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Zündkerze für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Zündkerze, die beispielsweise aus
der DE-OS 28 10 159 bekannt ist, zeichnet sich besonders dadurch aus, daß sie bei
Verwendung einer herkömmlichen Zündanlage auch magere Kraftstoffdampf-Luft-Gemische
sicher entflammt, eine gute Energieausbeute des Kraftstoffs bewirkt und außerdem
die Gaskomponenten der Abgase vorteilhaft beeinflußt. Die vorteilhaften Wirkungen
einer solchen Zündkerze sind darauf zurückzuführen, daß insbesondere die der Zündung
dienende Durchbruchsphase der Anfangsphase des Zündfunkens derartiger Zündkerzen
besonders energiereich ist.
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Von herkömmlichen für Brennkraftmaschinen verwendeten Zündkerzen,
die keinen Kondensator enthalten (siehe z. B.
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DE-PS 1 215 834, DE-PS 1 262 073, US-PS 1 959 639, US-PS 2 o48 48i,
FR-PS 513 870, DE-GmS 975 505), ist es darüber hinaus bekannt, mehr als eine Gegenelektrode
mit gleichem Abstand deren Mittelelektrode gegenüber anzuordnen, und zwar, um aufgrund
der dadurch sich ergebenden
großen Abbrandflächen der Gegenelektrode
die Lebensdauer derartiger Zündkerzen zu verlängern; nachteilig ist bei einer solchen
Elektroden-Anordnung aber, daß die Zündung des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches nicht
stets an der gleichen Funkenstrecke der Zündkerze erfolgt. Solche Zündkerzen sind
aufgrund der zufällig wechselnden Zündstelle für moderne Brennkraftmaschinen mit
deren sehr exakter Kraftstoffdampf-Luft-Aufbereitung und mit deren präziser Abgasbeeinflussung
nicht optimal geeignet.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündkerze für Brennkraftmaschinen
mit den kennzeichnen Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß ihre obengenannten Vorteile erhalten bleiben und darüber hinaus ein Zündbereich
erzielt wird, der stets an der gleichen Stelle befindet und sich außerdem durch
eine relativ große heiße Funkenoberfläche auszeichnet; infolge dieser zusätzlichen
Vorteile ist die Wahrscheinlichkeit der Entflammung von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen,
insbesondere von mageren Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen in Brennkraftmaschinen erheblich
erhöht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine Seitenansicht des zündseitigen Endabschnitts einer ersten Ausführungsform
einer
erfindungsgemäßen Zündkerze in vergrößerter Darstellung, Figur
2 die Unteransicht des in Figur 1 dargestellten Endabschnitts der Zündkerze, Figur
3 einen Querschnitt durch den zündseitigen Endabschnitt einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Zündkerze in vergrößerter Darstellung, Figur 4 die Unteransicht
des in Figur 3 dargestellten Endabschnitts der Zündkerze, Figur 5 einen Querschnitt
durch den zündseitigen Endabschnitt einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zündkerze in vergrößerter Darstellung, Figur 6 die Unteransicht des in Figur 5 dargestellten
Endabschnitts der Zündkerze, Figur 7 einen Querschnitt durch den zündseitigen Endabschnitt
einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze in vergrößerter
Darstellung und Figur 8 die Unteransicht des in Figur 7 dargestellten Endabschnitts
der Zündkerze.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 und 2 ist ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze 10/1 dargestellt; auf
die Beschreibung des Aufbaus dieser Zündkerze 10/1 wurde verzichtet, da eine solche
bereits in der obengenannten DE-OS 28 10 159 enthalten ist. Das Metallgehäuse 11l1
ist auf der Außenseite seines brennraumseitigen Endabschnitts in bekannter Weise
mit einem Einschraubgewinde 12/1 versehen und trägt an seiner brennraumseitigen
Stirnfläche 13/1 zwei sich diametral gegenüberstehende, hakenförmige Gegenelektroden
14/1 und 15/1. Die beiden Gegenelektroden 14/1 und 15/1 bestehen aus einem abbrandfesten
Material, sind jeweils mit ihrem einen Ende an der Stirnfläche 13/1 des Metallgehäuses
1111 befestigt und stehen mit ihrem brennraumseitigem Endabschnitt mit gleichem
Abstand der Mittelelektrode 16/i gegenüber.
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Diese Mittelelektrode 16/1 ist Innerhalb einer (nicht
dargestellten)
Längsbohrung eines Isolators 17/1 fest und dicht eingebaut; der Isolator 17/1 ist
in dem Metallgehäuse 11/1 ebenfalls in bekannter Weise fest und abgedichtet umfaßt.
