DE69700257T2

DE69700257T2 - Zündkerze zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69700257T2
Application number: DE69700257T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Matsubara; Hiroshi Ono
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH09260017A; JP3265210B2; EP0785604A1; DE69700257D1; EP0785604B1; US5866972A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze, die so verbessert ist, daß sie einen Funkenüberschlag hinter einer vorderen Stirnfläche eines Isolators wirksam verhindert, wenn zum Zeitpunkt der Zündung eine hohe Spannung an den Elektroden anliegt.
Eine bekannte Zündkerze, bei der Funkenentladungen in einem gasförmigen Kraftstoff/Luft-Gemisch induziert werden, besitzt eine langgestreckte Mittelelektrode in einem rohrförmigen Isolator und ein Metallgehäuse, in dem der Isolator gelagert ist, und ein vorderer Endabschnitt der Mittelelektrode liegt einem vorderen Ende einer Außenelektrode gegenüber, um Funkenentladungen über eine dazwischen befindliche Funkenstrecke zu induzieren.
Bei diese Art von Zündkerze, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, besitzt die Mittelelektrode einen säulenförmigen Abschnitt 100, an dem ein halbkegelstumpfförmiger Stufenabschnitt 101 vorgesehen ist, der zu einem vorderen Ende der Mittelelektrode hin verjüngt ist, um die Zündfähigkeit zu verbessern. An einer vorderen Stirnfläche des Stufenabschnitts 101 ist ein kleiner säulenförmiger Abschnitt 102 vorgesehen, der zu einem vorderen Ende der Mittelelektrode reicht. Es ist wohlbekannt, daß der kleine säulenförmige Abschnitt 102 aus einem Edelmetall wie zum Beispiel einer Pt- Ir-Legierung oder dergleichen besteht.
Als ausländische Vorveröffentlichungen, die für die vorliegende Erfindung relevant sind, werden hier die US-Patente Nr. 4,914,344 und 4,845,400 eingeführt.
In dem Fall, wo gemäß Fig. 7 eine Grenze 103 zwischen dem säulenförmigen Abschnitt 100 und dem Stufenabschnitt 101 au ßerhalb einer vorderen Stirnfläche 104 des Isolators verläuft, konzentrieren sich Äquipotentialkurven auf der vorderen Stirnfläche des Isolators, um den Funkenüberschlag von der Grenze 103 zu einem Schulterabschnitt 84 des Isolators herbeizuführen, wie bei (Fo) in Fig. 7 gezeigt, anstatt normalerweise Funkenentladungen über eine Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode herbeizuführen.
Dies gilt umso mehr für eine Zündkerze, die in einen Gasmotor eingebaut ist, der mit gasförmigem Kraftstoff wie zum Beispiel Erdgas, Synthesegas, Flüssiggas (LPG) oder dergleichen arbeitet. Weil bei dieser Art von Zündkerze ein kürzerer Schenkelabschnitt des Isolators und ein hohes Verdichtungsverhältnis verwendet wird, ist eine hohe Funkenspannung erforderlich, die einen Funkenüberschlag herbeiführen kann.
In der Vorveröffentlichung des US-Patents Nr. 4,914,344 verläuft eine Grenze innerhalb einer vorderen Stirnfläche eines Isolators 3. Der Aufbau ist jedoch dergestalt, daß Kondensatorentladungen zwischen einem vorderen Ende 41 der dritten Elektrode 4 und einem vorderen Ende der Mittelelektrode 1 über eine Hilfsstrecke 52 induziert werden, so daß es leicht zu einem Funkenüberschlag hinter einer vorderen Stirnfläche des Isolators kommen kann.
In der Vorveröffentlichung des US-Patents Nr. 4,845,400 befinden sich eine Grenze und ein verjüngter Abschnitt 31 innerhalb einer vorderen Stirnfläche des Isolators 2. Dadurch entsteht ein breiter Raum zwischen dem verjüngten Abschnitt 31 und einer vorderen Innenwand des Isolators 2. Der Aufbau ist dergestalt, daß in dem breiten Raum mehr Wärme gehalten wird, so daß das vordere Ende einer Mittelelektrode rasch verschleißt.
