DE3726714C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Otto-Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die optimale Zündung des Kraftstoffes in Otto-Motoren ist für den wirtschaft­ lichen Betrieb derartiger Motore von ausschlaggebender Bedeutung.

Aus wirtschaftlichen Untersuchungen geht hervor, daß bis zu 40% Kraftstoff eingespart werden können, wenn dafür gesorgt wird, daß die Durchbruchsphase des Zündfunkens möglichst energiereich ist und die anschließende Brennphase des Zündfunkens auf verhältnismäßig hohem Niveau ohne Unterbrechung abläuft. Dieser Vorschlag sieht vor, die Nutzung eines möglichst hohen Energieanteils in der Durchbruchphase durch schaltungstechnische Mittel zu erzielen.

Ein Zündkerze der eingangs erwähnten Art ist durch die US-PS 31 19 944 bekannt. Bei dieser Zündkerze ist der als Mittelelektrode benutzte Zündstift als Verbundelektrode aufgebaut, das heißt, die Mittelelektrode besteht aus einem äußeren hochwarmfesten Schutzmantel und einem inneren Kupferkern, wobei der Kupferkern auf der gesamten Länge an der Innenoberfläche des Mantels anliegt und mit diesem verlötet ist. Diese Mittelelektrode ist über eine elektrisch leitende Schmelze mit dem Anschluß für das Zündkabel verbunden.

Auch durch die DE-PS 8 39 428 ist eine Mittelelektrode bekannt, die aus einem Kupferschaft besteht, der in eine Bohrung eines Zündstückes eingesetzt ist. Zum Schutz gegen Abbrand umgibt den Kupferschaft eine Nickelhülse, wobei Kupfer­ schaft, Nickelhülse und Zündstück hart miteinander verlötet sind. Diese Art des Aufbaus der Mittelelektrode führt zu einem herkömmlichen Zündverlauf und hat keinen Einfluß auf die Durchbruchsphase; vielmehr soll mit dem erwähnten Aufbau der Zündkerze für eine beschleunigte Wärmeableitung gesorgt werden.

Aus der DD-PS 2 35 140 und der DE-OS 19 48 588 sind Zündkerzen bekannt, deren Mittelelektroden die Form einer Becherhülse aufweisen. Diese Becherhülsen sind jedoch mit einem gut wärmeleitenden Kern ausgefüllt, der sich bei der DE-OS 19 48 588 als Anschlußstück bis zum Zündkabelanschluß fortsetzt.

Die DE-AS 10 07 563 zeigt eine Zündkerze mit einem von einem freien Luftspalt umgebenden Anschlußdraht von einer aufgespritzten Mittelelektrodenschicht zu einem Zündkabelanschluß.

Alle genannten Zündkerzen nach dem Stand der Technik sind nicht hinreichend optimiert, damit die Durchbruchphase des Zündfunkens möglichst energiereich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zündkerze in einer solchen Weise zu verändern, daß während der Durchbruchsphase ein möglichst energiereicher Funkenkopf und während der Brennphase ein Funkenschwanz erzielt wird, der eine möglichst gleichmäßige und unterbrechungsfreie Brennspannung während der gesamten Brennphase hat.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Zündkerze für Otto-Motore durch eine Zündkerze nach Anspruch 1 gelöst.

Die Mittelelektrode einer efindungsgemäßen Zündkerze besteht aus einer Blechhülse. Zur Luftraumausfüllung ist der in einer Bohrung im Keramik-Isolator geführte Anschlußdraht zwischen Mittelelektrode und Zündkabelanschluß in ein gut isolierendes und hitzebeständiges Pulver eingebettet. Dieser Anschlußdraht ist vorzugsweise aus Kupfer, Silber oder einer Legierung von beiden hergestellt.

Der weiteren Verbesserung der Wärmeableitung zum Motorzylinderkopf hin ist das Kerzengehäuse aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise Messing, Tombak oder Kupferberyllium hergestellt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß in einem runden oder rechtwinklig U-förmig gebogenen Massebügel zwei Elektrodenspitzen angebracht sind, welche 90°-120° zueinander versetzt im Massebügel auf die Spitze der Mittelelektrode ausgerichtet sind.

