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Die vorliegende Erfindung betrifft
das technische Gebiet der Zündkerzen
für einen
Verbrennungsmotor, der insbesondere für den Einbau in ein Kraftfahrzeug
vorgesehen ist.
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Genauer gesagt betrifft die Erfindung
eine besondere Ausgestaltung einer Zündkerze mit Oberflächeneffekt,
das heißt,
die einen Effekt der Verstärkung
des elektrischen Feldes in der Nähe
einer isolierenden Oberfläche
ausnutzt.
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Eine derartige Kerze ist zum Beispiel
in der Veröffentlichung
FR 2 771 558 und den noch nicht veröffentlichten Patentanmeldungen
FR 99/09473 und FR 99/04733 im Namen der Anmelderin beschrieben,
sowie in der
EP 0 055 658 .
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Gemäss diesen Veröffentlichungen
gibt es mehrere Geometrien für
Zündkerzen,
die insbesondere dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen gleitenden
Zündfunken
erzeugen, das heißt
einen Zündfunken,
der sich entlang des Isolators ausbreitet, welcher die Mittenelektrode,
an die die Hochspannung gelegt wird, von der Massenelektrode trennt,
wobei die Elektrode mit dem Kerzengehäuse zusammen wirkt oder gelegentlich
auch ein Teil des Kerzengehäuses
ist.
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Je nach dem gewählten Beispiel kann die Massenelektrode
mit der Oberfläche
des Isolators eine ringförmige
Aussparung begrenzen oder mit dieser Oberfläche in direktem Kontakt stehen,
wobei jedoch in jedem Fall die vom Zündfunken entweder in der Luft
oder auf dem Isolator zurückgelegte
Strecke so klein sein muss, dass von einem Oberflächenfunken
gesprochen werden kann. Daneben ist es erforderlich für eine genaue
Verstärkung
des Feldes entlang des Isolators eine möglichst große Potentialdifferenz zwischen
der inneren und der äußeren Seite des
Isolators zu erzeugen und zwar entlang des gesamten Weges des Funkens.
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Eine mögliche Verwirklichung besteht
darin, eine Gegenelektrode zu verwenden, die im Isolator gegenüber dem
Bereich der Oberfläche
angeordnet ist, entlang dem der Zündfunken ausgebildet wird.
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Diese Elektrode kann eine der beiden
Elektroden der Kerze sein, wie es in den Patentanmeldungen FR 99/09473
und FR 99/04733 beschrieben ist. Gemäss anderen Ausführungsbeispielen
kann die Gegenelektrode auch in das Innere der Keramik integriert
sein und damit unabhängig
von den Betriebselektroden, zwischen denen die Hochspannung angelegt
wird und die mit einer der Betriebselektroden elektrisch zusammen
wirkt. Auch hierbei können die
Ausführungsbeispiele
unterteilt werden, wobei zum einen die genannte Gegenelektrode eine
der Elektroden der Kerze direkt berührt und zum anderen von dieser
Elektrode durch eine Isolatorschicht getrennt ist, sodass eine kapazitive
Kopplung besteht. Dies ist der Fall bei der in der Veröffentlichung
FR 2 771 558 beschriebenen Kerze, von der als nächstliegendem Stand der Technik
ausgegangen wird.
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In allen Fällen besteht bei der Verwirklichung einer
derartigen Kerze mit Oberflächenfunken
das Problem, eine Geometrie der Kerze zu schaffen, bei der eine
Gegenelektrode integriert werden muss, die sich in der Nähe des Isolators
erstreckt unter Beibehaltung des Raumbedarfs, der mechanischen Festigkeit
und des dielektrischen Widerstandes sowie des thermischen Verhaltens,
die kompatibel sind mit den Bedingungen für den Einsatz in einem Zylinderkopf für ein Kraftfahrzeug.