Daher ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Zündkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, den Funkenüberschlag hinter der vorderen Stirnfläche des Isolators wirksam zu verhindern, wodurch normalerweise Funkenentladungen in dem gasförmigen Kraftstoff/Luft-Gemisch in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen induziert werden.
Die EP-A-0 575 163 offenbart eine Zündkerze, umfassend einen langgestreckten Isolator, in dem eine Mittelelektrode gelagert ist, ein zylindrisches Metallgehäuse, in dem der Isolator gelagert ist, und eine Außenelektrode, die von dem Metallgehäuse ausgeht, um mit einem vorderen Abschnitt der Mittelelektrode eine Funkenstrecke zu bilden:
wobei der vordere Abschnitt der Mittelelektrode einen spitz zulaufenden Stufenabschnitt besitzt sowie eine Grenze zwischen einem ersten säulenförmigen Abschnitt der Mittelelektrode und dem spitz zulaufenden Stufenabschnitt;
und wobei die Grenze des spitz zulaufenden Stufenabschnitts innerhalb einer vorderen Stirnfläche des Isolators liegt, und wobei eine vordere Stirnfläche des spitz zulaufenden Stufenabschnitts außerhalb der vorderen Stirnfläche des Isolators positioniert ist.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des vorderen Endes der Mittelelektrode und der Außenumfang des vorderen Endes des Isolators eine zur Mittelelektrode koaxiale konische Fläche begrenzen, wobei die konische Fläche einen Spitzenwinkel θ von 110 Grad oder weniger besitzt.
Der Aufbau ist dergestalt, daß eine größere Hublänge erforderlich ist, um den Funkenüberschlag herbeizuführen, so daß man eine höhere Spannung benötigt, um den Funkenüberschlag auszulösen, und es somit schwierig wird, den Funkenüberschlag herbeizuführen.
Dadurch wird es nämlich möglich, immer eine Potentialspannung zwischen der Grenze des spitz zulaufenden Stufenabschnitts und einem gestuften Abschnitt des Isolators aufrechtzuerhalten, die höher ist als eine Potentialspannung auf einer Funkenstrecke. Dies führt dazu, daß Funkenentladungen über die Elektroden normalerweise immer induziert werden, ohne daß es zu einem ungünstigen Funkenüberschlag hinter der vorderen Stirnfläche des Isolators kommt, wenn zum Zeitpunkt der Zündung eine hohe Spannung an den Elektroden anliegt.
Wenn man die vordere Stirnfläche des spitz zulaufenden Stufenabschnitts außerhalb der vorderen Stirnfläche des Isolators anordnet, ist es möglich, einen ringförmigen Raum zwischen einer vorderen Innenwand des Isolators und einer Außenfläche des spitz zulaufenden Stufenabschnitts zu verkleinern. Mit dem verkleinerten ringförmigen Raum ist es auch möglich, in günstiger Weise Wärme von einem vorderen Ende des Isolators zu dem spitz zulaufenden Stufenabschnitt zu übertragen, so daß verhindert wird, daß sich der Isolator übermäßig erwärmt.
Weitere Vorteile dieses Aufbaus sind folgende:
Um den Funkenüberschlag zu vermeiden, ist es notwendig, die Spannung zu reduzieren, die erforderlich ist, um die Funkenentladungen an den Elektroden zu induzieren.
Als ein Mittei zur Lösung dieses Problems hat sich herausgestellt, daß es wirksam ist, den Spitzenwinkel der konischen Fläche zu verkleinern, um den Durchmesser der vorderen Stirnfläche des Isolators zu verkleinern. Dies führt dazu, daß es an den Elektroden bei einer relativ geringen Spannung immer zu den normalen Funkenentladungen kommt, ohne daß es zu dem Funkenüberschlag kommt, wenn zum Zeitpunkt der Zündung eine hohe Spannung an den Elektroden anliegt.
Vorzugsweise besteht die Edelmetallspitze aus Pt, Ir, einer Legierung auf Pt-Basis, einer Legierung auf Ir-Basis oder einem Oxid dieser Metalle und enthält Y&sub2;O&sub3; oder dergleichen als funkenerosionsbeständigen Abschnitt. Die Edelmetallspitze befindet sich am vorderen Ende der Mittelelektrode. Mit der aus diesen Metallen und Legierungen bestehenden Edelmetallspitze ist es möglich, eine übermäßige Funkenerosion zu vermeiden und damit zu einer längeren Lebensdauer beizutragen.