Eine besonders auffällige Verbesserung des Zündverlaufes ließ sich durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erreichen, bei der auf der Becherhülse im Bereich der Fußspitze des Keramik-Isolators ein flacher, über einen Teil der Länge der Becherhülse sich erstreckender Kurzschlußring aus einem gut elektrisch leitenden Material angebracht ist.

Durch den verbesserten Zündverlauf lassen sich Kraftstoffeinsparungen zwischen 10-20% im Vergleich zu herkömmlichen, im Handel erhältlichen Zündkerzen erzielen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zündkerze gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Zündkerze gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 besteht die Zündkerze aus einem Gehäuse 10, dessen oberer Teil als Sechskant zum Ansetzen eines Kerzenschlüssels ausgebildet ist. Am unteren Ende des Gehäuses 10 ist das Kerzengewinde 11 angebracht, welches in ein ent­ sprechendes Gegengewinde im Zylinderkopf des Motors paßt. Das Gehäuse ist aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise aus Messing, Tombak oder Kupferberyllium hergestellt, um eine möglichst gute Wärmeableitung zum Zylinderkopf zu gewähr­ leisten, wobei letztere beiden Legierungen sich auch zum Einbördeln des Isolators eignen.

In die untere Stirnfläche des das Kerzengewinde 11 tragenden Teiles ist ein Massebügel 14 mit einem für eine günstige Wärmeableitung entsprechenden Querschnitt eingesetzt. Als Werkstoff für den Massebügel kann eine Legierung auf einer Nickel-Chrombasis Verwendung finden.

In das Gehäuse 10 ist ein Keramikisolator 16 von oben her eingesetzt, wobei dieser Keramik-Isolator am unteren Ende eine konisch zulaufende Fußspitze 17 trägt, die geringfügig über das untere Ende des Gehäuses vorsteht. Im Inneren des Keramik-Isolators 16 ist eine durchgehende Bohrung 12 vorgesehen, welche die Mittelelektrode sowie einen Anschlußdraht 18 und den Fußteil eines Zündkabel­ anschlusses 19 am oberen Ende aufnimmt.

Die Mittelelektrode besteht aus einer Becherhülse 20, die vorzugsweise aus einer Nickellegierung besteht und am vorderen Ende die Elektrodenspitze 21 der Mittelelektrode trägt. Diese Elektrodenspitze 21 hat vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes und kann ebenfalls aus einer Nickellegierung als auch aus einem von der Becherhülse 20 verschiedenen Material, wie z. B. einer Nickel- Wolframlegierung bestehen. Der durch die Becherhülse 20 geführte Anschluß­ draht 18 ist mit der Elektrodenspitze 21 hart verlötet oder verschweißt. Dabei ist der Durchmesser des Anschlußdrahtes 18 kleiner als der Innendurchmesser der Becherhülse 20, so daß sich zwischen dem Anschlußdraht und der Innenwandung der Becherhülse ein freier Luftspalt ausbildet.

Der Anschlußdraht 18 verläuft von der Becherhülse aus durch die Bohrung 12 zum Zündkabelanschluß 19 und ist mit diesem ebenfalls hart verlötet. Im Bereich zwischen der Becherhülse 20 und dem Zündkabelanschluß 19 ist der Freiraum zwischen dem Anschlußdraht 18 und dem Keramik-Isolator 16 mit einem Quarzsand-Gemisch ausgefüllt, dessen Bestandteile derart ausgewählt werden, daß ein gut isolierendes und hitzebeständiges Pulver entsteht, in welchem der Anschlußdraht 18 eingebettet ist. Ein geeigneter Gemischanteil ist Aluminium­ oxydpulver oder Specksteinpulver.

Der Anschlußdraht 18 besteht vorzugsweise aus Kupfer, jedoch ist auch die Verwendung einer Silberlegierung vorgesehen.

