DE3206708A1

DE3206708A1 - Zuendkerze mit einer zuendkammer

Info

Publication number: DE3206708A1
Application number: DE19823206708
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr. Bamer; Erich Dipl.-Ing. Breuser; Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-09-01
Also published as: US4465031A

Description

R. 17552

5.2.1982 Sp/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Zündkerze mit einer Zündkammer

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze bzw. einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bzw. des Nebenanspruchs. Eine durch die DE-OS 29 51 029 bekannte Zündkerze ist zum Entzünden von zündunwilligem Brennstoff-Luftgemisch geeignet und hat eine Zündkammer mit einem engen und einem weiten Zündkammerteil und innerhalb dieser Zündkammer an der Grenze von dem engen in den weiten Zündkammerteil eine ringförmige Masseelektrode und eine von einem Isolator getragene Elektrode, die sich durch den weiten Kammerteil und die Masseelektrode hindurch erstreckt und in den engen Zündkammerteil ragt. Die von dem Isolator getragene Elektrode ist als Wärmerohr ausgebildet und mittels eines Heizwiderstands, der mit dem Isolator ver-

einigt ist, heizbar. Der Zündkammerteil mit dem größeren Durchmesser hat zu seiner Symmetrieachse konvergierende Überströmkanäle zum Anschließen dieses Zündkammerteils an einen Hauptbrennraum einer Brennkraftmaschine. Der Zündkammerteil mit dem kleineren Durchmesser hat tangential ausgerichtete Überströmkanäle. Beim Verdichtungshub der Brennkraftmaschine, in die die Zündkerze eingeschraubt ist, strömt Brennstoff-Luftgemisch durch die konvergierenden Überströmkanäle in den weiten Zündkammerteil und durch die tangential ausgerichteten Überströmkanäle in den engen Zündkammerteil ein und bildet dort zwischen deren Umfangswand und der beheizbaren Elektrode eine zum weiten Kammerteil sich fortpflanzende Drallströmung. Entlang dieser Elektrode, die entweder mittels des Heizwiderstands vorgeheizt oder während des Betriebs der Brennkraftmaschine von heißen Gasen erwärmt und auf einer vorteilhaften Temperatur gehalten wird, wird das Brennstoff-Luftgemisch, bevor es an der Masseelektrode anlangt, zündwillig gemacht.

Vorteile der Erfindung

Bei der Zündkerze oder Brennkraftmaschine mit den kennzeichnden Merkmalen nach dem Anspruch 1 bzw. 2 wird die Zündung im Zündfunkenbereich weniger gestört durch Restgas, das aus einer vorangegangenen Verbrennung stammt und gegebenenfalls nicht vollständig fortgespült wurde; und wegen des Fehlens von direkt in den engen Zündkam" merteil mündenden Überströmkanälen ist die Zündkerze auch billiger herstellbar. Außerdem bildet der Isolator, sobald er von brennenden Gasen erwärmt ist, eine Vorwärmstrecke für zu zündendes Gemisch, das an ihm entlang zur Funkenstrecke strömt. Bei Vollastbetrieb wird

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der Fuß des Isolators in besonders vorteilhafter Weise gekühlt. Des weiteren bildet sich infolge der vorgeschlagenen Ausrichtung der verbliebenen Kanäle eine geordnete Strömung entlang dem Isolator und der Elektrode zur Funkenstrecke und dem engen Zündkammerteil hin aus, so daß Gemisch, das sich zum Zündzeitpunkt innerhalb der Funkenstrecke befindet, in gewünschter Weise erwärmt und deshalb zündwillig ist. Infolge der Umlenkungen innerhalb der Strömung tritt zusätzlich im weiten Zündkammerteil eine vorteilhafte Zentrifugalschichtung, die für eine Brennstoffanreicherung in der Funkenstrecke sorgt, auf.

Das Ausbildungbeispiel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 ist technisch einfach herstellbar. Das Ausführungsbeispiel mit den kennnzeichnenden Merkmalen des Anspruchs k hat den Vorteil, daß dem einströmenden Gemisch ein Drall gegeben wird, der die Strömung innerhalb der Zündkammer stabilisiert und im Bereich der Funkenstrecke für eine schnelle Flammenausbreitung nach der Zündung sorgt. Die Maßnahme gemäß dem Anspruch 5 unterstützt die Ausbildung der gewünschten Strömung des zu entflammenden Gemisches. Die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 6 geben eine Bauform eines Einzelteils der Zündkerze mit Zündkammer bzw. Brennkraftmaschine an, die in wirtschaftlicher Weise durch Fließpressen oder Tiefziehen und Stanzen herstellbar ist. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 7 ermöglichen in einfacher Weise den Einbau der Zündkammer insbesondere in eine aus Leichtmetall bestehende Wand der Brennkraftmaschine. Die Maßnahme gemäß dem Anspruch 8 ergibt eine Baueinheit, die das Bestücken einer Brennkraftmaschine mit Zündkerze und Zündkammer erleichtert. Die Weiterbildung der Zündkerze bzw. Brennkraftmaschine gemäß den kennzeichnenden Merkmalen