Die Erfindung wird besser verständlich aus der nun folgenden beispielhaften Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen; darin zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in der jedoch die linke Hälfte im Längsschnitt dargestellt ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Zündabschnitts der Zündkerze von Fig. 1;
Fig. 3a eine vergrößerte Draufsicht auf einen Zündabschnitt einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3b eine vergrößerte Draufsicht auf den Zündabschnitt der dargestellten Zündkerze, mit der veranschaulicht werden soll, wie eine Verteilung von Äquipotentialkurven im Bereich einer vorderen Stirnfläche eines Isolators aussieht;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer erforderlichen Funkenspannung (kV) und einem Spitzenwinkel (θ) einer imaginären konischen Konfiguration zeigt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer erforderlichen Funkenspannung und einem Druck in einer Druckkammer zeigt;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Zündabschnitts einer Zündkerze gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 7 eine vergrößerte Draufsicht eines vorderen Abschnitts einer Mittelelektrode und eines Isolators bei einer Zündkerze nach dem Stand der Technik.
Mit Bezug auf Fig. 1 und 2, die eine Zündkerze mit parallelen Elektroden gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, ist die Zündkerze an jedem der Zylinder eines Verbrennungsmotors anzubringen.
Die Zündkerze 1 besitzt eine Mittelelektrode 3, die mit einer Sekundärwicklung einer Zündspule elektrisch verbunden ist und sich in einem Brennraum (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors befindet. Die Zündkerze 1 besitzt des weiteren einen rohrförmigen Isolator 6, in dem die Mittelelektrode 3 gelagert ist, und ein Metallgehäuse 8, das an einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) befestigt ist, um den Isolator 6 festzuhalten.
Das Metallgehäuse 8 ist ein Stahlgehäuse, mit dessen vorderem Ende eine Masseelektrode 2 durch eine elektrische Widerstandsschweißung oder dergleichen verbunden ist. Ein vorderes Ende der Mittelelektrode 3 fluchtet mit einem vorderen Ende der Masseelektrode 3, um dazwischen eine Funkenstrecke (G) zu bilden. Eine Außenfläche des Metallgehäuses 8 besitzt einen Außengewindeabschnitt 82 und einen Sechskantmutterabschnitt 83, um den Außengewindeabschnitt 82 an dem Zylinderkopf zu befestigen, indem man einen Schraubenschlüssel an dem Sechskantmutterabschnitt 83 ansetzt.
Die Mittelelektrode 3 befindet sich in einer Axialbohrung 60 des Isolators 6, wobei das vordere Ende der Mittelelektrode 3 bis zum Brennraum reicht. Eine Endelektrode 4 befindet sich am hinteren Ende der Mittelelektrode 3 in der axialen Bohrung 60. Zwischen der Mittelelektrode 4 und der Endelektrode 4 ist ein monolithisches Widerstandspulver 51 so in der axialen Bohrung 60 eingekapselt, daß es von einer elektrisch leitenden Glasschmelze 52, 52 umschlossen wird. Der Isolator 6 ist mit Hilfe eines Talkpulvers 7 luftdicht mit dem Metallgehäuse 8 verbunden.
Die Mittelelektrode 3 besitzt ein Elektrodenmetall, das aus einer wärmebeständigen und funkenerosionsbeständigen Nickellegierung besteht, und besitzt des weiteren einen wärmeleitenden Kern, der in das Elektrodenmetall eingebettet ist. Die Mittelelektrode 3 wird hergestellt, indem man das Elektrodenmetall und den wärmeleitenden Kern in einem Stück kaltextrudiert. Die Mittelelektrode 3 besitzt einen säulenförmigen Abschnitt 30, der sich in der axialen Bohrung 60 des Isolators 6 befindet, und einen im Durchmesser größeren Flansch 35, der durchgehend mit einem hinteren Ende des säulenförmigen Abschnitts 30 verbunden ist, um in einen Auflageabschnitt 35 einzugreifen, der aus einer Innenwand der axialen Bohrung 60 ragt.
