DE69002720T2

DE69002720T2 - Zündverstärkeranlage bei Gasfackel.

Info

Publication number: DE69002720T2
Application number: DE90309472T
Authority: DE
Inventors: Shi-Wai Steve Cheng; Wayne Richard Moore; Wayne Clare Nichols
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Savage Enterprises Inc Edina Minn Us
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: US4924829A; DE69002720D1; ES2043288T3; EP0417938A2; JPH03107576A; EP0417938B1; EP0417938A3; CA2024239C; CA2024239A1; JP2506492B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenzünd-Vorrichtung und insbesondere eine solche Vorrichtung, die Fackelstrahl-Zündung mit üblichen Funkenzündgeräten verbindet, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.
Es ist bekannt, daß eine schnell brennende Maschine niedrige zyklische Veränderungen des Zylinderdrucks wie auch größere Klopffestigkeit aufweist. Das führt zu einem höheren Motorwirkungsgrad durch das höhere Kompressionsverhältnis.
Ein Weg, schnelles Brennen zu erzielen, ist Fackelstrahl- Zündung. Ein typischer Fackelstrahl-Zünder umfaßt eine große Vorkommer, die mit der Hauptbrennkammer durch eine große Öffnung, üblicherweise größer als 5 mm, gekoppelt ist, und eine Zündkerze in der Vorkammer. Das Volumen der Vorkammer beträgt 3 bis 12% des Freiraumvolumens. Da die Zündung in der Vorkammer erfolgt, ist das Gemisch in der Vorkammer sehr kritisch; deswegen ist normalerweise ein Ventil in der Vorkammer erforderlich, um die Vorkammer mit frischem Gemisch zu versorgen. Nach der Zündung dehnt sich das verbrannte Gemisch in der Vorkammer durch die Öffnung in die Hauptbrennkammer hinein aus und bildet einen Fackelstrahl. Die verbesserte Verbrennungsrate kommt von der höheren Turbulenz, die durch den Strahl herbeigeführt wird, und von der größeren Flammenfrontfläche, die durch den Fackelstrahl an seiner Begrenzung gebildet wird. In manchen Fällen wurde eine Spezialventil-Anordnung vermieden.
Ein Beispiel eines Fackelstrahl-Zündsystems ohne spezielle Ventile ist in US-A-3 921 605 (Wyczalek) gezeigt, die eine große Vorkammer mit einem Volumen von 2 bis 10% des Gesamt-Freiraumvolumens, einen Bereich von 81,95 bis 245,81 ccm (5 bis 15 cubic inch) Volumen für jeweils 645,16 mm (ein Quadratinch) Öffnungsfläche, eine Öffnungsgröße von etwa 3,6 mm Durchmesser und eine Spezialzündkerze innerhalb der Kammer vorschlägt. Andererseits beschreibt US-A-4 112 877 (Goto u.a.) eine Vorkammer mit Spezialventil-Anordnung zum Einführen eines frischen Luft/Treib-Gemischs in die Kammer. Die Zündkerze liegt fern von der Vorkammer. Ein anderes Beispiel von Vorkammer-Geräten ist in US-A-4 096 844 (Mackaness) gezeigt, mit verschiedenen Bauarten, einschließlich einer von der Zündkerze abgelegenen Vorkammer und einer eine Zündkerze enthaltende Vorkammer. Die Vorkammern scheinen ziemlich groß zu sein, es sind jedoch keine Abmessungen angegeben.
Die Nachteile, wenn eine große Vorkammer und spezielle Ventilanordnung vorgesehen werden, sind evident. Es hat auch den Anschein, daß bei dieser Anordnung der Motor speziell ausgelegt werden muß, um Vorteil aus der Fackelstrahl-Zündung zu ziehen. Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Art vor, schnelles Brennen unter Benutzung eines Fackelstrahls zu erreichen, die eine sehr kleine Fackelkammer (weniger als 1% des Volumens der Hauptbrennkammer) erfordert und auch in eine Zündkerze zur Verwendung in einem beliebigen Motor eingepaßt werden kann. Darüberhinaus ist keine Zusatzventil-Einrichtung erforderlich.
