DE19905555A1

DE19905555A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE19905555A1
Application number: DE1999105555
Authority: DE
Inventors: Werner Herden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2000-08-17
Also published as: EP1028506A1; JP2000235885A

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 Masseelektrode (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

STAND DER TECHNIK

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 ange brachten Masseelektrode.

Obwohl auf beliebige Zündkerzen anwendbar, werden die vor liegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problema tik in bezug auf eine an Bord eines Kraftfahrzeuges befind liche Zündkerze für dessen OTTO-Motor erläutert.

Allgemein ist es erforderlich, das im Brennraum eines je weiligen Zylinders des OTTO-Motors befindliche Luft-/Kraft stoffgemisch mit der betreffenden Zündkerze bei jedem Verbrennungstakt sicher zu zünden, um Zündaussetzer zu ver meiden, welche sich beispielsweise schädlich auf den Kata lysator auswirken können.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht allgemein darin, daß eine sichere Flammkernbildung bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten und Gemischinhomoge nitäten bei üblichen Zündkerzen und insbesondere bei be stimmten Brennräumen (d. h. beispielsweise auf Zündkerze ge richtetes 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 Gasbewe gung das elektrische Plasma, das aus ionisierten Gasteil chen besteht, mitnimmt. Bei einer radialen, d. h. senkrecht zur Achse der Zündkerze und senkrecht zu derer Elektrode gerichteten Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/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.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des An spruchs 1 bzw. 6 bzw. 9 weist gegenüber den bekannten Lö sungsansätzen den Vorteil auf, daß eine sichere Entflammung durch optimale Flammkernbildung bei Motorkonzepten mit ho hen Strömungsgeschwindigkeiten im Brennraum möglich ist. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, daß Abschirmmaßnahmen gegen zu hohe Strömungs geschwindigkeiten im Brennraum vorgenommen werden. Damit bleibt der Funke im Bereich moderater Strömung und kann so mit optimal entflammen, da seine Energiedichte nicht zu ge ring wird.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen 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 Ab schirmeinrichtung integriert ist. Somit muß bei konventio nellen Konzepten lediglich der Massebügel modifiziert wer den.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Abschirmeinrichtung eine Becherform auf, wobei in dem Be cherinneren ein Finger als Masseelektrodenspitze vorgesehen ist. Damit kann insbesondere eine axiale Strömung abge schirmt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Ab schirmeinrichtung auf die Masseelektrode aufschraubbar. Dies ermöglicht das Anpassen der Zündkerze an die jeweili gen Brennraumverhältnisse bzw. den jeweiligen Motortyp.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Ab schirmeinrichtung zylindrisch zur Abschirmung eiher radia len Strömung ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Mas seelektrode derart axial gegenüber der Mittelelektrode zu rückgesetzt, daß sie eine Funkenstrecke zur Mittelelektrode bildet, die zumindest teilweise über den Isolatorfuß ragt. Dabei sind die Masseelektrode und der Isolatorfuß zweckmä ßigerweise zylindersymmetrisch gestaltet, so daß eine an greifende radiale Strömung die Funkenstrecke in die Strö mungsschattenseite 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 lie genden Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode hin gerichtete Finger auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Mas seelektrode axial gegenüber der Mittelelektrode vorgezogen und ist der Isolatorfuß gegenüber der Mittelelektrode axial vorgezogen. Dabei ist eine Funkenstrecke zur Mittelelektro de 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.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zündkerze als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung im Querschnitt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Zündkerze als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung im Querschnitt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Zündkerze als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung im Querschnitt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Zündkerze als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung im Querschnitt; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Zündkerze als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung im Querschnitt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

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 Isolator fuß 20 sowie eine durch den Isolatorfuß 20 geführte Mittel elektrode 10, welche an der Isolatorfußspitze übersteht.

Am Gehäuse 60 vorgesehen ist eine Masseelektrode 50 mit ei ner mit der Masselektrode 50 verbundenen Abschirmeinrich tung 100, welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funken strecke F1 zur Mittelelektrode 10 bildet und eine axiale Strömung v_p von der Funkenstrecke F1 abschirmt.

Die Zündkerze hat einen umfunktionierten Massebügel als Masseelektrode, in den die Abschirmeinrichtung 100 inte griert ist, wobei die Abschirmeinrichtung 100 eine Becher form 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' angebrach ten Isolatorfuß 20' sowie eine durch den Isolatorfuß 20' geführte Mittelelektrode 10', welche an der Isolatorfuß spitze übersteht.