vrs

des Anspruchs 9 ermöglicht es, den Isolator besonders schnell auf eine erwünschte Vorwärmtemperatur zu bringen, wenn die Brennkraftmaschine in kaltem Zustand gestartet wird. Es ist auch möglich, eine vorteilhafte Betriebstemperatur im Leerlauf und bei geringer Belastung der Brennkräftmaschine durch Einschalten des Heizwiderstands aufrecht zu erhalten. Wenn der Heizwiderstand aus PTC-Widerstandsmaterial hergestellt wird, so vereinfacht sich das Einhalten einer engen ■ Temperaturspanrie,. innerhalb der die günstigste Betriebstemperatur des Isolatorfußes liegt. Die Weiterbildungen gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche TO und 11 haben die Vorteile, daß das elektrische Heizen des Isolators beim Kaltstart oder bei geringert Belastung der Brennkraftmaschine dort erfolgt, wo Wärme an zu erwärmendes Gemisch zu übertragen ist. Unerwünschte Wärmeableitungen an die Fassung der Zündkerze werden erheblich vermindert. Die Ausbildung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ist in Material sparender Weise herstellbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 und Figur 3 eine Seitenansicht einer Einzelheit, die für ein zweites Ausführungsbeispiel bestimmt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Zündkerze 2 ist für eine Brennkraftmaschine, die wenigstens einen von einer Wand 3 begrenzten Hauptbrennraum k hat, bestimmt und hat eine Fassung 5 mit einem hohlen Hals 6 und einem diesen umgebenden Gewinde 7> einen in die Fassung 5 eingesetzten Isolator δ, einen aus dem Isolator herausragenden Elektrodenhalter 9 mit einer Elektrode 10, ein hutförmiges Bauteil 11, einen Heizwiderstand 12 und mit diesem verbundene Anschlußleitungen 13 und 1^.

Das hutförmige Bauteil 11 ist in das freie Ende 15 des Halses 6 eingesetzt und mit diesem durch eine Schweißnaht 16 verbunden. Das hutförmige Bauteil 11 grenzt an dem Hauptbrennraum k der Brennkraftmaschine an oder ragt in diesen hinein. Im Innern des Bauteils 11 befindet sich ein erster Zündkammerteil 17· Innerhalb des Halses 6 befindet sich angrenzend an den Isolator 8 ein zweiter Sündkammerteil 18, der mit dem ersten Zündkammerteil 17 kommuniziert. Der Isolator 8 hat einen Isolatorfuß 19» der in den Hals 6 hineinragt in Richtung des Bauteils 11. Aus dem Isolatorfuß 19 ragt der Elektrodenhalter 9 heraus. Dieser erstreckt sich im wesentlichen bis zu demjenigen Ende 20 des Bauteils 11, das in den Hals 6 hinein ragt. Das Ende 20 dient als Masseelektrode. Die von dem Elektrodenhalter 9 ausgehende Elektrode 10 endet zu dem Ende 20 in einem Abstand, der eine Zündfunkenstrecke 21 bildet. Der Heizwiderstand 12 befindet sich im Isolatorfuß 19, ist mit den Anschlußleitungen 13, 1^ verbunden.und besteht beispielsweise aus PTC-Widerstandsmaterial. Der Heizwiderstand 12 kann aber auch als leitfähige Beschichtung des Isolatorfußes 19 ausgebildet sein. Die Anschlußleitungen

13, 1^ führen in das Innere des Isolatorfußes 19 und von dort in den Isolator 8 und enden schließlich an nicht dargestellten Anschlußmitteln. Das hutförmige Bauteil 11 bildet ausgehend von seinem Ende 20 eine beispielsweise zylindrische Kammerwand 22 und zum Hauptbrennraum k hin eine Stirnwand ?3. Der Hals 6 bildet eine Umfangswand für den zweiten Zündkammerteil 18. Der Durchmesser des zweiten Zündkammerteils 18 ist größer als der des ersten Kammerteils 17. In einen nach Art einer Hutkrempe von dem Bauteil 11 in Richtung des Halses β abstehenden Bund 2h sind Nuten

25 eingearbeitet. Diese Nuten 25 bilden zusammen mit dem inneren Umfang des Halses 6 Überströmkanäle 26, die den zweiten Zündkammerteil 18 mit dem Hauptbrennraum h der Brennkraftmaschine verbinden.

