EP1028506A1 - Zündkerze - Google Patents
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- H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface
Definitions
- the present invention relates to a spark plug with a Casing; an insulator foot attached to the housing; one through the insulator foot led center electrode, which the insulator tip protrudes; and one attached to the case Ground electrode.
- the problem underlying the present invention consists generally in the fact that a safe flame nucleation at higher flow velocities and mixture inhomogeneities with conventional spark plugs and especially with certain ones Firing spaces (e.g. directed towards the spark plug Injector) can no longer be guaranteed.
- a radial, i.e. perpendicular to the axis of the spark plug and perpendicular to its electrode directed flow speed of 5m / s is the spark deflected by approx. 5 mm after 1 ms.
- the inflammability of a spark is optimal if the flow velocity in the electrode area between 1 and 5 m / s, so that the spark does not break off and the The energy of the plasma ignites as large a volume as possible can.
- spark plug according to the invention with the features of the claim 1 or 6 or 9 points to the known approaches the advantage of a safe ignition through optimal flame core formation in engine concepts with high Flow speeds in the combustion chamber is possible.
- the spark plug has a ground strap as a ground electrode in which the shielding device is integrated. So with conventional Concepts only the earth strap can be modified.
- the Shielding device on a cup shape being inside the cup a finger is provided as the ground electrode tip is.
- An axial flow can thus be shielded in particular become.
- the shielding device is can be screwed onto the ground electrode. This enables the spark plug to be adapted to the respective one Combustion chamber conditions or the respective engine type.
- the shielding device is cylindrical to shield a radial Flow is formed.
- the ground electrode is axially set back in relation to the center electrode, that they are a spark gap to the center electrode forms that protrudes at least partially over the insulator foot.
- the ground electrode and the insulator foot are expedient designed cylindrical symmetry, so that an attacking radial flow the spark gap in the flow shadow side can shift.
- the Ground electrode in its opposite the center electrode Area one or more towards the center electrode pointing fingers up.
- the ground electrode is axially advanced over the center electrode and the insulator foot is axial with respect to the center electrode preferred.
- the ground electrode and the insulator base are designed cylindrical symmetry, so that an attacking radial flow before the spark gap is shielded.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a spark plug as the first embodiment of the present invention in cross section.
- the spark plug according to this first embodiment has a housing 60, an insulator base attached to the housing 60 20 and a center electrode guided through the insulator foot 20 10, which protrudes from the tip of the insulator.
- a ground electrode 50 with a shielding device connected to the ground electrode 50 100 which is designed so that it is a spark gap F1 to the center electrode 10 and an axial Flow vp shields from the spark gap Fl.
- the spark plug has a converted earth strap as Ground electrode in which the shielding device 100 is integrated wherein the shielding device 100 is a cup shape and with a finger 120 in the cup interior is provided as a ground electrode tip.
- Fig. 2 shows a schematic representation of a spark plug as a second embodiment of the present invention in cross section.
- the spark plug according to this second embodiment has also a housing 60 ', one attached to the housing 60' Insulator foot 20 'and one through the insulator foot 20' guided center electrode 10 ', which on the insulator tip survives.
- a ground electrode 50' with a shielding device 200 connected to the ground electrode 50 ', which is designed in such a way that it forms a spark gap F1' to the center electrode 10 'and shields a radial flow v s from the spark gap F1'.
- the cylindrical shielding device 200 can expediently be screwed onto the ground electrode 50 '.
- Fig. 3 shows a schematic representation of a spark plug as a third embodiment of the present invention in cross section.
- the spark plug according to this third embodiment has a housing 60 ′′, an insulator base attached to the housing 60 ′′ 20 '', a center electrode through the insulator foot 20 '' 10 '', which protrudes from the insulator tip and a ground electrode attached to the housing 60 '' 50 ''.
- the ground electrode 50 '' is such axially reset relative to the center electrode 10 '' it forms a spark gap F1 ′′ to the center electrode 10 ′′, which is at least partially over the insulator foot 20 '' running.