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Zur Einhaltung dieser Anforderungen
sind die meisten Kerzen mit Oberflächenfunken, wie sie oben beschrieben
worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Isolatorschicht
mit einem dielektrischen Koeffizienten größer 1 aufweisen, im wesentlichen
zylindrisch ausgestaltet sind und mehr oder minder in die Verbrennungskammer
ragen, wobei der das Ende der Mittenelektrode von der Massenelektrode
trennende Isolator direkt auf dem zurückspringenden Kerzengehäuse angeordnet
ist.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer derartigen oben beschriebenen Gleitfunkenkerze.
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Die Geometrie der darin dargestellten
Kerze ist ähnlich
derjenigen, wie sie in der von der Anmelderin hinterlegten französischen
Patentanmeldung FR 99/07433 beschrieben ist, wobei sie sich unter anderem
dadurch auszeichnet, dass sie einen Funken mit großer Länge erzeugt,
der auf der dielektrischen Oberfläche 100 gleitet zwischen
dem Ende 101 der Mittenelektrode 102 und dem Flansch 103, der
am Ende des Kerzengehäuses 104 ausgebildet ist.
Diese Kerze ist eine Gleitfunkenkerze mit Längs- oder Axialfunken, der über den
Isolator in einer Richtung gleitet, die im wesentlichen parallel
zur Achse der Kerze ist.
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Der Unterschied zum Aufbau einer
herkömmlichen
Kerze besteht in erster Linie darin, dass keine in die Verbrennungskammer
vorspringende Massenelektrode vorhanden ist und dass am Ende der
Mittenelektrode 102 ein scheibenförmiger Ring 101 mit
dem Durchmesser des Isolators vorgesehen wird um einer Abnutzung
der Keramik 100 an ihrem spitzen Winkel 105 vorzubeugen.
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Wie oben ausgeführt verwendet diese Art von
Kerze einen Effekt der Verstärkung
des elektrischen Feldes in der Luft und in der Nähe des Isolators 100,
der die Mittenelektrode 102 umgibt. Daneben verstärkt der
zylindrische metallische Bereich in Form des Flansches 103 am
Ende des Kerzengehäuses 104 die
Verstärkung
des Feldes durch einen Krümmungseffekt.
Wird also eine Hochspannung an die Mittenelektrode 102 gelegt,
so ist die Verstärkung des
Feldes entlang der Oberfläche
maximal in der Nähe
des Gehäuses
und führt
zu einem Überschlag entlang
dieser Fläche.
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Danach gleitet der Funken entlang
des Isolators vom Flansch 103 bis zum Ende 101 der
Mittenelektrode. Während
dieser Ausbildung sorgt das Dielektrikum 100 für eine Verstärkung des
elektrostatischen Feldes in der Luft und in seiner Nähe, wodurch die
Fortbewegung der elektronischen Ladung entlang der Oberfläche unterstützt wird.
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Mit den Spannungen für das Auftreten
des Überschlags
zwischen 5 kV und 25 kV ist es ohne weiteres möglich, Funkenlängen in
der Größenordnung
von 4 bis 5 mm zu erhalten, verglichen mit weniger als 1 mm bei
einer herkömmlichen
Kerze. Der dabei entstehende Funken ist parallel zur Achse der Kerze.
Außerdem
kann bei einer derartigen Kerze auf Grund der Symmetrie der Ausgestaltung
der Überschlag
an irgend einer beliebigen Stelle entlang des Umfangs des Isolators
erfolgen.
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Ein erster Nachteil eines derartigen
Aufbaus, bei dem der Funken in Längsrichtung
im Zylinder erzeugt wird, ist gerade in der Tatsache begründet, dass
der Weg des Funkens entlang des Isolators nicht genau definierbar
ist. In einem derartigen Fall deckt nämlich der Isolator in systematischer
Weise einen Teil der Verbrennungskammer vom Zündfunken ab. Die willkürliche Verteilung
der Funken um den Isolator herum und die Dispersion der Anreicherung
an Kraftstoff im Zylinder, die nicht immer vernachlässigbar
ist, kann zu Fällen
führen,
in denen der Zündfunken
auf einem Bereich des Isolators ausgebildet wird, an dem die Anreicherung
des Gemisches nicht mehr ausreicht um die Verbrennung einzuleiten. Dieser
Nachteil ist dann besonders schwerwiegend, wenn der Motor mit einem
schichtförmigen
Gemisch betrieben wird, bei dem der Anteil des Kraftstoffs im Gemisch
dem stöchiometrischen
Verhältnis
entspricht, was üblicherweise
zu einem sogenannten mageren Gemisch führt.