Bei einem Verdichtungshub dieser Brennkraftmaschine strömt zu entflammendes Brennstoff-Luftgemisch durch die Kanäle

26 in den aweiten Zündkammerteil 18 entlang dem inneren Umfang des Halses 6 ein. Das Gemisch strömt in Richtung des Isolators 8 und wird von dem isolatorseitigen Ende

27 des Zündkammerteils 18 radial zum Isolatorfuß 19 abgelenkt . Der Isolatorfuß 19 wiederum lenkt das Gemisch im wesentlichen in seine Längsrichtung ab, wodurch dieses Gemisch an dem Isolatorfuß 19 entlang und über den Heizwiderstand 12 strömt in Richtung des ersten Zündkammerteils 17. 3eim Überströmen des Isolatorsfußes 19 bzw. des Heiz-Widerstandes 12 erhöhen diese Bauteile, die eine vorbestimmte Temperatur aufweisen, die Temperatur des Gemisches. Bei noch kalter Brennkraftmaschine wird mittels des Heizwiderstandes 12 dieser selbst und auch der Isolatorfuß 19 auf eine zweckmäßige Temperatur erhitzt. Für den Fall, daß die Brennkraftmaschine bereits einige Zeit in Betrieb ist, kann ein durch den Heizwiderstand

fließender Strom wenigstens zeitweilig abgeschaltet oder vermindert werden. Eine Überhitzung, die Glühzündungen auslösen könnte, kann beispielsweise dadurch vermieden werden, daß der Heizwiderstand 12 aus einem Werkstoff mit PTC-Eigenschaften hergestellt wird. Bekanntlich nimmt bei in solcher Art ausgebildeten Heizwiderständen die Stromaufnähme bei ansteigender Temperatur sehr stark ab, so daß eine Selbstregeleigenschaft vorhanden ist.

Im ersten Ausführungsbeispiel sind die die Kanäle 26 bil denden Nuten 25 parallel zur Längsachse des Zündkammert,f-?il3 1Ö ausgerichtet und gleichmäßig am Umfang des Bauteils 11 verteilt oder zumindest spiegelsymmetrisch angeordnet. Es können aber auch in das Bauteil 11 geneigt verlaufende Nuten 25' oder nach Art von Gewindesteigungen angeordnete Nuten eingearbeitet werden. Diese Nuten bilden dann zusammen mit dem Hals 6 Überströmkanäle 26' mit in bezug auf den Zündkammerteil 18 axialen und tangentialen Komponenten. Die Steigungen und Parallelen zur Längsachse der Zündkammer können Winkel bis beispielsweise 00 Grad einschließen. Dadurch bilden sich innerhalb dem Zündkammerteil 18 Strömungen aus mit Geschwindigkeit skomponenten um deren Längsachse. Dies bewirkt eine Stabilisierung der Strömungen, ein geordnetes Entlangströmen hin zu dem Isolatori'uß 19, dem der Heizwiderstand 12 zugeordnet ist, und der Zündfunkenstrecke 2I sowie dem Kammerteil 17· Im Bereich der Zündfunkeriatreoko 2 1 herrscht deshalb ebenfalls eine Strömung mit Umfangsgeschwindigkeit, die nach der Entzündung des GiTiiijenes mittels der Elektroden 10, 20 für eine schnelle Flammenausbreitung in Umfangsrichtung sorgt, so '.1!1Io IJiiiui fackeln praktisch gleichzeitig aus allen Kanälen „;b ' in d»n Hauptbrennraum k schlagen und dort

befindliches Gemisch entflammen. Die beschriebene Strömungsausbildung hat infolge auftretender radialer Beschleunigungen auch den Vorteil einer erwünschten Brennstoff verteilung innerhalb des eingeströmten Gemisches, Diese Brennstoffverteilung ermöglicht es auch, ein Gemisch, das im Durchschnitt einen deutlichen LuftÜberschuß, also beispielsweise mehr als 20 %, aufweist, sicher zu entzünden. Die Zündkamraerteile 17 und 18 können auch abweichend von der in der Figur 1 dargestellten hohlzylindrischen Ausbildung hohlkegelig oder nach Art eines halben Hohlellipsoid's gestaltet werden. Ein großer Vorteil ergibt sich noch durch die Anordnung der Zündfunkenstrecke 21. Er besteht darin, daß infolge des Aufbaus der Zündkerze 2 die Zündfunkenstrecke 21 von den Kanälen 26 bzw. 26' nur kurze Abstände hat, so daß nach der Zündung nur eine sehr kurze Zeit verstreicht, bis aus den genannten kanälen Zündfackeln heraus und in den Hauptbrennraum h schlagen. Dadurch kann die Brennkraftmaschine mit wenig Frühzündung, was bekanntlich einen guten Wirkungsgrad durch Annäherung an den sogenannten Gleichraumprozeß erbringt, betrieben werden.