Kleine der Zündung zugeordnete Kammern und sogar in Zündkerzen aufgenommene Kammern sind bereits bekannt. Z.B. zeigt US-A-1 399 375 (Blodgett u.a.) eine Kammer in einer Zündkerze mit einem Volumen im Bereich von etwa 1,25 cm³ bis 1,75 cm³; und US-A-4 639 635 (Lee) beschreibt eine extrem kleine Kammer (Volumen 28 mm³) mit zwei Funkenspalten, einem innerhalb der Kammer, um ein Aufheizen und Entladen des Gases von der Kammer zu bewirken, und einem anderen im Gasentladungspfad, um das Gas zu ionisieren und dadurch einen niederenergetischen Plasmastrahl zu erzeugen.
Eine fackelstrahl-unterstützte Funkenzündvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Vorteile von Fackelstrahl-Zündung in einem Motor zu schaffen ohne wesentliche Abänderung des Grundmotors.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, den Vorteil von Fackelstrahl-Zündung bei einem bestehenden Motor zu schaffen.
Noch ein anderes Ziel ist es, eine Vorkammer in einer Zündkerze von Standardgröße mit optimalen Abmessungen aufzunehmen, um die Vorteile von Fackelstrahl-Zündung in jedem mit dieser Zündkerze ausgerüsteten Motor auszunutzen.
Die Erfindung wird durch fackelstrahl-unterstütztes Funkenzündmittel ausgeführt in Kombination in einem Brennkraftmotor mit einem geschlossen-endigen Zylinder und einem Kolben in dem Zylinder, der eine Brennkammer mit variablem Volumen an dem geschlossenen Ende des Zylinders bestimmt, wobei das Zündmittel umfaßt: elektrisch leitendes Mittel, das an einer Wand des Zylinders abgestützt ist und einen Funkenspalt benachbart der Wand bildet, eine Fckelkammer, die mit der Brennkammer durch eine Öffnung in der Wand in Verbindung steht, die dem Funkenspalt benachbart und in die Brennakmmer gerichtet ist, wobei das Fackelkammervolumen im Bereich von 0,1 bis 1,0 cm³ und der Öffnungsdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,2 cm liegt.
Die Erfindung wird weiter ausgeführt durch eine Fackelstrahl-Zündkerze für einen Brennkraftmotor, wobei die Kerze umfaßt: einen Körper mit Befestigungsmittel nahe einem Ende, ausgelegt, einen Teil einer Motorbrennkammer zu bilden, elektrisch leitendes Mittel an dem einen Ende, das einen Funkenspalt eng benachbart zu dem Ende bildet und ausgelegt ist, im eingebauten Zustand in der Brennkammer untergebracht zu sein, um Ladungen von komprimiertem Luft/Treibstoff-Gemisch darin zu entzünden, wobei eine Fackelkammer innerhalb des Körpers benachbart dem Ende gebildet ist, die Fackelkammer ein Voumen im Bereich von 0,5 bis 1,0 cm³ besitzt und eine Öffnung sich von der Fackelkammer her durch das Ende erstreckt, um sie im eingebauten Zustand mit der Brennkammer zu verbinden, die Mündung der Öffnung durch das Ende in der Nähe der Funkenspaltes, jedoch von ihm abgesetzt ist und die Öffnung einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 cm besitzt.
Die obigen und andere Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung genommen, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, und bei der:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Motorbrennkammer ist, die mit einer fackelstrahl-unterstützten Funkenzünd-Einrichtung nach einer Ausführung der Erfindung ausgerüstet ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Zündeinrichtung nach Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer mit einer Fackelkammer nach einer zweiten Ausführung der Erfindung ausgerüsteten Zündkerze ist;
