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Diese
Erfindung befasst sich mit einer Zündkerze, zum Gebrauch bei der
Bereitstellung eines Zündfunkens,
um den Brennstoff bzw. Treibstoff eines Verbrennungsmotors zu entzünden.
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Eine
typische herkömmliche
Zündkerze
ist in den 1A und 2A zu
sehen, und wird nachstehend detailliert beschrieben. Diese Kerze
umfasst eine elektrisch isolierende Hülse, welche sich entlang einer
Zentralachse der Kerze erstreckt. Solche Hülsen werden aus Keramikmaterial,
gewöhnlich
Aluminiumoxid gefertigt. Die Kerze umfasst auch eine erste Elektrode,
welche innerhalb der Hülse
montiert ist, und eine Spitze aufweist, die sich axial über einen Endabschnitt
der Hülse
hinaus erstreckt. Die Elektrode erstreckt sich zentral innerhalb
der Hülse
und ist elektrisch mit einem Anschluss verbunden, welcher aus dem
anderen Ende der Hülse
hervorsteht. Die Verbindung zwischen dem Anschluss und der ersten Elektrode,
kann einen Widerstand einschließen,
der auch innerhalb der Hülse
enthalten ist, welcher dazu dient, einen Spitzenstrom zu steuern.
Während
des Betriebs der Kerze, wird eine Hochspannungsleitung an den Anschluss
angelegt, sodass eine Hochspannung an die erste Elektrode angelegt
werden kann. Die Kerze umfasst auch einen elektrisch leitenden Mantel,
der die Hülse
umgibt. Der Mantel ist, normalerweise durch ein Gewinde, in dem
Kopf (Head) eines Motors so befestigt, dass die Spitze der ersten Elektrode
in die Verbrennungskammer eines Zylinders des Motors hinein steht.
Die Kerze umfasst auch eine zweite Elektrode, welche, gewöhnlich durch
Anschweißen,
an dem Mantel befestigt ist, und elektrisch mit dem Mantel verbunden
ist. Die zweite Elektrode weist eine Spitze auf, welche innerhalb
der Verbrennungskammer so positioniert ist, dass ein Elektrodenspalt
zwischen den Spitzen der zwei Elektroden gebildet wird. Der Mantel
weist einen im Allgemeinen hohlen zylindrischen Endabschnitt auf,
welcher bei einer üblicherweise
ringförmigen
Endoberfläche
des Mantels endet. Die isolierende Hülse erstreckt sich durch diesen
Endabschnitt des Mantels, mit einem Abstand dazwischen. Der Endabschnitt dieser
Hülse durchläuft die
Endoberfläche
des Mantels. Gewöhnlicherweise
verjüngt
sich der Endabschnitt der isolierenden Hülse so, dass sich sein Durchmesser
in Richtung der Spitze der ersten Elektrode reduziert. Folglich
ist der Abstand zwischen den Endabschnitten des Mantels und der
Hülse dort
am größten, wo
der Endabschnitt der Hülse
durch die Endoberfläche
des Mantels läuft.
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In
der oben beschriebenen typischen Zündkerze, springt, unter normalen
Arbeitsbedingungen, der Funken über
den Elektrodenspalt, der durch die Spitzen der ersten und der zweiten
Elektrode definiert sind, und geht auf Masse durch den Mantel und den
Motorkopf. Allerdings wird die Zündkerze,
während
des Betriebs oft durch Kohlenstoff verschmutzt, welcher sich auf
dem Teil der isolierenden Hülse
absetzt, welcher der Verbrennungskammer ausgesetzt ist. Dieser macht
die Oberfläche
der isolierenden Hülse
leitend, was einen potentiellen alternativen Pfad auf Masse, welcher
den Elektrodenspalt vermeidet, erzeugt. Irgendwann wird der Widerstand
des alternativen Erdungspfads vergleichbar mit, oder geringer als
der Widerstand über
den Elektrodenspalt. Wenn dies geschieht, hört der Strom auf, über den
Elektrodenspalt zu springen, und ”läuft” entlang der Oberfläche der
isolierenden Hülse.
