Abreisszündkerze für Verbrennungskraftmaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abreisszündkerze für Verbrennungskraftmaschinen, bei welcher die Erzeugung eines Zünd-Lichtbogens durch Trennung zweier Elektroden erfolgt, von denen die eine ortsfest und die andere unter dem Einfluss der Kraft eines Elektromagneten, entgegen der Kraft einer Feder, um eine zur Kerzenachse parallele Achse drehbar angeordnet ist, und die beiden Elektroden sowie der Elektromagnet in einem Niederspannungsstromkreis in Reihe geschaltet sind.
Die Luftverschmutzung durch die Auspuffgase der Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen hat heute einen Grad erreicht, der insbesondere in Grossstädten das tolerierbare Mass bei weitem übersteigt. Da das Gift in den Abgasen, insbesondere das Kohlenstoffmonoxyd, vor allem auf die mangelhafte Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches zurückzuführen ist, wurde schon vorgeschlagen, mittels eines Nachbrenners eine Abgasentgiftung herbeizuführen. Der Nachbrenner vemochte sich aber bis heute nicht durchzusetzen, da er einen beträchtlichen Leistungsverlust nach sich zieht und ausserdem wesentliche zusätzliche Kosten verursacht.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur besseren Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches eine Zündkerze mit einem intensiveren und länger dauernden Lichtbogen erforderlich ist und dass sich hierzu eine mit Niederspannung arbeitende Abreisszündkerze, bei der durch Trennung der Elektroden ein Lichtbogen erzeugt wird, viel besser eignet als die heute übliche Kerze mit Luftspalt, bei der mit einer sehr hohen Spannung zwischen zwei festen Elektroden ein Zündfunke erzeugt wird.
Die Konstruktion einer mit ausgesprochener Niederspannung, d. h. maximal 50 Volt, arbeitenden Abreisszündkerze wurde bisher zwar theoretisch geplant, stiess aber in der praktischen Durchführung immer wieder auf unüberwindliche Schwierigkeiten. So wurde z. B. eine Abreisszündkerze vorgeschlagen, bei welcher zur Erzeugung eines Zünd Lichtbogens eine bewegliche Elektrode durch elektromagnetische Kraft, entgegen einer Federkraft von einer festen Elektrode in Richtung der Kerzenachse wegbewegt bzw. getrennt wird. Der die bewegliche Elektrode betätigende Elektromagnet sowie die beiden Elektroden sind dabei in Reihe in einem Niederspannungsstromkreis geschaltet. Beim Trennen der sich in der Ausgangslage berührenden Elektroden wird der Stromkreis unterbrochen, so dass durch die Wechselwirkung zwischen Magnet- und Federkraft eine oszillierende Elektrodenbewegung entsteht.
Der wesentlichste Nachteil dieser Abreisszündkerze besteht darin, dass die an einem Anker befestigte, bewegliche Elektrode, die dem relativ hohen Zylinderdruck im Verbrennungsraum ausgesetzt ist in Richtung der Kerzenachse hin und her bewegt wird. Die bewegliche Elektrode muss daher gegen den ständig stark wechselnden Brennraumdruck bewegt werden, wobei die Frequenz der Bewegungsänderung hohe Anforderungen an die beteiligten Antriebs- und Rückstellorgane stellt. Die Feder muss sehr stark bemessen werden, was andererseits zur Trennung der Elektroden eine grosse magnetische Kraft erfordert. Da jedoch die im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehende elektrische Energie bekanntlich relativ klein ist, entstehen praktisch unüberwindbare Schwierigkeiten.
Auch wurden bei allen derartigen Abreisszündkerzen massive Stabelektroden vorgesehen, welche kleine Abbrandflächen aufweisen und daher schon nach einem geringen Abbrand betriebsunfähig sind.
