DE3934012A1

DE3934012A1 - Zuendkerze zur verwendung in verbrennungs-kraftmaschinen und zuendverfahren bei deren gebraucn

Info

Publication number: DE3934012A1
Application number: DE3934012A
Authority: DE
Inventors: Ryohei Kashiwara; Hideaki Kashiwara; Hidehiko Noguchi; Takeaki Kashiwara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1990-05-03
Also published as: IT1237825B; GB8923722D0; CN1014573B; BR8905526A; GB2224775B; IT8948486A0; JPH02117086A; AU4270589A; RU1838856C; FR2640092A1; CN1042624A; US4901688A; GB2224775A; AU612955B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze zur Verwendung in Verbrennungs-Kraftmaschinen von Autos o.dgl.

Die Erfinder haben bereits eine Zündkerze entwickelt, wie sie in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. sho 62-11 471 offenbart ist. Bei dieser Zündkerze ist eine linienförmige Zünd-Nut an dem der Mittelelektrode gegenüberliegenden Ende der Masseelektrode vorgesehen, so daß eine kleine Menge der zu zündenden Gasmischung in dieser Nut zuerst gezündet wird, die auf diese Weise eine schnelle Verbrennung im gesamten Raum der Verbrennungskammer bewirkt.

Obwohl beim Stand der Technik das freie Ende der Masseelektroden, bis zu dem sich die Zündnut erstreckt, nach innen gebogen ist, um auf diese Weise nahe an die Seitenfläche der Mittelelektrode bis auf eine dazwischenliegende Funkenstrecke heranzukommen, ist die Aufnahmefähigkeit der Zündnut zum Aufnehmen der Gasmischung vom einen Ende bis zum anderen fast dieselbe, so daß die Zündkraft dadurch begrenzt wird und nicht erhöht werden kann. Bei einer Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung ist aus diesem Grunde das freie Ende der Masseelektrode, das zur Mittelelektrode hinweist, teilweise in einer solchen Weise eingebuchtet, daß dort ein Ausschnitt zum Aufnehmen der Gasmischung gebildet wird, wobei die Aufnahmefähigkeit des Ausschnittes mit zunehmendem Abstand zwischen der Innenfläche des Ausschnittes und der Seitenfläche der Mittelelektrode anwächst.

Wenn das Gasgemisch am Rande des Ausschnittes einmal durch die Funken gezündet ist, die die Funkenstrecke überbrücken, dann setzt sich der Zündvorgang mithin in den Ausschnitt hinein fort, wobei die Zündungs-Stellen (-Keime) vervielfältigt werden, so daß sich das Verbrennungsgas im Ausschnitt augenblicklich in idealer Weise ausbreitet. Als Folge davon wird nicht nur die Zündung des Gasgemisches innerhalb des Ausschnittes beschleunigt, sondern es können darüber hinaus die Zahl der Zündungs-Stellen (-Keime) vervielfältigt werden, und zwar in einer sehr viel intensiveren Weise, wie dies bei früheren Zündkerzen der Fall war. Die Zeit vor der Verbrennung wird daher sehr stark vermindert und das Verbrennungsgas wird in seiner Wirkung so verstärkt, daß das Gasgemisch in seiner Umgebung ebenfalls gezündet wird. Die Zündungs-Stellen (-Keime) vermehren sich im Ausschnitt stufenlos zunehmend so, daß die Ausdehnung des Verbrennungsgases einer Linie parallel zum Umriß des Ausschnittes folgt. Im Vergleich mit einer üblichen Zündkerze kann auf diese Weise der Energieverlust beim Zündungsvorgang vermindert werden, und zwar durch ein Ausbalancieren der Zündungsstärke und der Tiefe des Ausschnittes.

Damit die vorliegende Erfindung noch besser verstanden werden kann, wird der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Zündkerze anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines wesentlichen Teiles einer Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Gesamtansicht der Zündkerze nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Ansicht von unten der Zündkerze nach Fig. 1;

Fig. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Zündkerze nach Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Ansicht von unten einer Abwandlung der Zündkerze gemäß den Fig. 1 bis 4;

Fig. 6 ist eine Ansicht von unten einer anderen Abwandlung der Zündkerze gemäß den Fig. 1 bis 4;

Fig. 7 ist ein Längsschnitt eines wesentlichen Teiles einer anderen Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist eine Ansicht von unten der Zündkerze nach Fig. 7;

Fig. 9 ist ein Längsschnitt eines wesentlichen Teiles einer weiteren Ausführungsform einer Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 10 ist eine Ansicht von unten der Zündkerze nach Fig. 9, wobei in der letztgenannten Figur die Bezugsziffer 8 den Raum für den Kolben bezeichnet, der jedoch selbst in den obigen Figuren nicht dargestellt ist.

