DE69030809T2

DE69030809T2 - Verbrennungszünder

Info

Publication number: DE69030809T2
Application number: DE69030809T
Authority: DE
Inventors: Ronald Corio; James Griswold; Ronald Pate
Original assignee: SEPTIMA ENTERPRISES Inc
Current assignee: SEPTIMA ENTERPRISES Inc LAKE PARK FLA US
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: WO1991005388A1; EP0445283A4; EP0445283A1; DE69030809D1; AU6530690A; US5371436A; ES2104614T3; EP0445283B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein elektrisch betriebene Vorrichtungen zum Einleiten der Verbrennung von Kraftstoff und befaßt sich insbesondere mit einem Verbrennungszünder mit elektrischer Kapazität zum Übertragen gespeicherter elektrischer Energie auf zwei Zündentladungselektroden. Ein Verbrennungszünder dieser Art ist in FR-A-1 307 681 beschrieben.
Ein sehr schneller, intensiver elektrischer Durchbruch hoher Leistung erhöht die Verbrennungsgeschwindigkeit und verringert deshalb das Erfordernis der Frühzündung. Der Einsatz einer Treiberschaltung mit außergewöhnlich geringem Induktivitäts- und Widerstandswert führt zu einem schnellen elektrischen Durchbruch und zur Kopplung von mindestens 50% gespeicherter Impulsenergie an den Durchbruchskanal innerhalb der ersten Halbperiode des Entladungsstromzyklus. Die resultierenden Entladungseffekte verbessern die Verbrennung des Kraftstoffs u.a. durch die kombinierte Wirkung der Photolyse, hydrodynamischer Ultraschall-Stoßwellen und eines thermischen Hochtemperatur-Plasmas. Der vorstehend genannte Verbrennungszünder hat einen Kondensator zum Speichern elektrischer Energie, die an den Durchbruchskanal abzugeben ist.
Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Verbrennungszünder anzugeben, der einen extrem geringen Induktivitäts- und Widerstandswert hat, um einen sehr schnellen elektrischen Durchbruch zu erzielen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Verbrennungszünder nach Anspruch 1 oder Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung sieht einen Verbrennungszünder zum Einsatz in einem Verbrennungseinleitungssystem vor, wie es typisch bei einer Verbrennungskraftmaschine zum Einleiten der Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemischs zur Anwendung kommt. Der Verbrennungszünder zeichnet sich durch außergewöhnlich geringe Induktivitäts- und Widerstandswerte aus und enthält einen Kondensator zum Speichern einer beachtlichen Energiemenge nahe zwei Zündelektroden, zwischen denen die gespeicherte elektrische Energie entladen wird. Der Verbrennungszünder hat im wesentlichen einen allgemein zylindrischen Körper, der mit einem koaxialen elektrischen Stromversorgungskabel gekoppelt werden kann, und einen Elektrodenteil, der stationär oder lösbar an dem Körper befestigt sein kann, so daß die Elektroden erforderlichenfalls ausgewechselt werden können.
In einem Ausführungsbeispiel hat der Kondensator mindestens ein paar allgemein zylindrischer, konzentrischer, radial beabstandeter Kondensatorplatten, deren eine durch eine Außenhülse des zylindrischen Körpers gebildet und deren andere in der Außenhülse mit einer Anschlußanordnung und einem Einschlußmaterial gehalten sein kann. Die elektrisch leitfähige Außenhülse und Kondensatorplatte ist mit der Außenseite des Elektrodenteils über eine Endanschlußanordnung verbunden. Zum lösbaren Halten des Elektrodenteils in dem Körper können verschiedene Mittel vorgesehen sein, einschließlich Schnappsitzanordnungen, Schraubanschlüsse und Federkeilanordnungen. Zwei oder mehr Paare Kondensatorplatten können vorgesehen sein, wenn höhere Spannungen erforderlich sind.
Der Verbrennungszünder nach der Erfindung hat einen außergewöhnlich kompakten Aufbau und benötigt minimalen Platz in einem Motorraum, wobei er gleichzeitig eine maximale elektrische Energiemenge speichern kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Verbrennungszünders als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise gebrochener Darstellung zeigt,
Fig. 2 eine Ansicht eines Endes des Verbrennungszünders nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 eine Ansicht des anderen Endes des Verbrennungszünders nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 4 einen Längsschnitt des Elektrodenteils des Verbrennungszünders nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 6 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht eines flexiblen Anschlusses bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 zeigt,
Fig. 8 den Querschnitt des Anschlusses nach Fig. 7 bei einem Zwischenschritt seiner Herstellung zeigt,
Fig. 9 eine Darstellung ähnlich Fig. 8 beim letzten Schritt der Herstellung des Anschlusses nach Fig. 7 zeigt,
Fig. 10 den Längsscnitt eines Verbrennungszünders als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 11 eine längsgeschnittene Explosionsdarstellung des Verbrennungszünders nach Fig. 10 zeigt,
Fig. 12 den Längsschnitt eines Zwischenschritts bei der Herstellung des Verbrennungszünders nach Fig. 10 zeigt,
Fig. 13 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Darstellung des Elektrodenteils zeigt,
Fig. 14 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Darstellung der inneren Einzelheiten des Elektrodenteils zeigt,
Fig. 15 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Darstellung des Elektrodenteils zeigt,
Fig. 16 Längsschnitte anderer Anordnungen zur elektrischen und 17 und mechanischen Verbindung des Elektrodenteils mit dem Körper eines Verbrennungszünders nach der Erfindung zeigen,
Fig. 18 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 19 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Einzelheiten eines lösbaren Kabelanschlusses zeigt,
Fig. 20 den Längsschnitt eines Verbrennungszünders als elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise gebrochener Darstellung zeigt, und
Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines in dem Verbrennungszünder nach Fig. 20 verwendeten Halteringes zeigt.
Wie die Figuren zeigen, betrifft die vorliegende Erfindung einen in Fig. 1 gezeigten Verbrennungszünder 10, der zum Einleiten der Verbrennung von Kraftstoff dient. Der Verbrennungszünder 10 kann beispielsweise zum Einleiten der Verbrennung eines Kraftstoff-Luftgemischs in einer Verbrennungskraftmaschine dienen.
Der Verbrennungszünder 10 hat einen Körper 12, der mit einem koaxialen Stromversorgungskabel 28 gekoppelt werden kann, und einen Elektrodenteil 14, der in diesem Ausführungsbeispiel eine konventionelle, handelsübliche Zündkerze ist, die in dem Körper 12 lösbar befestigt ist. Der Körper 12 hat hauptsächlich eine zylindrische, elektrisch leitfähige Hülse 16, eine elektrisch leitfähige Anschlußanordnung 18 und eine elektrisch leitfähige Endanordnung 32 Die Hülse 16 kann z.B. aus Edelstahl bestehen, während die Anordnungen 18 und 32 aus Messing bestehen können. Die Anordnungen 18 und 32 sind jeweils in einem Ende der Hülse 16 mit geeigneten Mitteln wie z.B. Schweißen oder Schrauben 20, 38 befestigt und sind ferner jeweils z.B. durch Löten o.a. mechanisch und elektrisch mit Kondensatorplatten 60 und 66 verbunden.
Die Anschlußanordnung 18 hat einen Gewindestutzen 25 verringerten Durchmessers, auf den eine Anschlußkappe 24 aufgeschraubt ist. Die Anschlußkappe 24 dient zum Befestigen des koaxialen Stromversorgungskabels 28 an dem Verbrennungszünder 10. Die Anschlußkappe 24 verbindet den Außenleiter des Kabels 28 mit dem Gewindestutzen 25 und den Innenleiter des Kabels 28 mit einem noch zu beschreibenden, elektrisch leitfähigen Verbindungselement 26, das in der Hülse 15 zentral angeordnet ist und mit einer umgebenden Füllmittelschicht 30 aus elektrisch isolierenden Material wie gespritztem Silikonkautschuk ortsfest gehalten wird.
Eine Schicht oder Hülse 14 aus einem Material hoher dielektrischer Festigkeit wie Polyamid bedeckt die Innenseite der Hülse 16 und erstreckt sich zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Anschluß- und der Endanordnung 18 und 32. Eine zweite Schicht oder Hülse 42 aus nachgiebigem dielektrischen Vergußmaterial bedeckt die Innenseite der Kunststoffhülse 40.
Ein zylindrischer Verbinder 52 aus Messing oder einem anderen leitfähigen Material ist in der Hülse 16 etwa mittig zwischen den Anordnungen 18 und 32 befestigt und gegenüber der Hülse 16 mit den Hülsen 40 und 42 elektrisch isoliert. Der Verbinder 52 hat eine zentrale Öffnung und zwei Schnappringe 54 und 56, deren Zweck noch beschrieben wird.
Die Anschlußanordnung 18 ist an ihrer Innenseite mit einem elektrisch leitfähigen Einsatz 21 verschraubt. Dieser Einsatz 21 umgibt den Verbindungsstab 26 und hat eine ringförmige, sich quer erstreckende leitfähige Schicht, die eine ringförmige Kondensatorplatte 60 bildet. Diese hat einen Längsabstand von einer zweiten ringförmigen Kondensatorplatte 62 und liegt zu dieser parallel. Zwischen den Kondensatorplatten 60, 62 befindet sich eine ringförmige, in Längsrichtung verlaufende Schicht 44 aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante wie Keramik, deren radiale Breite im wesentlichen derjenigen der Platten 60, 62 entspricht. Diese bilden zusammen mit der dielektrischen Schicht 44 einen Kondensator, der auch als Durchführungs-Scheibenkondensator bezeichnet werden kann. Ein zweiter, dem hier beschriebenen gleichartiger Kondensator ist durch Kondensatorplatten 64, 66 und eine zweite Schicht 46 aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante gebildet.
Zwei Hülsen 48, 50 aus nachgiebigem elektrischen Vergußmaterial sind jeweils an der Innenseite der oben beschriebenen Kondensatoren vorgesehen und erstrecken sich von dem Verbinder 52 zu den Anordnungen 18 und 32 sowie über deren Kanten. Die Innenseite der Hülse 50 hat eine gewellte Fläche mit Erhebungen und Vertiefungen, die den Kriechstromweg längs der Oberfläche eines Isolators 80 verlängern, um den Gradienten des elektrischen Feldes zwischen den Platten 64, 66 zu verringern und damit die Spannungsfestigkeit zwischen ihnen zu erhöhen. Wie bereits ausgeführt, umgibt eine Schicht 30 aus isolierendem Füllmaterial das Verbindungselement 26 und hält dieses in einer zentralen Position in der Hülse 16. Das Verbindungselement 26 hat einen Kopf 58 mit einer Umfangsnut, die den Schnappring 56 aufnimmt. Alternativ können der Verbinder 52 und der Kopf 58 auch miteinander verschraubt sein.
Der Elektrodenteil 14 des Verbrennungszünders 10 hat im wesentlichen ein metallenes Außengehäuse 68, einen zentralen Leiterstab 72 und einen Isolator 80, der das Außengehäuse 68 von dem Leiterstab 72 elektrisch isoliert. Ein Ende des Leiterstabes 72 hat einen vergrößerten Kopf 82 mit einer Umfangsnut 84, in der der Schnappring 54 sitzt. Das Außengehäuse 68 hat eine Umfangsnut 74, in der ein zweiter Schnappring 36 sitzt. Die Schnappringe 36 und 54 halten den Elektrodenteil 14 lösbar an dem Körper 12.
Ein Ende 70 des Gehäuses 68 hat einen verringerten Durchmesser und ein Gewinde, so daß es in eine Gewindeöffnung in dem Zylinderblock (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine eingeschraubt werden kann. Das Außengehäuse 68 hat polygonale Angriffsflächen 88 für einen Schraubenschlüssel, mit dem der Verbrennungszünder 10 in der Maschine installiert und aus ihr entfernt werden kann. Das Außengehäuse 68 hat eine Kante 76, die auf eine komprimierbare Dichtung 34 einwirkt, so daß die Eindringtiefe des Elektrodenteils in den Körper 2 begrenzt und eine relativ feste Abdichtung zwischen beiden erzeugt wird.