Die brennraumseitigen Endabschnitte der beiden Gegenelektroden 14/1 und 15/1, die
über das Metallgehäuse 11/1 elektrisch an Masse liegen, sind seitlich zur Mittelektrode
16/1 angeordnet und bilden hier je eine Zündfunkenstrecke 18/1 bzw. 19/1. Anstelle
dieser genau seitlich zur Mittelelektrode 16/1 angeordneten Gegenelektroden 14/1
und 15/1 können derartige Gegenelektroden aber auch unmittelbar von entsprechenden
Vorsprüngen des Metallgehäuses 11/1 gebildet werden, sofern auch die Mittelelektrode
16/1 im Metallgehäuse 11/1 angeordnet ist.
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Wenn eine derartige Zündkerze 10/1 in eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine
eingebaut ist, im Bereich ihrer Zündfunkenstrecken 18/1 und 19/1 mit einem zündfähigen
Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch versorgt ist und über eine Zündanlage mit Spannungsimpulsen
versorgt wird, dann springen in den Zündfunkenstrecken 18/1 und 19/1 gleichzeitig
Zündfunken über; dieses gleichzeitige Überspringen von Zündfunken ist darauf zurückzuführen,
daß die Anfangsphase des Zündfunkens einer solchen Zündkerze besonders energiereich
ist. Die Anfangsphase des Zündfunkens ermöglicht aufgrund ihres Energiereichtums
außerdem eine relativ große heiße Funkenoberfläche, welche in der Lage ist, selbst
magere Kraftstoffdampf-Luft-Gemische in Brennkraftmaschinen mit sehr großer Wahrscheinlichkeit
sicher zu entflammen und den Kraftstoff hinsichtlich seiner enthaltenen Energie
sehr gut auszunutzen.
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Anstelle von den beiden Gegenelektroden 14/1 und 15/1 können aber
auch noch mehrere derartiger Gegenelektroden an der Zündkerze 10/1 angebracht sein
und mit der Mittelelektrode 16/1 Zündfunkenstrecken 18/1, 19/1 usw. bilden, sofern
es für die jeweilige Brennkraftmaschine mit ihren Strömungsverhältnissen dienlich
ist.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform einer derartigen
Zündkerze 10/2 dargestellt, deren Mittelelektrode 16/2 unendlich viele Zundfunkenstrecken
18/2 zugeordnet sind; dieses ist dadurch bewirkt worden, daß die Gegenelektrode
14/2 ringförmig die Mittelelektrode 16/2 umgibt und dabei überall eine gleichlange
Zündfunkenstrecke 18/2 bildet. Die Gegenelektrode J4/2, die aus einem abbrandfestem
Material besteht, ist im vorliegendem Beispiel als Ringscheibe gestaltet, die im
brennraumseitigen Endabschnitt der Metallgehäuse-Längsbohrung 20/2 mittels eines
Bördelrandes 21/2 festgelegt ist. Die Gegenelektrode 14/2 ist in der Figur derart
dargestellt, daß ihre brennraumseits weisende Stirnfläche bündig mit der brennraumseitigen
Stirnfläche der Mittelelektrode 16/2 abschließt; die Gegenelektrode 14/2 kann aber
je nach Anwendungsfall auch etwas in Richtung Brennraum oder aber auch entgegengesetzt
gegenüber der Mittelelektrode 16/2 angeordnet sein; im letzteren Falle ergibt sich
anstelle einer nur durch den Luftraum führenden Zündfunkenstrecke 18/2 eine Kombination
aus einer Luftfunkenstrecke und einer Gleitfunkenstrecke, wobei das Gleiten der
Funken über die brennraumseitige Stirnfläche des Isolators 17/2 erfolgt.