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Wie oben ausgeführt bringt die Geometrie einer
Zündkerze
mit Oberflächeneffekt
sehr große Asymmetrien
hinsichtlich der Verteilung des elektrischen Feldes entlang ihrer
Außenseite
mit sich. Der Krümmungseffekt
oder Spitzeneffekt, der durch die abgeschrägte Ausgestaltung des Flansches
hervorgerufen wird, trägt
zu einer Erhöhung
dieser Asymmetrie bei, ebenso wie die elektronischen Ladungen, die
bei der Ausbildung des Funkens auftreten, welche immer von dem Flansch 103 ausgehen.
An diesen Stellen ist das elektrostatische Feld mehr als zehn Mal
stärker
als das Feld am Ende 101 der Mittelelektrode 102.
Die Spannung beim Überschlag
für Gleitfunkenkerzen
ist umso geringer, je stärker
das elektrische Feld an diesen Stellen ist.
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Daneben ist es vorteilhaft zur Verringerung der
Spannung für
den Überschlag
bei einer Zündkerze
dafür zu
sorgen, dass die Verstärkung
des Feldes an der heißesten
Stelle der Kerze stattfindet, sofern die Spannung des Überschlags
für die
Erzeugung des Funkens sich umgekehrt zur Dichte des Gases ändert.
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Ein weiterer Nachteil der Zündkerzen
mit axial ausgerichteten Zündfunken
ist darin zu sehen, dass die maximale Verstärkung des Feldes an relativ kalten
Stellen der Kerze auftritt, verglichen mit zum Beispiel dem Ende
der Mittelelektrode.
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Schließlich kann es noch von Bedeutung sein
für bestimmte
Fälle verschiedene
Ausrichtungen des Verlaufs des Zündfunkens
in der Verbrennungskammer vorzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen
neuartigen Aufbau einer Zündkerze
mit Oberflächenfunken
zu schaffen, der sich deutlich von den bekannten oben beschriebenen
Aufbauten unterscheidet.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
mit einer Zündkerze
die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
aufweist.
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Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Zündfunken
in radialer Richtung zwischen dem Zündkerzengehäuse und der Mittenelektrode
entlang der Oberfläche
eines Isolators erzeugt, dessen dielektrischer Koeffizient größer als
1 ist und der das Gehäuse
von der Mittenelektrode trennt.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Gegenelektrode für die Verstärkung des
elektrischen Feldes entlang der Oberfläche des Isolators senkrecht
zur Achse der Kerze und parallel zur Oberfläche des Isolators, auf der
der Funken erzeugt wird.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist der Quotient aus dem Abstand, der die
Mittenelektrode von der Gegenelektrode trennt und der relativen
Permittivität
des Isolators im wesentlichen kleiner als die Länge des sich in der Luft entlang
der Oberfläche
ausbreitenden Funkens.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung weist die Mittenelektrode ein aufgeweitetes
Ende auf, das sich entlang der Oberfläche des Isolators erstreckt
gegenüber
der Gegenelektrode, wobei das Ende eine abgeschrägte Gestalt aufweist mit einem
Winkel von weniger als 45 Grad.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
vorliegenden Erfindung kann die Massenelektrode direkt in dem Material
ausgebildet sein, aus dem der Zylinderkopf besteht.