Der Isolator 80 kann aus Keramik o.ä. bestehen und hat mehrere Nuten 78 nahe einem Ende, die zwischen den Erhebungen und Vertiefungen der Hülse 50 in dem Körper 12 aufgenommen werden. Die Außenfläche 71 und das Ende 70 verringerten Durchmessers des Außengehäuses 68 bilden einen Elektrodenring. Die zweite Elektrode ist durch das Außenende des Stabes gebildet. Dieses ist bei 86 zurückgesetzt, um den effektiven Spalt zwischen den Elektroden zu verlängern. Der Elektrodenteil 14 kann, wie oben beschrieben, eine konventionelle Zündkerze sein, bei der jedoch die Nuten 78 eingeformt sind und das Außenende des Stabes 72 etwas zurückgesetzt ist, so daß es nicht mit dem äußeren Ende des Isolators 80 abschließt. Ein derartiges Zurücksetzen des Stabes 72 ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, wie noch beschrieben wird.
Wie Fig. 1 zeigt, wird ein Masseweg für Stromfluß zwischen dem Außenleiter des Koaxialkabels 28 und der äußeren, ringförmigen Elektrode 71 über folgende Elemente gebildet: Kappe 24, Anordnung 18, Außenhülse 16, Endanordnung 32, Außengehäuse 68. Der positive Stromweg zwischen dem zentralen Leiter des Koaxialkabels 28 und der am Ende des Stabes 72 gebildeten Elektrode ist durch folgende Elemente gebildet: Anschlußelement 26, Verbinder 52 und Stab 72. Die Kondensatorplatten 60 und 66 sind daher negativ, während die Platten 62 und 64 positiv sind. Bei der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung sind die Kondensatorplatten 60, 62, 64 und 66 durch eine Metallisierungsschicht an den Enden der dielektrischen Schichten 441 46 wie z.B. Silberfritte gebildet, die auf die Schichten 44, 46 aufgebrannt sind, um einen festen physikalischen Kontakt mit den dielektrischen Schichten 44, 46 zu erzeugen.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration, bei der die kapazitiven Elemente Ringform haben und die zentrale Längselektrode umgeben, hat sich als besonders wirksam für die Hochspannungsfestigkeit erwiesen. Wie noch erkennbar wird, kann anstelle der beschriebenen beiden kapazitiven Elemente bei dem Ausführungsbeispiel nur ein einziges derartiges kapazitives Element verwendet werden, wenn geringere Energiewerte benötigt werden.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Verbrennungszünders nach der Erfindung, das in vieler Hinsicht ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ist, so daß ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen tragen. In Fig. 5 ist außerdem der Außenleiter 100 elektrisch und mechanisch verbunden mit der Anschlußkappe 24 dargestellt. Die Endanordnung 32a hat eine innere Gewindewand 104 zum Verschrauben mit dem Elektrodenteil 14a und einen Gewinde-Außenkörper 68, wie er normalerweise bei einer üblichen "Zündkerze" vorgesehen ist. Das Gewinde 104 dient also dem lösbaren Halten des Elektrodenteils 14a in dem Körper 12. Ein weiteres Unterschiedsmerkmal des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 kann ein Elektrodenstab 72 sein, der bis zu einer mit dem Außenende des Außengehäuses 88 abschließenden Stelle verläuft; somit sind im Gegensatz zu der Rücksetzung 86 des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels die beiden Außenelektrodenflächen des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels in gleicher Höhe, d.h. sie sind koplanar.
Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich ferner durch die Verwendung zweier elektrisch leitfähiger, flexibler Anschlüsse 106 und 108. Die flexiblen Anschlüsse 106, 108, die im einzelnen noch beschrieben werden, haben jeweils Ringform und bilden eine flexible elektrische Verbindung zwischen dem dielektrischen Element 44 oder 46 und dem jeweils zugeordneten Einsatz 21 oder der Endanordnung 32a. Die flexiblen Anschlüsse 106, 108 sind jeweils an den dielektrischen Elementen 44, 46 und an dem Endanschluß 32a und Einsatz 21 beispielsweise durch Löten befestigt, so daß jeweils eine flexible, elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Kondensatorplatten 60, 66 und dem Einsatz 21 sowie der Endanordnung 32a erzeugt wird. Durch die Konstruktion der flexiblen Anschlüsse 106, 108 ist ein gewisser Biegegrad, z.B. Torsions- oder normale Biegung zwischen dem dielektrischen Elementen 44, 46 und den Elementen 32a, 21 ohne Brechen der elektrischen Verbindungen der damit gebildeten Kondensatoren möglich, wenn also z.B. der Verbrennungszünder eine gewisse Biegung durch Einschrauben in einen Maschinenblock o.ä. oder bei der Herstellung erfährt.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das ähnlich dem in Fig. 1 und 5 gezeigten ist, jedoch für Anwendungen geringerer Energiewerte bestimmt ist. Anstelle zweier Kondensatorelemente wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ein einziges kapazitives Element durch das dielektrische Element 46 und die Kondensatorplatten 64 und 66 gebildet. Ein isolierender Einsatz 107 befindet sich zwischen dem zylindrischen Verbinder 52 und der Anschlußanordnung 18 und ersetzt das dielektrische Element 44 aus Fig. 5, um eine ausreichende Spannungsfestigkeit zwischen dem Verbinder 52 und Massepotential zu erzeugen, das durch die Anschlußanordnung 18 und die Anschlußkappe 24 bestimmt ist.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht des flexiblen Anschlusses 106, der gleichartig wie der flexible Anschluß 108 konstruiert ist. Der flexible Anschluß 106 hat vorzugsweise ein metallenes Innenteil z.B. aus Aluminium, das massiv ist (alternativ jedoch auch hohl sein kann) und ein elektrisch leitfähiges Gewebe oder Drahtgitter 110 trägt. Das Drahtgitter 110 umgibt das metallene Innenteil vollständig und steht mit ihm in elektrischem Gleitkontakt. Durch diese Anordnung können die Stirnflächen des Drahtgitters, die beispielsweise die Kondensatorplatten 60, 66 und die Teile 21, 32a berühren, damit in stationärem Kontakt bleiben, während das Drahtgitter zwischen diesen beiden Flächen sich verbiegen oder verdrehen kann, um sich einer Relativbewegung zwischen den Platten 60, 66 und den Teilen 21, 32a unter Beibehaltung des elektrischen Kontaktes zwischen diesen anzupassen.