Fig. 4 eine Vorderansicht einer in der Ausführung nach Fig. 3 benutzten Öffnungsplatte ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Endes einer mit einer Fackelkammer nach einer dritten Ausführung der Erfindung ausgerüsteten Zündkerze ist;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Endes einer mit einer Fackelkammer nach einer vierten Ausführung der Erfindung ausgerüsteten Zündkerze ist;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Endes einer mit einer Fackelkammer nach einer fünften Ausführung der Erfindung ausgerüsteten Zündkerze ist; und
Fig. 8 eine Endansicht der Zündkerze nach Fig. 7 ist.
Die vorliegende Erfindung benutzt fackelstrahl-unterstützte Funkenzündung. Im Gegensatz zur Fackelstrahl-Zündung benutzt sie das Fackelstrahl-Phänomen in Verbindung mit üblicher Funkenzündung in der Hauptbrennkammer und sie erfordert eine sehr kleine Fackelkammer mit weniger als 1,5 Vol.-% der Hauptbrennkammer. Durch Benutzung einer kleinen Öffnung von üblicherweise etwa 0,15 mm und einem angemessenen Öffnungsflächen/Volumen-Verhältnis wird ein wirksamer Strahl von der Öffnung ausgestoßen und eine große Flammenfrontfläche erzeugt, die ein schnelles Abbrennen des Brenngemisches ergibt.
In Fig. 1 enthält ein Querschnitt eines Motors 10 einen Blockabschnitt 12, der die Seitenwand eines Zylinders 14 bildet, einen Kopf 16, der eine Endwand des Zylinders bildet und einen Kolben 18 in dem Zylinder, um eine Brennkammer mit variablem Volumen zu bestimmen. Der Kopf enthält ein Ventil 20, das in einem Anschluß 22 sitzt, und eine Fackelstrahl- Zündkerze 24 in einer Gewindebohrung 26. So bilden das Ventil 20 und die Zündkerze 24 ebenfalls einen Teil der Zylinderwand.
Die Zündkerze 24, die am besten in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt ein Gehäuse 28, das an einem Ende mit Gewinde versehen ist und zwei benachbarte Bohrungen 30 und 32 enthält. Die Bohrung 30 erstreckt sich durch die volle Länge des Gehäuses 28 und enthält einen Isolator 34, der eine Zentraldraht-Elektrode 36 trägt, die über das Ende des Isolators und über das Ende des Gehäuses 28 hinaus reicht. Eine L-förmige Seitendraht-Elektrode 34 ist an dem Gehäuse 28 benachbart der vorstehenden Zentraldraht-Elektrode 36 angeschweißt und bildet mit der Zentraldraht-Elektrode einen Funkenspalt. Die Bohrung 32 endet geschlossen und erstreckt sich in ein Ende des Gehäuses 28 benachbart der Seitendraht-Elektrode 38. Die Bohrung 32 ist innen mit Gewinde versehen zur Aufnahme eines schüsselförmigen Kammerverschlußteils 40, das mit Außengewinde versehen ist, um in die Bohrung eingepaßt zu werden und eine umschlossene Fackelkammer 42 zu bestimmen. Das äußere Ende des Verschlußteils 40 enthält eine Öffnung 44, welche die Fackelkammer mit der Hauptbrennkammer koppelt.
Die Abmessungen der Fackelkammer 42 sind für ihren erfolgreichen Betrieb wichtig. Absolut ausgedrückt, tritt der wirksamste Betrieb bei einem Fackelkammer-Volumen im Bereich von 0,5 bis 1 cm³ auf mit optimalem Verhalten bei etwa 0,7 cm³ oder darüber. Das Volumen sollte nicht mehr als 1,5% des Minimal-Volumens der Rauptbrennkammer betragen, d.h. des Volumens, wenn der Kolben 18 sich im oberen Totpunkt befindet, und ist vorzugsweise kleiner als 1% dieses Volumens.Der Wert eines solchen kleinen Relativ-Volumens besteht darin, daß, wenn die Verbrennung in beiden Volumina voranschreitet, ein hoher Druck in der Fackelkammer entwickelt wird, während der Druck in der Hauptkammer noch niedrig ist, so daß ein Strahl brennender Gase weit in die Hauptkammer hinein schießt. Um eine solche Druckdifferenz zu erzeugen, muß die Öffnung klein genug sein, damit der Druck in der Fackelkammer während einer ausreichenden Zeit gehalten wird und die Verbrennung durch die Fackelkammer voranschreiten kann. Ein Öffnungsdurchmesser von 0,2 cm oder weniger hat sich als zufriedenstellend für diesen Zweck