Ein vorderer Abschnitt 31 der Mittelelektrode 3 besitzt einen spitz zulaufenden Stufenabschnitt 33, der im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist und einstückig verbunden ist mit einer vorderen Stirnfläche des säulenförmigen Abschnitts 30. An einer vorderen Stirnfläche 39 des Stufenabschnitts 33 ist eine Edelmetallspitze 34 als scheibenförmiger funkenerosionsbeständiger Abschnitt vorgesehen, der den gleichen Durchmesser besitzt wie eine vordere Stirnfläche 39 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33. Die Edelmetallspitze 34 besteht aus Pt, Ir, einer Legierung auf Pt-Basis, einer Legierung auf Ir-Basis oder aus einem Oxid dieser Metalle, nämlich einem Oxid wie Y&sub2;O&sub3; oder dergleichen. Die Edelmetallspitze 34 ist an der vorderen Stirnfläche 39 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 durch Laserstrahlschweißen, elektrisches Widerstandsschweißen oder dergleichen befestigt. Anstatt die aus diesen Metallen und Legierungen bestehende Edelmetallspitze 34 zu verwenden, kann eine Spitze mit hohem Chromanteil, die eine überlegene Funkenerosionsbeständigkeit besitzt, oder ansonsten eine Legierung auf Chrombasis verwendet werden, in der Keramikpulver in einem Chrommetall dispergiert ist. Bei Verwendung dieser Materialien ist es möglich, die Funkenerosion wirksam abzumildern, um so zu einer längeren Lebensdauer beizutragen.
Bei Verwendung des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 auf dem säulenförmigen Abschnitt 30 ist es außerdem möglich, ein großes Volumen des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 sicherzustellen, um die wärmeziehende Wirkung zu verbessern, wodurch verhindert wird, daß sich das vordere Ende der Mittelelektrode 3 übermäßig erwärmt.
Die Endelektrode 4 ist in einem Stück aus einem elektrisch leitenden Material (z. B. Weichstahl) hergestellt. Die Endelektrode 4 besitzt einen axialen Fortsatz 40 und einen ringförmigen Anschlag 43, der an einem hinteren Abschnitt des axialen Fortsatzes 40 vorgesehen ist und im Durchmesser größer wird, um in ein hinteres Ende des Isolators 6 einzugreifen. Am hintersten Ende des ringförmigen Anschlags 43 ist ein Endabschnitt 44 vorgesehen, der mit der Sekundärwicklung der Zündspule zu verbinden ist. Der axiale Fortsatz 40 besitzt einen vorderen Gewindeabschnitt 41, der gegen eine elektrisch leitende Glasschmelze 52 luftdicht in den Isolator 6 eingreift.
Die Mittelelektrode 3 wird bis zum vorderen Abschnitt der axialen Bohrung 60 eingeführt, wobei der Flanschabschnitt 35 in den gestuften Sitz 66 eingreift. In die axiale Bohrung 60 werden wiederum die elektrisch leitende Glasschmelze 52, das monolithische Widerstandspulver 51 und die elektrisch leitende Glasschmelze 52 eingefüllt. Nach dem Einsetzen der Endelektrode 4 werden diese Elemente erwärmt, um die elektrisch leitende Glasschmelze 52, 52, das monolithische Widerstandspulver 51 und die Endelektrode 4 in der axialen Bohrung 60 im Ganzen einzukapseln. Ein Talkpulver 7 ist luftdicht zwischen den Isolator 6 und das Metallgehäuse 8 eingebracht.
Der Isolator 6 besteht aus einem Sinterkeramikkörper mit Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) als Hauptbestandteil. Alternativ wird der Isolator 6 hergestellt durch Sintern von Aluminiumnitrid (AlN) unter Zugabe von Sinterhilfsmitteln. Die axiale Bohrung 60 erstreckt sich in Längsrichtung von einem hinteren offenen Ende zu einem vorderen offenen Ende des Isolators 6.