Ein Verfahren zum Herstellen des flexiblen Anschlusses 106 ist teilweise in Fig. 8 und 9 dargestellt. Ein vorzugsweise festes Metallstabstück wie Aluminium wird zu einem ringförmigen Element 112 geformt und an seinen Enden verbunden, so daß sich ein geschlossener Ring ergibt. Eine Schicht aus leitfähigem Metallnetz oder -gewebe 110, vorzugsweise eine entsprechende Hülse, wird über das Element 112 gezogen und mit ihm locker verbunden, so daß das Netz 110 relativ zum Element 112 etwas verschiebbar ist. Danach wird das mit dem Drahtnetz 110 bedeckte Element 112 zwischen zwei Druckplatten 114, 116 gebracht und zwischen diesen einem Druck ausgesetzt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, wobei das Element 112 und das Metallnetz 110 zusammengedrückt oder abgeflacht werden, um zwei im wesentlichen parallele Seitenflächen zu bilden, die wiederum zwischen einem der dielektrischen Elemente 44, 46 und dem jeweils zugeordneten Anschluß 32a, 21 aufgenommen werden können. In Fig. 9 ist der Anschluß 106 rechteckförmig gedrückt dargestellt. Das Ringteil 112 kann entweder massiv oder hohl (ringförmiger Querschnitt) sein, und es muß nur eine solche Form haben, daß es zwei einander abgewandte Seiten hat, die einen guten elektrischen Kontakt mit den isolierenden Elementen 44, 46 und den Endanschlüssen 32a, 21 gewährleisten. In einigen Anwendungsfällen muß das Element nicht abgeflacht sein.
Fig. 10 zeigt einen Verbrennungszünder 118 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser hat einen Körper 120, der mit einem Stromversorgungskabel 122 und einem Elektrodenteil 124 verbunden ist, welcher in diesem Ausführungsbeispiel eine konventionelle handelsübliche Zündkerze ist, die an dem Körper 120 lösbar befestigt ist. Der Körper 120 hat eine zylindrische, elektrisch leitfähige Außenhülse 126 und eine elektrisch leitfähige Endanschlußanordnung 128 sowie eine Endplattenanordnung 130. Die Hülse 126 und die Anschlußanordnung 128 können beispielsweise aus Metall wie Messing, Stahl oder Aluminium bestehen. Die Endplattenanordnung 130 kann aus Metall, Kunststoff o.ä. bestehen und muß in diesem Ausführungsbeispiel nicht elektrisch leitfähig sein. Die Anordnungen 130 und 128 sind jeweils in den beiden Enden der Hülse 126 z.B. durch Löten, Einpressen o.ä. befestigt, wodurch eine mechanische und eine elektrische Verbindung mit der Hülse 126 erzeugt wird. Die Hülse 126 bildet auch die äußere Kondensatorplatte eines in dem Körper 120 ausgebildeten Kondensators.
Ein zylindrischer Anschlußteil 132 und eine daran befestigte Rohrplatte 134 aus Messing oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material sind in der Hülse 126 konzentrisch mit dieser befestigt. Der Anschluß 132 und die Rohrplatte 134 werden durch eine umgebende Schicht aus elektrisch isolierendem Material 136 ortsfest gehalten, z.B. aus gespritztem Silikonkautschuk, die auch ein dielektrisches Material zwischen den Kondensatorplatten bildet, welche durch die Hülse 126 und die Rohrplatte 134 gebildet sind. Der zylindrische Anschluß 132 hat eine zentrale Gewindeöffnung, in die ein elektrisch leitfähiger Anschluß 138 der Zündkerze 124 sowie ein elektrisch leitfähiger Anschluß 140 des Kabels 122 eingeschraubt werden kann. Der Kabelanschluß 140 besteht beispielsweise aus Messing oder einem anderen leitfähigen Material und ist an dem Leiter 142 des Stromversorgungskabels z.B. durch Löten oder Klemmen befestigt, um die elektrische Verbindung zu realisieren. Das Stromversorgungskabel 122 ist ferner an dem Körper 120 durch das elektrisch isolierende Material 126 befestigt, das auch das Kabel 122 als Zugentlastung 144 umgibt. Die elektrisch leitfähige zylindrische Hülse 126 bildet eine Kondensatorplatte, die in Längsrichtung über den Körper verläuft und einen radialen Abstand zu der inneren Rohrplatte 134 hat. Die innere Kondensatorplatte 134 ist in der zylindrischen Hülsenplatte 126 zentriert. Das kapazitive dielektrische Material 136 ist in den Ring zwischen den Kondensatorplatten 126, 134 und in deren Umgebung eingespritzt und bildet eine stark dielektrische Schicht, die mit den Platten 126, 134 ein kapazitives Element zum Speichern elektrischer Energie bildet. Das dielektrische Material 136 befindet sich auch in der Hülse 126 und bildet eine Kammer, die so ausgebildet ist, daß sie den Isolator 146 der Zündkerze 124 in feuchtigkeitsdichtem Sitz aufnimmt, der eine elektrische Funkenbildung vermeidet. Die Zündkerze oder der Elektrodenteil 124 des Verbrennungszünders 118 enthält im wesentlichen ein metallenes Außengehäuse 148, einen zentralen Leiterstab 150 und den Isolator 146, der das Außengehäuse 148 gegenüber dem Leiterstab 150 elektrisch isoliert. Ein Ende des Leiterstabes 150 hat einen vergrößerten Anschlußkopf 138 mit Gewinde, das in dem Anschluß 132 aufgenommen wird. Eine metallene Federplatte 152 zwischen der Endanschlußanordnung 128 der Hülse und dem metallenen Außengehäuse 148 gewährleistet einen gut leitfähigen Kontakt zwischen dem metallenen Gehäuse 148 und dem Endanschluß 128 der Hülse, so daß Änderungen der Herstellabmessungen und der Toleranzen sowie ein gewisser Bewegungsgrad bei thermischer Längenänderung möglich sind.
Ein Ende 154 des Gehäuses 148 hat einen verringerten Durchmesser und ein Gewinde, das in einer Gewindeöffnung des Zylinderblocks (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine o.ä. aufgenommen wird. Das Außengehäuse 148 hat polygonale Angriffsflächen 156 für einen Schraubenschlüssel zum Entfernen oder Installieren des Elektrodenteils 124 in der Maschine.