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Die Ziele, Vorteile und Merkmale
der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden durch die nachfolgende
Beschreibung mehrerer bevorzugter nicht begrenzender Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit der beigefügten
Zeichnung; darin zeigen:
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1 eine
herkömmliche
Zündkerze
mit Oberflächeneffekt,
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2 einen
Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer abnehmbaren Zündkerze mit
radial verlaufendem Oberflächenfunken
nach der Erfindung,
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3 einen
Teilschnitt mit vergrößerter Darstellung
des Endabschnitts der in 2 gezeigten Kerze,
zur Verdeutlichung der besonderen Ausgestaltung des Kontaktbereichs
zwischen dem Isolator und dem Kerzengehäuse, sowie der Krümmungsradien
des Gehäuses
und des Isolators,
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4 einen
Längsschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer abnehmbaren Zündkerze mit
radial verlaufendem Oberflächenfunken
nach der Erfindung,
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5 einen
Teilschnitt in vergrößerter Darstellung
durch ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Zündkerze
mit radialem Oberflächeneffekt,
die direkt in den Zylinderkopf integriert ist,
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6 eine
zu 5 ähnliche
Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
einer Zündkerze
mit radialem Oberflächeneffekt,
die direkt in den Zylinderkopf integriert ist und
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7 eine
zu 5 ähnliche
Ansicht eines fünften
Ausführungsbeispiels
einer Zündkerze
mit radialem Oberflächeneffekt,
die direkt in den Zylinderkopf integriert ist.
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In 1 ist
der grundsätzliche
Aufbau einer Gleitfunkenzündkerze
dargestellt unter Bezugnahme auf eine zum Beispiel aus der Patentanmeldung
FR 99/07433 bekannten Geometrie.
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In 2 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Zündkerze
mit Oberflächeneffekt
in Form eines radial verlaufenden Zündfunkens gemäss der Erfindung
dargestellt.
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Diese Zündkerze ist axialsymmetrisch
zu ihrer Längsachse
D ausgestaltet und dient zum Einsetzen in den Zylinderkopf eines
Verbrennungsmotors.
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Mit 204 ist darin eine zylindrische
Elektrode für
Niederspannung bezeichnet, die als Kerzengehäuse ausgebildet ist und in
eine Aufnahmeöffnung im
Zylinderkopf mittels eines Gewindes 205 eingeschraubt wird,
das über
eine vorgegebene Länge
eines Außenbereichs
vorgesehen is. Das Gehäuse 204 berührt den
Zylinderkopf über
eine Schulter 207 und ist damit elektrisch mit der Masse
verbunden.
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Das Gehäuse 204 umgibt eine
Hochspannungselektrode 202, die zum Beispiel zylindrisch ausgestaltet
ist, die mittig angeordnet ist und die mit der Zündspule einer Zündanlage
verbunden wird, welche die Hochspannung erzeugt. Die Mittenelektrode 202 ist
von dem Gehäuse 204 über eine
isolierende Buchse 200 getrennt, die aus einem isolierenden
Material mit einem dielektrischen Koeffizienten größer 1 besteht,
wie zum Beispiel Keramik.
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Die isolierende Buchse 200 weist
eine im wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei ihr unteres Ende 208 dergestalt
geformt ist, dass es einen kreisförmigen Flansch bildet, dessen
Durchmesser größer ist
als derjenige der Buchse selbst; dieser kreisförmige Flansch wirkt an einer
Seite mit einer Schulter 212 zusammen, die im Gehäuse 204 ausgebildet
ist, während
die gegenüber
liegende Seite eine Fläche 206 aufweist,
die zur Verbrennungskammer hin ausgerichtet ist.
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Für
die Halterung der isolierenden Buchse 200 in ihrer Stellung
sorgt der Endabschnitt 201 der Mittenelektrode 202,
der aufgeweitet ist und der sich damit in Radialrichtung entlang
der Fläche 206 der isolierenden
Buchse 200 erstreckt, wobei er sich auf dieser Fläche 206 über eine
vorgegebene Länge
abstützt.
Der Endabschnitt 201 der Mittenelektrode, der die isolierende
Buchse 200 abdeckt, ist ferner durch eine Abschrägung gekennzeichnet,
die mit der Endfläche 206 der
isolierenden Buchse 200 einen Winkel von weniger als 45
Grad einschließt.