Bei einer anderen bekannten Abreisszündkerze wurden diese Nachteile teilweise dadurch vermieden, dass die bewegliche Elektrode nicht mehr in Richtung der Kerzenachse, sondern durch Drehung um eine zur Kerzenachse parallele Achse von der festen Elektrode abgehoben wird. Dabei gelangt ein Klappankermagnet zur Anwendung, dessen Ankerbewegung über zwei zusammenarbeitende Reibarme auf die bewegliche Elektrode übertragen wird. Der Klappankermag.
net erzeugt nun aber Geräusche und erfordert Massnahmen zur Vermeidung des Klebens. Die Bewegungsumwandlung über die Reibarme bewirkt eine grössere Systemträgheit, eine vermehrte Störanfälligkeit und verkürzte Lebensdauer infolge Abnutzung der Reibstellen, benötigt kostbaren Platz und stellt einen relativ grossen Aufwand dar. Ferner ist bei dieser Kerze der zur Verfügung stehende Raum sehr schlecht ausgenutzt, da der Klappankermagnet und die bewegliche Elektrode nebeneinander angeordnet sind. Der Ankerweg ist durch einen Anschlag begrenzt. Eine automatische Nachstellung der Elektroden bei Abbrand derselben ist daher nicht möglich. Die Sromübertragung zwischen beweg- licher Elektrode und Gehäuse erfolgt in der Führung des Elektrodenschaftes.
Da dort ein bestimmtes Spiel vorhanden ist, entstehen in dieser Führung Lichtbogen, Kontaktabbrand und unter Umständen ein Festsitzen des Schaftes. Ferner sind im Gehäuseboden Entlüftungslöcher vergesehen. Die Kerze wird daher dauernd von den heissen Gasen durch- strömt, was zu einer übermässigen Erwärmung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur besseren Verbrennung des Luft-Gasgemisches in Verbrennungskraftmaschinen und Reduzierung des Giftgehaltes der Abgase insbesondere des Kohlenstoffmonoxydgehaltes eine Lichtbogen erzeugende Niederspannungs-Abreisszündkerze zu schaffen, die unter Vermeidung eines Klappankermagnetes und einer Bewegungsumwandlung grosse Lebensdauer, kleine Störanfälligkeit, gute Kraft- und Wärmeverhältnisse sowie eine einwandfreie Stromübertragung aufweist und die automatische Nachstellung bei Abbrand der Elektroden gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein im Magnetfeld zwischen zwei gegenpoligen Polschuhen des Elektromagneten angeordneter Drehanker am oberen Ende eines am unteren Ende die drehbare Elektrode tragenden Elektrodenschaftes befestigt ist.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, welches im folgenden näher beschrieben wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer teilweise aufgeschnittenen Abreisszündkerze,
Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine stark schematisierte Darstellung der Abreisszündkerze zwecks Veranschaulichung des Stromverlaufes, und
Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 1
Die in Fig. 1 dargestellte Abreisszündkerze weist in ihrem oberen Teil ein vollständig geschlossenes Magnetgehäuse 1 auf, das aus einer zylindrischen Hülse 2, einer oberen Stirnwand 2.1 und einer unteren Stirnwand 2.2 besteht.
Die obere Stirnwand 2.1 besitzt eine Öffnung zur Aufnahme einer Isolierplatte 3 und eines die Isolierplatte durchdringenden Anschlussstiftes 4.
Im Magnetgehäuse 1 ist ein Elektromagnet 5 untergebracht, der einen Magnetkern 5.1 mit Polschuhen 5.11 aufweist Eine auf den Magnetkern 5.1 aufgebrachte Spulenwicklung 6 steht mit dem an einer nicht dargestellten Niederspannungsstromquelle anschliessbaren Anschlussstift 4 über einen Leiter 6.1 in leitender Verbindung. Das zweite Ende 6.2 der Wicklung 6 ist mit dem Magnetkern 5.1 bzw.
Polschuh 5.11 verbunden, welcher seinerseits mit der Innenwand der ebenfalls metallischen, elektrisch leitenden Hülse 2 in elektrisch leitender Berührung steht.