Die Dicke des Anschlußdrahtes ist entsprechend der Zündkerzenleistung einerseits und der gewünschten Wärmeableitung andererseits dimensioniert.

Der Keramik-Isolator 16 wird im Gehäuse 10 mit Hilfe einer Spannschraube 26 festgehalten, die an einer schulterartigen Durchmesservergrößerung des Keramik- Isolators aufliegt und den Isolator gegen eine im unteren Teil des Gehäuses vorgesehene Schulter preßt. Der Keramik-Isolator kann auch durch Einbördeln gehalten sein.

Zwischen der Spannschraube 26, dem Keramik-Isolator 16 und dem Gehäuse 10 ist eine Dichtung 27 vorgesehen, die vorzugsweise gut wärmeleitend und gasdicht ist. Ein weiterer Gasdichtring 28 liegt zwischen dem unteren Ende des Keramik- Isolators 16 und einer im unteren Ende des Gehäuses vorgesehenen Auflageschul­ ter, wobei dieser Gasdichtring ebenfalls für einen gasdichten Abschluß und eine gute Wärmeleitung zum Gehäuse hin dient ausgelegt ist.

Unterhalb dieses Gasdichtringes 28 verläuft die Fußspitze 17 des Keramik- Isolators.

Im Inneren der durchgehenden Bohrung 12 ist am oberen Ende der Becherhülse 20 ein weiterer Gasdichtring 29 angebracht, mit welchem die Becherhülse in der Bohrung gasdicht und zum Keramikisolator 16 hin gut wärmeleitend gehaltert ist. Dieser Gasdichtring kann auch eingebacken oder eingesintert sein.

Der Elektrodenspitze 21 gegenüberliegend ist am Massebügel 14 die Elektroden­ spitze 15 als Masseelektrode befestigt, wobei die Elektrodenspitze 15 ebenfalls aus einer Nickellegierung bestehen kann. Diese Elektrodenspitze 15 ist in den Massebügel hart eingelötet und vorzugsweise im Inneren mit einer Zentralbohrung versehen, die sich während des Einlötens mit dem gut elektrisch leitenden Lot füllt, so daß das Lot nicht nur die Außenfläche des eingesetzten Teiles der Elektrodenspitze 15, sondern auch in Form einer Kernfüllung 30 den Innenbereich der Elektrodenspitze 15 füllt und über eine pilzartige Überlappung diesen Bereich mit dem Massebügel in Verbindung bringt.

Bei einer derart nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauten Zündkerze ergibt sich einerseits eine sehr gute Leitfähigkeit vom Zündkabelanschluß zur Elektro­ denspitze und andererseits eine gute Wärmeableitung von der Elektrodenspitze, die sich zusammen mit der angrenzenden Becherhülse sehr schnell auf die sogenannte "Freibrenngrenze" oder Selbstreinigungstemperatur von ca. 400°C erhitzen kann und andererseits für höhere Temperaturen eine gute Wärmeab­ leitung gewährleistet. Die über den Anschlußdraht abfließende Wärme im Bereich der Gasdichtung 29 und des Quarzsandgemisches 24 wird weitgehend an den Keramik-Isolator und von diesem an das gut wärmeleitende Gehäuse 10 abge­ geben. Auf diese Weise erreicht man, daß trotz des von der Elektrodenspitze 21 zum Zündkabelanschluß 19 durchgehenden Anschlußdrahtes 18 ein sehr hoher Anteil der Wärmeenergie zum Zylinderkopf des Motors abgeleitet wird und somit den Zündkabelanschluß nicht unzulässig erwärmt.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein flacher Kupferring 35 auf der Außenseite der Becherhülse 20 dargestellt. Die Anordnung dieses Kupferringes auf der Becherhülse entspricht einer weiteren Ausführungsform einer Zündkerze gemäß der Erfindung, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, daß der Kupferring bei dem Aufbau nicht vorhanden ist.