erwiesen. Die Öffnung muß jedoch groß genug sein, um den Strahl rasch auszustoßen und auch, um die Kammer mit einem frischen Luft/Treibstoff-Gemisch neu zu füllen durch Ausstoßen des Restgases während des Aufpuffhubs des Motors und Einziehen von Gas während des Komprimierungshubs. Der Öffnungsdurchmesser sollte mindestens 0,1 cm betragen, um diesen Neubeladungsbetrieb aufzunehmen. Insbesondere haben Versuche gezeigt, daß der inerhalb der Fackelkammer entwickelte Druck eng dem in der Hauptkammer entwickelten folgt bei einem Öffnungsdurchmesser von 0,15 cm, und diese Größe von Öffnung wird bevorzugt, wenn auch der Durchmesserbereich von 0,1 bis 0,2 akzeptabel ist.
Eine Definition für die Fackelkammer-Abmessungen ist die "charakteristische Länge", die gleich ist dem Fackelkammer-Volumen in cm³, geteilt durch die Öffnungsfläche in cm³. Begrenzende Werte sind eine charakteristische Länge von 15 cm für ein Volumen von 0,5 ccm und einem Durchmesser von 0,2 cm und eine charakteristische Länge von 127 cm für ein Volumen von 1 ccm und einem Durchmesser von 0,1 cm. Für den bevorzugten Öffnungsdurchmesser von 0,15 cm und das maximale Volumen von 1 cm³ beträgt die charakteristische Länge 57 cm. Die 0,15 cm Öffnung und das Minimalvolumen 0,5 cm³ ergeben die charakteristische Länge von 28 cm. Im Betrieb erfolgt die Zündung des Luft/Treibstoff-Gemischs in der Hauptbrennkammer. Die Anfangsphase der Verbrennung ist die gleiche wie bei regulärer Funkenzündung. Sobald die durch die Zündkerze eingeleitete Flammenfront die Öffnung 44 erreicht, entzündet sie die Ladung in der Fackelkammer. Wenn sich das verbrannte Gas in der Fackelkammer in die Hauptbrennkammer hinein ausdehnt, erzeugt es einen Fackelstrahl, der in die Hauptkammer schießt und die Verbrennungsrate in der Hauptkammer erhöht. Laboratoriums-Messungen bei fackelstrahl-unterstützter Zündung zeigten den minimalen Funkenvorschub für bestes Drehmoment (MBT) mit einer Verbesserung von 7º Kurbelwinkel gegenüber der Standard-Funkenzündung, d.h. ein Motor, der sein besten Drehmoment mit Standard-Zündkerzen bei einer Zündeinstellung von 14º vor dem oberen Totpunkt abgibt, gab das beste Drehmoment mit der fackelstrahl-unterstützten Zündung bei einer Funken-Einstellung von 7º vor dem oberen Totpunkt. Bei der Erprobung einer weiten Vielzahl von Abmessungen wurde das beste Resultat (schnellste Verbrennung) erreicht mit einer Zündkerze mit einem Vorkammer-Volumen von 0,775 cm³ (0,887% des Hauptzylinder-Volumens) und einem Öffnungsdurchmesser von 0,15 cm. Untersuchungen haben auch gezeigt, daß das System mit einem Abstand des Funkenspaltes von 9,5 mm (3/8 inch) von der Öffnung arbeitet, jedoch ergab sich ein besseres Verhalten, wenn der Funkenspalt so dicht wie möglich an der Öffnung war, z.B. 1,59 mm (1/16 inch).
Es gibt verschiedene Vorteile, die Zündkerze in der Hauptkammer statt in einer Vorbrennkammer zu haben. Erstens kann die Zündkerze eine Flammenfront erzeugen. Der Effekt einer zu sätzlichen durch den Fackelstrahl erzeugten Flammenfront ist äquivalent zu der Auswirkung einer zweiten Zündkerze. Zweitens ist das Gemisch in der Fackelkammer nicht so kritisch, da die Zündung in der Hauptbrennkammer erfolgt, wie das in der Vorkammer einer Fackelstrahl-Zündung. Deswegen kann die Fackelkammer ein Blind-Hohlraum sein. Da das Gemisch in der Fackelkammer durch die sich in die Fackelkammer fortpflanzende Flamme entzündet wird, wird die gesamte Ladung in der Fakkelkammer benutzt, um den Fackelstrahl anzutreiben; demzufolge kan die Größe der Ladung in der Fackelkammer gering sein.