In diesem Fall kann der Strom über
den Abstand zwischen den Endabschnitten der isolierenden Hülse und
des Mantels springen, d. h. der Funken tritt ”innerhalb der Kerze” auf. Der Funken
innerhalb der Kerze, kann eine Entzündung des Treibstoffs verursachen,
allerdings muss eine Entzündung
nicht auftreten, da der Funke weniger vorteilhaft positioniert ist,
als bei dem Elektrodenspalt, da er teilweise durch die Endabschnitte
des Mantels und der Hülse
verdeckt ist. Je weiter weg der Funke von der Endoberfläche des
Mantels auftritt, desto größer ist
die Abschirmung. Ein Funke, welcher über diesen Abstand springt,
hat den günstigen
Effekt, die Kohlenstoffablagerung an der Oberfläche der Hülse zu verbrennen, und dadurch
den elektrischen Widerstand zu vergrößern und die Chance zu vergrößern, dass
der nächste
Funken an dem Elektrodenspalt auftritt. Folglich ist es, wenn ein
Funke weg von dem Elektrodenspalt auftritt, nicht wünschenswert,
kann aber zu einer Entzündung
führen, und
neigt dazu, die Kerze zu einem normalen Betrieb zurückzuführen. Wenn
allerdings der Strom entlang der Oberfläche der Hülse den ganzen Weg zur Verbindung
der Hülse
mit dem Mantel läuft,
tritt kein Funke auf, und eine Entzündung ist unmöglich. Desweiteren
ist es wahrscheinlich, dass diese Situation anhält. Diese Hauptfaktoren machen
es wünschenswert,
dass eine Kerze eine lange Länge
der ausgesetzten bzw. exponierten isolierenden Hülse aufweist, und dass das
Zündungsende
der Kerze bei einer hohen Temperatur arbeitet, um dabei zu helfen, die
isolierende Hülse
von dem Kohlenstoff zu befreien. Diese Probleme begrenzen den Bereich
der Anwendungen für
eine spezielle Kerze, komplizieren die Herstellung, und reduzieren
die Lebensdauer der Kerze.
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Bei
den bekannten Zündkerzen,
welche als ”Geschlossener-Bohrungs-Typ” (”the closed
bore type”)
beschrieben werden, von denen eine in den
4A bis
4C dargestellt
ist, und andere im
US-Patent-Nr.:
4,289,990 , offenbart sind, um sicherzustellen dass der
Strom überspringt,
um einen Funken zu bilden, ist der Mantel in dem Bereich seiner Endoberfläche mit
einem Innenflansch ausgestattet. Der Flansch reduziert den Abstand
zwischen dem Mantel und der Hülse
(typischerweise um 0.5 mm). Der Flansch dient dazu, den Endabschnitt
der Hülse innerhalb
des Mantels gegen das Empfangen von Kohlenstoffablagerungen zu schützen, und
stellt auch einen kleinen Abstand (einen ”sekundären Elektrodenspalt”) für den Strom
bereit, so dass dieser zu dem Flansch springt, wo dieser nur zu
einem bestimmten Ausmaß von
dem Treibstoffgemisch abgeschirmt ist. In einigen Fällen wird
die Länge
des Pfades entlang der Oberfläche
der Hülse
durch das Bereitstellen von Wellenformen der externen Oberfläche der
isolierenden Hülse
auf dem Teil davon erhöht,
welcher innerhalb des Mantels ist (siehe
3 von
US 4,289,990 ). Allerdings
vermeidet die Bereitstellung eines Flansches auf dem Mantel nicht
die Abschirmung des Funkens, da der Funken auf jeden Punkt des Flansches
springen kann, einschließlich der
inneren Seite davon. Des Weiteren verkürzt die Bereitstellung eines
Flansches auf dem Mantel den Abstand von der Spitze der ersten Elektrode
zu dem Mantel, und, durch das Reduzieren des Abstands, reduziert
sich der elektrische Widerstand in dem Bereich des Flansches. Diese
beiden Faktoren erhöhen die
Wahrscheinlichkeit, dass die Funkenbildung weg von dem gedachten
Elektrodenspalt geschehen wird. Zusätzlich begrenzt der Flansch
in hohem Maße
den Zugriff auf ein Volumen innerhalb der Kerze, in dem unverbrannte
Kohlenwasserstoffe und Treibstofftröpfchen sich sammeln können, und
möglicherweise den
sekundären
Elektrodenspalt überbrücken, was die
Kerze außer
Betrieb setzen würde.