Da die Zündkerze im Motorblock fest verschraubt sein muß, ist ihre Außenseite mit einem elektrisch leitenden Metallgehäuse 1 versehen, das an seinem Ende ein Außengewinde aufweist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Von dem Metallgehäuse 1 wird dicht ein Isolator 2 umschlossen, der üblicherweise aus Porzellan hergestellt ist und der seinerseits eine Leitung enthält, die die Anschlußklemme 3 mit der zylindrischen Mittelelektrode verbindet. Ein Paar von im Querschnitt rechteckigen Masseelektroden 5, 5, die von dem Metallgehäuse 1 abstehen, sind ungefähr in ihrer Mitte im rechten Winkel auf die Mittelelektrode 4 hin abgebogen. Auf diese Weise wird eine Funkenstrecke zwischen der Seitenfläche 4 a der Mittelelektrode 4 und den Enden 5 a der Masseelektroden 5, 5 gebildet.

Am Ende 5 a der Masseelektroden 5, 5 ist eine V-förmige Nut 7 ausgebildet, die zum Aufnehmen und Festhalten des Gasgemisches dient, wobei der Rand der Nut die gesamte Breite der Masseelektroden einnimmt, wie dies in der Ansicht von unten gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Die Größe des Querschnittes, oder, mit anderen Worten, die Aufnahmefähigkeit des Ausschnittes 7 vergrößert sich pro Längeneinheit in dem Maße, in dem sich der Abstand zwischen dem Grund des Ausschnittes und der Seitenfläche der Mittelelektrode vergrößert.

Die freien Enden 5 a der Masseelektroden 5, 5 weisen einen solchen V-förmigen Ausschnitt auf, daß dann, wenn eine hohe Spannung zwischen der Mittelelektrode und den Masseelektroden über die Anschlußklemme angelegt wird, in der Funkenstrecke 6 Funken entstehen. Dies bedeutet, daß dort Flammen-Keime bzw. Stellen von Erstzündungen entstehen und daß das Gasgemisch zuerst am Rande des V-förmigen Ausschnittes zündet. Da die Zündung sich in den Ausschnitt hinein fortsetzt, dessen Aufnahmefähigkeit sich stufenlos mit zunehmender Entfernung seines Abstandes von der Mittelelektrode 4 vergrößert, entwickelt sich die Verbrennung ebenfalls stufenlos, da sich die Zahl der Zweitzündungen vervielfältigt. Auf diese Weise wird das gesamte Gasgemisch in der Verbrennungskammer in so kurzer Zeit gezündet, daß eine starke Explosion entsteht.

Die folgende Tabelle zeigt das Ergebnis von zwei Fahrtests, die kürzlich auf fast derselben Strecke in der Stadt Osaka mit einem unbeladenen normalen Lastwagen gemacht worden sind (1300 cm³, 4-Takt, 4-Zylinder), und zwar mit einer Zündkerze nach der Erfindung und mit einer üblichen, am Markt erhältlichen Zündkerze, wobei bei beiden Testläufen die Höchstgeschwindigkeit ungefähr 60 km/h betragen hat und wobei die Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen 40 und 60 km/h lag.