Einer der beiden Polschuhe 5.11 bildet einen Nordpol N und der andere einen Südpol S des Elektromagneten 5 (Fig.
3). Gegenüber diesen Polen N und S ist ein stabförmiger Drehanker 7 berührungslos angeordnet. Dieser Anker 7 ist über einen drehbar gelagerten Elektrodenschaft 8 starr mit einer beweglichen Elektrode 9 verbunden, deren Funktion und Form noch beschrieben wird. Magnetkern 5.1, Polschuhe 5.11 und Anker 7 bestehen aus einem elektrisch leitenden, jedoch nicht dauermagnetisierbaren Material.
Der stabförmige Anker 7, dessen konstruktiver Aufbau insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt eine quer zu seiner Längsachse verlaufende Zentralbohrung 10, in welcher das obere Ende des Elektrodenschaftes 8 drehstarr verankert ist. Eine von der einen Stirnseite des Ankers 7 in dessen Längsrichtung sich erstreckende, mit Gewinde versehene Durchgangsbohrung 11 mündet in die Zentralbohrung 10.
Durch einen in diese Durchgangsbohrung 11 einschraubbaren Gewindestift 12 lässt sich der Anker 7 beispielsweise auf dem Elektrodenschaft starr und doch leicht lösbar befestigen, so dass eine beliebige Winkelverstellung des Ankers 7 zur Elektrode 9 leicht möglich ist.
In die untere Stirnwand 2.2 des Magnetgehäuses 1 ragt von unten ein Elektrodenschaft-Führungskörper 13, der sich aus zwei kreiszylindrischen Abschnitten zusammensetzt. Dieser Führungskörper ist mittels einer Klemmschraube 14 fest in der unteren Stirnwand 2.2 verankert und besitzt in seinem obersten Teil eine kleine Sacklochbohrung 13.1, in welche das eine Ende 15.1 einer Schraubenfeder 15 hineinragt. Das andere Ende 15.2 der Schraubenfeder ist im Anker 7 in einer Sacklochbohrung 20 mittels einer Klemmschraube 22 befestigt, so dass der Anker 7 in bezug auf den Führungskörper 13 elastisch gerichtet ist. Die Feder 15 trachtet somit ständig danach, den Anker 7 und mit diesem die bewegliche Elektrode 9 in eine Ruhelage zu drücken, welche durch den Anschlag der Elektrode 9 gegen eine feste Gegenelektrode bestimmt ist.
Der untere Abschnitt des Elektrodenschaft-Führungskörpers 13 ist von einem metallischen und elektrisch leitenden Kerzengehäuse 17 umgeben, gegen welches er jedoch mittels einer Isolierhülse 18 elektrisch isoliert ist. Das Kerzengehäuse 17 weist einen oberen, praktisch kreiszylindrischen, mit einem Sechskant 17.11 versehenen Abschnitt 17.1 auf, an welchen sich ein unterer, zum Befestigen der Kerze im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine dienender Gewindeteil 17.2 anschliesst. Der unterste, der Elektrode 9 benachbarte Abschnitt des Kerzengehäuses 17 dient als Gegenelektrode 16; seine Form ist aus Fig. 1 im Zusammenhang mit der Schnittdarstellung nach Fig. 4 ersichtlich.
Sowohl die Elektrode 9 als auch die Gegenelektrode 16 sind demnach im wesentlichen als Abschnitte eines Hohlzylinders ausgebildet, wobei die Elektrode 9 mit dem zugehörigen Elektrodenschaft 8 über einen Steg 9.1 verbunden ist.
Unter dem Einfluss der im Führungskörper 13 verankerten Feder 15 wird die bewegliche Elektrode 9 bei Nichterregung der Spule 6 gegen die Gegenelektrode 16 gedrückt, wobei sich die beiden Elektroden an der Stelle 19 berühren.
