DE9004172U1

DE9004172U1 - Zündelektrodenanordnung in einer Zündkerze mit Vorbrennkammer

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Publication number: DE9004172U1
Application number: DE9004172U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1991-08-08
Anticipated expiration: 2000-04-12

Description

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Dr.-Ing. Dieter Kuhnert, 6920 Sinsheim RN 040009

Zündelektrodenanordnung in einer Zündkerze
mit Vor brennkammer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündelektrodenanordnung in einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, bei der der Kerzenkörper einen zylindrischen Raum umschließt, der als
Vorbrennkammer wirkt, in dem eine Mittelelektrode
angeordnet ist, die mit der Wand des zylindrischen Raumes
eine Funkenstrecke bildet und bei der an eine hintere
Vorbrennkammer mit größerem Durchmesser sich in Richtung zu dem Hauptbrennraum eine vordere Vorbrennkammer mit
kleinerem Durchmesser anschließt, deren Wand zum Teil in
den Hauptbrennraum hineinragt und wo durch mindestens eine
tangentiale Bohrung in der Wand der vorderen Vorbrennkammer ein wechselweiser Gasübertritt zwischen Vor brennkammer und
Haupt brennraum erfolgen kann.

Zündkerzen dieser Art ermöglichen die Entflammung magerer
Kraftstoff-Luftgemische. Besonders günstig wirkt sich dabei ein drallbehafteter Strömungsverlauf in der Vorbrennkammer
aus .

In den Patentschriften DE 29 16 285 und DE 31 01 326 werden derartige Zündkerzen beschrieben. Die darin gezeigten
Ausführungsformen haben nur eine Funkenstrecke für die
Ausbildung des Zündfunkens. Das hat den Nachteil, daß durch den besonders hohen Zündspannungsbedarf bei mageren
Gemischen vergleichsweise schnell die Elektrode verschleißt und daher derartige Zündkerzen einen zu geringen
Gebrauchsnutzen besitzen.

Dabei besteht zudem der Nachteil, daß die in der
Funkenstrecke vorhandene starke Drallbewegung den sich
bildenden Zündfunken abreißt, so daß eine Entflammung nicht stattfindet. Zur Verhinderung dieser Funkenabrisse ist eine weitere Erhöhung der Zündspannung notwendig, die zu einem
weiteren Anstieg des ohnehin hohen Zündspannungsbedarfs bei Magergemischen führt und damit der Verschleißvorgang der
Zündelektroden noch weiter beschleunigt wird.

Ein weiterer Nachteil von Anwendungen der vorgenannten Art
ist der, daß nur an einer Stelle eine Funkenstrecke
ausgebildet wird. Dadurch besteht bei Schwankungen des
Zustandes des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Bereich der
Funkenstrecke z.B. durch inhomogene Beimischungen von
verbrannten Restgasen des Hauptbrennraumes die Möglichkeit, daß während des Zündzeitpunktes kein optimaler
Gemischzustand vorliegt und damit die angestrebte maximale
Verschiebung der Mischung zu möglichst großen Luftzahlen
nicht vorgenommen werden kann.

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Dr.-Ing. Dieter Kuhnert, 6920 Sinsheim RN 040009

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Zündelektrodenanordnung derart auszubilden, daß einerseits der Zündspannungsbedarf bei Betrieb mit mageren Kraftstoff-Luftgemischen abgesenkt wird und durch die daraus resultierende verringerte Zündenergie des Zündfunkens die Lebensdauer der Zündeinrichtung wesentlich verlängert wird, Zum anderen soll die Entflammungssicherheit verbessert und die magere Zündgrenze der Mischung zu größeren Luftzahlen verschoben werden.

Diese Aufgabe soll in wirtschaftlicher Art durch den kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs gelöst werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Zündelektroden an der Mittelelektrode angebracht werden, die in die Vor brennkammer hineinragen und dort am Umfang des vorderen Teils der Vor brennkammer Funkenstrecken zur Wand bilden.

Die Erzeugung von mehreren Funkenstrecken zur Wand der vorderen Vor brennkammer hat den Vorteil, daß sie von den rotierenden Wirbelfäden der Drallströmung periodisch durchlaufen werden, wobei die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und Gemischzusammensetzungen periodisch zwischen oberen und unteren Grenzwerten wechseln. Im Zeitpunkt der Zündung wird an einer der mehrfach vorhandenen Funkenstrecken die Kombination von Strömungs-Geschwindigkeit und Gemischzusammensetzung besonders günstig sein, so daß der Funkenüberschlag schon bei besonders niedrigen Zündspannungswerten mit besonders guter Entflammungssicherheit erfolgt.

