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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neue Zündkerze für eine umfassende Anwendung
bei Verbrennungsmotoren, Kraftfahrzeugen, Motorrädern, Schiffen, Stromgeneratoren,
Maschinenantrieben usw., und insbesondere eine Zündkerze, die die Funktion einer
Vorverbrennungskammer liefert, um die Gemischzündung und Gemischexplosion
in einer Maschinenverbrennungskammer zu verbessern, wobei ein guter
Wärmestrahlungseffekt
und eine ausgedehntere Lebensdauer derselben erreicht wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
sind auf dem Markt verschiedene Typen von Zündkerzen zur Anwendung bei
allgemeinen Fahrzeugmaschinen verfügbar. Die 1A bis 1D zeigen Beispiele der konventionellen
Zündkerzen.
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Bei
einem Standarttyp konventioneller Zündkerzen besteht nur eine einzelne
Masseverbindung, und zwar entsprechend einer zentralen Spitze der Zündkerze.
Die Masseverbindung wird häufig
aufgrund einer Hochtemperatur-Arbeitsumgebung beschädigt oder
ausgebrannt, was daher zu unerwünschten
Veränderungen
in einem Funkenzündspalt
zwischen der zentralen Spitze und der Masseverbindung führt. Das
bedeutet, dass ein ursprünglicher
Zündkontakt
an der Zündkerze
nicht weiterhin ein für
die Verbrennung am besten geeigneter Punkt ist.
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Bei
vielen anderen verbesserten Typen üblicher Zündkerzen sind zweipolige, dreipolige
und vierpolige Masseverbindungen, V-förmige Masseverbindungen, nach
allen Seiten wirksame 360-Grad-Zündvorrichtungen
und kappenförmige
Masseverbindungen vorgesehen.
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Alle
zweipoligen, dreipoligen und vierpoligen Masseverbindungen, V-förmigen Masseverbindungen,
die nach allen Seiten wirksamen 360-Grad-Zündvorrichtungen ebenso wie
die sogenannten Platinzündvorrichtungen
und Iridiumlegierungs-Zündvorrichtung
für die
konventionellen Zündkerzen
haben jedoch nicht die Funktion einer Vorverbrennungskammer und
erzeugen bei der Zündung blitzähnliche
Funken. Die blitzähnlichen
Funken dienen nur als ein Zündungs-
und Explosionsmedium zum Verbrennen des Gemischs in der Maschine.
Obwohl die übliche
Zündkerze
mit einer kappenähnlichen
Masseverbindung die Funktion einer Vorverbrennungskammer hat, ist
die Kappe derselben so geschlossen, dass sie nur eine geringe Wärmedissipation
der Zündkerze
bewirkt, was zu einem erhöhten
Kompressionsverhältnis,
weniger gleichmäßigen Luftströmungen in
die und aus der Verbrennungsmaschinenkammer und zu einem häufigen Auftreten von
Maschinenklopfen und/oder instabiler Maschinenleerlaufdrehzahl führt, wodurch
die Funktionen und die Qualität
der Maschinen direkt nachteilig beeinflusst werden, in die die Zündkerze
montiert ist.
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Das
US-Patent 4,808,878 beschreibt eine Zündkerze, die ein Gehäuse mit
einer darin angeordneten Mittelelektrode hat. Benachbart zu und
gleichmäßig beabstandet
von der Mittelelektrode liegt eine geerdete Elektrode, die an der
Oberseite des Gehäuses
mittels eines Trägers
befestigt ist, der mehrere Stege aufweist. Gegenüber von der Mittelelektrode ist
an der geerdeten Elektrode eine Gasöffnung vorgesehen. Die Stege
sind konfiguriert, um die Explosionsgase zu verwirbeln, um die Verbrennungsgeschwindigkeit
zu erhöhen.