- the ground electrode 50 ′′ and the insulator foot 20 ′′ are designed to be cylinder-symmetrical, so that an attacking radial flow v s can shift the spark gap F1 ′′ into the flow shadow side. In other words, the spark jumps in the lee.
- Fig. 4 shows a schematic representation of a spark plug as a fourth embodiment of the present invention in cross section.
- This fourth embodiment corresponds to the third Execution example, apart from the fact that the ground electrode 50 '' 'in their opposite the central electrode 10' '' Area one or more to the center electrode 10 '' ' pointing finger 70 '' '. In this example too it is possible that the ground electrode 50 '' 'in axial Has slits running in the direction.
- FIG. 5 shows a schematic illustration of a spark plug as a fifth embodiment of the present invention in cross section.
- the spark plug according to this fifth embodiment has a housing 60 "", one attached to the housing 60 '' '' Insulator foot 20 '' '', one led through the insulator foot 20 '' '' Center electrode 10 '' '' and one on the housing 60 '' '' attached ground electrode 50 '' ''.
- the ground electrode 50 '' '' is axially opposite the center electrode 10 '' '' forward and the isolator foot is opposite the center electrode 10 '' '' axially advanced.
- a spark gap F1 '''' can be formed to the center electrode 10 '''', which at least partially runs over an inner surface of the advanced insulator foot 20 ''''.
- the ground electrode 50 '''' and the insulator base 20 '''' are designed to be cylinder-symmetrical, so that an attacking radial flow v s is shielded from the spark gap F1 ''''.
- the shape of the shielding device can match the respective Flow conditions in the combustion chamber can be adjusted.
Landscapes
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Abstract
Es wird eine Zündkerze vorgeschlagen mit einem Gehäuse (60, 60'); einem am Gehäuse (60, 60') angebrachten Isolatorfuß (20, 20'); einer durch den Isolatorfuß (20, 20') geführten Mittelelektrode (10, 10'), welche an der Isolatorfußspitze übersteht; einer am Gehäuse (60, 60') angebrachten Masseelektrode (50, 50'); und einer mit der Masselektrode (50, 50') verbundenen Abschirmeinrichtung (100, 200), welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funkenstrecke (F1, F1') zur Mittelelektrode (10, 10') bildet und eine axiale und/oder radiale Strömung von der Funkenstrecke (F1, F1') abschirmt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem
Gehäuse; einem am Gehäuse angebrachten Isolatorfuß; einer
durch den Isolatorfuß geführten Mittelelektrode, welche an
der Isolatorfußspitze übersteht; und einer am Gehäuse angebrachten
Masseelektrode.
Obwohl auf beliebige Zündkerzen anwendbar, werden die vorliegende
Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik
in bezug auf eine an Bord eines Kraftfahrzeuges befindliche
Zündkerze für dessen OTTO-Motor erläutert.
Allgemein ist es erforderlich, das im Brennraum eines jeweiligen
Zylinders des OTTO-Motors befindliche Luft-/
Kraftstoffgemisch mit der betreffenden Zündkerze bei jedem
Verbrennungstakt sicher zu zünden, um Zündaussetzer zu vermeiden,
welche sich beispielsweise schädlich auf den Katalysator
auswirken können.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik
besteht allgemein darin, daß eine sichere Flammkernbildung
bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten und Gemischinhomogenitäten
bei üblichen Zündkerzen und insbesondere bei bestimmten
Brennraumen (d.h. beispielsweise auf Zündkerze gerichtetes
Einspritzventil) nicht mehr gewährleistbar ist.
Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Brennraum wird der
Funke einer üblichen Zündkerze während seiner Brenndauer
weit aus dem Elektrodenbereich ausgelenkt, da die Gasbewegung
das elektrische Plasma, das aus ionisierten Gasteilchen
besteht, mitnimmt. Bei einer radialen, d.h. senkrecht
zur Achse der Zündkerze und senkrecht zu derer Elektrode
gerichteten Stömungsgeschwindigkeit von 5m/s ist der Funke
nach 1 ms um ca. 5 mm ausgelenkt.
