DE19704524C2 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraft­ maschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Zündkerze ist aus der DE 195 03 223 A1 be­ kannt.

Aus der FR 1 456 736 ist es weiterhin bekannt, bei einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine die Unterkante der Masse­ elektrode in einer Ebene mit der Stirnfläche der Isolatorfuß­ spitze anzuordnen, allerdings derart, daß nur ein reiner Gleit­ funkenweg gebildet wird. Hierzu ist gemäß FR 1 456 736 die Un­ terfläche der Masseelektrode in einem direkten Kontakt mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze angeordnet.

Aus der EP 0 470 688 B1 ist es bekannt, bei einer derarti­ gen Zündkerze die Elektroden so auszubilden, daß sich zwei Fun­ kenlaufwege nämlich ein Luftfunkenlaufweg und ein paralleler Gleitfunkenlaufweg ergeben. Der eine Funkenlaufweg besteht zwi­ schen der Mittelelektrode und den Masseelektroden als reiner Luftfunkenlaufweg und der andere Funkenlaufweg wird durch eine gezielte geometrische Abstimmung der Masseelektroden zur Isola­ torfußspitze gebildet derart, daß sich der Funke über die Kera­ mik des Isolatorfußes als Gleitfunke und anschließend als Luft­ funke zur Unterkante der Masseelektroden ausbildet.

Ein Zündkerze, dei der verschiedene Funkenlaufwege vorgese­ hen sind, ist weiterhin aus der DE-OS 21 06 893 bekannt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht dem­ gegenüber darin, die Zündkerze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine hohe Laufzeit ohne Schädigung der Isolatorkeramik z. B. durch das sogenannte Funkensägen, hat.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Besonders bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einer Teilschnittansicht die Elektrodenanordnung bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze,

Fig. 3 eine axiale Teilschnittansicht des Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit den Elektrodenabstän­ den und

Fig. 4 in einer Schnittansicht die Anordnung einer Masse­ elektrode gegenüber der Isolatorfußspitze bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in vergrößertem Maßstab.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Zündkerze umfaßt einen Zündkerzenkörper 1 aus einem elektrisch leitenden Material, einen elektrischen Isolator 2 aus einem keramischen Material, der zentrisch im Zündkerzenkörper 1 angeordnet ist, eine Mittelelektrode 3, die in einer Isolator­ bohrung im Isolator 2 angeordnet ist und von der Isolatorfuß­ spitze vorsteht, und seitlich zur Mittelelektrode 3 angestellte Masseelektroden 4, 5, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper 1 verbunden sind.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Masseelektroden 4, 5 paarweise einander diametral gegenüber stehend angeordnet.

Die Ausbildung der Masseelektroden 4, 5 ist derart, daß sich verschieden Funkenlaufwege nämlich ein reiner Luftfunken­ laufweg FS1, ein kombinierter Gleitfunken- und Luftfunkenlaufweg FS2 und ein weiterer kombinierter Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergeben.

Das heißt im einzelnen, daß der reine Luftfunkenlaufweg FS1 sowie der kombinierte Gleitfunken/Luftfunkenlaufweg FS2 zwischen der Mittelelektrode 3 und der als Seitenelektrode ausgebildeten Masseelektrode 5 bestehen. Die andere Masseelektrode 4 ist ge­ genüber der Mittelelektrode 3 so ausgebildet, daß sich der wei­ tere kombinierte Gleit/Luftfunkenlaufweg FS3 ergibt.

Es sind Kombinationen möglich mit mindestens je einer Mas­ seelektrode, die einen reinen Luftfunkenlaufweg oder einen Luft­ funken- und parallelen Gleitfunkenlaufweg bildet, sowie mit mindestens einer Masseelektrode, die einen kombinierten Gleit/­ Luftfunkenlaufweg bildet.

Damit sich an der Masseelektrode 5 ein reiner Luftfunken­ laufweg bildet, muß in der in Fig. 3 dargestellten Weise der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze mindestens die doppelte Distanz des Luftfun­ kenlaufweges FS1 haben, damit der Funken nicht über die Isola­ torfußspitze geht. Die Ausbildung kann aber auch derart sein, daß sich neben dem reinen Luftfunkenlaufweg FS1 ein Funkenlauf­ weg FS2 bildet, der ein paralleler kombinierter Gleit/Luftfun­ kenlaufweg ist. Dazu ist der Spalt EA2 zwischen der Isolatorfuß­ spitze und der Unterkante der Masseelektrode 5 entsprechend zu wählen. Die Spaltverhältnisse zwischen den Funkenlaufwegen FS1 und FS2 sind dann vorzugsweise EA1 : EA2 gleich 3 : 2, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das bedeutet, daß bei einem Elektroden­ abstand EA1 zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 5 von 0,80 mm der Spalt EA2 zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze etwa 0,50 mm beträgt. Eine der Masseelektroden nämlich die Masseelektrode 4 ist so ausgebildet, daß in der in einer vergrößerten Ansicht in Fig. 4 dargestellten Weise ihre dem Isolator 2 zugewandte Unterkante mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze in einer Ebene liegt. Durch diese Ausbildung ergibt sich ein weiterer Funkenlaufweg FS3 in Form eines kombinierten Gleit/Luftfunkenlaufweges (siehe Fig. 1).

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, stehen bei dieser Aus­ bildung die Elektrodenabstände EA1, EA2, EA3 zwischen der Masse­ elektrode 5 und der Mittelelektrode 3, zwischen der Unterkante der Masseelektrode 5 und der Isolatorfußspitze sowie zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 vorzugsweise in einem Verhältnis 3 : 2 : 6.