Es gibt verschiedene Ausführungsformen
der geerdeten Elektrode. So kann die geerdete Elektrode beispielsweise
eine umgekehrte Konusform haben, oder sie kann ausgebildet sein
in Form eines Satteldaches. Jede Ausführungsform ist auf der Kolbenseite
der Gasöffnung
mit einem Gaswiedereintrittsraum versehen, wobei die Form dieses
Raums mit dem Zweck so konfiguriert ist, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
des Verbrennungsgases zu beschleunigen. Das Gasgemisch wird durch
den Funken gezündet
und explodiert. Das Gasgemisch an der Innenfläche der geerdeten Elektrode
wird ebenfalls gezündet,
es expandiert und erzeugt einen Hochdruck, der durch die umgebende Fläche jedoch
beeinträchtigt
wird, was dort zu einer starken Turbulenz führt. Die Turbulenz des Verbrennungsgases
wird verwirbelt, wenn es durch die Stege des Trägers hindurchtritt, was auch
einen Effekt auf die augenblickliche Verbrennung des Gasgemisches hat,
der im Inneren verbleibt.
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Es
wurde daher von dem Erfinder versucht, eine verbesserte und lange
haltbare Zündkerze
zu entwickeln, um die den konventionellen Zündkerzen anhaftenden Nachteile auszuschalten,
und zwar insbesondere eine Zündkerze
zu schaffen, die eine konzentrierte Entladung ermöglicht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
primäre
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und
lange haltbare Zündkerze
zu schaffen, die die Funktion einer Vorverbrennungskammer hat, um
die Zündung
und Explosion des Gemisches zu verbessern, indem eine konzentrierte
Entladung in einer Maschinenverbrennungskammer erreicht wird, wobei
ein guter Wärmeabstrahlungseffekt
erreicht werden soll und eine erhöhte Nutzdauer der Zündkerze.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zündkerze
zu schaffen, bei der ein Funkenzündspalt
zwischen einer zentralen Spitze und einer Masseverbindungskappe
der Zündkerze
stetig an einem bestimmten Punkt aufrecht erhalten bleibt, so dass
eine Zündung
mit der Zündkerze
zuverlässiger
erfolgen kann, und eine Nutzlebensdauer der Zündkerze weit länger ist
als bei konventionellen Zündkerzen.
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Um
die obigen und weitere Aufgaben zu erfüllen, umfasst die Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung hauptsächlich
gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 einen Zündkerzenkörper und
eine Zündkerzen-Masseverbindungskappe,
die an einem vorderen Ende des Zündkerzenkörpers befestigt
ist. Der Zündkerzenkörper enthält von einem
hinteren Ende bis zu einem vorderen Ende einen Nippel, einen Porzellanisolator,
eine mittlere, hexagonale Gehäusemutter,
einen im Durchmesser verringerten Gewindeabschnitt und eine zentrale
Spitze, die in dem Porzellanisolator eingeschlossen ist, um von
einer Mitte des Gewindeabschnittes nach vorn gerichtet aus hervorzustehen.
Die Zündkerzen-Masseverbindungskappe
enthält
einen Deckelabschnitt mit einer Spitzen-Auslöseöffnung, welche in der Mitte
desselben angeordnet ist, und eine Vielzahl von Befestigungsschenkeln,
die zur Befestigung an dem Zündkerzenkörper entlang
eines äußeren Umfangs
des Deckelabschnitts in radialem Abschnitt voneinander liegen, und
eine Vielzahl von spitz zulaufenden Entladungspunkten, die an einer
Innenwandfläche
der Masseverbindungskappe um die Spitzen-Auslöseöffnung herum angeordnet sind,
um eine konzentrierte Entladung zu ermöglichen. Mit den an dem vorderen Ende
des Zündkerzenkörpers angebrachten
Befestigungsschenkeln ist die Masseverbindungskappe über der
zentralen Spitze des Zündkerzenkörpers positioniert,
um zusammen mit den Befestigungsschenkeln einen Raum einzuschließen, der
wie eine Vorverbrennungskammer wirksam ist. Zwischenräume zwischen
jeweils zwei benachbarten Befestigungsschenkeln ermöglichen
eine gute Wärmeabstrahlung
und eine gleichmäßige Luftströmung in
die und aus der Vorverbrennungskammer.