Bei noch höheren Strömungsgeschwindigkeiten von z.B. 30 m/s
reißt der Funke ab, nachdem er einige Millimeter ausgelenkt
ist und zündet neu zwischen den Elektroden. Dieser Vorgang
kann sich mehrfach wiederholen. Die Energie im Plasma ist
dann auf ein derart großes Gasvolumen verteilt, daß dieses
nicht mehr heiß genug sein kann, um zu entflammen.
Die Entflammungsfähigkeit eines Funkens ist optimal, wenn
die Strömungsgeschwindigkeit im Elektrodenbereich zwischen
1 und 5 m/s beträgt, so daß der Funke nicht abreißt und die
Energie des Plasmas ein möglichst großes Volumen entflammen
kann.
Es ist also wünschenswert, Kerzengeometrien zu schaffen,
die den Bereich des elektrischen Zündfunkens vor zu hoher
Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemischs schützen.
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. 6 bzw. 9 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen
den Vorteil auf, daß eine sichere Entflammung
durch optimale Flammkernbildung bei Motorkonzepten mit hohen
Strömungsgeschwindiglkeiten im Brennraum möglich ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht
darin, daß Abschirmmaßnahmen gegen zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten
im Brennraum vorgenommen werden. Damit
bleibt der Funke im Bereich moderater Strömung und kann somit
optimal entflammen, da seine Energiedichte nicht zu gering
wird.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen der jeweiligen Zündkerze mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 bzw. 9.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Zündkerze
einen Massebügel als Masseelektrode auf, in den die Abschirmeinrichtung
integriert ist. Somit muß bei konventionellen
Konzepten lediglich der Massebügel modifiziert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die
Abschirmeinrichtung eine Becherform auf, wobei in dem Becherinneren
ein Finger als Masseelektrodenspitze vorgesehen
ist. Damit kann insbesondere eine axiale Strömung abgeschirmt
werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Abschirmeinrichtung
auf die Masseelektrode aufschraubbar.
Dies ermöglicht das Anpassen der Zündkerze an die jeweiligen
Brennraumverhältnisse bzw. den jeweiligen Motortyp.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Abschirmeinrichtung
zylindrisch zur Abschirmung einer radialen
Strömung ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Masseelektrode
derart axial gegenüber der Mittelelektrode zurückgesetzt,
daß sie eine Funkenstrecke zur Mittelelektrode
bildet, die zumindest teilweise über den Isolatorfuß ragt.
Dabei sind die Masseelektrode und der Isolatorfuß zweckmäßigerweise
zylindersymmetrisch gestaltet, so daß eine angreifende
radiale Strömung die Funkenstrecke in die Strömungsschattenseite
verlagern kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die
Masseelektrode in axialer Richtung verlaufende Schlitze
auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die
Masseelektrode in ihrem gegenüber der Mittelelektrode liegenden
Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode hin
gerichtete Finger auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Masseelektrode
axial gegenüber der Mittelelektrode vorgezogen
und ist der Isolatorfuß gegenüber der Mittelelektrode axial
vorgezogen. Dabei ist eine Funkenstrecke zur Mittelelektrode
bildbar, die zumindest teilweise über eine Innenfläche
des vorgezogenen Isolatorfußes läuft. Die Masseelektrode
und der Isolatorfuß sind zylindersymmetrisch gestaltet, so
daß eine angreifende radiale Strömung vor der Funkenstrecke
abgeschirmt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Zündkerze als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer Zündkerze als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Zündkerze als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer Zündkerze als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; und
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung einer Zündkerze als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
In den Figuren sind nur die für die vorliegende Erfindung
wesentlichen Teile der ausführungsformgemäßen Zündkerzen
dargestellt, wohingegen die übrigen Teil aus Gründen der
Anschaulichkeit weggelassen wurden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze
als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt.