Der untere, dem Elektrodenpaar benachbarte Teil des Schaftes 8 ist in Anbetracht der auf ihn einwirkenden hohen Temperaturen mit einer wärmeisolierenden Hülse 20 umgeben, welche beispielsweise aus einem an sich bekannten Spezialporzellan gefertigt sein kann. Für die Elektroden wird vorzugsweise ein elektrisch leitendes Material mit einem Schmelzpunkt von mindestens 2800 "C gewählt. Eine Molybdänlegierung lässt sich hierzu mit Vorteil verwenden. Die Abmessungen der beiden Elektroden 16 und 9 werden so aufeinander abgestimmt, dass der Umfang der beweglichen Elektrode 9 einen Winkelbogen von ca. 40 bis 50 , derjenige der Gegenelektrode 16 einen Winkelbogen zwischen 50 und 220O überdeckt.
Die beschriebene Abreisszündkerze arbeitet folgendermassen: Beim Anlegen einer Zündspannung an den Anschlussstift 4 wird die Magnetspule 6 erregt, so dass im Bereich des Ankers 7 ein Magnetfeld aufgebaut wird. Im Zeitpunkt der Erregung der Magnetspule 6 wird der Anker 7 durch das Magnetfeld gerichtet, wobei sich die mit ihm gekuppelte Elektrode 9 von der Gegenelektrode 16 trennt und um den mit a bezeichneten Winkel dreht. Hierbei entsteht ein kräftiger Lichtbogen bzw. Abreissfunke, welcher als Zündfunke verwendbar ist. Sobald der Lichtbogen erlöscht, wird die Magnetspule 6 stromlos. Nach dem Zusammenbruch des Magnetfeldes wird der Anker 7 mit der Elektrode 9 durch die Rückstellkraft der Feder 15 wieder in die Ausgangslage gemäss Fig. 3 und 4 zurückgeschwenkt und der beschriebene Zündzyklus wiederholt sich.
Während der Einschaltdauer der Kerze bzw. während einer Zündperiode ent stehen somit eine Vielzahl von Zündfunken, deren Frequenz und Intensität durch geeignete Wahl der Spannung, der Spulenwicklungszahl und der Stärke der Rückstellfeder nach Belieben bestimmbar sind.
Der Stromverlauf ergibt sich am klarsten aus Fig. 3.
Wird die positive Klemme der Zündstromquelle an den Anschlussstift 4, die negative Klemme an die mit dem Zündkerzengehäuse 17 in leitender Verbindung stehende Masse angeschlossen, so gelangt der Strom über die Spule 6, den Magnetkern 5.1 bzw. dessen Polschuhe 5.11, die Hülse 2, die untere Stirnwand 2.2, den Führungskörper 13, die Feder 15, den Anker 7 und den Schaft 8 zur Elektrode 9. Die der beweglichen Elektrode 9 gegenüberstehende Gegenelektrode 16 ist dabei an die Masse angeschlossen und somit mit der negativen Zündstromquelle verbunden.
Die untere, aus dem Kerzengehäuse 17, den Elektroden 9 und 16, dem Elektrodenschaft 8 und dem Führungskörper 13 bestehende Kerzenhälfte lässt sich von der oberen, aus dem Magnetgehäuse 1, dem Elektromagneten 5 und dem Drehanker 7 bestehenden Kerzenhälfte mit wenigen Handgriffen lösen, so dass ein kostensparender Austausch abgenützter Teile möglich ist. Die Verwendung eines Klappankermagnetes und die damit verbundene Bewegungsumwandlung ist bei dieser Kerze vermieden. Die gewählte Anordnung der Achse des Elektrodenschaftes 8 auf der mit 21 bezeichneten Kerzenachse ermöglicht eine optimale Ausnutzung des im Magnetgehäuse 1 vorhandenen Platzes zur Auslegung des Elektromagneten 5 bzw. der Spule 6. Die Anwendung eines berührungslos mit den Polen N, S des Elektromagneten 5 zusammenarbeitenden Drehankers 7 reduziert den Verschleiss und die Störanfälligkeit der Kerze auf ein Minimum.