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Die
erfindungsgemäße Zündkerze
hat eine erhöhte
Nutzungsdauer und ist in der Lage, eine stabile Zündung in
der Maschinenverbrennungskammer aufrecht zu erhalten, so dass Flammen,
die bei der Explosion in der Massenverbindungskappe erzeugt werden,
sich augenblicklich ausbreiten können,
um so weit wie möglich
die Maschinenverbrennungskammer zu erreichen, wodurch es erreicht
wird, dass das darin befindliche Gemisch stetig verbrennt und dadurch
einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad liefert, wodurch seinerseits
die Maschinenpferdestärke
und die Drehmomentleistung erhöht
und die in dem Auspuffgas der Maschine enthaltene Menge an CO, HC,
NOx, usw. reduziert wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Struktur und die mit der vorliegenden Erfindung verwirklichten technischen
Maßnahmen
zur Lösung
der oben beschriebenen und weiterer Aufgaben können am besten unter Bezugnahme
auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verstanden
werden, worin
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1A bis 1D einige
Bespiele konventioneller Zündkerzen
zeigen;
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2 eine
explodierte, perspektivische Ansicht einer Zündkerze entsprechend einer
Ausfühungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Schnittansicht der zusammengesetzten Zündkerze gemäß 2 ist;
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4 eine
dreiteilige Zeichnung ist, die eine erste Ausführungsform der Masseverbindungskappe zeigt,
die bei der erfindungsgemäßen Zündkerze
verwirklicht ist;
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5 eine
dreiteilige Ansicht ist, die eine zweite Ausführungsform der Masseverbindungkappe zeigt,
die bei der erfindungsgemäßen Zündkerze
verwirklicht ist; und
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6 die
Anwendung der erfindungsgemäßen Zündkerze
in einer Maschinenverbrennungskammer zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Bitte
berücksichtigen
Sie die 2 und 3, die explodierte,
perspektivische Ansichten bzw. zusammengesetzte Querschnittsansichten
einer Zündkerze
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind. Wie dargestellt, enthält die Zündkerze
hauptsächlich
einen Zündkerzenkörper 1 und
eine Zündkerzen-Masseverbindungskappe 2,
die an einem vorderen Ende des Zündkerzenkörpers 1 befestigt
ist.
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Der
Zündkerzenkörper 1 weist
von einem hinteren Ende zu einem vorderen Ende einen Nippel 11,
einen Porzellanisolator 12, eine mittlere, hexagonale Gehäusemutter 13,
einen im Durchmesser verringerten Gewindeabschnitt 14 und
eine zentrale Spitze 15 auf, die von einem Zentrum des
Gewindeabschnitts 14 nach vorne vorspringt. Die Zündkerzen-Masseverbindungskappe 2 hat
einen Deckelabschnitt 21 mit einer Spitzen-Auslöseöffnung 22,
welche in der Mitte desselben angeordnet ist, und eine Vielzahl
von Befestigungsschenkeln 23, die zur Befestigung an den
Zündkerzenkörper 1 entlang
eines äußeren Umfangs
des Deckelabschnitts 21 in radialem Abstand voneinander
liegen.
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Bitte
berücksichtigen
Sie 4, die eine dreigeteilte Zeichnung ist, die eine
erste Ausführungsform
der Masseverbindungskappe 2 zeigt. Die Befestigungsschenkel 23 können ein
gebogenes Rechteck oder ein gebogenes Trapez sein, und sie können drei
oder mehr in der Anzahl sein. Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform
der Masseverbindungskappe 2 erstrecken sich drei Befestigungsschenkel 23 radial
in gleichmäßigen Abständen von
120° als
integrierende Bestandteile von der Außenperpherie des Deckelabschnitts 21.
Die Masseverbindungskappe 2 kann einen abgerundeten Deckelabschnitt 21 haben,
um wie ein Gewölbe
auszusehen, wie es in den 2 und 3 dargestellt
ist, oder sie kann einen abgeflachten Deckelabschnitt 21 haben,
wie es in den 4 und 5 dargestellt
ist. Wenn die Masseverbindungskappe 2 an dem vorderen Ende
des Zündkerzenkörpers 1 durch
Verschweißen
oder Kleben befestigt ist, ist jeder der Befestigungsschenkel 23 an
einem freien Ende mit einem mittigen, im Querschnitt dreieckigen
oder runden Streifen aus einem Vorverbindungsmaterial 24 versehen.