Die Zündkerze gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel hat
ein Gehäuse 60, einen am Gehäuse 60 angebrachten Isolatorfuß
20 sowie eine durch den Isolatorfuß 20 geführte Mittelelektrode
10, welche an der Isolatorfußspitze übersteht.
Am Gehäuse 60 vorgesehen ist eine Masseelektrode 50 mit einer
mit der Masselektrode 50 verbundenen Abschirmeinrichtung
100, welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funkenstrecke
F1 zur Mittelelektrode 10 bildet und eine axiale
Strömung vp von der Funkenstrecke Fl abschirmt.
Die Zündkerze hat einen umfunktionierten Massebügel als
Masseelektrode, in den die Abschirmeinrichtung 100 integriert
ist wobei die Abschirmeinrichtung 100 eine Becherform
aufweist und wobei in dem Becherinneren ein Finger 120
als Masseelektrodenspitze vorgesehen ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze
als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt.
Die Zündkerze gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel hat
ebenfalls ein Gehäuse 60', einen am Gehäuse 60' angebrachten
Isolatorfuß 20' sowie eine durch den Isolatorfuß 20'
geführte Mittelelektrode 10', welche an der Isolatorfußspitze
übersteht.
Am Gehäuse 60' vorgesehen ist eine Masseelektrode 50' mit
einer mit der Masselektrode 50' verbundenen Abschirmeinrichtung
200, welche derart gestaltet ist, daß sie eine
Funkenstrecke F1' zur Mittelelektrode 10' bildet und eine
radiale Strömung vs von der Funkenstrecke F1' abschirmt.
Zweckmäßigerweise ist die zylindrische Abschirmeinrichtung
200 auf die Masseelektrode 50' aufschraubbar.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze
als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt.
Die Zündkerze gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel hat
ein Gehäuse 60'', einen am Gehäuse 60'' angebrachten Isolatorfuß
20'', eine durch den Isolatorfuß 20'' geführte Mittelelektrode
10'', welche an der Isolatorfußspitze übersteht
sowie eine am Gehäuse 60'' angebrachten Masseelektrode
50''.
Bei diesem Beispiel ist keine zusätzliche Abschirmeinrichtung
vorgesehen, sondern ist die Masseelektrode 50'' derart
axial gegenüber der Mittelelektrode 10'' zurückgesetzt, daß
sie eine Funkenstrecke F1'' zur Mittelelektrode 10'' bildet,
die zumindest teilweise über den Isolatorfuß 20''
läuft.
Dabei sind Masseelektrode 50'' und der Isolatorfuß 20'' zylindersymmetrisch
gestaltet, so daß eine angreifende radiale
Strömung vs die Funkenstrecke F1'' in die Strömungsschattenseite
verlagern kann. Mit anderen Worten springt
der Funke im Lee.
Zusätzlich ist es bei diesem Beispiel möglich, daß die Masseelektrode
50'' in axialer Richtung verlaufende Schlitze
aufweist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze
als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt.
Dieses vierte Ausführungsbeispiel entspricht dem dritten
Ausführungsbeipiel, abgesehen davon, daß die Masseelektrode
50''' in ihrem gegenüber der Mittelelektrode 10''' liegenden
Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode 10'''
hin gerichtete Finger 70''' aufweist. Auch bei diesem Beispiel
ist möglich, daß die Masseelektrode 50''' in axialer
Richtung verlaufende Schlitze aufweist.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze
als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt.
Die Zündkerze gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel hat
ein Gehäuse 60"", einen am Gehäuse 60'''' angebrachten
Isolatorfuß 20'''', eine durch den Isolatorfuß 20'''' geführte
Mittelelektrode 10'''' sowie eine am Gehäuse 60''''
angebrachte Masseelektrode 50''''.
Die Masseelektrode 50'''' ist axial gegenüber der Mittelelektrode
10'''' vorgezogen, und der Isolatorfuß ist gegenüber
der Mittelelektrode 10'''' axial vorgezogen.