Durch die gewählte Stromführung über die Schraubenfeder 15 wird ein Kontaktabbrand und Festsitzen des Elektrodenschaftes 13 vermieden.
Da der Lichtbogen bzw. Zündfunke auf den einander zugewandten Oberflächen der beiden Elektroden erfahrungsgemäss wandert, ergibt sich ein relativ geringfügiger Abbrand, dem durch Verdrehen des Ankers in bezug auf den Trägerschaft 8 Rechnung getragen werden kann. Hierzu dient, wie bereits erwähnt wurde, die Klemmschraube 12.
Diese Zündkerze weist keine in Richtung der Kerzenachse hin- und herbewegte Teile auf. Wie Versuche gezeigt haben, lässt sich die vorgeschlagene Anordnung mit durch- aus tragbarem Kostenaufwandrealisieren. Die bei den heute üblichen Zündkerzen notwendige Hochspannung wird vermieden, so dass nicht nur die ganze Hochspannungsisolierung der stromführenden Teile, sondern auch die Zündspule und der Kondensator entfallen.
Ausserdem verliert für die beschriebene Zündvorrich-.
tung der bisher so entscheidende Begriff des Wärmewertes seine Bedeutung: Der Wärmewert einer Zündkerze ist bekanntlich ein Zeitmass, welches angibt, nach welcher Zeit eine Zündvorrichtung in einem Prüfmotor unter festgelegten Betriebsbedingungen Glühzündungen verursacht; er kennzeichnet demnach den Widerstand gegen Überhitzung. Die Elektrode der vorstehend beschriebenen Zündvorrichtung tritt im Betrieb immer wieder mit der benachbarten massiven Gegenelektrode in Berührung, an welche sie überflüssige Wärme abgeben kann.
Durch geeignete Wahl der Betriebsspannung, der Spulenwicklungszahl und der Stärke der Rückstellfeder 15 lässt sich die Intensität und Zündfrequenz des Lichtbogens derart einstellen, dass eine praktisch vollständige Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches und damit eine Entgiftung der Abgase sowie eine beträchtliche Brennstoffersparnis erzielt wird.
Wie sich aus den erwähnten Merkmalen ohne weiteres ableiten lässt, ist die neue Abreisszündkerze robust und wenig störanfällig und weist eine lange Lebensdauer auf. Sie lässt sich Dank der intensiven Wärmeabgabe des Lichtbogens zur Erleichterung des Kaltstartes und selbst als Starthilfe in Dieselmotoren verwenden. Feuchtigkeit und Frost können ihr einwandfreies Arbeiten nicht beeinträchtigen. Sie arbeitet sogar unter Wasser einwandfrei.
Es sind verschiedene Ausführungsvarianten möglich. So kann z. B. der Drehanker 7 ebenfalls berührungslos zwischen die beiden Pole N, S des Elektromagneten 5 verlegt werden.
Ferner könnte, bei entsprechender Ausführung des Füh- rungskörpers 13 die Feder 15 an der unteren Stirnwand 2.2 des Magnetgehäuses 1 befestigt sein.
Breakaway spark plug for internal combustion engines
The present invention relates to a tear-off spark plug for internal combustion engines, in which an ignition arc is generated by separating two electrodes, one of which is stationary and the other under the influence of the force of an electromagnet, counter to the force of a spring, around one parallel to the plug axis Axis is rotatably arranged, and the two electrodes and the electromagnet are connected in series in a low-voltage circuit.
The air pollution from the exhaust gases of the internal combustion engines of motor vehicles has now reached a level which, in particular in large cities, by far exceeds the tolerable level. Since the poison in the exhaust gases, in particular the carbon monoxide, is mainly due to the inadequate combustion of the air-fuel mixture, it has already been proposed to detoxify the exhaust gas by means of an afterburner. The afterburner has not been able to establish itself to this day because it entails a considerable loss of performance and also causes significant additional costs.
