DE8808250U1 - Vorkammerzündkerze mit Zündelektroden - Google Patents

Description

- 1 - 19.10.88

RN 840022K2

Dr.-Ing. Kuhnert, 6920 Sinsheim

Zündelektreden bei einer Vorkammerzündkerze

Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze mit 2 in der Vorkaamer angeordneten Zündelektroden. Derartige Zündkerzen werden zur besseren Entflammung magerer Kraftstoff/Luftgemische verwendet.Besonders günstig wirkt sich ein wirbeiförmiger Strömungsverlauf in der Vorkammer aus. Derartige Einrichtungen werden in verschiedenen Patentschriften u.a. in US 2 127 512 und DE 29 16 285 beschrieben.

Die in DE 29 16 285 gezeigte Anordnung mit dünner stiftförmiger Mittelelektroden, die zur zylindrischen Wand eine Funkenstrecke bilde»-, hat den Nachteil, daß die dünne Eiektrode vergleichsweise schnell verschleißt, wodurch die teure Gesamtanordnung einen zu geringen Gebrauchsnutzen aufweist. Zudem ergibt sich durch die Zündung zur zylindrischen Wand ein Löscheffekt der Wände, der die Ausbildung einer vom Zündfunken ausgehenden Flammenfront stört.

Um dieses zu vermeiden, wurde in DE 31 48 296 eine ,^utiftförmige Masseelektrode in der zylindrischen Wand angeordnet. Dadurch ist aber keinesfalls der Verschleiß durch die erosiven Auswirkungen des Zündfunkens vermindert.

Eine wesentliche Verringerung der Verschleißvorgänge läßt sich durch die Verwendung hochwarmfester, korrosions- und erosionsfester metallischer Werkstoffe insbesondere solcher der Platingruppe erreichen.

Um die Materialkosten zu vermindern, wurde vielfach bei konventionellen Zündkerzen vorgeschlagen, nur die Spitzen der Elektroden aus Edelmetall herzuctellen (vergl. z.B. DE 22 24 270, DE 22 56 823 sowie DE 25 20 622) oder Edelmetallelektroden mit Ummantelungen aus Nickel zu verwenden (vergl. z.B. DE 36 05 300, DE 26 14 274).

Diese für konventionelle Zündkerzen vorgeschlagenen Lösungen wurden zur Entflammung des Gemisches innerhalb des Hauptbrennraumes entwickelt.

Il Ii al Il Il Uli ·< Il Ii · I Il llll I I

lll#t#iij III

I I· ii IiJLV «- · * *

Il ·* Ii Ii i »*&igr; I Il i Il

I » * t » ti ·«

aiii ·· · r«), ·* a« *·

-"5- " " 19.10.88

RN 840022K2

Da innerhalb des Brennraumes an den Zündelektroden konventioneller Zündkerzen keine geordneten Verhältnisse bezüglich der Gemischanströmung und des Entflammungsvorganges bestehen, werden dort i.a. symetrische Lösungen, d.h. zylindrischen Masseelektroden verwendet. Diese Lösungen geben keine Anregungen zur Verbesserung der Lebensdauer von Zündelektroden in einer Vorkammer mit wirbeiförmigem Strömungsverlauf, die sich durch einen geordneten und reproduzierbaren Entflammungsvorgang auszeichnet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, JeT korrosiven und erosiven Verschleiß beider Zündelektroden (Masse- und Mittelelektrode) in einer Zündkerzenvorkammer, insbesondere einer solchen mit wirbeiförmigem Strömungsverlauf zu vermindern.

Dabei soll der Einsatz von teuren Edelmetallen aus Kostengründen gering gehalten werden und durch die Art der Anordnung die unvermeidbare verschleißbedingte Zunahme des Elektrjdenabstandes mit fortschreitender Lebensdauer degressiv erfolgen.

Zusätzlich soll die Anordnung derart ausgeführt werden, daß die Löschwirkung umgebender Wände auf den Zündfunken und den sich in seinem Bereich entwickelnden Flammenkern gering ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Korrosion und Erosion der Zündelektroden durch den Eiasats von dünnen Edelmetalldrähten, vorzugsweise aus Metallen oder Metallegierungen der Platingruppe bestehend, entgegengewirkt

Zur Verringerung der Löschwirkung wird eine von der Zyiinderwand in die Vorkammer radial hineinragende vergleichsweise dicke hasseelektrode verwendet, die an Ihrem Ende den besonders verschleißfesten Edelmetallwerkstoff, vorzugsweise aus einem Metall der Platingruppe oder dessen Legierung bestehend in Form eines düonen Drahtes trägt, auf den von der Mittelelektrode ausgehend ein dünner Stift aus zuvor erwähntem Edelmetalldraht susgerichtet ist. Auf diese Weise bildet sich die Funkenstrecke zwischen den Edelmetalldrähten ans, die wegen ihres geringen Durchmessers nur eine geringe Löschwirkung auf den Flammenkern bewirken.