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Leerseite

Claims

.2.1982 Sp/Pi
·;1.19β2 Sp/H

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1 REi BOSCH SMtsH, TOOQ BfmfO

Ansprüche

^Zündkerze mit einer Zündkammer, die einen ersten

.._AT'i" dicfn - mit fH-ner itiu^.c :■
Zundkammerteil mit einer Stirnwand, die an einen Hauptbrennraum irgendeiner Brennkraftmaschine angrenzt, und einen zweiten Zündkammerteil, der sich in Richtung eines eine Elektrode tragenden Isolators an den ersten Zündkammerteil anschließt und einen größeren Querschnitt als der erste besitzt, hat, und mit wenigstens einem Überströmkanal, der den Hauptbrennraum mit der Zündkammer verbindet, und mit einer Masseelektrode, die im Bereich der Grenze zwischen den beiden Zündkammerteilen angeordnet ist und gemeinsam mit der isoliert angeordneten Elektrode eine Zündfunkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Überströmkanal (26, 26') unmittelbar in den zweiten Zündkammerteil (18) von der Stirnwand einmündet und innerhalb einer zur Umfangswand (6*) des zweiten Zündkammerteils (18) nach innen angrenzenden parallelen Fläche liegt.
2. Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Zündkammer, die einen ersten Zündkammerteil mit einer Stirnwand»

die an einen Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine angrenzt, und einen zweiten Zündkammerteil, der sich in Richtung eines eine Elektrode tragenden Isolators an den ersten Zündkammerteil anschließt und einen größeren Querschnitt als der erste besitzt, hat, und mit wenigstens einem Überströmkanal, der den Hauptbrennraum mit der Zündkammer verbindet, und mit einer Masseelektrode, die im Bereich der Grenze zwischen den beiden Zündkammerteilen angeordnet ist und gemeinsam mit der isoliert angeordneten Elektrode eine Zündfunkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Überströmkanal (26, 26') unmittelbar in den zweiten Zündkammerteil (18) von der brennraumseitigen Stirnwand einmündet und innerhalb einer zur Umfangswand (6) des zweiten Zündkammerteils (18) nach innen angrenzenden parallelen Fläche liegt.
3. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw, 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zündkammerteil (18) am Umfang zylindrisch ausgebildet ist, und daß die Überströmkanäle (26) parallel zur Längsachse dieses Zündkammerteils (18) in diesen münden,
h. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (26¹) zur Umf angsrichtung des Zündkammerteils (. 1 8 ) geneigt ausgerichtet sind.
5. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw. 2, 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte

der Überströmkanäle (26, 26') gleichmäßig am Umfang des zweiten Zündkammerteils (18) verteilt angeordnet sind»
6. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw. 2, 3» h oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zündkammerteil (17) sich innerhalb eines im wesentlichen hutartig geformten Bauteils (11) befindet, und daß die Überströmkanäie (26, 26^f) in einen im wesentlichen radial von dem Bauteil (11J nach Art einer Hutkrempe abstehenden Bund (2UJ eingearbeitet sind.
7. Zündkerze.nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (2) eine Fassung (5) mit einem hohlen Hals (6) hat, und daß der zweite Zündkammerteil (18) innerhalb dieses Halses (6) liegt.
8. Zündkerze nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hutartig geformte Bauteil (11) im freien Ende (15) des Halses (6) befestigt ist.
9. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizwiderstand (12), der vorzugsweise aus PTC-Widerstandsmaterial besteht, mit dem Isolator (8) vereinigt ist.
10. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (8) einen Isolatorfuß (19) hat, daß der Isolatorfuß (19) in den zweiten Zündkammerteil (18) hineinragt, und daß der Heizwiderstand (12) in den Isolatorfuß (19) eingelassen ist.
11. Zündkerze oder Brennkraftmaschine nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (12) als eine elektrisch leitfähige Beschichtung des Isolatorfußes (19) ausgebildet ist.