Eine Vielzahl von spitz zulaufenden Entladungspunkten 26 sind
an einer Innenwandfläche
des Deckelabschnitts 21 um die Spitzen-Auslöseöffnung 22 herum
angeordnet und mit einem speziellen Metallmaterial beschichtet,
um eine konzentrierte Entladung und einen verbesserten Entladungseffekt
zu ermöglichen.
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5 ist
eine dreiteilige Zeichnung und zeigt eine weitere Ausführungsform
der Masseverbindungskappe 2 für die erfindungsgemäße Zündkerze. Die
Masseverbindungskappe 2 dieser zweiten Ausführungsform
ist im Großen
und Ganzen strukturell ähnlich
der in 4 dargestellten ersten Ausführungsform, jedoch mit der
Ausnahme, dass die Befestigungsschenkel 23 entlang einer
inneren, unteren Kante ihrer jeweiligen freien Enden mit einem sich
in axialer Richtung erstreckenden Flansch 25 ausgestattet
sind, welcher so gestaltet ist, um in dem vorderen Ende des Zündkerzenkörpers 1 festgeklemmt zu
werden, so dass die Masseverbindungskappe 2 durch Schweißen oder
Kleben gut an dem Zündkerzenkörper 1 befestigt
werden kann.
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Wenn
die Masseverbindungskappe 2 an dem Zündkerzenkörper 1 befestigt ist,
ist der Deckelabschnitt 21 der Masseverbindungskappe 2 über der zentralen
Spitze 15 des Zündkerzenkörpers 1 angeordnet
und begrenzt zusammen mit den in Abstand voneinander liegenden Befestigungsschenkeln 23 einen
kleinen Raum, der wie eine kleine und offene Vorverbrennungskammer 3 wirksam
ist. Gleichzeitig bewirken die Zwischenräume 21 zwischen jeweils zwei
benachbarten Befestigungsschenkeln 23 einen guten Wärmeabstrahlungseffekt
und ermöglichen eine
gleichmäßige Luftströmung in
die Vorverbrennungskammer 3 hinein und daraus heraus.
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Die
erfindungsgemäße Zündkerze
ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die kuppelartige Masseverbindungskappe 2.
Diese Struktur ermöglicht
es dem kuppelförmigen
oder eine flache Oberseite aufweisende Deckelabschnitt 21 und
der zentralen Spitze 15 des Zündkerzenkörpers 1, zwischen sich
einen feststehenden und erwünschten
Funkenzündspalt
beizubehalten. Der feste Funkenzündspalt zusammen
mit den spitz zulaufenden Entladungspunkten 26 um die Spitzen-Auslöseöffnung 15 und die
Zwischenräume 31 zwischen
benachbarten Befestigungsschenkeln 23 machen es möglich, dass
die erfindungsgemäße Zündkerze
die folgenden Vorteile hat:
- 1. Der Zündkerzenkörper 1 und
die Befestigungsschenkel 23 der Masseverbindungskappe 2 über der
Zündkerzen-Zentralspitze 15,
die aus einer Zirkonlegierung herstellt sein kann, sind eng miteinander
verbunden, um eine kleine Vorverbrennunskammer 3 zu bilden..
Wenn die erfindungsgemäße Zündkerze
auf einer Maschinenverbrennungskammer 4 montiert ist, wie
es in 6 dargestellt ist, startet der Zündkerzenkörper 1 eine Zündung in
der Maschinenverbrennungskammer 4, wenn ein Maschinenkolben 41 bei
seiner Bewegung in eine obere Totpunktlage gedrückt worden ist. Flammen von
gezündetem
und explodiertem Gemisch in der Maschinenverbrennungskammer 4 pflanzen
sich aus dem von der Masseverbindungskappe 2 umschlossenen
Raum in durch die Zwischenräume 21 zwischen
benachbarten Befestigungsschenkeln 23 die gesamte Maschinenverbrennungskammer 4 fort,
um eine vollständige Verbrennung
des Gemischs in der Maschinenverbrennungskammer 4 zu ermöglichen.