Tabelle

Die Fig. 1 bis 4 stellen eine Zündkerze dar, die zwei Masseelektroden aufweist; es braucht jedoch nicht extra betont zu werden, daß auch eine Zündkerze mit einer einzigen oder mit drei Masseelektroden in ähnlicher Weise betrieben werden kann, wenn das Ende dieser Masseelektroden in ähnlicher Weise geformt ist. Darüber hinaus kann die Form des Ausschnittes 7 so geändert werden, wie es z.B. in den Ansichten von unten gemäß den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Bei einer der Ausführungsformen besitzt der Ausschnitt einen flachen Boden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, und bei einer anderen Ausführungsform hat der Ausschnitt einen kreisförmigen Boden, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Bei allen diesen Ausführungsformen kann ein wünschenswerter Effekt erzielt werden, der dem ähnlich ist, wie er mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 erzielt wird.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel. An der Spitze von Stützen 9, die aus dem Metallgehäuse 1 herausragen, ist ein Paar von halbmondförmigen Masseelektroden 5, 5 befestigt, wobei die Stützen 9 parallel zu der Mittelelektrode 4 verlaufen. Wie dies aus der Darstellung nach Fig. 8 hervorgeht, ist das Ende bzw. die Innenfläche der Masseelektroden 5, 5, die in Verbindung mit der Seitenfläche 4 a der Mittelelektrode 4 die Funkenstrecke darstellt, so breit ausgeführt, daß in ihrer Mitte ein kreisförmiger Ausschnitt 5 a angebracht sein kann, dessen Krümmungsradius größer ist als der Krümmungsradius der Mittelelektrode und daß ferner auf beiden Seiten zwei gebogene Ausschnitte 7, 7 vorhanden sind, deren Funktion dieselbe ist wie die des Ausschnittes 7 beim ersten Beispiel. Außerhalb der jeweiligen bogenförmigen Aussparungen 7, 7 befindet sich eine flache Stirnfläche 10; auf diese Weise befindet sich zwischen der flachen Stirnfläche 10 der einen Masseelektrode 5 und der gegenüberliegenden flachen Stirnfläche 10 der anderen Masseelektrode 5 ein Zwischenraum 11, der sich nach außen hin erweitert.

Der Aufbau der Masseelektroden und der Mittelelektrode ist so, daß dann, wenn in der Funkenstrecke 6 Funken überspringen, diese Funken den Anlaß geben zu Zündungs-Keimen am Rand der gebogenen Aussparungen 7, 7, und zwar dort, wo sich die gebogene Aussparung und die kreisförmige Aussparung an einer ersten Stelle treffen. Die Zahl der Zündungs-Keime wächst an, vervielfältigt sich zu zweiten Zündungs-Keimen und verursacht eine Verbrennung, bei der das Gas radial aus dem Raum 11 nach außen entweicht.

Da die gebogenen Aussparungen 7, 7 an einer Masseelektrode jeweils den Aussparungen 7, 7 an der anderen Masseelektrode gegenüberliegen und dazwischen eine Funkenstrecke 6 bilden, bilden sie einen weiten Raum zum Halten des Gasgemisches, dessen Aufnahmefähigkeit stufenlos mit dem Anwachsen des Abstandes zwischen der Oberfläche der gebogenen Aussparung 7 und der Seitenfläche der Mittelelektrode 4 anwächst. Auf diese Weise kann eine größere Anzahl von Zündungs-Keimen entstehen und daraus kann eine noch plötzlichere Verbrennung erwachsen.

Die Fig. 9 und 10 zeigen noch ein weiteres Beispiel, bei dem das Paar Masseelektroden 5, 5 in den vorhergehenden Beispielen als ein Stück ausgebildet ist, um auf diese Weise einen Kreis zu bilden, der die Mittelelektrode 4 umgibt. Im einzelnen wird eine runde Masseelektrode 5 durch ein Paar von Stützen 9, 9 getragen, die Von dem Metallgehäuse 1 abstehen; in der Mitte der Masseelektrode 5 befindet sich ein im wesentlichen rechteckiges Loch, in dessen Mitte die Masseelektrode 4 angeordnet ist, wobei an jeder Seite des Loches eine Funkenstrecke 6 gebildet wird. Die Seiten des Loches enthalten jeweils einen kreisförmigen Abschnitt 5 a, der in Verbindung mit der Seitenfläche 4 a der Mittelelektrode 4 die Funkenstrecke 6 bildet und fernerhin zwei Aussparungen 7, 7 an beiden Seiten des kreisförmigen Abschnittes 5 a. Die eine Aussparung auf der einen Seite und die andere Aussparung auf der anderen Seite bilden einen weiten Raum zum Festhalten und Aufnehmen des Gasgemisches zwischen ihnen an allen Ecken des Loches; auf diese Weise erreicht die Aufnahmefähigkeit des Raumes ein Maximum auf der Diagonalen dort, wo der Abstand zwischen der Innenfläche der Masseelektrode (der Seitenfläche des Loches) und der Seitenfläche der Mittelelektrode 4 am größten ist.

Das Loch hat eine solche Form, daß das Gasgemisch in einem gewissen Überschuß in jeder seiner Ecken angesammelt werden kann, deren Funktion auf diese Weise gleichbedeutend ist mit der der Ausnehmung 7 beim ersten Beispiel und der Aussparung 7 beim zweiten Beispiel. Wenn daher Zündfunken in der Zündstrecke 6 überspringen, wird dort eine große Anzahl von Zündungs-Keimen gebildet und dies gibt den Anlaß für eine starke und plötzliche Verbrennung im gesamten Raum der Verbrennungskammer.