Der flache Kupferring 35 (Kurzschlußring) hat, ohne daß dessen Wirkung physikalisch erklärt werden kann, einen besonders günstigen Einfluß auf den Zündverlauf, indem offensichtlich die Brennphase des Zündfunkens in der Weise beeinflußt wird, daß eine möglichst gleichmäßige Brennphase entsteht und der Zündverlauf vorteilhaft beeinflußt wird.

Dieser Kurzschlußring 35 ist in dem durch die Bohrung 12 gebildeten Freiraum zwischen der Becherhülse 20 und der Fußspitze 17 angebracht, wobei zwischen dem Kupferring und der Fußspitze ein dünner freier Luftraum verbleibt.

Der Kurzschlußring kann auch innerhalb der Gasdichtung angeordnet sein. Es wird angenommen, daß sich dieser Kupferring sowohl auf die Freibrenngrenze, als auch auf die zwischen den Elektrodenspitzen sich ausbildende Ionisierung während der Durchbruchsphase und der Brennphase oder zur Beschleunigung der Elektronen am Minuspol durch Induktion auswirkt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der in Abweichung von der ersten Ausführungsform am Massebügel 14 zwei Elektro­ denspitzen 40 angeordnet sind, die von dem rund oder rechtwinklig U-förmig gebogenen Massebügel auf die Spitze der Mittelelektrode ausgerichtet sind. Auch die als Masseelektroden wirksamen Elektrodenspitzen sind am vorderen Ende kegelstumpfförmig ausgebildet.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsform können die als Masse­ elektroden wirksamen Elektrodenspitzen auch in den Schenkeln des Massebügels einander gegenüberliegend beiderseits einer zylinderförmigen Elektrodenspitze angeordnet sein.

Bei dieser Ausgestaltung ist der Basisabschnitt des Massebügels weggeschnitten.

Claims (6)

1. Zündkerze für einen Otto-Motor mit einem in einem Gehäuse angeordneten Keramik-Isolator, mit einer in der Formspitze des Isolators angeordneten, zumindest teilweise einen Kupferkern umfassenden und elektrisch leitend mit einem Zündkabelanschluß verbundenen Mittelelektrode aus einer Nickel-Chromlegierung und mit einer vom unteren mit einem Einschraubgewinde versehenen Teil des Gehäuses ausgehenden Masseelektrode, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelelektrode aus einer Becherhülse (20 besteht,
daß mit dem Boden auf der Innenseite der Becherhülse (20) ein gut elektrischleitender und wärmeleitender Anschlußdraht (18) verbunden ist, welcher mit seinem anderen Ende am Zündkabelanschluß (19 liegt,
daß zwischen der Innenwandung der Becherhülse (20) und dem An­ schlußdraht (18) ein freier Luftspalt besteht
und daß das Gehäuse (10) aus einer sehr gut elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht magnetisierbaren Metallegierung besteht, wobei das Gehäuse an einem die Mittelelektrode überbrückenden und aus einer Nickel-Chrom­ legierung bestehenden Massebügel (14) zumindest ein als Masseelektrode wirksame Elektrodenspitze (15) trägt.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Bohrung (12) im Keramik-Isolator (16) geführte An­ schlußdraht (18) zwischen Becherhülse (20) und Zündkabelanschluß (19) in ein isolierendes Pulver (24) eingebettet ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußdraht aus Kupfer, Kupferberyllium oder einer Kupfer- Silberlegierung besteht.

4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise Messing, Tombak oder Kupferberyllium besteht.

5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im rund oder rechtwinklig U-förmig gebogenen Massebügel (14) zwei um 90°-120° versetzte Elektrodenspitzen (40) angebracht sind, welche auf die Spitze (21) der Mittelelektrode ausgerichtet sind.

6. Zündkerze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Becherhülse (20) im Bereich der Fußspitze (17) des Keramik- Isolators (16) ein flacher, über einen Teil der Länge der Becherhülse sich erstreckender Kurzschlußring (35) aus einem gut elektrischleitenden Material, vorzugsweise Kupfer, angebracht ist.