- 2. Die Masseverbindungskappe 2 und die zentrale Spitze 15 des
Zündkerzenkörpers 1 behalten
zwischen sich stets einen für
die Funkenzündung
am besten geeigneten Spalt, so dass die Flammen des gezündeten Gemischs
stabiler sind, um einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad der
Maschine und eine höhere
Nutzungsdauer des Zündkerzenkörpers 1 zu
erreichen.
- 3. Die an das vordere Ende des Zündkerzenkörpers 1 angeschlossene
Masseverbindungskappe 2 hat keinen negativen Einfluss auf
die Maschinenverbrennungskammer 4, an der die Zündkerze
montiert ist. Wenn die Masseverbindungskappe 2 die Vorzündungsfunktion
hat und einen guten Wärmeabstrahlungseffekt
liefert, wird vollständig ein
originäres
Designerfordernis der Maschinenverbrennungskammer erfüllt, damit
diese gleichmäßiger atmet
und damit eine vollständige
Verbrennung des darin befindlichen Gemischs gewährleistet, um den Umweltschutzanforderungen zu
genügen.
Die Maschinenverbrennungskammer 4 soll weiterhin ein verbessertes
Kompressionsverhältnis
haben, um eine verbesserte Maschinenleistung zu liefern.
- 4. Die im Abstand voneinander liegenden Befestigungsschenkel 23 der
Masseverbindungskappe 2 ermöglicht es der Masseverbindungskappe 2 die Funktionen
eines Turbulenzstimulators und einer Turbulenzverbrennungskammer
für die
in die Maschine eingebrachte Luft zu liefern, so dass das Gemisch
in der Maschinenverbrennungskammer 4 turbulente Strömungen erzeugt,
um eine gute Verbrennung, eine höhere
Maschinenpferdestärke
und eine verbesserte Drehmomentleistung, eine reduzierte Abgasverschmutzung
und einen reduzierten Brennstoffverbrauch der Maschine zu ermöglichen.
- 5. Die Masseverbindungskappe 2 ist weiterhin wie eine
offene Vorverbrennungskammer 3 wirksam, um eine gute Zündung der
Funken ausgehend von der Vielzahl der die Spitzen-Auslöseöffnung 22 umgebenden
Entladungspunkte 26 zu ermöglichen, so dass das Gemisch
in der offenen Vorverbrennungskammer 3 explodiert, bevor
die Flammen durch die Zwischenräume 31 zwischen den
Befestigungsschenkeln 23 der Masseverbindungskappe 2 in
die Maschinenverbrennungskammer 4 einströmen, um
das darin befindliche Gemisch vollständig zu verbrennen und dadurch eine
gute Verbrennung, eine höhere
Maschinenpferdestärke
und eine höhere
Drehmomentleistung, eine reduzierte Abgasverschmutzung und einen
reduzierten Brennstoffverbrauch der Maschine zu ermöglichen.
Weiterhin werden Mengen von in dem Auspuffgas der Maschine vorhandenen
Mengen an CO, HC, NOx usw. reduziert.
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Die
erfindungsgemäße Zündkerze
hat sich bei Kraftfahrzeugmaschinen-Dauerbeständigkeitstests bewährt, die über einen
langen Zeitraum von mehr als 80.000 km durchgeführt werden, um damit eine bei
weitem höhere
Nutzlebensdauer zu haben als bei einer konventionellen Zündkerze.
Dieser Sachverhalt zusammen mit den oben erwähnten Vorteilen einschließlich guter
Verbrennung, höherer
Maschinenpferdestärke
und höhere
Drehmomentleistung, reduzierter Abgasverschmutzung und reduzierter
Brennstoffverbrauch der Maschine, machen die vorliegende Erfindung
gegenüber
konventionellen Zündkerzen überlegen
und praktischer bei der Anwendung.