13) elektrisch und räumlich in Reihe liegt.

3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere elektrisch und räumlich in Reihe liegende Gleitfunkenstrecken (13) vorgesehen sind.

4. Zündkerze nach mindestens einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfunkenstrecke oder -strecken (13) durch einen schlecht leitenden Stab (1, 11) gebildet ist bzw. sind, auf dessen Mantel mit Abstand aufeinanderfolgende ringförmige gut leitende Oberflächenbereiche (4) vorgesehen sind.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stab (1, 11) durch eine ober­ flächlich gut leitend dotierte Halbleiterkeramik gebildet ist, wobei die gut leitende Oberfläche zur Ausbildung der gut leitenden ringförmigen Oberflächenbereiche (4) im Abstand der ringförmigen Bereiche abgeschliffen ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stab mit einem Ende an den Kontaktstift (5) bzw. den Zündstift (10) der Zündkerze anschließt und am anderen Ende zusammen mit der Masseelektrode (14) der Zünd­ kerze eine Luftfunkenstrecke (2) bildet.

7. Zündkerze, wobei die Zündkerze eine Vorkammerzünd­ kerze ist, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stab (1) die Vorkammer (7) der Zündkerze axial durchsetzt.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Masseelektrode mit einem wei­ teren eine oder mehrere Gleitfunkenstrecken (13) aufweisenden Stab (11) verbunden ist und die Luftfunkenstrecke (2) zwischen Enden der beiden Stäbe (1, 11) gebildet ist.