Eine Zündkerze 16 mit 14 mm Gewinde, die in die meisten Produktionsmotoren paßt und die Vorkammerauslegungs-Anforderungen erfüllt, ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Zündkerze 60 ähnelt äußerlich einer üblichen Zündkerze und umfaßt einen Stahlmantel 62 mit einem Gewindeende 64, eine L-förmige Seitendraht-Elektrode 66, die am Ende des Mantels angebracht ist, einen hohlen Mittelisolator 68, der in den Mantel eingebördelt ist, eine Zentraldraht-Elektrode 70 in dem Hohlisolator mit einem Ende 72, das über den Isolator 68 zu einer Stelle benachbart der Seitendraht-Elektrode 66 vorsteht, um einen Funkenspalt zu bilden, und einen Widerstand 74 im Isolator, um die Zentraldraht-Elektrode 70 mit einer Klemme 76 zu koppeln. Der Mantel 62 besitzt eine vergrößerte Bohrung 78 an einem Ende des Mantels gegenüber dem Gewindeende 64 und der Isolator besitzt einen vergrößerten Körperabschnitt 80, der in die Bohrung 78 paßt und an seinem Ort durch Bördelungen an den Mantel festgeklemmt ist. Der Isolator geht von dem vergrößerten Körperabschnitt 80 zu einer dünnen, sich leicht verjüngenden Hülse 82 zurück, die sich durch das Gewindeende 64 erstreckt und von einer Innenwand 84 des Mantels 62 Abstand einhält.
Ein Metallendverschluß in Form einer Öffnungsplatte 86 ist in dem Ende 64 des Mantels befestigt und überbrückt dort den Ringspalt zwischen der Isolatorhülse 82 und dem Mantel. Der durch die Innenwand 84 des Mantels, die Hülse 82 und die Öffnungsplatte 86 bestimmte Verschluß umfaßt eine Vorkammer 88. In der Öffnungsplatte 86 ist eine Öffnung 90 ausgebildet, wie in Fig. 9 gezeigt. Die Öffnungsplatte 86 ist eine ringförmige konkave Scheibe, bei der sowohl der Außenumfang wie der Innenumfang in Flansche 92 bzw. 94 auslaufen, wobei die konkave Seite von der Vorkammer weg und zu dem Funkenspalt hin gewendet ist. Der äußere Flansch 92 ist an den Rand des Mantelendes 64 dicht angeschweißt und der Innenflansch ist zur Herstellung einer guten Abdichtung über die Hülse 28 preßgepaßt. Die Öffnungsplatte muß die Ausdehnung des Stahlmantels aufnehmen und dennoch eine feste Abdichtung an der Hülse 82 bewahren.
Während des Einbaues wird die leichte Verjüngung der Hülse 28 in die Zentralbohrung der Öffnungsplatte 86 gedrängt. Die Keramikhülse 86 schleift tatsächlich den Innenflansch 94 ab, wenn die Öffnungsplatte in ihre Lage gedrückt wird. Der Außenflansch 92 wird auch an die Mantelinnenwand 84 preßgepaßt. Diese beiden Formschlußpassungen ergeben die Innenspannung in der Platte, so daß die Abdichtung zwischen der Öffnungsplatte und dem Isolator im Betrieb aufrecht erhalten wird. Die Konkavform der Öffnungsplatte läßt zu, daß die Außenkante sich zusammen mit dem Stahlmantel dehnt und die Innenkante dicht an der Zentralhülse befestigt bleibt, und schafft so die notwendige Abdichtung zwischen der Fackelkammer 88 und der Hauptbrennkammer. Das Material der Öffnungsplatte (Inconel) und ihre Dicke schaffen die richtigen Dehnungsraten, die es zulassen, daß die genannte Dichtwirkung auftritt. Um Rückhaltung und perfekte Abdichtung sicherzustellen, ist der Außenflansch 92 vollständig um seinen Umfang an dem Mantel TIG-geschweißt. Der Isolator 68, der Mantel 62 und der Widerstand 64 bestehen im wesentlichen aus den gleichen Materialien wie die auf übliche Weise hergestellten Zündkerzen.