Am Gehäuse 60' vorgesehen ist eine Masseelektrode 50' mit einer mit der Masselektrode 50' verbundenen Abschirmein richtung 200, welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funkenstrecke F1' zur Mittelelektrode 10' bildet und eine radiale Strömung v_s 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 Isola torfuß 20", eine durch den Isolatorfuß 20" geführte Mit telelektrode 10", welche an der Isolatorfußspitze über steht sowie eine am Gehäuse 60" angebrachten Masseelektro de 50".

Bei diesem Beispiel ist keine zusätzliche Abschirmeinrich tung vorgesehen, sondern ist die Masseelektrode 50" derart axial gegenüber der Mittelelektrode 10" zurückgesetzt, daß sie eine Funkenstrecke F1" zur Mittelelektrode 10" bil det, die zumindest teilweise über den Isolatorfuß 20" läuft.

Dabei sind Masseelektrode 50" und der Isolatorfuß 20" zy lindersymmetrisch gestaltet, so daß eine angreifende radia le Strömung v_s die Funkenstrecke F1" in die Strömungs schattenseite verlagern kann. Mit anderen Worten springt der Funke im Lee.

Zusätzlich ist es bei diesem Beispiel möglich, daß die Mas seelektrode 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''' liegen den Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode 10''' hin gerichtete Finger 70''' aufweist. Auch bei diesem Bei spiel 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"" ge führte Mittelelektrode 10"" sowie eine am Gehäuse 60"" angebrachte Masseelektrode 50"".

Die Masseelektrode 50"" ist axial gegenüber der Mittele lektrode 10"" vorgezogen, und der Isolatorfuß ist gegen über 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 v_s vor der Funkenstrecke F1"" abgeschirmt ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie dar auf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi zierbar.

Insbesondere kann die Form der Abschirmeinrichtung den je weiligen Strömungsverhältnissen im Brennraum angepaßt wer den.

Claims

1. Zündkerze mit:
einem Gehäuse (60, 60');
einem am Gehäuse (60, 60') angebrachten IsoTatorfuß (20, 20');
einer durch den Isolatorfuß (20, 20') geführten Mittelelek trode (10, 10'), welche an der Isolatorfußspitze übersteht;
einer am Gehäuse (60, 60') vorgesehenen Masseelektrode (50, 50'); und
einer mit der Masselektrode (50, 50') verbundenen Abschirm einrichtung (100, 200), welche derart gestaltet ist, daß sie eine Funkenstrecke (F1, F1') zur Mittelelektrode (10, 10') bildet und eine axiale und/oder radiale Strömung (v_s, v_p) von der Funkenstrecke (F1, F1') abschirmt.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze einen Massebügel als Masseelektrode (50, 50') aufweist, in den die Abschirmeinrichtung (100) integriert ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Abschirmeinrichtung (100) eine Becherform auf weist, wobei in dem Becherinneren ein Finger (120) als Mas seelektrodenspitze vorgesehen ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (100, 200) auf die Masseelektrode (50, 50') aufschraubbar ist.

5. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmeinrichtung (200) zylindrisch zur Abschirmung einer radialen Strömung ausgebildet ist.

6. Zündkerze mit:
einem Gehäuse (60", 60''');
einem am Gehäuse (60", 60''') angebrachten Isolatorfuß (20", 20''');
einer durch den Isolatorfuß (20", 20''') geführten Mittel elektrode (10", 10'''), welche an der Isolatorfußspitze übersteht;
einer am Gehäuse (60", 60''') angebrachten Masseelektrode (50", 50''');
wobei
die 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; und
die Masseelektrode (50", 50''') und der Isolatorfuß (20", 20''') zylindersymmetrisch gestaltet sind, so daß eine an greifende radiale Strömung die Funkenstrecke (F1", F1''') in die Strömungsschattenseite verlagern kann.

7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (50", 50''') in axialer Richtung ver laufende Schlitze aufweist.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (50''') in ihrem gegenüber der Mittele lektrode (10''') liegenden Bereich einen oder mehrere zur Mittelelektrode (10''') hin gerichtete Finger (70''') auf weist.

9. Zündkerze mit:
einem Gehäuse (60"");
einem am Gehäuse (60"") angebrachten Isolatorfuß (20"");
einer durch den Isolatorfuß (20"") geführten Mittelelek trode (10"");
einer am Gehäuse (60"") angebrachten Masseelektrode (50"");
wobei
die Masseelektrode (50"") axial gegenüber der Mittelelek trode (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; und
die Masseelektrode (50"") und der Isolatorfuß (20"") zylindersymmetrisch gestaltet sind, so daß eine angreifende radiale Strömung vor der Funkenstrecke (F1"") abgeschirmt ist.