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Die dadurch gebildete scharfe Kante
am Ende der Kappe 201 der Mittenelektrode 200 trägt zu einer
Verstärkung
des elektrischen Feldes bei auf Grund des Krümmungseffektes, wobei das Feld
an dieser Stelle der Kerze bereits durch die eingangs erwähnten Oberflächeneffekte
verstärkt
worden ist. Die durch das Ende des Gehäuses 203 und den Endabschnitt
mit größerem Durchmesser
der Kappe 201 definierte Länge entspricht im wesentlichen
der Länge
des erzeugten Funkens, wenn eine Hochspannung an die Mittenelektrode 202 der
Kerze nach der Erfindung gelegt wird, sodass ein Überschlag stattfindet
entlang der Fläche 206 der
isolierenden Buchse zwischen der Mittenelektrode 202 und
dem Gehäuse 204.
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Daneben trägt die Kappe 201 am
Ende der Mittenelektrode 202 gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung zur Halterung und zur Abdichtung der isolierenden
Buchse 200 durch Spannungskräfte bei, mit denen das gegenüber liegende
Ende 211, auch oberes Ende genannt, der Mittenelektrode 202 mit
Hilfe einer Anordnung beaufschlagt wird, die noch näher erläutert werden
wird.
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des unteren Abschnitts der in 2 dargestellten
Kerze. Aus dieser Ansicht geht die besondere Ausgestaltung des Kontaktbereichs
zwischen der Kappe 201 der Mittenelektrode 202,
dem Flansch 208 der isolierenden Buchse 200 und
der Schulter 212 am Gehäuse 204 hervor
im Hinblick auf den Erhalt einer guten Abdichtung nach dem Zusammenbau,
eines hohen Widerstandes des Isolators gegen elektrostatische Einflüsse und
im Hinblick auf die Vermeidung einer Beschädigung des Flansches 208 durch
Kräfte,
die auf die Fläche 215 einwirken
ausgehend von der Kappe 201 in Richtung Flansch 208,
wenn die oben erwähnte
Anordnung zur Beaufschlagung wirksam ist.
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Ein erster Aspekt, der zu berücksichtigen
ist um zu vermeiden, dass örtliche
zu große
elektrostatische Belastungen in der isolierenden Buchse 200 auftreten,
besteht darin, sicher zu stellen, dass die Gegenelektrode keine
spitzen Winkel gegenüber
der Mittenelektrode 202 aufweist. Aus diesem Grund beträgt der Krümmungsradius
des Verbindungsbereichs 216 auf der Schulter 212 mehr
als 1 mm gegenüber
der Mittenelektrode 202.
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Daneben ist es im Fall der Verwendung
von Keramik als isolierendem Material wichtig, dafür zu sorgen,
dass der Flansch 208 am Ende der isolierenden Buchse 200 während der
Montage keinen Biegebeanspruchungen ausgesetzt wird.
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Hierzu ist es erforderlich, dass
die Stützbereiche 213 und 215, über die
der Flansch 208 einerseits mit der Schulter 212 und
andererseits mit der Kappe 201 zusammen wirkt, so exakt
wie möglich
zueinander ausgerichtet sind. In diesem Fall ist das durch die Anordnung
zur Beaufschlagung im Flansch 208 bewirkte Biegemoment
minimal. Um dies zu gewährleisten
ist es erforderlich, dass der Kontaktbereich zwischen dem Flansch 208 und
der Schulter 212 in genauer Weise zur Mittenachse D der
Kerze ausgerichtet ist, wobei während
des Zusammenbaus der Bauteile ein geringes Spiel 214 in
der Größenordnung
von zum Beispiel einigen Zehntel Millimeter vorzusehen ist und zwar
zwischen der unteren Seite des Flansches 208 auf Höhe seines
größten Durchmessers
und der im Gehäuse
ausgebildeten Schulter 212.