Die Ausführungen nach Fig. 5 und 6 führen ein anderes Merkmal ein: zwei Funkenspalte in Reihe, wobei der zweite Spalt sich innerhalb der Vorkammer befindet. Die vorstehend besprochenen Vorkammer- und Öffnungs-Abmessungen gelten auch für diese Ausführungen. Der Aufbau dieser Zündkerzen ist der gleiche wie der nach Fig. 3 bis auf den Bereich des Endes 64. In Fig. 5 besitzt die Innenwand 84 des Mantels eine Schulter 102 in der Nähe des Endes des Mantels. Die Öffnungsplatte 86' umfaßt eine Keramikscheibe mit einer Zentraldurchbrechung zur Aufnahme einer Metallniete 104, die als eine zusätzliche Elektrode dient. Die Zentraldraht-Elektrode 70' und die Isolatorhülse 82' sind gegenüber Fig. 3 so weit gekürzt, daß sie innerhalb der Vorkammer 88 enden. Die Öffnungsplatte 86' ist auf die Schulter 102 aufgesetzt und an ihrem Ort durch einen Endflansch 106 des Mantels eingebördelt. Die von dem Mantelende 64 abstehende Seitendraht-Elektrode hat Abstand von äußeren Ende der Niete 104, um den Funkenspalt in der Hauptbrennkammer zu bilden, während der Raum zwischen der Zentraldraht-Elektrode 70' und der Niete den zweiten Funkenspalt in der Vorkammer 88 bilden.
Im Betrieb wird die Zentraldraht-Elektrode 70' in der üblichen Weise beaufschlagt und zwei Funken treten in den beiden Spalten auf, wenn der Strom seriell von der Zentraldraht- Elektrode 70' zu der Niete 104 und von dort zu der geerdeten Seitendraht-Elektrode 66 fließt. Die Verbrennung beginnt gleichzeitig in der Vorkammer 88 und in der Hauptbrennkammer. Danach setzt sich der Vorgang wie in den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 so fort, daß der Fackelstrahl von der Öffnung 90 ausgeschickt wird, um die Verbrennung zu unterstützen. Mit dieser Zündkerzen-Geometrie kann die Zündkerze kühler als in der Ausführung nach Fig. 3 laufen, die weiter in die Hauptkammer vorsteht.
Die Ausführung nach Fig. 6 ist die gleiche wie die nach Fig. 5, außer daß die Niete 104 an der Platte 86' durch eine zentrale Leiterelektrode 108 ersetzt ist, welche ein leitendes Cermet-Material umfaßt, und die Seitendraht-Elektrode durch den Endflansch 106 ersetzt ist, der so verlängert ist, daß er dicht genug an die zentrale Leiterelektrode 108 reicht, um einen Flächenfunkenspalt zu bilden. Das leitende Cermet-Material ist beispielsweise ein mit 10 Vol.-% Platin dotiertes Aluminiumoxid. Die Keramik-Öffnungsplatte 86' und die leitende Zentraldraht-Elektrode 108 werden vorteilhafterweise im "Grün-"Zustand geformt und gleichzeitig gesintert, um so ein integrales Stück mit unterschiedlich leitenden Eigenschaften in den verschiedenen Bereichen zu erhalten. Bei dieser Ausführung springt der Funke von der Zentraldraht- Elektrode 70' zu der leitenden Cermet-Elektrode 108 und von dort zum Endflansch 106 über.
Die in Fig. 7 und 8 gezeigte Ausführung ist gleichartig zu der nach Fig. 6, welche die Keramikscheibe 86' mit der leitenden Cermet-Mittelelektrode 108 verwendet. Die Öffnung 90 in der Keramikscheibe 86' verläuft mit einem Winkel zur Zentralachse der Kerze. Der Endflansch 106 ist statt gebördelt gerade, und ein Haltering 110 ist an die Nase des Endflanschs angeschweißt, um die Keramikscheibe 86' an der Schulter 102 zu halten. Ein Paar an den Halteringen 110 angeschweißte Seitendraht-Elektroden 112 stehen radial nach innen zueinander hin, enden kurz voreinander über der Cermet-Zentraldraht-Elektrode 108 und bilden so ein Paar Spalte zwischen der Cermet-Zentraldraht-Elektrode 108 und den Seitendraht-Elektroden 112. Der Spalt zwischen der Zentraldraht-Elektrode 70' und der Cermet-Zentralelektrode 108 beträgt beispielsweise 0,05 cm und der Spalt zwischen der Cermet-Zentraldraht-Elektrode 108 und den Seitendraht-Elektroden 112 ist 0,1 cm. Bei dieser Ausführung springt der Funke von der Zentraldraht-Elektrode 70' zu der leitenden Cermet-Zentralelektrode 108 und von dort zu den Seitendraht- Elektroden 112 über.

