DE2363804A1 - Kondensatorzuendkerze - Google Patents

Description

Uwe Holtin ,501.1 Laatzen, Hohenrode 19
Dieter Weide,jOGO Hannover, Heidegrün 8

Kondensatorzündkerze .

Bei Ottomotoren wird die Verbrennung des.Kraftstoff-Luft-Gemisches allgemein durch einen elektrischen Funken eingeleitet. Im -Interesse einer hohen spezifischen Motorleistung und guter thermodynamischer .Energieumsetzung soll der zwischen den Elektroden der Zündkerze überspringende. Funke das Kraftstoff-Luft-Gemisch möglichst schnell entzünden und eine schnell fortschreitende Flammenfront bewirken. Um größere Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erzielen und so eine schnellere Ausbreitung der Flammenfront zu erreichen, überfettet man das Gemisch. Der Luftsauerstoffmangel bewirkt jedoch nur eine teilweise Verbrennung des Kraftstoffes, so daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlen-

. monoxid ausgestoßen werden. Die in der Praxis übliche Überfettung des Gemisches zur Verbesserung der Zündwilligkeit und zur Erhöhung der thermodynamischen Energieumsetzung führt zu einer unvollständigen Ausnutzung der im Kraftstoff gebundenen chemischen Energie. .

Andererseits gelingt es, mit einem in seiher Anfangsphase besonders viel· Energie freisetzenden Funken auch zündunwilligere Gemische zu entzünden, ohne auf ein schnelles Ausbreiten der Flammenfront zu verzichten, (hierzu: Schmidt,Fritz. A.F. Verbrennungskraftmaschine]!. 4. Auf lage, Berlin, Heidelberg, New York 1%7. Seite 45,46,47) Damit kann man zu mageren. Gemischen übergehen und Ottomotoren wirtschaftlicher und mit geringerem Ausstoß an unyerbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid betreiben.

Bei den allgemein gebräuchlichen Zündanlagen, deren Sekundärkreis aus Zündspule, Hauptzündkabel, Überschlagsverteiler, Kerzenzündkabel ,Zündkerze und Masserückführung besteht, wird die Energiefreisetzung in der Anfangsphase des Zündfunkens durch das zeitlicheübergangsverhalten des Sekundärkreises und durch die strombegrenzende Wirkung sowohl der Entstörwiderstände als auch des Lichtbogenwiderstandes am Überschlags verteiler beeinträchtigt. Die Induktivität des Zündkreises bewirkt ein Voreilen der Spannung gegenüber dem Strom, so daß die Zündelektrodenstrecke durch die zeitlich früher auftretende hohe Spannung bereits durchschlagen ''

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wird, während noch gär nicht genügend Ladungsträger an den Zündelektroden vorhanden sind, um im Zündfunken in dessen Anfangsphase eine größere Energieumsetzung zu bewirken, und so einen heißeren Zündfunken zu erzeugen. .

Um einen in seiner Anfangsphase energiereicheren Funken zu erzeugen, kann man - das ist bekannt - parallel zur Zündelektrodenstrecke' eine Kapazität schalten. Hierzu werden Zündkabel mit kapazitativer Wirkung und zu Kondensatoren ausgebildete. Zündkerzenstecker verwendet. (Deutsche Patentanmeldung Kr. P 19 02 199·.9-33; F 20 00 049.1-13)

Diese Lösungen können jedoch aus folgenden Gründen nicht befriedigen: ."."-.

(1) Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen ist abhängig von der Art der verwendeten Zündkerze.

(2) Diese Lösungen erfordern Eingriffe in den Sekundärkreis der . . Zündanlage.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in unmittelbarer Nähe der Zündelektroden elektrische Energie in einer Menge zwischenzuspeichern, die es erlaubt, in der Anfangsptiase des Zündfunkens in diesem einen gegenüber der Verwendung bisheriger Zündkerzen in herkömmlichen Zündanlagen erheblich erhöhten Energieumsatz zu bewirken.

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Elemente, die die Funktionen eines Kondensators und die einer Zündkerze erfüllen^ in einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind, wobei durch Formgebung oder Materialauswahl der Konstruktionselemente oder durch An- oder Einfügen sonstwie gefertigter kondensatoren oder durch Kombination dieser Maßnahmen die Kondensatorwirkung bewußt gestaltet ist. "...'■

Bei den allgemein gebräuchlichen Zündkerzen entsteht zwangsläufig durch die Durchführung der Mittelelektrode durch den äußeren metallischen Befestigungssockel und das dazwischenliegende, als Dielektrikum auffaßbare Isoliermaterial auch eine den Zündelektroden parallel geschaltete Kapazität. Dieser Effekt wird bis