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Aus 2 geht
ferner hervor, wie die Kappe 201 für eine Halterung der isolierenden
Buchse 200 sorgt unter Beibehaltung der Abdichtung mittels
der Flächen 215 und 213,
die zusammenwirken durch die noch näher zu beschreibende bereits
erwähnte
Anordnung zur Beaufschlagung.
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Die Kappe 201 ist fest mit
der Mittenelektrode 202 verbunden, wobei eine mechanische
Halteanordnung 209 Zugkräfte auf das obere Ende 211 dieser
Elektrode 202 ausübt.
Durch diese Zugkräfte
in der Elektrode 202 wird das untere Ende 201 in
Kontakt gehalten mit dem Flansch 208 entlang der Fläche 215,
wobei der Flansch 208 auch mit seiner anderen Seite mit
der Schulter 212 im Gehäuse 204 zusammenwirkt.
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Nach dem Zusammenbau erhält man eine perfekt
feste, steife und dichte Anordnung, die Drücken von bis zu mehreren zehn
Bar widersteht, wenn die Anordnung nach der Erfindung in den Zylinderkopf
eines Motors eingesetzt wird.
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Die bereits erwähnte Anordnung zur Beaufschlagung 209 kann
zum Beispiel aus einem zylindrischen Teil bestehen, das mit einem
Gewinde versehen ist, das mit einem entsprechenden Gewinde am Ende 211 der
Elektrode 202 zusammen wirkt und sich am Gehäuse 204 abstützt und
zwar entweder direkt oder aber, wie es in 2 dargestellt ist, über ein Zwischenteil 210.
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Mit der nach der Erfindung ausgestalteten Geometrie
der Kerze mit radialer Fläche
wird eine Kerze mit Oberflächenfunken
geschaffen, die eine Verstärkung
des elektrischen Feldes entlang der Fläche 206 des Isolators 200 aufweist,
der die Mittenelektrode 202 vom Kerzengehäuse 204 trennt.
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Der Unterschied zur bekannten Geometrie einer
Kerze mit Oberflächeneffekt
liegt in der Tatsache, dass die Gegenelektrode, die im vorliegenden Fall
vom Kerzengehäuse 204 gebildet
wird, sich senkrecht zur Achse D der Kerze erstreckt, sodass eine
Verstärkung
des Feldes in Radialrichtung entlang der Außenfläche 206 des Isolators
erfolgt, die der Verbrennungskammer gegenüber liegt.
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Diese besondere Geometrie, mit der
ein Funken erzeugt wird, der sich senkrecht zur Achse D der Kerze
ausbildet, wird erhalten durch das Zusammenwirken der Schulter 212 mit
dem Kerzengehäuse 204,
das die Rolle der Gegenelektrode übernimmt und durch die Form
der isolierenden Buchse 200, die für die Ausbildung eines radialen
Funkens geeignet ist, im Gegensatz zu Längsfunken oder Axialfunken, die
von Kerzen mit Oberflächenfunken
erzeugt werden, wie sie aus den bereits erwähnten von der Anmelderin stammenden
Patentanmeldungen FR 99/09473 und FR 99/04733 bekannt geworden sind.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Zündkerze
mit Radialfunken, bei der die Gegenelektrode nicht mehr in das Kerzengehäuse 304 integriert
ist, sondern ein eigenständiges eingesetztes
Teil ist, das zum Beispiel als leitende metallische Scheibe oder
Ring 312 ausgebildet ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Ring 312 elektrisch
mit dem Gehäuse 304 zusammen,
entweder über
eine direkte Berührung
oder über
eine kapazitive Verbindung mittels einer dünnen Schicht aus Luft oder
aus einem Isolator, die das Gehäuse 304 von
dem Ring 312 trennt. In allen Fällen besitzt der Ring 31 ein
Potential, das im wesentlichen gleich demjenigen des Kerzengehäuses 304 ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ring 312 in
eine Aussparung eingesetzt, die in der Buchse 300 ausgebildet
ist und erstreckt sich damit radial bezüglich der Fläche 306 des
Isolators, sodass eine Verstärkung