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Anstelle solcher Zündkerzen mit Zündfunkenstrecken 10/2, bei denen
die Zündfunken durch den freien Raum überspringen (sogenannte Luftfunkenstrecken)
, und Zündkerzen
mit der vorstehend genannten Kombination einer
Luftfunkenstrecke mit einer Gleitfunkenstrecke können die Gegenelektroden 14/2 aber
auch direkt am Isolator 17/2 anliegen und mit der Mittelelektrode 16/2 nur eine
Gleitfunkenstrecke bilden; die Gegenelektroden 14/2 können bei einer Gleitfunkenstrecke
auch brennraumfern von dem Zündbereich der Mittelelektrode 16/2 angeordnet sein
und Zündfunkenstrecken einer Länge von bis zu etwa 1,2 cm bilden. Derartige Zündfunkenstrecken
sind von noch größerer Länge auszuführen (größer 2 cm), wenn man zwischen der Mittelelektrode
16/2 und den Gegenelektroden 14/2 mindestens ein elektrisch leitfähiges Teil (nicht
dargestellt) einfügt, das beispielsweise elektrisch isoliert in der Außenseite des
Isolators 17/2 festgelegt ist; man erhält somit sogenannte Funkenketten. Ein wesentlicher
Vorteil in solchen Gleitfunkenstrecken in Kombination mit der Durchbruchszündung
ist, daß die Durchbruchsspannung einer Gleitentladung bei etwa gleicher Zusammensetzung
des zu zündenden Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches vom Druck des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches
unabhängig ist und demzufolge weitgehend von den Bedingungen in der Brennkraftmaschine
abgekoppelt ist; auf eine Vorfunkenstrecke kann bei derartigen Zündkerzen verzichtet
werden.
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Ergänzend sei noch auf die ebenfalls vorteilhafte Verwendung von Zündkerzen
mit Durchbruchs zündung bei Zündfunkenstrecken hingewiesen, deren Luftfunkenstrecken
mittels mindestens eines Gleitfunkenbereiches unterteilt ist und ebenfalls Zündfunkenstrecken
von mehr als 1 cm Länge erlauben. Die Wahl der geeigneten Art der Zündfunkenstrecken
hängt jeweils von der betroffenen Brennkraftmaschine ab.
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In den Figuren 5 und 6 ist eine weitere Ausfihrungsform einer derartigen
Zündkerze 10/3 dsrgestellt; diese Zündkerze 10/3 enthält im brennraumseitigen Abschnitt
der Längsbohrung 20/3 ihres Metallgehäuses eine ringförmige Gegenelektrode 14/3
- wie sie auch bei der Zündkerze 10/2 gemäß den Figuren 3 und 4 beschrieben wurde.
Der Unterschied dieser Zündkerze 10/3 gegenüber der Zündkerze 10/2 liegt darin,
daß die durch den Isolator 17/3 führende Mittelelektrode 16/3 an ihrem brennraumseitigen
Endabschnitt als Tellerscheibe 22 ausgebildet ist.
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Diese Teilerscheibe 22 ist in bevorzugter Weise zu ihrem Randbereich
hin verjüngt und steht über die Zündfunkenstrecke 18/3 einer ebenfalls zu ihrem
wandbereich sich verjüngenden Gegenelektrode 14/3 gegenüber. Um dem in der Brennkraftmaschine
zu zündenden Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch einen verbesserten Zugang zur -iindfunkenstrecke
18/3 zu ermöglichen, sind brennraumfern von der Gegenelektrode 14/3 einige Durchbrüche
23/3 in das Metallgehäuse 11/3 eingearbeitet worden.
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In den Figuren 7 und 8 ist eine Ausführungsform einer Zündkerze 10/4
dargestellt, die in dem brennraumseitigen Endabschnitt ihres :4etallgehäuses 1114
mehrere Durchbrüche 23/4 entsprechend denen der Zündkerze 10/3 in den Figuren 5
und õ aufweist und zuch eine ringförmige Gegenelektrode 14/S besitzt wie die Zündkerze
10/2 gemäß der Figuren 3 und h; auch bei dieser Zündkerze 10/4 ist die Mittelelektrode
16/4 an ihrem brennraumseitigen Endabschnitt vergrößert worden, und zwar in Form
eines sternförmigen Kopfes 24. Die in den Figuren 7 und 8 beispielsweise vier dargestellten
freien Enden 25 stehen mit gleichem Abstand der ringförmigen Jegenelektrode 14,'4
gegenüber und bilden jeweils eine Zündfunkenstrecke
18/4. Anstelle
eines sternförmigen Kopfes 24 mit vier freien Inden 25 kann auch eine andere Anzahl
von freien Enden 25 gewählt werden; es kann außerdem auch eine den jeweiligen Verhaltnissen
angepaßte Form der freien Enden 25 des sternförmigen Kopfes 24 Verwendung finden,
wenn die jeweilige Brennkraftmaschine hierdurch eine Verbesserung der Entflammung
des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches erfährt. - Im Rahmen einer derartigen Optimierung
der Funkenstrecken riß/4 kann es auch zweckdienlich sein, wenn anstelle einer ringförmigen
Gegenelektrode 14/4 eine Gegenelektrode Verwendung findet, die (nicht dargestellte)
Vorsprünge aufweist, welche sich in Richtung des sternförmigen Kopfes 24 der Mittelelektrode
16/4 erstrecken.