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Ein
anderer Ansatz ist, einen oder mehrere zusätzliche Elektroden auf dem
Mantel der Zündkerze
bereitzustellen. Drei bekannte Gestaltungen sind in den 5A und
B, den 5C und D bzw. in 5E zu
sehen. Die zusätzlichen
Elektroden stellen sekundäre Elektrodenabstände an relativ
unabgedeckten Orten bereit. Allerdings sind solche Elektroden kompliziert
und teuer in der Lieferung, erfordern die Reinigung, der dem Mantel
gegenüberliegenden
Seite der zusätzlichen
Elektrode, sodass sich Kohlenstoffablagerungen anderswo bilden können, und
begrenzen die Breite des vorgesehenen Elektrodenspaltes, wie er
notwendig ist, um zu verhindern, dass die zusätzliche Elektrode der erste Pfad
für den
Strom wird, was speziell dann auftreten kann, wenn die Kerze verschleißt.
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Zusätzlich offenbart
GB-A-188874 eine Zündkerze ähnlicher
Konfiguration, wie die vorher hierin bezeichneten, und entsprechend
diesen Gestaltungen, schließt
die in diesem Dokument beschriebene Konfiguration nur einen primären Elektrodenspalt
ein.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zündkerze
bereitzustellen, in der die Wahrscheinlichkeit, dass der Funke weg
von dem vorgesehenen Elektrodenspalt auftritt, reduziert wird, ohne
die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass kein Funke auftritt.
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Dementsprechend
liefert die Erfindung eine Zündkerze,
wie sie in den beigefügten
Zeichnungen 1 bis 9 beschrieben ist.
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In
einer Zündkerze
gemäß der Erfindung, wird
der Mantel nicht verändert,
wodurch die Reduzierung des elektrischen Widerstandes verhindert wird,
die Reduzierung des Abstands zu der Spitze der ersten Elektrode
verhindert wird, und die Herstellung vereinfacht wird, aber die
Funken, welche weg bzw. entfernt von dem Elektrodenspalt auftreten,
gefördert
werden, um zwischen dem Vorsprung und dem Endoberflächenbereich
des Mantels aufzutreten, welcher der am wenigsten abgedeckte bzw.
abgeschirmte Ort ist. Eine Zündkerze
gemäß der Erfindung
bietet eine verbesserte Kaltschmutzresistenz, ohne zu erfordern,
dass die Kerze bei einer höheren Temperatur
während
des normalen Betriebs betrieben wird. Dies bietet die Vorteile,
dass die Kerze eine größere Haltbarkeit
bzw. Lebensdauer aufweist, dass sie leichter hergestellt werden
kann, dass die Kerze einen erhöhten
Sicherheitsbereich während
des Betriebs aufweisen kann, und dass eine Gestaltung der Kerze
für einen
erhöhten
Bereich von Betriebsbedingungen verwendet werden kann.
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In
einer Zündkerze
gemäß der Erfindung, kann
der Überstand
Integral mit der Hülse
sein, oder an der Hülse
befestigt sein und entweder eine Beschichtung welche auf der Hülse abgelagert
ist, oder ein einzelnes Stück,
welches an die Hülse
angefügt ist,
sein. Wo der Vorsprung nicht integral mit der Hülse ist, kann er aus einem
anderen isolierenden Material an die Hülse geformt sein.
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Der Überstand
kann als eine ringförmige
Rippe (rib) um die Hülse
erstrecken. Dies ergibt die Vorteile der Erhöhung der Länge des Erdungspfades entlang
der Oberfläche
der Hülse
und der teilweisen Abdeckung des Abschnitts des Endabschnittes der Hülse, welcher
sich innerhalb des Mantels von Kohlendioxidablagerungen befindet.
Alternativ können dort
Gruppen von Vorsprüngen
um die externe Oberfläche
der Hülse
verteilt sein. Jeder Überstand
bzw. Vorsprung kann in einem axialen Querschnitt der Kerze eine
kuppelförmige
Form aufweisen, oder kann einen spitzen Scheitel aufweisen. Gemäß der Erfindung
ist jeder Vorsprung so ausgerichtet, dass sein Scheitel zumindest
ungefähr
koplanar mit der Endoberfläche
des Mantels ist.