The invention is based on the idea that a spark plug with a more intensive and longer-lasting arc is required for better combustion of the air-fuel mixture and that a breakaway spark plug working with low voltage, in which an arc is generated by separating the electrodes, is much better suitable as the candle with air gap that is common today, in which an ignition spark is generated with a very high voltage between two fixed electrodes.
The construction of a markedly low voltage, i.e. H. maximum 50 volts, working tear-off spark plug was previously planned theoretically, but repeatedly encountered insurmountable difficulties in practical implementation. So was z. B. proposed a tear-off spark plug in which a movable electrode is moved away or separated by electromagnetic force against a spring force from a fixed electrode in the direction of the plug axis to generate an ignition arc. The electromagnet actuating the movable electrode and the two electrodes are connected in series in a low-voltage circuit. When the electrodes in contact in the initial position are separated, the circuit is interrupted, so that the interaction between magnetic and spring force results in an oscillating electrode movement.
The main disadvantage of this tear-off spark plug is that the movable electrode attached to an armature, which is exposed to the relatively high cylinder pressure in the combustion chamber, is moved back and forth in the direction of the plug axis. The movable electrode must therefore be moved against the constantly changing pressure in the combustion chamber, with the frequency of the change in movement placing high demands on the drive and return elements involved. The spring must be dimensioned very strong, which on the other hand requires a large magnetic force to separate the electrodes. However, since the electrical energy available in the motor vehicle is known to be relatively small, practically insurmountable difficulties arise.
In all such tear-off spark plugs, massive stick electrodes were also provided, which have small burn-up areas and are therefore inoperable even after a slight burn-up.
In the case of another known tear-off spark plug, these disadvantages were partially avoided in that the movable electrode is no longer lifted from the fixed electrode in the direction of the plug axis, but rather by rotating about an axis parallel to the plug axis. A hinged armature magnet is used, the armature movement of which is transmitted to the movable electrode via two cooperating friction arms. The folding anchor mag.
However, net now generates noises and requires measures to avoid sticking. The conversion of movement via the friction arms causes greater system inertia, increased susceptibility to failure and shortened service life due to wear and tear of the friction points, requires valuable space and represents a relatively large effort. Furthermore, the space available with this candle is very poorly used because the hinged armature magnet and the movable electrode are arranged side by side. The anchor path is limited by a stop. Automatic readjustment of the electrodes when they are burned is therefore not possible. The current transmission between the movable electrode and the housing takes place in the guide of the electrode shaft.
Since there is a certain amount of play there, arcs, contact erosion and, under certain circumstances, sticking of the shaft occur in this guide. There are also ventilation holes in the bottom of the case. The hot gases therefore constantly flow through the candle, which leads to excessive heating.
The invention is based on the object of creating an arc-generating low-voltage breakaway spark plug for better combustion of the air-gas mixture in internal combustion engines and for reducing the poisonous content of the exhaust gases, in particular the carbon monoxide content, which, while avoiding a hinged armature magnet and a conversion of movement, has a long service life, low susceptibility to failure, good power - and heat conditions as well as a perfect current transmission and allows automatic readjustment when the electrodes are burned off.
This object is achieved according to the invention in that a rotating armature arranged in the magnetic field between two opposing pole pieces of the electromagnet is attached to the upper end of an electrode shaft carrying the rotatable electrode at the lower end.
The accompanying drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention, which is described in more detail below. Show it:
1 shows a schematic perspective illustration of a partially cut-away tear-off spark plug,
Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1,
3 shows a highly schematic representation of the tear-off spark plug for the purpose of illustrating the course of the current, and FIG
FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 1
The tear-off spark plug shown in FIG. 1 has in its upper part a completely closed magnet housing 1, which consists of a cylindrical sleeve 2, an upper end wall 2.1 and a lower end wall 2.2.