des Feldes auf dieser Fläche
erfolgt, die die Ausbildung eines Funkens auf der Fläche 306 unterstützt.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel
weist außerdem
eine Schulter 313 auf, die im Gehäuse 304 ausgebildet
ist und die der Abdichtung zwischen der isolierenden Buchse 300 und
dem Kerzengehäuse 304 dient
und zwar mittels einer Anordnung 309 zur Beaufschlagung
der Mittenelektrode 302, die ähnlich derjenigen ist, wie
sie im Zusammenhang mit dem vorhergehenden Beispiel beschrieben
worden ist.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel
weist den Vorteil auf, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel
nach 2, dass gegebenenfalls
eine kapazitive elektrische Verbindung zwischen der Gegenelektrode 312 und
dem geerdeten Gehäuse 304 geschaffen
werden kann, wodurch es möglich
ist, die Amplitude des elektrischen Feldes zu modulieren, das die
isolierende Buchse 300 durchsetzt. Eine Möglichkeit
dafür besteht
zum Beispiel darin, den Ring 312, der die Gegenelektrode
bildet, in die isolierende Buchse 300 einzusetzen.
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Daneben besteht noch ein weiterer
Vorteil für dieses
zweite Ausführungsbeispiel,
der darin zu sehen ist, dass in einfacher Weise die Temperatur der isolierenden
Buchse 300 beeinflusst werden kann durch Veränderung
der Stellung in Längsrichtung
des Kontaktbereichs 313 zwischen der isolierenden Buchse 300 und
dem Gehäuse 304.
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Unabhängig vom gewählten Ausführungsbeispiel
weist diese Zündkerze
mit Radialfunken den wesentlichen Vorteil auf, dass unabhängig vom
Weg des Funkens, der in willkürlicher
Weise entlang der Oberfläche 206, 306 variiert,
die isolierende Buchse 200, 300 nicht länger den
Funken teilweise bezüglich der
Verbrennungskammer verdeckt, wie es bei den Kerzen mit axialem Oberflächenfunken
der Fall ist.
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Eine Zündkerze mit radialem Funken
weist außerdem
den Vorteil auf, eine maximale Verstärkung des elektrischen Feldes
zu bewirken, das auf Höhe
des Außendurchmessers
der Kappe 201 besteht, die am Ende der Mittenelektrode
angeordnet ist. Diese Stelle entspricht außerdem während des Betriebes der Kerze
dem heißesten
Ort, wobei diese Tatsache, wie weiter oben ausgeführt, zu
einer Absenkung der für
den Überschlag
erforderlichen Spannung führt.
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Mit einer nach der Erfindung ausgestalteten Kerze
mit radialem Oberflächenfunken
können
also alle Vorteile beibehalten werden, wie sie auch bei den herkömmlichen
Kerzen mit Längsflächen bestehen, das
heißt
eine Verringerung der für
den Überschlag erforderlichen
Spannung für
eine gegebene Länge des
Funkens, einen großen
Widerstand gegen Abnutzung, eine erhöhte Robustheit gegen Verkrustung und
eine bessere Zündfähigkeit
unter Vermeidung der durch die besondere Geometrie dieser Kerzen mit
Längsfunken
bedingten Nachteile.
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Auf Grund ihres Aufbaus eignet sich
ferner die Zündkerze
mit radialem Oberflächenfunken
besonders gut für
eine Integration der Kerze in den Zylinderkopf, die durch die oben
beschriebenen besonderen Merkmale der Oberflächenkerze ermöglicht wird
und insbesondere durch deren Langlebigkeit und ihre Robustheit gegen
Verkrustung.
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Eine feste, das heißt nicht
abnehmbare Integration einer Kerze in den Zylinderkopf bietet zahlreiche
Vorteile, darunter die Einsparung des nicht mehr erforderlichen
Kerzengehäuses
und die Erhöhung des
Freiheitsgrades bei der Auslegung der Oberseite des Motors, da dann
keine Wege mehr vorgesehen werden müssen für das Angreifen eines Werkzeuges,
sowie eine Verkleinerung der Kerze.