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Der
Abschnitt des Endabschnitts der Hülse, welcher innerhalb des
Mantels ist, kann mit pfadverlängernden
Wellen (undulations) versehen sein.
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Nun
folgen detaillierte Beschreibungen, welche im Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen einiger bekannter Zündkerzen
und von Zündkerzen
zu lesen sind, welche die Erfindung erläutern.
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In
den Zeichnungen ist:
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1A eine
längsseitige
Querschnittansicht, welche durch eine bekannte Zündkerze gemacht wurde;
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1B eine ähnliche
Ansicht, wie in 1A, wobei diese allerdings eine
erste erläuternde
Zündkerze
gemäß der Erfindung
zeigt;
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2A und 2B vergrößerte Ansichten der
Abschnitte 1A bzw. 1B;
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3 eine ähnliche
Sicht, wie in 2B, aber auf eine zweite Zündkerze
gemäß der Erfindung;
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4A eine ähnliche
Ansicht, wie in 1, welche aber eine
weitere bekannte Zündkerze
zeigt;
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4B und 4C vergrößerte Ansichten auf
Abschnitte der 4A;
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5A eine ähnliche
Ansicht wie in 3, aber auf eine weitere bekannte
Zündkerze;
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5B eine
Endansicht der Kerze, welche in 5A gezeigt
ist;
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5C und 5D ähnliche
Ansichten wie in 5A und 5B, aber
auf eine weitere bekannte Zündkerze;
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5E eine ähnliche
Ansicht, wie in den 5A und 5C aber
auf eine weitere bekannte Zündkerze;
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6A bis 6G vergrößerte Ansichten auf
alternative Vorsprünge,
welche in Zündkerzen, gemäß der Erfindung
verwendet werden können.
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Die
bekannte Zündkerze 10,
welche in 1a zusehen ist, umfasst eine
elektrisch isolierende Hülse 12,
welche sich entlang einer Zentralachse 14 der Kerze 10 erstreckt.
Die Hülse 12,
welche aus Aluminiumoxid gebildet ist, definiert einen Raum 12a, welcher
sich entlang der Achse 14 erstreckt. Die Kerze 10 umfasst
auch eine erste Elektrode 16, welche innerhalb des Raumes 12a montiert
ist, und weist eine Spitze 16a auf, welche hinter der Hülse 12 vorsteht.
Die Kerze 10 umfasst auch einen Anschluss 18,
welcher innerhalb des Raums 12a montiert ist, und hinter
der Hülse 12 bei
dem anderen Ende davon zu der Spitze 16a der Elektrode 16 vorsteht.
Innerhalb des Raums 12a sind die Elektrode 16 und
der Anschluss 18 in elektrisch leitendem Anschluss zueinander.
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Die
Kerze 10 umfasst auch einen elektrisch leitenden Mantel 20,
welcher einen Teil bzw. Anschnitt der Hülse 12 umgibt, wobei
die Hülse 12 in dem
Mantel befestigt ist. Der Mantel 20 weist einen externen
Gewindeabschnitt 20a auf, durch welchen die Kerze 10 auf
einen Motorkopf montiert werden kann. Der Mantel 20 weist
eine Endoberfläche 20b auf,
welche auf dem Endabschnitt 20c des Mantels 20b gebildet
ist, welche im Wesentlichen kreisförmig ist. Die Endoberfläche 20b erstreckt
sich radial von der Achse 14. Der Endabschnitt 20c ist
im Allgemeinen in der Form eines hohlen Zylinders, welcher eine interne
Oberfläche 20d aufweist.