Obwohl das bisherige Beispiel anhand einer runden Masseelektrode mit einem im wesentlichen quadratischen Loch zum Aufnehmen einer Mittelelektrode in seiner Mitte beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, daß die Form des Loches auch die eines Dreiecks oder eines Fünfecks im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben kann und daß man trotzdem den gewünschten Effekt in ähnlicher Weise erreichen kann.

Claims

1. Zündkerze zur Verwendung in Verbrennungs-Kraftmaschinen, bei der wenigstens eine Masseelektrode mit einer Mittelelektrode zusammenarbeitet, wobei die Masseelektrode in ihrer Mitte ungefähr in einem rechten Winkel auf die Mittelelektrode so gebogen ist, daß ihr Ende auf die Seitenfläche der Mittelelektrode weist und mit dieser eine Funkenstrecke bildet, und wobei die Spitze der Mittelelektrode über einen Abstand einem Kolben gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Masseelektrode (5) teilweise so eingebuchtet ist, daß eine Aussparung (7) zum Halten und Aufnehmen eines Gasgemisches gebildet wird und daß die Aufnahmefähigkeit der Aussparung (7) stufenlos mit dem Anwachsen des Abstandes zwischen der Aussparung (7) und der Mittelelektrode (4) anwächst.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (7) als V-förmige Ausnehmung an einem Ende der Masseelektrode (5) ausgebildet ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der V-förmigen Ausnehmung flach ausgebildet ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der V-förmigen Ausnehmung kreisförmig ausgebildet ist.

5. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektroden (5) paarweise auf beiden Seiten der Mittelelektrode (4) angeordnet sind, wobei die Seite jeder Masseelektrode (5), welche in Verbindung mit der Seitenfläche (4 a) der Mittelelektrode (4) die Funkenstrecke (6) bildet, so breit ausgebildet ist, daß sie in ihrer Mitte eine kreisförmige Ausnehmung aufweist und zu beiden Seiten davon zwei gebogene Abschnitte, wobei diese gebogenen Abschnitte einer Masseelektrode (5) den gebogenen Abschnitten der jeweils anderen Masseelektrode gegenüberliegen und dazwischen die Funkenstrecke (6) bilden, so daß dort ein weiter Raum zum Halten des Gasgemisches gebildet wird, dessen Aufnahmefähigkeit stufenlos mit dem Anwachsen des Abstandes zwischen der Fläche der gebogenen Abschnitte und der Seitenfläche (4 a) der Mittelelektrode (4) anwächst.

6. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (5) eine runde Form aufweist mit einem im wesentlichen quadratischen Loch in der Mitte, daß sie durch wenigstens eine Stütze (9) getragen wird, die aus dem elektrisch leitfähigen Gehäuse (1) vorsteht, und daß das Loch so groß ausgebildet ist, daß es in der Lage ist, die Mittelelektrode (4) in seiner Mitte aufzunehmen, wobei an jeder seiner Seiten eine Funkenstrecke (6) verbleibt und wobei ferner zwei Aussparungen (7) auf jeder Seite des Loches vorgesehen sind, so daß ein Ausschnitt auf jeder Seite einem anderen Ausschnitt auf der benachbarten Seite einen weiten Raum zum Aufnehmen des Gasgemisches in jeder Seite des Loches dort bilden, wo der Abstand zwischen der Seitenfläche des Loches und der Seitenfläche der Mittelelektrode (4) am größten wird.

7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch eine dreieckige Form hat.

8. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch eine fünfeckige Form hat.

9. Verfahren zum Zünden eines Gasgemisches in einer Zündkerze nach den Ansprüchen 1 bis 8 mit den folgenden Verfahrensschritten:

- Zünden einer sehr kleinen Menge des Gasgemisches am Rande einer sehr nah an der Funkenstrecke befindlichen Aussparung am Ende der Masseelektrode mit Hilfe von Funken, die an einer ersten Stelle in der Funkenstrecke überspringen und
- Zünden einer größeren Menge des Gasgemisches in der Aussparung, deren Aufnahmefähigkeit stufenlos mit dem Anwachsen des Abstandes zwischen der Aussparung und der Seitenfläche der Mittelelektrode zunimmt.