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O'etzt hingenommen, seine Bedeutung im Zusammenhang mit dem Ablauf des Zündens - Zwischenspeicherung elektrischer Energie in unmittelbarer Nähe der Elektroden - ist fuiitionell nicht erkannt und auch konstruktiv weder nach Formgebung noch nach Materialauswahl genützt. Bei den gebräuchlichen Zündkerzen wird die Durchführung der Mittelelektrode durch den metallischen Befestigungssockel nur als Erfüllung der Punktion der Isolierung gesehen. Die auftretende Kapazität bewegt sich denn auch bei den gebräuchlichen Zündkerzen bei einer für den Zündvorgang unerheblichen Größe von ca. 10 - 15

Damit das Speichervermögen des Kondensators für elektrische Ener-

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gie gemäß V/ =0,5 Cu (t) unabhängig von der In weiten Grenzen schwankenden Spannungsfestigkeit der Zündfunkenstrecke im' Verbrennungsraum gehalten wird, wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung zwischen die nicht mit Kasse verbundenen Elektrode des Kondensators und der Mittelzündelektrode im Fuße der Kerze eine Funkenstrecke geschaltet. Die Spannungsfestigkeit dieser Funkenstrecke ist unabhängig vom Zustand der Funkenstrecke im Verbrennungsraum und gewährleistet die Aufladung des Kondensators auf einen Wert, der die Nutzung des Kondensatoreffektes besonders günstig gestalten kann.

Die mit der Erfindung .erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin:

(1) Es können zündunwilligere, magere Kraftstoff-Luft-Gemische verwendet v/erden, mit der Folge .der besseren Energieausbeute des Kraftstoffes. '

(2) Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verläuft vollständiger, mit der Folge■günstigerer Abgasweute des Motors«

(3) Die Verwendung der Erfindung führt zu keinerlei Änderung in den übrigen Teilen der gebräuchlichen Zündsysteme.

E:*,ne mögliche Ausführungsform der Kondensat or-Zündkerze ohne Funkonstrecke zeigt Abbildung 1. Der Sockel(1) ist so gestaltet, daß er die mit Masse verbundene Kondensatcrelektrode darstellt. Zur Erhöhung der Kapazität ist mit Ihm die Elektrode(4) leitend verbunden. Die Mttelelektrode(2) und die mit ihr leitend verbundene E3ektrode(5) stellen die andere Kondensatorelektrode dar. Die

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Isöliermasse(3) "bildet das Dielektrikum des Kondensators. Abbildung 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Kondensator-Zündkerze mit Funkenstrecke. Der Aufbau ist der gleiche wie bei Abbildung 1. Die Mittelelektrode(6) geht jedoch in eine Funkenstrecke(7) über; die Entladung des aus den Elektrdden(1) und (4) einerseits und deri Elektroden(6 ) und (5) andererseits sowie dem Dielektrikum (3) gebildeten Kondensators kann nur in Abhängigkeit von der Spannungsfestigkeit dieser Funkenstrecke über die Mittelelektrode (8) im Fuß der Kerze zur Masseelektrode erfolgen.Abbildung 3 zeigt die Wirkungsweise einer Kondensator-Zündkerze, die durch den Induktionsvorgang in der Sekundärseite(9) der Zündspule aus dem magnetischen Feld gewonnene Energie bewegt sich über den Überschlagsverteiler (10) zur Kondensator-Zündkerze und wird mittels Kondensators(12) gespeichert. Die Spannung, auf die der Kondensator dabei aufgeladen wird ist u(t) = Q(t) : C. Überschreitet die Kondensatorspannung die Spannungsfestigkeit der Zündelektrodenstrecke(13)^: im Verbrennungsraum, entlädt sich der Kondensator, Abbildung 4 zeigt die Wirkungsweise einer Kondensator·Zündkerze mit Funkenstrecke. Der '--ondensator kann sich hierbei nur entladen, wenn seine Spannung die Spannungsfestigkeit der außerhalb des Verbrennungsräume s liegenden Funkenstrecke(i4-) überschreitet, die der im Verbrennungsraum liegende Zündelektrodenstrecke (13) vorgeschaltet ist.

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Claims (2)

1. Uwe Holtin ,3011 Laatzen, Hohenrode 19
   Dieter Weide ,3000 Hannover, Heidegrün 8

   Kondens ator zündker ze

   Patentansprüche:

   M./Zündkerze dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente, die die ~/ Funktionen eines Kondensators und die einer Zündkerze erfüllen . zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind, wobei durch Formgebung oder Materialauswahl der Konstruktionselemente oder durch An- oder Einfügen sonstwie gefertigter Kondensatoren eine gegenüber herkömmlichen Zündkerzen erheblich gesteigerte, den Zündelektroden parallel geschaltete Kapazität erreicht wird.
2. 2. Zündkerze nach Anspruch'1, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Kondensator über eine Reihenschaltung von Funkenstrecke außerhalb des Verbrennungsraumes und Zündelektrodenstrecke im Fuß der Kerze entlädt.

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