Claims

1. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) bei einer Brennkraftmaschine (10), die einen Zylinder (14) mit geschlossenem Ende und einen Kolben (18) in dem Zylinder (14) besitzt, welcher eine Brennkammer mit variablem Volumen am geschlossenen Ende des Zylinders (14) bestimmt, wobei die Zündvorrichtung (24; 60) umfaßt: ein elektrisch leitfähiges Mittel (36, 38; 66, 70; 70', 104; 70', 108; 70', 112), das an einer Wand (16) des Zylinders (14) abgestützt ist und einen Funkenspalt benachbart zur Wand (16) bildet, und eine Fackelkammer (42; 88), die mit der Brennkammer (14) durch eine Öffnung (44; 90; 90') in Verbindung steht, die dem Funkenspalt benachbart und in die Brennkammer (14) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fackelkammer-Volumen gleich oder kleiner als 1,5% des Minimalvolumens der Brennkammer ist und im Bereich von 0,5 bis 1,0 cm³ liegt, der Öffnungsdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,2 cm liegt und die charakteristische Länge von Fackelkammer/Öffnung in den Bereich von 15 bis 127 cm fällt, welche charakteristische Länge den Wert des Fackelkammer-Volumens in cm³, geteilt durch die Öffnungsfläche in cm² darstellt.

2. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fackelkammer-Volumen weniger als 1% des Minimalvolumens der Brennkammer beträgt.

3. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdurchmesser mindestens 0,15 cm beträgt und daß die charakteristische Länge von Fackelkammer/Öffnung in den Bereich von 28 bis 57 cm fällt.

4. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt eine Fackelstrahl-Zündkerze, die einen Körper (28; 62) enthält mit Montagemittel (64) in der Nähe eines seiner Enden, das ausgelegt ist, einen Teil der Motor- Brennkammer zu bilden; wobei das elektrisch leitende Mittel (36, 38; 66, 70; 70', 104; 70', 108; 70', 112) an dem einen Ende ist und den Funkenspalt unmittelbar benachbart dem einen Ende bildet und ausgelegt ist, im eingebauten Zustand in der Brennkammer zu sitzen und Ladungen von komprimierten Luft/Treibstoff-Gemisch darin zu entzünden; wobei die Fackelkammer (42; 88) innerhalb des Körpers (28; 62) dem einen Ende benachbart gebildet ist; und die Öffnung (44; 90) sich durch das eine Ende von der Fackelkammer (42; 88) im installierten Zustand zur Verbindung derselben mit der Brennkammer erstreckt, die Mündung der Öffnung (44; 90) durch das eine Ende nahe bei, jedoch abgesetzt von dem Funkenspalt ist.

5. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdurchmesser mindestens 0,15 cm beträgt und die charakteristische Länge von Fackelkammer/Öffnung in den Bereich von 28 bis 57 cm fällt.

6. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Länge von Fackelkammer/Öffnung in den Bereich von 15 bis 127 cm fällt.

7. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Mittel zweites Funkenspalt-Mittel (70', 104; 70', 108) innerhalb der Fackelkammer (88) zum Entzünden des darin befindlichen Luft/Treibstoff-Gemischs enthält.

8. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Mittel eine erste Elektrode (112) umfaßt, die im eingebauten Zustand geerdet ist, und eine zweite Elektrode (108), die durch den Funkenspalt getrennt ist, wobei die zweite Elektrode (108) in die Fackelkammer (88) hinein angeschlossen ist, und eine dritte Elektrode (70') in der Fackelkammer (88) und mit Abstand von der zweiten Elektrode (108), um einen zweiten Funkenspalt in Reihe mit dem Funkenspalt zu bilden, wodurch die Funkenspalte ausgelegt sind, gleichzeitig zu funken, um Luft/Treibstoff-Gemische sowohl in der Brennkammer wie auch in der Fackelkammer (88) zu entzünden.

9. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Mittel umfaßt eine Anzahl von Elektroden, der Zündkerzenkörper umfaßt einen Metallmantel (62) mit einem in eine erste Elektrode (106) auslaufenden Ende (64), eine zweite Elektrode (70') innerhalb des Mantels (62) und mit Abstand von dem Mantel (62) zur Bildung der Fackelkammer (88) , und einen durchbrochenen Verschluß (86') über dem Mantelende zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, um die Fackelkammer (88) zu vervollständigen und die Öffnung (90) von der Fackelkammer (88) zu bestimmen, wobei eine dritte Elektrode (108) durch den Verschluß (86') getragen und zwischen der zweiten Elektrode (70') und der ersten Elektrode (108) angeordnet ist, um zwei Funkenspalte in Reihe zu bilden, wobei die zwei Funkenspalte aus dem Funkenspalt in der Brennkammer und einem zweiten Funkenspalt in der Fackelkammer (88) bestehen.

10. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkerzen-Körper umfaßt einen Metallmantel (62) mit einem Ende und das elektrisch leitende Mittel umfaßt eine Anzahl von Elektroden, von denen eine erste Elektrode (66) mit dem Ende (64) des Mantels (62) verbunden ist, eine zweite Elektrode (70) innerhalb des Mantels (62) und mit Abstand von dem Mantel (62), und einen durchbrochenen Verschluß (86) über dem Mantelende, um die Fackelkammer (88) zu bilden und die Öffnung (90) von der Fackelkammer (88) zu bestimmen, wobei sich die zweite Elektrode (70) durch den Verschluß (86) zu einer Stelle in der Nähe der ersten Elektrode (66) erstreckt, um den Funkenspalt zu bestimmen.

11. Fackelstrahl-unterstützte Zündfunken-Vorrichtung (24; 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein hohler Metallmantel (62) ist; das elektrisch leitende Mittel eine Seitenelektrode (66) enthält, die von dem einen Ende (64) des Körpers in die Brennkammer vorsteht, und eine Mittenelektrode (70), die sich durch die Mitte des Mantels (62) zu einer Stelle in der Nähe der Seitenelektrode (66) erstreckt, um den Funkenspalt zu bilden; ein Isolator (62) in Querrichtung die Mittenelektrode (70) innerhalb des Mantels (62) umgibt und Abstand von den Wänden des Mantels (62) besitzt; und eine Scheibe (86) mit einer Zentralöffnung eng über den Isolator (62) paßt und an ihrem Umfang mit dem einen Ende (64) des Körpers verschweißt ist, um den Raum zwischen dem Isolator (82) und der Mantelwand zu umschließen und dadurch die Fackelkammer (88) zu bestimmen, wobei die Scheibe (86) die Öffnung (90) zur Verbindung der Fackelkammer (88) mit der Brennkammer enthält.