Der Endabschnitt 20c erstreckt sich über einen axialen Abstand,
welcher als ”d2” bezeichnet
wird, von der Oberfläche 20b zu
einem einwärts
vorstehenden Flansch 20e des Mantels 20. Der Flansch 20e steht
in der Nähe der
externen Oberfläche 12b eines
Endabschnittes 12c der Hülse 12 vor. Eine Dichtung 21 dichtet
die Lücke
zwischen dem Flansch 20e und der Hülse 12 ab. Zwischen
dem Flansch 20e und der Endoberfläche 20b des Mantels 20,
befindet sich ein Abstand zwischen der internen Oberfläche 20d des
Endabschnittes 20c des Mantels 20 und der externen Oberfläche 12b des
Endabschnittes 12c der Hülse 12. Die externe,
bzw. äußere Oberfläche 12b ist
im Allgemeinen kegelstumpfförmig,
sodass sich der Abstand in der Breite, in Richtung der Spitze 16a erhöht. Der
Endabschnitt 12c erstreckt sich über den Endabschnitt 20c des
Mantels 20 hinaus mit einem Abstand dazwischen und erstreckt
sich hinter die Oberfläche 20b,
nachdem er durch die Oberfläche 20b gelaufen
ist. Der Endabschnitt 12c erstreckt sich hinter die Oberfläche 20b in
einem Abstand der als ”d1” bezeichnet
wird.
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Die
Kerze 10 umfasst auch eine zweite Elektrode 22,
welche an den Mantel montiert ist, und elektrisch mit ihm verbunden
ist. Speziell die zweite Elektrode 22 ist an die Oberfläche 20b geschweißt, und steht
in einer ”J”-Form zu
einer Spitze 22a davon hervor, welche in entgegen gesetzter
Anordnungs mit der Spitze 16a so positioniert ist, dass
die Spitzen 16a und 22a zusammen einen Elektrodenspalt
definieren, welcher als ”G1” bezeichnet
wird.
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Die
Kerze 10 ist mittels des Gewindeabschnittes bzw. -Teils 20a des
Mantels 20 montiert, sodass die Spitze 16a der
ersten Elektrode 16, der Endabschnitt der Hülse 12 benachbart
zu der Spitze 16a, und die zweite Elektrode 22 in
die Verbrennungskammer des Motors vorstehen. Wenn eine Hochspannung
an den Anschluss 18 angelegt wird, wird in einem normalen
Betrieb der Kerze 10 ein Funke erzeugt, welcher das Treibstoffgemisch
in der Verbrennungskammer entzündet.
Es ist vorgesehen, dass der Funke den Abstand bzw. den Spalt G1 durchquert.
Allerdings kommt im Betrieb eine Verschmutzung (Ablagerung von Kohlenstoff)
an dem Endabschnitt 12c der isolierenden Hülse 12 vor.
Dies führt
zu der Möglichkeit,
dass der Strom, anstatt über den
Abstand G1 zu springen, entlang der Oberfläche 12b der Hülse 12 in
den Abstand zu den Oberflächen 12b und 20d laufen
kann. In diesem Fall kann ein Funke auf den Mantel 20,
irgendwo entlang der Entfernung d2 springen. Es sei denn der Funke
springt nahe der Oberfläche 20b über, ist
der Funke zumindest teilweise von dem Treibstoffgemisch durch den Mantel 20 und
die Hülse 12 abgedeckt,
was eine Entzündung
unsicher macht. Allerdings ist es dem Strom möglich, entlang des Endabschnittes 12c den
gesamten Weg zu dem Flansch 20e zu laufen, ohne dass möglicherweise
ein Funke auftritt. Um diese Möglichkeit
zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass
die Abstände
d1 und d2 relativ groß gemacht werden,
und zwar d1, um einen Funken, weg von dem Abstand G1 zu entmutigen,
und sowohl d1 als auch d2, um die Möglichkeit zu reduzieren, dass
kein Funke auftritt. Allerdings wird in der Praxis d1 normalerweise
durch andere Gesichtspunkte bestimmt, sodass der Abstand zwischen
den Oberflächen 12b und 20d stattdessen
erhöht
werden muss.
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Die
erste erläuternde
Zündkerze 30,
gemäß der Erfindung
ist in den 1B und 2B dargestellt.