Der bisher beschriebene Isolator 6 besitzt einen gerippten Stababschnitt 61, der den axialen Fortsatz 40 abdeckt, der bis zum hinteren Abschnitt des Isolators 6 eingeführt ist. Der Isolator 6 besitzt des weiteren einen Schenkelabschnitt 62, der einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 3 abdeckt und dem gasförmigen Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum des Verbrennungsmotors ausgesetzt ist. Der Isolator 6 besitzt auch noch einen im Durchmesser größeren Körperanschlag 67 zwischen dem gerippten Stababschnitt 61 und dem Schenkelabschnitt 62, um den Isolator 6 an dem Metallgehäuse 8 zu befestigen.
Der gerippte Stababschnitt 61 besitzt eine mehrfach gestufte Oberfläche, um die Überschlagspannung zu erhöhen. Der Isolator 6 ist fest in dem Metallgehäuse 8 gelagert, indem ein gestufter Abschnitt 66 des Isolators 6 in einen Schulterabschnitt 84 des Metallgehäuses 8 eingreift, und indem ein hinteres Ende 85 des Metallgehäuses 8 mit Hilfe des Talkpulvers 7 gegen den Isolator 6 abgedichtet ist.
Dabei entsteht eine Grenze 36 zwischen dem säulenförmigen Abschnitt 30 der Mittelelektrode 3 und dem spitz zulaufenden Stufenabschnitt 33, und die Grenze 36 ragt um z. B. 0,2 mm bis 0,3 mm, wie in Fig. 2 gezeigt, in eine vordere Stirnfläche 63 des Schenkelabschnitts 62. Eine vordere Stirnfläche 39 des Stufenabschnitts 33 befindet sich außerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6. Zwischen einem vorderen Ende 37 der Mittelelektrode 3 und einem vorderen Ende 21 der Masseelektrode 2 befindet sich die Funkenstrecke (G). Ein Abstand (S) zwischen der vorderen Stirnfläche 63 des Schenkelabschnitts 62 und dem vorderen Ende 37 der Mittelelektrode 3 beträgt 2,0 mm. Der Abstand (S) entspricht dem in Fig. 3a gezeigten Abstand.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, verläuft die Grenze 36 des Stufenabschnitts 33 innerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6. Das heißt, die Grenze 36 liegt unter der Höhe der vorderen Stirnfläche 63, wie in Fig. 2 gezeigt, so daß die Grenze 36 innerhalb der axialen Bohrung des Isolators 6 verläuft.
Der Aufbau ist dergestalt, daß eine größere Hublänge für den Funkenüberschlag zur Verfügung steht, so daß eine höhere Spannung benötigt wird, um den Funkenüberschlag auszulösen, so daß es schwierig wird, den Funkenüberschlag herbeizuführen. Dadurch wird es nämlich möglich, eine Potentialspannung zwischen der Grenze 36 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 und dem Schulterabschnitt 68 des Isolators aufrechtzuerhalten, die höher ist als eine Potentialspannung, die auf der Funkenstrecke (G) aufrechterhalten werden kann. Dies führt dazu, daß normalerweise die Funkenentladungen auf der Funkenstrecke (G) induziert werden, wenn zum Zeitpunkt der Zündung eine hohe Spannung an den Elektroden 2, 3 anliegt. Zur Veranschaulichung kann gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Funkenentladungsspannung 2 kV unter der Überschlagspannung liegen.
In Fig. 3, 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich in den folgenden Punkten von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Der Abstand (S) zwischen der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6 und dem vorderen Ende 37 der Mittelelektrode 3 beträgt 2,0 mm exklusive. In diesem Fall beträgt der Abstand (5) vorzugsweise 1,5 mm. Wie in Fig. 3a gezeigt, bildet ein Umfang 37 des vorderen Endes der Mittelelektrode 3 eine imaginäre konische Konfiguration, die einen Außenumfang 64 des Isolators 6 einbeschreibt. Ein Spitzenwinkel (6) der imaginären konischen Konfiguration beträgt weniger als 110 Grad, vorzugsweise weniger als 100 Grad.
Aus praktischen Gründen wird der Spitzenwinkel (θ) der konischen Konfiguration als oberster Winkel eines Dreiecks genommen, wenn ein Längsschnitt durch die konische Konfiguration längs einer Ebene gelegt wird, die eine Mittelachse desselben enthält.