Die Absenkung der Geschwindigkeit wird durch die an der Wand vorhandene Grenzschicht noch in günstiger Weise unterstützt.

Der Ort des Funkenüberschlags, wechselt infolge der rotierenden Wirbelfäden in statistisch gleich verteilter Weise zwischen den mehrfach vorhandenen Funkenstrecken. Demzufolge verteilt sich auch der erosive Verschleiß der Elektrodenspitzen auf mehrere Elektroden gleichmäßig, so daß die Lebensdauer der Zündeinrichtung gegenüber einer solchen mit Einzelelektrode entsprechend der Zahl an vorhandenen Funkenstrecken sich in vorteilhafter Weise vervielfacht.

Durch die Ausgestaltung der Zündelektroden als dünne Drähte, die aus einem Metall der Platingruppe oder deren Legierung bestehen, wird das Feld der Drallströmung sowie die Flammenausbreitung in der vorderen Vorbrennkammer nur wenig gestört, was für eine sichere Entflammung des Gemisches vorteilhaft ist.

Störeinflüsse auf das Strömungsfeld der vorderen Vorbrennkammer werden weiterhin dadurch vermieden, daß die relativ starke Mittelelektrode in der hinteren Vor brennkammer endet.

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Dr.-Ing. Dieter Kuhnert, 6920 Sinsheim RN 040009

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, die in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

FIG.l: ein erstes Ausführungsbeispiel

FIG.2: die Untersicht des ersten Ausführungsbeispiels in einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-II

FIG.3: ein zweites Ausführungsbeispiel

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist in FIG.l eine Zündkerze (1) dargestellt, die mit dem Gewinde (12) in die Zündkerzenbohrung eines wassergekühlten Zylinderkopfes (2) unter Beilage eines Dichtringes (11) eingeschraubt ist und mit ihrer unteren Wand (13) in den Hauptbrennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt.

Die untere Wand (13) umschließt eine vordere Vor brennkammer (4) die mit der hinteren Vorbrennkammer (3) direkt verbunden ist. In die hintere Vor brennkammer (3) ragt der Kerzenisolator (10) hinein. Die zentral in dem Kerzenisolator angeordnete Mittelelektrode (9) endet ebenfalls in der hinteren Vor brennkammer (3). Von der Mittelelektrode (9) gehen 4 Zündelektroden (7) aus, die schräg nach vorne gegen die Wand (13) der vorderen Vor brennkammer (4) gerichtet sind.

Zwischen dem freien Ende der Zündelektroden (7) und der Wand (13) der vorderen Vor brennkammer bestehen Zwischenräume (8), die die Funkenstrecken für die Zündfunken ausbilden. Die Zündelektroden (7) ragen zweckmäßigerweise soweit in die vordere Vor brennkammer (4) hinein, daß ihre Eintauchtiefe etwa 1/3 der axialen Länge der vorderen Vor brennkammer (4) entspricht. Die Zündelektroden (7) bestehen vorzugsweise aus edlen Metallen oder Legierungen der Platingruppe.

Sie sind durch Schweißen oder Hartlöten mit der Mittelelektrode (9) verbunden. In der Wand (13) der vorderen Vor brennkammer (4) sind vorteilhafterweise 4 Tangentialbohrungen (5) und eine Axialbohrung (6) angeordnet, die ein wechselweises Überströmen von Gasen und Gasgemischen zwischen dem Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine und den beiden Vor brennkammerteilen (3 und 4) ermöglichen.

Die Zündung des brennbaren Kraftstoff-Luftgemisches im Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine verläuft mit der hier beschriebenen Kammer zündkerze in folgender Weise ab:

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Dr.-Ing. Dieter Kuhnert, 6920 Sinsheim RN 040009

Das in den Hauptbrennraum eingesaugte oder darin erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch wird bei dem anschließenden Verdichtungshub des Kolbens aus dem Hauptbrennraum durch die Überströmbohrungen (5 und 6) in die vordere Vor brennkammer (4) und schließlich teilweise in die hintere Vorbrennkammer (3) hineingedrückt.