Die Kerze 30 weicht von der Kerze 10, die oben beschrieben
worden ist, nur in der Form ihrer isolierenden Hülse ab, sodass dieselben Referenznummern
im Bezug auf die Teile der Kerze 30 verwendet werden, welche
im Bezug auf die ähnlichen
Teile der Kerze 10, verwendet worden sind, ohne die Beschreibungen
davon zu wiederholen. Die isolierende Hülse 12 der Kerze 30 ist
also identisch mit der Hülse 12 der Kerze 10,
außer,
dass der Endabschnitt 12c davon mit einem Vorsprung 32 ausgestattet
ist. Dieser Vorsprung 32 ist integral mit der Hülse 12 und
steht von dem Endabschnitt 12c so vor, dass in dem Bereich Endoberfläche 20b des
Mantels 20, er den Abstand zwischen dem Endabschnitt 12c und
dem Endabschnitt 20c des Mantels 20 zu einem Abstand bzw.
einem Spalt reduziert, der als ”G2” bezeichnet wird,
da er einen sekundären
Elektrodenspalt bereitstellt, wo Funken höchstwahrscheinlich überspringen,
falls sie nicht bei der dafür
gedachten Spalte G1 überspringen.
Der Vorsprung 32 erstreckt sich als eine kreisförmige Rippe
um die Hülse 12 so,
dass der Abstand zwischen dem Vorsprung 32 und der Oberfläche 20d im
Wesentlichen gleich groß um
die Hülse 12 ist,
wobei dieser 0.8 mm beträgt.
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In
einem axialen Querschnitt der Kerze 30, weist der Vorsprung 32 eine
kuppelförmige
bzw. gewölbte,
sinusförmige
Form mit dem Scheitelpunkt Kuppe auf, welche im Wesentlichen koplanar
mit der Oberfläche 20b ist.
Anders gesagt ist der Vorsprung 32 mit seiner Langsachse
koplanar mit der Endoberfläche 20b der
Hülse 20 fluchtend.
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In
den 1A und 2A bzw.
in den 1B und 2B sind
entsprechend die Abstände d1
und d2 der Kerzen 10 und 30 für Vergleichszwecke als gleich
gezeigt, aber in der Praxis, können
die Abstände
d1 und d2 der Kerze 30, gegenüber denen der Kerze 10,
für dieselben
Betriebsbedingungen reduziert werden.
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Die
Kerze 30 arbeitet unter normalen Bedingungen auf dieselbe
Art und Weise, wie die Kerze 10, d. h. der Funke tritt
bei dem Abstand G1 auf. Allerdings verändert sich die Situation bei
einer Verschmutzung des Vorsprungs 32. In 2A zeigt
die Linie P1 einen möglichen
alternativen Pfad für
den Strom, um von der Spitze 16a zu dem Mantel 20 zu gelangen.
Der Pfeil S1 stellt eine mögliche
Position für
die Bildung eines Funkens dar, allerdings kann sich ein Funken überall entlang
des Abstandes d2, wie oben beschrieben, bilden. Demgegenüber zeigt in
der 2B die Linie P2 den möglichen alternativen Pfad für den Strom.
Es ist unwahrscheinlich, dass der Strom den Vorsprung 32 durchlaufen
wird, sodass die Wahrscheinlichkeit gegeben ist, dass ein Funke
den Spalt G2 durchquert.
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In 3 ist
dort die zweite veranschaulichende Zündkerze 40, gemäß der Erfindung
zu sehen. Die Kerze 40 weicht von der Kerze 30 nur
dadurch ab, dass der Teil des Endabschnittes 12c der Hülse 12,
welcher sich innerhalb des Mantels 20 befindet, mit pfadverlängernden
Wellen 42 ausgestattet ist, welche die Form von kreisförmigen Rippen
aufweisen. Diese Wellen (undulations) 42 sind integral mit
dem Rest der Hülse 12,
und machen es sogar wahrscheinlicher, dass ein Funke in dem Spalt
G2 auftritt, als dass der Strom zu dem Flansch 20e, ohne eine
Funkenbildung laufen wird.
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Die 4A, 4B,
und 4C stellen eine weitere bekannte Zündkerze 50 dar.
Die Zündkerze 50 unterscheidet
sich von der Kerze 10 nur in den nachstehend aufgeführten Gesichtspunkten,
sodass dieselben Referenznummern in Beziehung zu den Teilen der
Kerze 50 verwendet werden, wie sie in Beziehung zu der
Kerze 10 verwendet wurden, ohne die Beschreibungen davon
zu wiederholen. Die Kerze 50 unterscheidet sich von der
Kerze 10 dadurch, dass der Endabschnitt 20c des
Mantels 20 davon insofern eine andere Form aufweist, als
dass der Endabschnitt 12c der Hülse 12 davon insofern
eine andere Form aufweist, und dass der Abschnitt 12d der Hülse 12 davon,
welcher benachbart zu dem Anschluss 18 ist, eine andere
Form aufweist.