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Es sei in diesem Zusammenhang betont, dass
durch eine Optimierung des Einlasses eine weitere Verbesserung der
Füllung
und der Verteilung für jeden
Zylinder ermöglicht
werden kann.
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Daneben ermöglicht eine Verringerung der Größe der Kerze
auch eine Optimierung der Wasserkühlung, wodurch ein besserer
Kühleffekt
für den
Zylinderkopf erzielbar ist, durch den wiederum das Motorklingeln
verringert werden kann.
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Schließlich kann auch eine Integration
in den Zylinderkopf die Verwendung von nicht axialsymmetrischen
Kerzen ermöglichen.
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Die 5, 6 und 7 zeigen ein drittes, ein viertes und
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
einer Kerze mit radialem Oberflächenfunken
gemäss
der Erfindung, die das Merkmal aufweisen, direkt in einen Zylinderkopf
integriert werden zu können,
das heißt, nicht
abnehmbar sind.
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In 5 ist
eine Mittenelektrode 402 dargestellt, die von einer isolierenden
Buchse 400 umgeben ist, wobei dieser Aufbau direkt in die
Wand eines Zylinderkopfes 404 integriert ist.
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Der Unterschied zwischen den beiden
Ausführungsbeispielen
gemäss 5 und 6 liegt in der Ausgestaltung der Kappe 401,
die am Ende der Mittenelektrode 402 vorgesehen ist. Beim
dritten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Kappe teilweise entlang der Fläche 406 des
Flansches 408, während beim
vierten Ausführungsbeispiel
diese in den Flansch 408 dergestalt integriert ist, dass
sie nicht mehr aus der Fläche 406 herausragt.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach 5 und 6 ist die Geometrie der Mittenelektrode 402 und des
Isolators 400 ähnlich
derjenigen einer abnehmbaren Kerze mit radialem Oberflächenfunken,
wie sie in 1 dargestellt
ist. Der Unterschied besteht in der Niederspannungselektrode.
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Diese Elektrode, die ursprünglich durch
das abnehmbare Kerzengehäuse
gebildet wurde, wird vorteilhafterweise bei diesem Beispiel durch
das Metall 404 des Zylinderkopfes ersetzt. Der Zylinderkopf 404 weist
eine Aussparung auf, die in einer Schulter 412 endet, die
direkt im Material derart ausgebildet ist, dass dieses mit dem Isolator 400 zusammen wirkt,
der die Form eines umgedrehten Stiftes aufweist, wie es im Zusammenhang
mit 2 beschrieben wurde.
Die Schulter 412 übernimmt
die Rolle der Gegenelektrode und ermöglicht auch eine Verstärkung des
elektrischen Feldes auf der Fläche 406 des Isolators 400.
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Bei diesen Ausführungsbeispielen weist das Ende 403 der
im Zylinderkopf 404 vorgesehenen Aussparung eine Stufenform
auf, mit der eine Begrenzung der Abnutzung des Materials erzielt wird durch
Hervorrufen einer für
die Einleitung der Verbrennung vorteilhaften Turbulenz.
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Gemäss dem fünften Ausführungsbeispiel in 7 ist die isolierende Buchse 400 ähnlich derjenigen
in 4 ausgebildet. In
diesem Fall wird die Gegenelektrode 412 durch Giessen eines
Vorsprungs in die isolierende Buchse 400 hergestellt, womit
gleichzeitig ein fester Sitz des Materials in dem Zylinderkopf verbunden
ist und nicht mehr nur ein Sitz der Kappe 401 am Ende der
Elektrode 402.
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Dieses Beispiel bietet eine vorteilhafte
Lösung
für den
Fall einer direkten Integration bereits während des Gießvorgangs
der Bauteile Isolator und Mittenelektrode.
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Es sei betont, dass die Erfindung
nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, die nur der Erläuterung
dienen.