Der Elektrodenabstand EA3 läßt sich gemäß Fig. 3 aufteilen in einen Gleitfunkenstrecke EA3.1 und in eine Luftfunkenstrecke EA3.2, die vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 : 1 zueinander stehen.

Bei einem Elektrodenabstand EA1 und EA2 von 0,80 nm und 0,50 mm ergibt sich für den Elektrodenabstand EA3 ein Wert von 1,60 mm.

Wie es weiterhin in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist die Isolatorbohrung im Bereich der Isolatorfußspitze mit einer Versenkung 6 ausgebildet, die ringförmig um die Mittel­ elektrode 3 verläuft. Diese Versenkung 6 verläuft schräg zur Winkelachse der Mittelelektrode 3 unter einem Halbwinkel α der Versenkung 6, ausgehend von der Winkelachse, der zwischen 15° und 45° insbesondere zwischen 25° und 35° und vorzugsweise bei 30° liegt.

Die Abmessungen der Versenkung 6 sind insbesondere die fol­ genden: Spaltmaß a zwischen der Versenkung 6 und der Außenfläche der Mittelelektrode 3: 0,2 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm, wobei insbesondere gilt: a ≦ 0,5.EA3.1.

Durch die Ausbildung der Isolatorbohrung mit Versenkung 6 ergibt sich eine Erhöhung des Abbrandreservoirs um den Betrag der Tiefe der Versenkung 6.

Im folgenden wird die Arbeitsweise einer Zündkerze mit dem oben beschriebenen Aufbau im Betrieb der Brennkraftmaschine näher erläutert.

Bei Vollastbetrieb ist die Isolatorfußspitze frei von elek­ trisch leitenden Belägen und Rußablagerungen. Die Funkenausbil­ dung wird sich demnach als reiner Luftfunkenlaufweg FS1 ausbil­ den. Eine derartige Funkenentladung findet über diesen Funken­ laufweg FS1 so lange statt, bis das Abbrandpotential an dem Luftfunkenlaufweg zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masse­ elektrode 5 aufgebraucht ist, und der Spannungsbedarf für die Ausbildung eines Funkens an diesem Funkenlaufweg höher als der Spannungsbedarf der anderen Funkenlaufwege FS2 oder FS3 ist.

Nachdem die Abbrandreserve am Funkenlaufweg FS1 durch Heiß­ gaskorrosion und Funkenerrosion aufgebraucht ist, wechselt der Funkenlaufweg auf den Funkenlaufweg FS2 oder FS3 und zwar je­ weils auf den Funkenlaufweg mit dem niedrigsten Spannungsbedarf.

Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit hohen Verbren­ nungsrückständen wird sich der Funke vorwiegend über die Funken­ laufwege FS2 oder FS3 ausbilden und somit den Gleitfunkenlaufweg auf der keramischen Isolatorfußspitze freibrennen. Das stellt sicher, daß die Zündkerze geringe Nebenschlußeigenschaften hat. Besondere Vorteile bietet der Funkenlaufweg FS3 beim Kaltstart durch die serielle Anordnung der Mittelelektrode 3 und der Mas­ seelektrode 4. Durch den langen Funkenweg sichert der Funken­ laufweg FS3 außerdem ein sicheres Entflammen des Gemisches, wobei gewährleistet ist, daß auch bei inhomogenen Gemischen die Brenn­ kraftmaschine sicher rundläuft.

Claims (10)

1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit
einem Zündkerzenkörper aus einem elektrisch leitenden Material,
einem elektrischen Isolator, der zentrisch im Zünd­ kerzenkörper angeordnet ist,
einer Mittelelektrode, die in einer Isolatorbohrung im Isolator angeordnet ist und von der Isolatorfußspitze vorsteht, und
seitlich zur Mittelelektrode angestellten Masseelek­ troden, die elektrisch mit dem Zündkerzenkörper verbunden sind und Luftfunkenwege sowie kombinierte Gleit/Luftfunken­ wege mit der Mittelelektrode bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine der einen kombinierten Gleit/Luftfun­ kenweg mit der Mittelelektrode bildenden Masseelektroden (4) so angeordnet ist, daß ihre dem Isolator (2) zugewandte Unterkante beabstandet von der Isolatorfußspitze mit der Stirnfläche der Isolatorfußspitze in einer Ebene liegt.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Luftfunkenstrecke und der Gleitfunkenstrecke des kombinierten Gleit/Luftfunkenweges der wenigstens einen Masseelektrode (4) 1 : 1 beträgt.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Isolatorbohrung im Bereich der Isolator­ fußspitze ringförmig versenkt (6) ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) zwischen 15° und 45° liegt.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) zwischen 25° und 35° liegt.

6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Versenkwinkel (α) 30° beträgt.

7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltmaß (a) der Versenkung (6) zwischen 0,2 und 1,0 mm liegt.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltmaß (a) zwischen 0,4 und 0,6 mm liegt.

9. Zündkerze nach Ansprüch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Spaltmaß (a) gilt a ≦ 0,5.EA 3.1, wobei EA3.1 die Gleitfunkenstrecke der Elektrodenstrecke zwischen der Masseelektrode (4, 5) und der Mittelelektrode (3) ist.

10. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände zwischen einer Masseelektrode (3) und der Mittelelektrode (3), zwi­ schen der Unterkante der einen Masseelektrode und der Isola­ torfußspitze und zwischen der wenigstens einen Masseelek­ trode (4) und der Mittelelektrode im Verhältnis 3 : 2 : 6 ste­ hen.