Die Masseelektrode trägt an ihrem freien Ende eine über den Querschnitt im wesentlichen quer durch &EEacgr;&egr; Achse verlaufende Nut, in die der genannte Draht eingelegt und am Umfang der Masseelektröde mit dieser verschweißt wird.

I If ff It 1**1 ti

If III IfIII I

I I I I I * fit

I Il It- I Dl t~t* I It

-"S *-· ·· ·· 19.10.88

RN 84OO22K2

Die Nutabmessungen werden so gewählt, daß vorzugsweise der halbe Querschnitt des Platindrahts über die Endfläche der Masseelektrode hervorsteht.

Die geometrische Ausrichtung des Einlegedrahtes ist dann besonders strömungsgünstig, wenn seine Achse in Richtung der Stromlinien d.h. im wesentlichen tangential zu den horizontal Verlaufenden schraubenförmigen Stromlinien, der Vorkammer verlauft. BUEi 5üch ein vertikälsr Vsrisuf äss Einlsgsdrshfces ist möglich.

Beim dünnen Edelmetallstift der Mittelelektrode kann zur besonders günstigen Ausgestaltung am freien Ende eine Kugel aus dem Grundmaterial angeschmolzen werden, wodurch sich auf kostengünstigem Wege Edelmetallvolumen zur Lebensdauersteigerung anhäufen läßt.

Ebenso ist es möglich, den Stift der Mittelelektrode abzuwinkein und im wesentlichen parallel im Elektrodenabstand zu dem Einlegedraht der Masseelektrode verlaufen z-d lassen.

Um eine definierte Lokalisierung des Zündfunkens zu erreichen wird vorzugsweise das freie Ende des Edelmetallstiftes der Mittelelektrode unter einem kleinen Winkel gegenüber dem Einlegedraht geneigt angeordnet, so daß der geringste Elektrodenabstand am Ende der Edelmetalldrähte entsteht. Bei dieser Art der Anordnung wird besonders viel Edelmetallvolumen den Verschleißvorgängen zur Verfügung gestellt.

Durch die Ausführung der Elektrodenoberflächen als konvexe Flächen führt die Erosion des Zündfunkens mit zunehmender Betriebszeit zu einer Abplattung durch Materialabtragung.

Dabei nimmt zwar der Elektrodenabstand zu gleichzeitig wird jedoch die sich gegenüberliegende Elektrodenfläche vergrößert. Damit wird die Erosion des Funkens mit zunehmender Betriebszeit progressiv ansteigend auf mehr Elektrodenfläche verteilt und -die Vergrößerung des Elektrodenabstandes verzögert. Wegen des sich vergrößernden Elektrodenabstandes wirkt sich in vorteilhafter Weise die Vergrößerung der Elektrodenfläche nicht nachteilig auf die Entflammung aus.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt

Fig.l einen Querschnitt durch den unteren Teil einer Zündkerze mit Vorkammer und allgemeiner Elektrodenanordnung

9 · * ■

« I f »

i4 &mdash; * s r

&bull; » · · t « ti

- 4 - 19*10,88

RN 840022K2

Fig.2A einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung in einer ersten AusfUhrungsform

Fig.2B den Schnitt I/II gemäß Fig.l der Elektrodenanordnung in der ersten Ausführungsform

Fig.3A einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung in einer zweiten Ausfiihrungsform

Fig.3B den Schnitt I/II gemäß Fig. 1 eier Elektrodenanordnung in der zweiten Ausf iihrungsf orm

Der in Fig«l im Längsschnitt dargestellte untere Teil einer Vorkammerzündkerze (1) ist in die Wand (2) des Zylinderkopfes eines Ottomotors eingeschraubt dargestellt.

Die Vorkammerzündkerze enthält eine zylindrische Kammer (3), die im Bereich der Stirnseite (4) verengt ist. Im Bereich der Stirnseite sind mehrere tangentiale Einlaßbohrungen (5) angeordnet, über die während des Kompressionstaktes des Ottomotors das frische Gemisch in die untere Teilkammer (4) eindringt und dort eine Drehströmung erzeugt, mit der das Gemisch schraubenlinienförmig in die obere zylindrische Teilkammer (3) einströmt. Die Zündstelle befindet sich vorzugsweise in der Verlängerung der unteren Teilkammer bei (6) zwischen der stiftförmigen Masseelektrode (7) Und dem Stift (8) der Mittelelektrode (9).

Die erste Ausführungsform zeigt in der Schnittdarstellung von Fig. 2A den an die Mittelelektrode (9) angeschweißten Edelmetallstift (8) mit dem zur Kugel aufgeschmolzenen Ende (10). In die Masseelektrode (7) ist in einer Nut (11) ein dünner Edelmetalldraht (12) eingelegt.