Fig. 4 zeigt eine Kennlinie zwischen einer erforderlichen Entladespannung und dem Spitzenwinkel (θ).
Eine Beziehung zwischen der erforderlichen Entladespannung und einem Druck in einer Druckkammer wird wie folgt beschrieben:
Bei der Zündkerze (A) gemäß Fig. 5, bei der der Abstand (S) der Mittelelektrode 3 2,0 mm beträgt und die Grenze 36 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 um 0,2 mm innerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6 verläuft, während eine Breite der Funkenstrecke (G) 1,1 mm beträgt, ist es aus dem gleichen Grund wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben möglich, die Spannung zu erhöhen, die erforderlich ist, um den Funkenüberschlag gegen den Außenumfang 64 des Isolators 6 zu induzieren. In diesem Fall ist es möglich, die Überschlagspannung (V1) gegenüber der Überschlagspannung (V2) der Zündkerze (B) um 2 kV zu erhöhen, bei der die Grenze 36 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 um 0,2 mm außerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6 verläuft.
Außerdem beträgt der Spitzenwinkel (θ) der imaginären konischen Konfiguration, der den Außenumfang 64 des Isolators 6 einbeschreibt, weniger als 110 Grad. Dies ergibt die Äquipotentialkurven (Eq), die eine geringe Dichte aufweisen und sich nicht so weit nach außen erstrecken, wie in Fig. 3b gezeigt, im Gegensatz zu dem Fall, wo die vordere Stirnfläche 63 des Isolators 6 einen größeren Durchmesser besitzt. Aus diesem Grund ist es möglich, die Funkenentladungen normalerweise auf der Funkenstrecke (G) zu induzieren, wenn zum Zeitpunkt der Zündung eine hohe Spannung an den Elektroden 2, 3 anliegt. Dadurch wird es möglich, wirksam zu verhindern, daß der Funkenüberschlag hinter die vordere Stirnfläche 63 des Isolators 6 gelangt.
Insbesondere ist es möglich, die Zündkerze in Betrieb zu nehmen, ohne den Funkenüberschlag auszulösen, selbst wenn eine höhere Spannung erforderlich ist, um die Funkenentladungen an den Elektroden zu induzieren. Aus diesem Grund kann die Zündkerze in einem unter hohem Druck stehenden Brennraum verwendet werden, der eine hohe Entladespannung erfordert.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten unterscheidet.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird dargestellt durch eine Zündkerze 10 mit einer Vielzahl von Funkenstrecken. Das vordere Ende der Mittelelektrode 3 besitzt den spitz zulaufenden Stufenabschnitt 33, der im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist. An der vorderen Stirnfläche 39 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 ist der kleine säulenförmige Abschnitt 38 vorgesehen, dessen Durchmesser identisch ist mit dem Durchmesser der vorderen Stirnfläche 39 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33. Am vorderen Ende des Metallgehäuses 8 sind eine Vielzahl von Masseelektroden 14, 14 vorgesehen, deren vordere Enden 15, 15 mit einer vorderen Stirnfläche des kleinen säulenförmigen Abschnitts 36 fluchten. Mit der vorderen Stirnfläche des kleinen säulenförmigen Abschnitts 38 ist eine scheibenförmige Edelmetallspitze 34 durch Laserstrahlschweißen oder Kunststoffbearbeitung in derselben Weise verklebt wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die vordere Stirnfläche 39 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 befindet sich außerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6, und die Grenze 36 des spitz zulaufenden Stufenabschnitts 33 verläuft innerhalb der vorderen Stirnfläche 63 des Isolators 6.
In diesem Fall kann die geometrische Beziehung gemäß Fig. 3a zwischen die imaginäre konische Konfiguration und den Spitzenwinkel (θ) eingeführt werden.
Diese Art von Zündkerze eignet sich besonders für einen Verbrennungsmotor, der mit einer verteilerlosen Zündvorrichtung ausgestattet ist. Die Zündkerze kann betrieben werden, ohne den Funkenüberschlag herbeizuführen, selbst wenn die erforderliche Entladespannung erhöht wird. Aus diesem Grund kann die Zündkerze in einem mit hohem Druck beaufschlagten Brennraum betrieben werden, der eine hohe Entladespannung erfordert.