Dabei wird das in den beiden Vorbrennkaramerteilen vom vorhergehenden Zündvorgang verbliebene Abgas in die hintere Vor brennkammer zurückgeschoben, so daß die Zündelektroden ausschließlich von frischem brennbaren Kraftstoff-Luftgemisch umspült werden, das aus dem Hauptbrennraum stammt.

Am Ende des Verdichtungshubes wird dann die Zündung eingeleitet. Dazu wird der Mittelelektrode (9) Hochspannung zugeführt, die über die Zündelektroden (7) an den Funkenstrecken (8) anliegt und dort den Zündfunken erzeugt.

Infolge der Einströmung durch die Tangentialbohrungen (5) wird dem Inhalt der beiden Vor brennkammer teilen ein straker Drall aufgeprägt, der dann in Verbindung mit der Zündung des Gemisches zwischen einer der Elektroden und der Wand der vorderen Vor brennkammer zu einer schnellen Ausbreitung von Flammenfronten innerhalb der Vor brennkammern führt. Dadurch steigen Druck und Temperatur stark an und das brennende Kraftstoff-Luftgemisch wird in Form mehrerer Zündfackeln durch die Überströmkanäle (5 und 6) in den Hauptbrennraum einschießen und dort den Verbrennungsvorgang einleiten.

Die im Schnitt entlang der Linie I-II dargestellte Untersicht des ersten Ausführungsbeispiels in FIG.2 zeigt die Lage der Tangentialbohrungen (5), durch die dem Gas in den Vor brennkammern (4 und 5) ein starker Drall aufgeprägt wird. Aus der Anordnung der Zündelektroden (7) wird die gleichmäßige Verteilung von hier beispielhaft 4 Funkenstrecken (8) am inneren Umfang der Wand (13) ersichtlich.

In einer zweiten Ausführungsform in FIG.3, die bis auf die Zahl der Zündelektroden der von FIG.l gleicht, wird dargestellt, daß auch Ausführungen mit 2 Funkenstrecken vorgesehen werden können. Es ist vorteilhaft, die Anzahl der Funkenstrecken, die auch drei, fünf oder mehr sein kann, speziell auf die Gemischbildungsart und die ßrennraumform und Brennraumgröße der Brennkraftmaschine sowie die Kraftstoffart abzustimmen.

Claims

- 2 - 10.A.90 Dr.-Ing. Dieter Kuhnert, 6920 Sinsheim RN 040009 Zündelektrodenanordnung in einer Zündkerze mit Vor brennkammer ■P—a—6—e—a—fe (»nsprüche

1. Zündelektrodenanordnung zur Zündung von vorzugsweise mageren Kraftstoff-Luftgemischen mit einer Zündkerze, bei der der Kerzenkörper einen als Vor brennkammer wirkenden vorzugsweise zylindrischen Raum umschließt und bei der an eine hintere Vor brennkammer mit größerem Durchmesser sich in Richtung zum Haupt brennraum eine vordere Vor brennkammer mit kleinerem Durchmesser anschließt, deren Wände zum Teil in den Hauptbrennraum hineinragen und wo durch mindestens eine tangential angeordnete Bohrung in der Wand des vorderen Kammerteils ein wechselweiser Gasübertritt zwischen Vor brennkammer und Hauptbrennraum erfolgt und wo die Zündung des Gemisches durch einen Zündfunken erfolgt, der in einer Funkenstrecke entsteht, die vorzugsweise an der Innenwand der vorderen Vor brennkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zentralen Elektrodenträger (9,9') mehrere stiftartige Zündelektroden (7,7') angeordnet sind, die an mehreren Stellen des Umfangs der vorderen Vor brennkammer (4) in Wandnähe enden und in ihrer Verlängerung zur Wand mehrere Funkenstrecken (8,8') ausbilden.

2. Zündelektrodenanordnung nach Anspruch ldadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Elektrodenträger (9,9') vor der vorderen Vor brennkammer (4) endet.

3. Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die stiftförmigen Elektroden (7,7') schräg nach vorne zur Wand (13) der vorderen Vor brennkammer (4) gerichtet sind und in diesen Kammerteil hineinragen.

4. Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die entstehenden Funkenstrecken (8,8') gleichmäßig am Umfang der vorderen Vor brennkammer (4) verteilt sind.

5. Zündelektroden nach Anspruch 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß 4 Zu&eegr;delektroden (7) verwendet werden.