In der Schnittdarstellung entlang der Linie I/II von Fig.l, die in Fig.2B gezeigt wird, ist die Befestigung des Einlegedrahts (12) durch Verschweißung (13) a«n Umfang der Masseelektrode gezeigt. Der Zündfunke (15) springt zwischen den Edelmetalldrähten (10) und (12) der Ziindelektroden (7) und (9) wie dargestellt über.

Eine zweite Ausführungsform ist im Längsschnitt in Fig. 3A dargestellt. Der Aufbau der Masseelektrode (7) mit eingelegtem Platindraht (12) gleicht dem von Fig. 2A. Der Edelmetallstift (8) der Mittelelektrode (9) ist an seinem freien Ende (14) abgewinkelt und fluchtend zum Einlegedraht (12) angeordnet (Fig. 3B).

- 5 - 19.10.88

RN 840022K2

Durch die Anordnung eines kleinen Winkels zwischen Einlegedraht (12) und Stiftende (14) ist der Elektrodenabstand am freien Stiftende (14) am kleinsten, so daß dort der Zündfunken (15) überspringt. Durch den Verschleißvorgang wird das Edelmetall volumen von Stiftende (14) und Einlegedraht (12) abgetragen. Die Lebensdauer wird durch diese Maßnahmen entscheidend erhöht, wobei der Elektrodenabstand in definiertem Umfang sich innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches verändern kann.

Wie die Fig. 2A und 3A zeigen, ist der Einlegedraht (&Idigr;2) einmal horizontal und das anderemal vertikal, d.h. im wesentlichen parallel bzw. quer zu den horizontalen schraubenlinienförmigen Stromlinien der Drehströmung in der Vorkammer angeordnet. Da die Strömung sich auf Schraubenlinienbahnen an den Elektroden vorbeibewegt, wirkt die horizontale Anordnung besonders wenig störend auf das Strömungsfeld.

Wie in den Darstellungen von Fig.2 zu erkennen ist, führt die Erosionswirkung des Zündfunkens zur Abplattung der konvexen Drahtoberflächen der Zündelektroden (10) und (12), so daß bei beiden Elektroden mit zunehmendem Verschleiß zunehmend größere Flächen entstehen. Dadurch wird die Errosionswirkung des Funkens auf eine mit dem Elektrodenabstand sich progressiv vergrößernde Fläche verteilt mit dem Ergebnis, daß der Elektrodenabstand sich während dieser Phase nur relativ wenig verändert. Dieser Zusammenhang ist insbesondere bei gasbetriebenen Magermotoren mit Gemischaufladung von wesentlicher Bedeutung, da hier der Zündspannun^bedarf ein Mehrfaches dessen normaler Motoren beträgt. Bedingt durch das hohe Zündspannungsniveau beträgt die zulässige verschleißbedingte Vergrößerung des Elektrodenabstandes nur wenige Zehntel Millimeter, da bei größerem Abstand die Zündenergie durch Nebenschlußentladungen verloren geht*

In beiden Ausführungsformen wird mit der Wahl des Durchmessers der Edelmetalldrähte und des konstruktiven Elektrodenabstandes festgelegt, wieweit sich der wirksame Elektrodenabstand bis zur efösiven Abtragung des gesamten Edelmetailes verändern kann.

Claims (4)

1. Vorkammerzündkerze mit 2 in der Vorkammer angeordneten Zündelektroden, wobei die Zentralelektrode (9) einen auf die Masseelektrode (7) gerichteten dünnen Stift (8) aufweist und die Masseelektrode aus einem von der zylindrischen Kammerwand radial zur Kammermitte gerichteten vergleichsweise dickeren Stift (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Nut (11) der Stirnfläche der Masseelektrode (7) ein dünner Edelmetalldraht (12), bestehend vorzugsweise aus Metall oder Metallegierungen der Platingruppe, eingelegt und mit der Masseelektrode verschweißt ist (13).

2. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der von der Zentralelektrode radial ausgehende Stift (8) durch einen dünnen Edelmetalldraht, bestehend vorzugsweise aus Metall oder Metallegierungen der Platingruppe, gebildet wird, an dessen freiem Ende eine Kugel (10) angeordnet ist, die durch Aufschmelzen des Edelmetalldrahtes erzeugt wird.

3. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der von der Zentralelektrode radial ausgehende Stift (8) aus einem dünnen Edelmetalldraht aus Metall oder Metallegierungen der Platingruppe besteht, der an seinem freien Ende (14) derart abgewinkelt wird, daß dieses annähernd parallel zu dem Einlegedraht (12) der Masseelektrode (7) verläuft.

4. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das freie annähernd parallele Ende (14) des von der Zentralelektrode ausgehenden Stiftes (8) in einem kleinen Winkel zum Einlegedraht (12) der Masseelektrode derart ausgerichtet ist, daß am freien Ende des Stiftes (14) der geringste Abstand zum Einlegedraht (12) auftritt.