Es ist festzustellen, daß die Umfangsgrenze 36 zwischen dem Stufenabschnitt 33 und dem säulenförmigen Abschnitt 30 im Krümmungsradius (R) um 0,1 mm oder mehr abgerundet sein kann. Wenn die Grenze 36 so abgerundet ist, kann die Überschlagspannung erhöht werden, die zu dem Funkenüberschlag führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Überschlagspannung schrittweise soweit zu erhöhen, daß die Zündkerze die Funkenentladungen an den Elektroden in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch normal induzieren kann, so daß die Zündfähigkeit verbessert wird. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich für einen Gasmotor, der infolge eines hohen Verdichtungsverhältnisses eine hohe Entladespannung erfordert, weil er mit gasförmigem Kraftstoff wie zum Beispiel Erdgas, Synthesegas, Flüssiggas (LPG) oder dergleichen arbeitet.
Die Erfindung wurde zwar anhand der spezifischen Ausführungsformen beschrieben, doch versteht es sich, daß diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist, da von einem Fachmann verschiedene Modifikationen und Ergänzungen an den spezifischen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Zündkerze (1; 10), umfassend einen langgestreckten Isolator (6), in dem eine Mittelelektrode (3) gelagert ist, ein zylindrisches Metallgehäuse (8), in dem der Isolator gelagert ist, und eine Masseelektrode (2; 14), die von dem Metallgehäuse (8) ausgeht, um mit einem vorderen Abschnitt (31) der Mittelelektrode (3) eine Funkenstrecke (G) zu bilden;

wobei der vordere Abschnitt (31) der Mittelelektrode (3) einen spitz zulaufenden Stufenabschnitt (33) besitzt sowie eine Grenze (36) zwischen einem ersten säulenförmigen Abschnitt (30) der Mittelelektrode (3) und dem spitz zulaufenden Stufenabschnitt (33); und

wobei die Grenze (36) des spitz zulaufenden Stufenabschnitts (33) innerhalb einer vorderen Stirnfläche (63) des Isolators (6) liegt, und wobei eine vordere Stirnfläche (39) des spitz zulaufenden Stufenabschnitts (33) außerhalb der vorderen Stirnfläche (63) des Isolators (6) positioniert ist;

dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (37) des vorderen Endes der Mittelelektrode (3) und der Außenumfang (64) des vorderen Endes des Isolators (6) eine zur Mittelelektrode (3) koaxiale konische Fläche begrenzen, wobei die konische Fläche einen Spitzenwinkel (8) von 110 Grad oder weniger besitzt.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der der vordere Abschnitt (31) der Mittelelektrode (3) des weiteren einen kleinen zweiten säulenförmigen Abschnitt (34, 38) umfaßt, der den gleichen Durchmesser besitzt wie eine vordere Stirnfläche (39) des spitz zulaufenden Stufenabschnitts (33), an dem der kleine säulenförmige Abschnitt (34, 38) vorgesehen ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 2, bei der die Masseelektrode (14) fluchtet mit einer vertikalen Seite des kleinen zweiten säulenförmigen Abschnitts (34, 38).

4. Zündkerze nach Anspruch 2 oder 3, bei der eine Edelmetallspitze (34) an dem kleinen zweiten säulenförmigen Abschnitt (34, 38) der Mittelelektrode (3) so angebracht ist, daß sie mit einem vorderen Endabschnitt der Masseelektrode (2; 14) fluchtet.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der die Edelmetallspitze (34) wenigstens ein Material umfaßt, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Pt, Ir, eine Legierung auf Pt- Basis, eine Legierung auf Ir-Basis und ein Oxid dieser Metalle, nämlich ein Oxid wie Y&sub2;O&sub3; oder dergleichen.

6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem funkenerosionsbeständigen Abschnitt an der vorderen Stirnfläche des spitz zulaufenden Stufenabschnitts, wobei es sich bei diesem Abschnitt gegebenenfalls um die Edelmetallspitze (34) handelt.