Der Isolator 146 kann aus Keramik o.ä. bestehen und hat mehrere Nuten 158 nahe seinem einen Ende, die das nachgiebige Isolatormaterial 136 zusammendrücken und deformieren, wenn das Ende in den Körper 120 eingesetzt wird. Die äußere Stirnfläche 160 des Endes 154 verringerten Durchmessers des Außengehäuses 148 bildet eine Ringelektrode. Die andere Elektrode ist durch das äußere Ende des Stabes 150 gebildet. Der Elektrodenteil 124 kann eine im wesentlichen konventionelle Zündkerze sein, wie oben beschrieben, oder es können auch andere Elektrodenkonfigurationen realisiert sein.
Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Stromweg zwischen dem Innenleiter 142 des Versorgungskabels 122 und der Innenelektrode 150 durch den Anschluß 140, die Anordnung 132, die innere Rohrplatte 134, den Elektrodenanschluß 138 und die Elektrode 150 gebildet. Der andere Massestromfluß zwischen der Außenhülse 126 und der Außenelektrode 160 bei der Entladung ist durch die Außenhülse 126, die Anordnung 128, die Anschlußscheibe 152, die Elektrodenhülse 148 und die Elektrode 160 gebildet. Beim Aufladen des kapazitiven Teils der Vorrichtung kehrt sich der Stromfluß zwischen der Außenhülse 126 und der Außenelektrode 160 um. Die Außenhülse 126 ist daher eine Kondensatorplatte und wird entgegengesetzt zur Innenanordnung 132 und insbesondere zur Rohrplatte 134 aufgeladen, die als die andere Kondensatorplatte wirkt. Die dielektrische Schicht 136 steht in festem physikalischen Kontakt mit den Kondensatorplatten 126, 134 und bildet das kapazitive Element. Wie noch beschrieben wird, können auch mehrere dielektrische Materialien vorgesehen sein.
Das in Fig. 10 dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem die kapazitiven Elemente zylindrisch sind und die zentrale Längselektrode mit einem einzelnen dielektrischen Isoliermaterial umgeben, ist besonders für hohe Spannungsfestigkeit, Flexibilität bei der Dimensionierung und leichte Herstellung geeignet. Wie noch zu erkennen ist, können anstelle nur zweier Kondensatorplatten bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel auch mehrere Kondensatorplatten verwendet werden, wenn höhere Energiewerte nötig sind.
Fig. 11 zeigt eine Explosionsdarstellung des zuvor in Verbindung mit Fig. 10 beschriebenen Verbrennungszünders 118. Fig. 11 zeigt auch die entfernbare Zugentlastungsform 162, die bei dem Herstellprozeß verwendet wird, um die Zugentlastung 144 zu erzeugen. Luftlöcher 164 und 166 in der Kabelform 162 und in der zentralen Anschlußanordnung 132 ermöglichen den Austritt von Luft und das Einfließen des flüssigen dielektrischen Materials während der Imprägnierungsphase der Herstellung, wie im folgenden noch beschrieben wird. Die Federscheibe 152 kann auch gewellt sein, der Zweck wird im folgenden noch erkennbar.
Fig. 12 zeigt den Verbrennungszünder 118 während der Imprägnierungsphase des Dielektrikums bei der Herstellung. Das dielektrische Material wird in nicht ausgehärteter flüssiger Form unter hohem Druck über einen Dorn 168 eingespritzt, um den Verbrennungszünder zu füllen und Lufttaschen zu vermeiden. Während der Verbrennungszünder 118 unter Vakuum gehalten wird, ist der Einspritzweg des nicht ausgehärteten flüssigen Dielektrikums durch Pfeile 170 während der Imprägnierungsphase der Herstellung gezeigt. Die Luftlöcher 166 erlauben den Austritt von Luft und den Fluß des dielektrischen Materials zur vollständigen Impragnierung, wodurch Lufträume im dielektrischen Material beim Aushärten vermieden werden. Der Dorn 168 ist mit Gewinde 172 an der Endanschlußanordnung 128 an den Körper 120 geschraubt und durch den abgeschrägten Anschluß 174 zentriert sowie fixiert, so daß er parallel zur Außenhülse 126 liegt. Die zentrale Anschlußanordnung 132 ist mit dem Gewindeanschluß 167 des Dorns verschraubt, der die zentrale Anschlußanordnung 132 und die Kondensatorplatte 134 in der Mitte des Körpers zentriert und gewährleistet, daß die Kondensatorplatte 134 parallel zur Außenhülsen-Kondensatorplatte 126 liegt. Mehrere dielektrische Materialien können auch vorgesehen sein, wie z.B. Epoxidmaterial oder Polyamid, um höhere dielektrische Festigkeit in dem Ringraum 176 zwischen den Kondensatorplatten 126, 134 zu erreichen, wodurch sich eine größere Kapazität in einem vorgegebenen Volumen ergibt. Eine nachgiebige dielektrische Verbindung kann zusammen mit dem vorstehend genannten Dielektrikum oder nur in dem Elektrodenanschlußbereich verwendet werden, um den Anschlußteil für den Isolator 146 (Fig. 10) zu bilden. Dadurch ergibt sich eine gute Feuchtigkeitssperre, und es wird elektrischer Überschlag am Elektrodenisolator 146 vermieden.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbrennungszünders nach der Erfindung, das in vieler Hinsicht ähnlich dem Verbrennungszünder nach Fig. 10 ist, weshalb einige übereinstimmende Teile dieselben Bezugszeichen haben. Das Stromversorgungskabel 180 nach Fig. 13 ist ein Koaxialkabel mit einem Innen- und Außenleiter, die elektrisch und mechanisch mit der Anschlußanordnung 144 verbunden und mit der Anschlußkappe 130 verschraubt sind. Das Koaxialkabel 180 kann dann verwendet werden, wenn eine Abschirmung des Stromversorgungskabels zum Verringern hochfrequenter Störungen und elektromagnetischer Störungen abgeschirmt sein soll, die bei Stromfluß in den Kabelleitern verursacht werden. Von weiterem Interesse ist in Fig. 13 die Verwendung zweier Paare Kondensatorplatten 182, 184, die dann verwendet werden, wenn höhere Energiewerte erforderlich sind. Die Kondensatorplatten 182, 184 bilden mehrere Kondensatoren, die parallel geschaltet sind. Die Kondensatorplatten 182 sind elektrisch und mechanisch mit der Endanschlußanordnung 130 verbunden, während die entgegengesetzt geladenen Kondensatorplatten 184 elektrisch und mechanisch mit der zentralen Anschlußanordnung 132 verbunden sind. Die Kondensatorplatten 182, 184 können in beliebiger Anzahl vorgesehen sein, um jeden gewünschten Kapazitätswert zu erzeugen.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verbrennungszünders nach der Erfindung, die ähnlich derjenigen nach Fig. 13 ist, jedoch für solche Fälle bestimmt ist, in denen der Längsraum begrenzt und radialer Raum verfügbar ist. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen bildet die Außenhülse 188 eine Kondensatorplatte und ist elektrisch und mechanisch mit der Endanordnung 202 verbunden. Diese ist mit einer zweiten Kondensatorplatte 200 verbunden. Die Kondensatorplatten 188, 200 sind mit zwei konzentrischen, rohrförmigen Kondensatorplatten 190 verschachtelt, die jeweils an der Anschlußanordnung 206 befestigt sind.
Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verbrennungszünders nach der Erfindung, wobei die verschiedenen leitenden Elemente einschließlich der zwei Paare Kondensatorplatten 206, 208 aus Plastikmaterial z.B. durch Spritzguß hergestellt sind, wonach sie mit einer Schicht 210 aus elektrisch leitfähigem, metallischen Material z.B. durch Metallisierung versehen sind, so daß elektrisch leitfähige Schichten gebildet werden, die einen Stromfluß zulassen. Ein metallener Einsatz 212 dient in der Anschlußanordnung als Gewindeteil und ist elektrisch mit benachbarter Metallisierung verbunden.
Fig. 16 zeigt eine andere Anschlußanordnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden der zuvor beschriebenen Anschlußanordnung 132 mit dem Elektrodenanschluß 138. Diese alternative Anschlußanordnung ermöglicht eine Verbindung über eine direkte Längsbewegung, wodurch eine Drehbewegung des Körpers oder des Elektrodenteils des Verbrennungszünders bei Installation oder Ausbau vermieden wird. Ein kleiner Draht 216 ist senkrecht zum Einsatz 218 befestigt, der in die Anschlußanordnung 132 beim Herstellen eingeschraubt ist. Der Gewinde- Endanschluß der Zündkerzenelektrode 138 wird durch Reibung über den kleinen Draht 216 nach dem Einbau festgehalten.
Fig. 17 zeigt eine weitere Alternative zum elektrischen und mechanischen Verbinden des Elektrodenanschlusses 138 mit der Verbindungsanordnung 132. Eine leitfähige, geformte Metallfeder 220 ist mit dem Kabelverbindungsanschluß 140 ortsfest befestigt und ermöglicht eine Zug/Druckverbindung mit Schnappwirkung zu einem Standard-Zündkerzenanschluß 222.
In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbrennungszünders nach der Erfindung dargestellt, bei dem das Außenelektrodengehäuse 148 mit der Endanschlußanordnung 128 des Körpers 120 verschraubt ist. Durch die zentrale Anschlußanordnung 132 wird ein geschlitzter Elektrodenanschluß 124 aufgenommen, der eine radial nach außen gerichtete Federkraft zur guten elektrischen Verbindung erzeugt, wodurch eine elektrische Klemmverbindung gebildet ist.
Fig. 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbrennungszünders nach der Erfindung, das die Verwendung eines Standard-Zündkabels ermöglicht und lediglich das Einsetzen des Verbrennungszünders zwischen das Zündkabel und die Zündkerze erfordert. Anstelle einer direkten Verbindung des Stromversorgungskabels (nicht dargestellt) mit der Verbindungsanordnung 132 ist ein elektrisch leitfähiger Außenanschluß 230 vorgesehen, dessen eines Ende in die Anschlußanordnung 132 eingeschraubt und dessen anderes Ende 232 so ausgebildet ist, daß es eine Schnappverbindung mit einem Standard-Zündkabelstecker ermöglicht. Eine Schicht 234 aus Isoliermaterial erstreckt sich über einen wesentlichen Teil der Länge des Anschlusses 230.
Fig. 20 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbrennungszünders nach der Erfindung, das eine andere Möglichkeit der lösbaren Haltung des Elektrodenteils oder der Zündkerze 124 in dem Körper 120 des Verbrennungszünders darstellt. Ein elektrischer Anschluß 238 wird zu dem Anschlußkopf 246 der Zündkerze 124 mit einer Druckfeder 240 gedrückt. Am unteren Ende des Hülsenteils 126 des Körpers 120 befindet sich ein Haltering 236. Seine Einzelheiten sind in Fig. 21 dargestellt, und er hat eine erste sechseckige Öffnung 238 zur Aufnahme der sechseckigen Eingriffsfläche 248 der Zündkerze 124. Eine zweite, sternförmige Öffnung 240 liegt über der sechseckigen Öffnung 238 und ist durch einander schneidende Seiten gebildet, die Schultern 250 zum Eingriff und zum Halten eines Flansches 252 an der Zündkerze 124 bilden. Die Zündkerze 124 wird installiert, indem sie durch die erste sechseckige Öffnung 238 geführt und dann leicht gedreht wird, bis ein Teil des Flansches 252 an der Ecke der sechseckigen Eingriffsfläche 248 auf der Schulter 250 aufliegt.
Es ist zu erkennen, daß dem Fachmann auf diesem Gebiet verschiedene Abänderungen der vorzugsweisen Ausführungsbeispiele möglich sind, die die Erfindung erläutern. Beispielsweise können mehr oder weniger als vier Kondensatorplatten die kapazitive Vorrichtung bilden. Der Verbrennungszünder kann so aufgebaut sein, daß der Elektrodenteil aus dem den Kondensator enthaltenden Körper nicht entfernbar ist. Die verschiedenen Leiter einschließlich Kondensatorplatten können aus jedem gut leitenden Material anders als Messing bestehen, beispielsweise aus Kupfer, Stahl, Aluminium oder anderen Legierungen. Das dielektrische Material in dem Kondensator kann ein Polyamid, Polyester oder anderer dielektrischer, mit Epoxidharz, Silikon oder anderen Vergußmassen imprägnierter dielektrischer Film sein. Das dielektrische Material kann gegebenenfalls ein imprägniertes Saugmaterial wie Löschpapier Nomex oder ein anderes faseriges, poröses Material enthalten. Das Dielektrikum des Kondensators kann auch einfach eine Vergußmasse ohne Einsatz der weiteren Stoffe oder ein thermoplastisches Dielektrikum sein. Wie oben beschrieben, können die Leiter einschließlich Kondensatorplatten aus einer Metallfolie oder einem aufgedampften Metall bestehen, das nicht selbst ein struktureller Bestandteil des Verbrennungszünders ist.