The upper end wall 2.1 has an opening for receiving an insulating plate 3 and a connecting pin 4 penetrating the insulating plate.
An electromagnet 5 is housed in the magnet housing 1 and has a magnet core 5.1 with pole pieces 5.11. A coil winding 6 attached to the magnet core 5.1 is in conductive connection with the pin 4, which can be connected to a low-voltage power source, not shown, via a conductor 6.1. The second end 6.2 of the winding 6 is connected to the magnetic core 5.1 or
Pole shoe 5.11 connected, which in turn is in electrically conductive contact with the inner wall of the likewise metallic, electrically conductive sleeve 2.
One of the two pole shoes 5.11 forms a north pole N and the other a south pole S of the electromagnet 5 (Fig.
3). A rod-shaped rotating armature 7 is arranged in a contactless manner opposite these poles N and S. This armature 7 is rigidly connected to a movable electrode 9 via a rotatably mounted electrode shaft 8, the function and shape of which will be described below. Magnetic core 5.1, pole shoes 5.11 and armature 7 consist of an electrically conductive, but not permanently magnetizable material.
The rod-shaped armature 7, the structural design of which can be seen in particular from FIG. 2, has a central bore 10 running transversely to its longitudinal axis, in which the upper end of the electrode shaft 8 is anchored in a torsionally rigid manner. A threaded through-bore 11 extending from one end face of the armature 7 in its longitudinal direction opens into the central bore 10.
By means of a threaded pin 12 that can be screwed into this through hole 11, the armature 7 can, for example, be rigidly and yet easily detachably attached to the electrode shaft, so that any angle adjustment of the armature 7 to the electrode 9 is easily possible.
In the lower end wall 2.2 of the magnet housing 1 protrudes from below an electrode shaft guide body 13, which is composed of two circular cylindrical sections. This guide body is firmly anchored in the lower end wall 2.2 by means of a clamping screw 14 and, in its uppermost part, has a small blind hole 13.1 into which one end 15.1 of a helical spring 15 protrudes. The other end 15.2 of the helical spring is fastened in the armature 7 in a blind hole 20 by means of a clamping screw 22, so that the armature 7 is directed elastically with respect to the guide body 13. The spring 15 thus constantly seeks to press the armature 7 and with it the movable electrode 9 into a rest position which is determined by the stop of the electrode 9 against a fixed counter-electrode.
The lower section of the electrode shaft guide body 13 is surrounded by a metallic and electrically conductive plug housing 17, from which it is, however, electrically insulated by means of an insulating sleeve 18. The plug housing 17 has an upper, practically circular-cylindrical section 17.1 provided with a hexagon 17.11, to which a lower threaded part 17.2, which is used to fasten the plug in the cylinder head of the internal combustion engine, adjoins. The lowermost section of the plug housing 17 adjacent to the electrode 9 serves as a counter electrode 16; its shape can be seen from FIG. 1 in connection with the sectional view according to FIG.
Both the electrode 9 and the counter-electrode 16 are accordingly designed essentially as sections of a hollow cylinder, the electrode 9 being connected to the associated electrode shaft 8 via a web 9.1.
Under the influence of the spring 15 anchored in the guide body 13, the movable electrode 9 is pressed against the counter electrode 16 when the coil 6 is not energized, the two electrodes touching each other at the point 19.
In view of the high temperatures acting on it, the lower part of the shaft 8 adjacent to the pair of electrodes is surrounded by a heat-insulating sleeve 20 which, for example, can be made of special porcelain known per se. An electrically conductive material with a melting point of at least 2800 ° C. is preferably selected for the electrodes. A molybdenum alloy can advantageously be used for this purpose. The dimensions of the two electrodes 16 and 9 are coordinated so that the circumference of the movable electrode 9 forms an angular arc from approx. 40 to 50, that of the counter electrode 16 covers an angular arc between 50 and 220 °.