Eine Funkenstrecke F1'''' ist zur Mittelelektrode 10''''
bildbar, die zumindest teilweise über eine Innenfläche des
vorgezogenen Isolatorfußes 20'''' läuft. Die Masseelektrode
50'''' und der Isolatorfuß 20'''' sind zylindersymmetrisch
gestaltet sind, so daß eine angreifende radiale Strömung vs
vor der Funkenstrecke F1'''' abgeschirmt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter
Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf
nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere kann die Form der Abschirmeinrichtung den jeweiligen
Strömungsverhältnissen im Brennraum angepaßt werden.
Claims (9)
- Zündkerze mit:einem Gehäuse (60, 60');einem am Gehäuse (60, 60') angebrachten Isolatorfuß (20, 20');einer durch den Isolatorfuß (20, 20') geführten Mittelelektrode (10, 10'), welche an der Isolatorfußspitze übersteht;einer am Gehäuse (60, 60') vorgesehenen Masseelektrode (50, 50'); undeiner mit der Masselektrode (50, 50') verbundenen Abschirmeinrichtung (100, 200), welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funkenstrecke (F1, F1') zur Mittelelektrode (10, 10') bildet und eine axiale und/oder radiale Strömung (vs, vp) von der Funkenstrecke (F1, F1') abschirmt.
- Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze einen Massebügel als Masseelektrode (50, 50') aufweist, in den die Abschirmeinrichtung (100) integriert ist.
- Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (100) eine Becherform aufweist, wobei in dem Becherinneren ein Finger (120) als Masseelektrodenspitze vorgesehen ist.
- Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (100, 200) auf die Masseelektrode (50, 50') aufschraubbar ist.
- Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (200) zylindrisch zur Abschirmung einer radialen Strömung ausgebildet ist.
- Zündkerze mit:einem Gehäuse (60'', 60''');einem am Gehäuse (60'', 60''') angebrachten Isolatorfuß (20'', 20''');einer durch den Isolatorfuß (20'', 20''') geführten Mittelelektrode (10'', 10'''), welche an der Isolatorfußspitze übersteht;einer am Gehäuse (60'', 60''') angebrachten Masseelektrode (50'', 50"');wobeidie Masseelektrode (50'', 50''') derart axial gegenüber der Mittelelektrode (10'', 10''') zurückgesetzt ist, daß sie eine Funkenstrecke (F1'', F1''') zur Mittelelektrode (10'', 10''') bildet, die zumindest teilweise über den Isolatorfuß (20'', 20''') läuft; unddie Masseelektrode (50'', 50''') und der Isolatorfuß (20'', 20''') zylindersymmetrisch gestaltet sind, so daß eine angreifende radiale Strömung die Funkenstrecke (F1'', F1''') in die Strömungsschattenseite verlagern kann.
- Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (50'', 50''') in axialer Richtung verlaufende Schlitze aufweist.
- Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (50''') in ihrem gegenüber der Mittelelektrode (10''') liegenden Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode (10''') hin gerichtete Finger (70''') aufweist.
- Zündkerze mit:einem Gehäuse (60'''');einem am Gehäuse (60'''') angebrachten Isolatorfuß (20"" );einer durch den Isolatorfuß (20'''') geführten Mittelelektrode (10"");einer am Gehäuse (60'''') angebrachten Masseelektrode (50"") ;wobeidie Masseelektrode (50"") axial gegenüber der Mittelelektrode (10'''') vorgezogen ist;der Isolatorfuß gegenüber der Mittelelektrode (10'''') axial vorgezogen ist;eine Funkenstrecke (F1'''') zur Mittelelektrode (10"") bildbar ist, die zumindest teilweise über eine Innenfläche des vorgezogenen Isolatorfußes (20'''') läuft; unddie Masseelektrode (50'''') und der Isolatorfuß (20'''') zylindersymmetrisch gestaltet sind, so daß eine angreifende radiale Strömung vor der Funkenstrecke (F1'''') abgeschirmt ist.
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