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Speziell
der Endabschnitt 20c des Mantels 20 ist mit einem
internen Flansch 20 ausgestattet, welcher sich von der
Endoberfläche
aus erstreckt, und auch einen Absatz 20g darin aufweist.
Die Form des Endabschnittes 12c ist im Allgemeinen zylindrisch
zwischen seinem Ende, nahe seiner Spitze 16a und dem Absatz 20g und
verjüngt
sich dann in einer kegelstumpfförmigen
Form zu der Dichtung 21 hin. Der Teil 12d ist
mit pfadverlängernden
Wellen 12e ausgestattet, welche die Möglichkeit eines Kurzschlusses,
auf der Länge
X, zwischen dem Anschluss 18 und dem Mantel 20 reduzieren.
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Während des
Betriebs der Kerze 50, unter normalen Bedingungen, tritt
der Funken bei dem Spalt G1 auf. Allerdings kann im Falle einer
sich auf der Hülse 12 befindenden
Verschmutzung, der Strom, entlang der Oberfläche der Hülse laufen, und auf den Flansch 20f springen,
welcher dabei einen sekundären
Elektrodenspalt G2 bereitstellt. Allerdings hat der Abstand G2 eine
beachtliche axiale Länge
zwischen den Punkten Y und Z, gezeigt in 4C, und
der Funken kann irgendwo entlang dieses Abstandes auftreten. Des
Weiteren kommt der Flansch 20f näher an die Spitze 16a heran,
als der Rest des Mantels, wobei sich dadurch die Möglichkeit der
Funkenbildung in dem Spalt G2 bevorzugt gegenüber dem Spalt G1 erhöht.
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Die 5A und 5B,
die 5C und 5D bzw.
die 5E, zeigen entsprechend bekannte Gestaltungen
von Kerzen, welche mit einer oder mehreren zusätzlichen Elektroden ausgestattet sind.
Dieselben Referenznummern werden wieder für gleiche Teile verwendet,
welche im Bezug auf die Kerze 10 verwendet werden, ohne
die Beschreibung davon zu wiederholen. In den 5A und 5B ist eine
Kerze 60 zu sehen, welche 3 zusätzliche Elektroden 62 aufweist,
die alle an den Mantel 20 geschweißt sind, einschließlich der
zweiten Elektrode 22, wobei die vier Elektroden gleichmäßig um die Achse 14 verteilt
sind. Die Elektroden 62 sind so angeordnet, dass sie zu
Spitzen 62a vorstehen, welche weiter weg von den Spitzen 16a sind,
als die Spitze 22a der zweiten Elektrode 22. Speziell
die Elektroden 62 erstrecken sich zu Punkten, welche in
entgegen gesetzter Beziehung mit dem Ende der Hülse 12 stehen. Während des
Betriebs der Kerze 60, liefern die drei Elektroden 62 drei
alternative, sekundäre
Elektrodenspalte G2, welche im Falle einer Verschmutzung in Betrieb
gehen, wenn der Strom über
das Ende der Hülse 12 läuft, und
zu der Elektrode 62 springt.
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Die 5C und 5D zeigen
eine bekannte Kerze 70, welche ähnlich der Kerze 60 ist,
aber welche mit nur einer zusätzlichen
Elektrode 62 ausgestattet ist, die ihre Spitze in entgegen
gesetzter Beziehung zu der Seitenoberfläche des Endes der Hülse 12 hat.
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5E stellt
eine bekannte Kerze 80 dar, welche ähnlich den Kerzen 60 und 70 ist,
aber welche eine zusätzliche
Elektrode 62 aufweist, die durch einen Bolzen bzw. Stift,
welcher an den Mantel 20 montiert ist, bereitgestellt wird
und welche einwärts, in
Richtung der Oberfläche
des Endabschnittes 12c vorsteht, der zylindrisch ist.