The tear-off spark plug described works as follows: When an ignition voltage is applied to the connecting pin 4, the magnetic coil 6 is excited so that a magnetic field is built up in the area of the armature 7. At the time of excitation of the magnetic coil 6, the armature 7 is directed by the magnetic field, the electrode 9 coupled to it separating from the counter-electrode 16 and rotating through the angle designated by a. This creates a powerful arc or tear-off spark, which can be used as an ignition spark. As soon as the arc is extinguished, the magnetic coil 6 is de-energized. After the collapse of the magnetic field, the armature 7 with the electrode 9 is pivoted back into the starting position according to FIGS. 3 and 4 by the restoring force of the spring 15 and the ignition cycle described is repeated.
While the plug is switched on or during an ignition period, a large number of ignition sparks are generated, the frequency and intensity of which can be determined at will by a suitable choice of voltage, the number of coils and the strength of the return spring.
The course of the current can be seen most clearly from FIG. 3.
If the positive terminal of the ignition current source is connected to the pin 4, the negative terminal to the ground in conductive connection with the spark plug housing 17, the current passes through the coil 6, the magnet core 5.1 or its pole pieces 5.11, the sleeve 2, the lower end wall 2.2, the guide body 13, the spring 15, the armature 7 and the shaft 8 to the electrode 9. The counter electrode 16 opposite the movable electrode 9 is connected to the ground and thus connected to the negative ignition current source.
The lower candle half consisting of the candle housing 17, the electrodes 9 and 16, the electrode shaft 8 and the guide body 13 can be detached from the upper candle half consisting of the magnet housing 1, the electromagnet 5 and the rotating armature 7 in a few simple steps, so that a cost-saving exchange of worn parts is possible. The use of a hinged armature magnet and the associated conversion of motion is avoided with this candle. The chosen arrangement of the axis of the electrode shaft 8 on the candle axis labeled 21 enables optimal use of the space available in the magnet housing 1 for the design of the electromagnet 5 or the coil 6. The use of a rotating armature that works without contact with the poles N, S of the electromagnet 5 7 reduces the wear and tear and susceptibility of the candle to a minimum.
The selected current conduction via the helical spring 15 avoids contact erosion and sticking of the electrode shaft 13.
Since experience shows that the arc or ignition spark migrates on the mutually facing surfaces of the two electrodes, there is a relatively slight burn-off which can be taken into account by rotating the armature with respect to the support shaft 8. As already mentioned, the clamping screw 12 is used for this purpose.
This spark plug has no parts that move back and forth in the direction of the plug axis. As tests have shown, the proposed arrangement can be implemented with affordable costs. The high voltage required with today's spark plugs is avoided, so that not only the entire high voltage insulation of the current-carrying parts, but also the ignition coil and the capacitor are omitted.
It also loses for the ignition device described.
The heat value of a spark plug is known to be a measure of time, which indicates the time after which an ignition device in a test engine causes glow ignitions under specified operating conditions; it therefore characterizes the resistance to overheating. During operation, the electrode of the ignition device described above repeatedly comes into contact with the adjacent solid counter-electrode to which it can give off superfluous heat.
By suitable selection of the operating voltage, the number of coils and the strength of the return spring 15, the intensity and ignition frequency of the arc can be set in such a way that practically complete combustion of the air-fuel mixture and thus detoxification of the exhaust gases and considerable fuel savings are achieved.
As can be easily deduced from the features mentioned, the new tear-off spark plug is robust and less prone to failure and has a long service life. Thanks to the intense heat dissipation of the arc, it can be used to facilitate cold starts and even as a starting aid in diesel engines. Moisture and frost cannot impair your proper functioning. It even works perfectly underwater.
Different versions are possible. So z. B. the rotating armature 7 can also be moved without contact between the two poles N, S of the electromagnet 5.
Furthermore, with a corresponding design of the guide body 13, the spring 15 could be attached to the lower end wall 2.2 of the magnet housing 1.