Claims

1. Verbrennungszünder für einen Verbrennungsmotor, umfassend:

eine Zündkerze (14) mit einem Kerzenkörper (68) und einem lösbar in einem Gehäuse (12) eingefügten Isolator (80) mit einem Kondensator, der eine erste innere, elektrisch leitende, von einem äußeren, zylindrischen, elektrisch leitenden Mantel (16) mittels einer Schicht eines dielektrischen Materials (42) getrennte Platte (64) hat und elektrisch verbunden ist mit einer Einrichtung (52) zum lösbaren Befestigen des Anschlußstückes der Mittelelektrode (72) der Zündkerze (14) an einer elektrisch leitenden Verbindungsanordnung (18) des Gehäuses (12), wobei der Kerzenkörper (68) von dem äußeren Mantel (16) umgeben und berührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste innere Platte (64) ein ringförmiges, die Mittelelektrode (72) in einer radialen Ebene benachbart zu der Befestigungseinrichtung (52) umgebendes Element ist, daß eine zweite innere, elektrisch leitende Platte (66) des Kondensators ein ringförmiges, die Mittelelektrode (72) in einer radialen Ebene benachbart zu dem Kerzenkörper (68) umgebendes Element ist, das mit dem Kerzenkörper (68) elektrisch verbunden ist,

daß die erste und die zweite Platte (64, 66) mittels einer Schicht aus dielektrischem Material (46) in Längsrichtung von dem Zündkerzenisolator (80) getrennt ist, daß die Schicht aus dielektrischem Material (46) eine im wesentlichen derjenigen der ersten bzw. zweiten Platte (64, 66) entsprechende radiale Dicke hat, und daß der Isolator (80) konform von dem dielektrischen Material (50) aufgenommen und berührt wird.

2. Verbrennungszünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte und eine vierte elektrisch leitende Platte (60, 62) ein mittleres Verbindungselement (26) in einer radialen Ebene benachbart sowohl zu der Verbindungsanordnung (18) als auch zu der Befestigungseinrichtung (52) abgrenzt, daß das Verbindungselement (26) die Befestigungseinrichtung (52) mit der Verbindungsanordnung (18) in dem Gehäuse (12) verbindet, daß die dritte bzw. vierte Platte (60, 62) elektrisch mit dem äußeren Mantel (16) bzw. der Befestigungseinrichtung (52) verbunden ist und durch eine zweite Schicht (44) aus dielektrischem Material in Längsrichtung des Gehäuses (12) voneinander getrennt sind, und daß die zweite Schicht (44) eine im wesentlichen derjenigen der dritten bzw. vierten Platte (60, 62) entsprechende radiale Dicke hat.

3. Verbrennungszünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (30) aus isolierendem Füllmaterial das Verbindungselement (26) unter der zweiten dielektrischen Materialschicht (44) umgibt.

4. Verbrennungszünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hülsen (48, 50) aus einer verformbaren und dielektrischen Vergußmasse den Isolator (80) der Zündkerze (14) und die Schicht (48) aus Füllmaterial auf dem Verbindungselement (26) umgeben.

5. Verbrennungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten (60, 62, 64, 66) durch eine auf die Enden der jeweiligen dielektrischen Schicht (44, 46) aufgebrachte Metallschicht gebildet sind.

6. Verbrennungszünder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (52) ein in dem Mantel (16) befestigtes zylindrisches Verbindungsglied zum Aufnehmen des Anschlußstückes (82) der Mittelelektrode (72) der Zündkerze (14) ist und durch ein die Innenseite des Mantels (16) bedeckendes Isoliermaterial (40, 42) von dem Mantel (16) isoliert ist.

7. Verbrennungszünder für einen Verbrennungsmotor, umfassend:

eine Zündkerze (124) mit einem Kerzenkörper (148) und einem lösbar in einem Gehäuse (120) eingefügten Isolator (146) mit einem Kondensator, der durch einen äußeren, zylindrischen, elektrisch leitenden Mantel (126) und eine innere, elektrisch leitende, zylindrische Platte (134) gebildet ist, die von dem Mantel (126) mittels einer Schicht (139) aus dielektrischem Material getrennt ist, und der elektrisch verbunden ist mit einer Einrichtung zum lösbaren Befestigen des Anschlußstückes (128) der Mittelelektrode (150) der Zündkerze (124) an einer elektrisch leitenden Verbindungsanordnung (132) des Gehäuses (120), wobei der Zündkerzenkörper (148) von dem äußeren Mantel (126) umgeben und berührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

das dielektrische Material (136) in dem Mantel (126) so geformt ist, daß es einen den Isolator (146) der Zündkerze (124) konform aufnehmenden und berührenden Hohlraum definiert, der die innere zylindrische Platte (134) mit der Verbindungsanordnung (132) einbettet, umgibt und hält.

8. Verbrennungszünder nach Anspruch 7, wobei:

das Gehäuse (120) die elektrisch mit einem elektrischen Versorgungskabel (122) verbundene Verbindungsanordnung (132) enthält, und

die Einrichtung zum lösbaren Befestigen sowohl auf der Verbindungsanordnung (132) als auch auf dem Anschlußstück (140) des Kabels (122) zusammenpassende Gewinde enthält.

9. Verbrennungszünder nach Anspruch 7 oder 8, wobei das elektrische Versorgungskabel (122) ein koaxiales Kabel ist und einen inneren (142) und einen äußeren Leiter (100) hat und das Gehäuse weiter eine Einrichtung (24) zum elektrischen Verbinden des äußeren Leiters mit dem äußeren Mantel (16) hat.

10. Verbrennungszünder nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Gehäuse eine dritte und eine vierte Kondensatorplatte (184) enthält, die den Kondensator bildet, und wobei die erste (182), die zweite (182), die dritte und die vierte (184) Kondensatorplatte jeweils zylindrisch sind und konzentrisch mit gegenseitigem radialen Abstand angeordnet sind.

11. Verbrennungszünder nach Anspruch 10, wobei die erste (182) und die dritte (184) Kondensatorplatte elektrisch mit einer ersten Stirnwand und die zweite und die vierte Kondensatorplatte mit einer zweiten Stirnwand des Gehäuses verbunden sind, und wobei die erste und die zweite Stirnwand aus elektrisch leitendem Material gebildet sind.

12. Verbrennungszünder nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei zumindest ein Teil der Kondensatorplatten (126, 134) in Längsrichtung zumindest einen Teil des mittleren Leiters (150) und des Isolators (146) der Zündkerze (124) überlappen.

13. Verbrennungszünder nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Einrichtung (52) zum lösbaren Befestigen ein Sperrelement (54, 84) an dem Gehäuse (12) und eine Einrichtung (36, 74) zum Drücken der Zündkerze (14) gegen das Sperrelement (54, 84) hat.