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6A bis 6G zeigen
alternative Formen für
den Vorsprung 32, welcher anstatt des Vorsprungs verwendet
werden kann, der in den 1B und 2B dargestellt
ist, oder anstatt des Vorsprungs 32, der in der 3 dargestellt
ist, verwendet werden kann. In 6A, ist
der Vorsprung 32 asymmetrisch, in 6A ist
der Vorsprung 32 asymmetrisch, und weist einen Scheitelpunkt 32a auf,
welcher koplanar mit der Oberfläche 20b ist,
eine innere (die weiteste von der Spitze 16a) Seitenoberfläche 32b,
welche ungefähr
sinusförmig
ist und eine äußere (die
nächste
zu der Spitze 16a) Oberfläche 32c, welche bei
einem konstanten Winkel zu der Achse 14 der Kerze, geneigt,
bzw. schräg
ist. In der 6B weist der symmetrische Vorsprung
einen flachen Scheitelpunkt 32a auf, der sich zwischen
zwei sinusförmigen Seitenoberflächen 32b und 32c erstreckt, wobei
der Scheitelpunkt 32 so angeordnet ist, dass das meiste
von ihm relativ zu der Oberfläche 20c auswärts angeordnet
ist, aber benachbart zu der Oberfläche 32b ist, welche
sich durch die Oberfläche 20b erstreckt.
In 6C weist der Vorsprung 32 einen spitzen
Scheitelpunkt 32a auf, welcher koplanar mit der Oberfläche 20b ist,
und wobei die Seitenoberflächen 32b und 32c in
entgegen gesetzten Winkeln, relativ zu der Achse 14 geneigt
sind, wobei sie einen symmetrischen Vorsprung erzeugen. In 6D weist der
Vorsprung 32 dieselbe Form auf, d. h. sinusförmig, wie
in den 1B, 2B und 3 mit
ihrem Scheitelpunkt 32a, welcher koplanar mit der Oberfläche 20b ist.
In 6E weist der Vorsprung 32 eine halbkreisförmige Form
mit ihrem Scheitelpunkt 32a auf, welcher koplanar mit der
Oberfläche 20b ist.
In 6F weist der Vorsprung 32 eine Form auf,
die ähnlich
zu der ist, welche in der 6B zu
sehen ist, wobei aber der Vorsprung sich nicht soweit in Richtung
der Spitze 16a erstreckt. In 6G weist
der Vorsprung eine Form auf, die ähnlich der ist, welche in 6A zu
sehen ist, wobei die Seitenoberfläche 32c allerdings
steiler geneigt ist.
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Es
ist bevorzugt, dass die Seitenoberflächen 32b und 32c des
Vorsprungs 32 relativ zu der Achse 14, bis zu
einem Winkel von 60°,
geneigt sein sollten. Winkel über
30° werden
bevorzugt, um Funken zu reduzieren, die tief unten in der Kerze
auftreten.
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Die
bekannten Kerzen 10 und 50 und die Kerze gemäß der Erfindung 30 wurden
Kaltschmutztests ausgesetzt. Diese Tests schlossen das Herabkühlen eines
Fahrzeugs auf minus zehn Grad Celsius, das Starten des Motors, das
schnelle harte Beschleunigen durch den ersten, den zweiten und den dritten
Gang bis auf 50 Km/h, das Halten dieser Geschwindigkeit für 2 Sekunden,
das Ausschalten des Motors, das Warten, bis die Temperatur wieder
abfällt,
das Wiederholen des Startens, und Start-, Fahr- und Abkühlphasen,
bis das Auto nicht wieder startet, oder so fehlzündet, dass die erwähnte Geschwindigkeit
nicht erreicht werden kann, ein. Dieser Test ist gestaltet, um Kaltverschmutzung
an den Kerzen zu verursachen, ohne der Temperatur zu ermöglichen, sich
ausreichend zu erhöhen,
um irgendeine Reinigung zu verursachen. Es ist offensichtlich, dass
je öfter
der Testablauf wiederholt werden kann (je mehr Perioden), desto
besser die Leistung der Kerze ist. In diesen Tests erreichte die
Kerze 10 einen Durchschnitt von 11.8 Perioden, die Kerze 50 einen
Durchschnitt von 9.0 Perioden und die Kerze 30, gemäß der Erfindung
erreichte 26.7 Perioden bzw. Durchläufe.