DE4406558A1 - Zündkerze mit Masseelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit Masseelek­ trode, die für eine Verwendung im Bereich von Ver­ brennungsmotoren vorgesehen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Masseelektrode, die als Teil der Zündkerze ausgebildet ist.

In der Regel besteht die Masseelektrode aus einem me­ tallischen Stab, der sich ausgehend von einer äußeren ringförmigen Komponente in Richtung auf eine Mittel­ linie erstreckt. Die ringförmige Komponente bildet ein mit einem Gewinde versehenes Gehäuse der Zündkerze aus. Der Stab ist derartig gebogen, daß er sich zunächst ausgehend von der ringförmigen Komponente in Richtung der Mittellinie der Zündkerze erstreckt und an­ schließend entsprechend einer L-Kontur in Richtung auf die Mittellinie umgebogen ist. Der Stab ist mit einem vorgebbaren Abstand oberhalb einer Zentralelektrode angeordnet, die in der Regel konzentrisch zur Mittel­ linie verläuft. Der Stab weist gemäß dem Stand der Technik eine rechteckförmige Querschnittkontur auf. Die Masseelektrode ist mit einem Massepotential über das mit dem Gewinde versehene Gehäuse verbunden. Bei einem vorgesehenen Gebrauch ist das Gehäuse in Kontakt mit dem Verbrennungsmotor.

Es ist bereits bekannt, daß die Gestaltung und die An­ ordnung der Masseelektrode zur Erzielung von Einflüssen auf den elektrischen Zündfunken benutzt werden kann. Darüber hinaus sind Adaptionen der Masseelektrode derart bekannt, daß Einflüsse auf die Zündung be­ ziehungsweise die Bewegung und die Turbulenz der Gase innerhalb des Zylinders der Verbrennungsmaschine verur­ sacht werden können. Ebenfalls ist es möglich, eine Kombination derartiger Wirkungen zu erzielen.

Masseelektroden mit komplizierten Formen und Anord­ nungen, beispielsweise eine ringförmige Anordnung der Masseelektrode um die Zentralelektrode herum, sind bereits bekannt. Ebenfalls ist es möglich, die Masse­ elektrode mit Öffnungen, Vertiefungen oder Schichten in Form einer Gabel auszubilden. Derartige Anordnungen sind in dem US-Patent Nr. 4,401,915 und in der französischen Patentanmeldung Nr. 2,440,100 be­ schrieben. In der PCT-Patentanmeldung WO 81/01 918 wird eine Zündkerze mit mehreren L-förmigen Elektroden be­ schrieben, die derart gewunden sind, daß ihnen die Form von Flügeln eines Propellers verliehen wird. Diese An­ ordnung ruft günstige Verwirbelungsbewegungen im Bereich der Abbrennfront innerhalb des Zylinders der Verbrennungsmaschine hervor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung es, eine Masseelektrode der einleitend genannten Art für Ver­ brennungsmaschinen derart auszubilden, daß eine günstige Beeinflussung des Verbrennungsablaufs hervor­ gerufen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die stabförmig ausgebildete Masseelektrode im Bereich eines quer zu eine Mittellinie der Zündkerze angeord­ neten Elektrodenquersegmentes eine Querschnittfläche aufweist, die im wesentlichen parallel zur Mittelinie orientiert ist und die im Bereich ihrer einer Zentral­ elektrode der Zündkerze abgewandten Ausdehnung mit einer schlanken oder aeroedynamisch günstigen Ge­ staltung versehen ist.

Durch die vorgeschlagene Gestaltung wird eine laminare Strömung der Verbrennungsgase während einer Kom­ pressionsphase hervorgerufen. Diese laminare Strömung wird auf einem Niveau erzeugt, das von der Masseelek­ trode aufgespannt wird und auf jeder Seite der Masse­ elektrode hervorgerufen.

Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der Er­ findung, die sich insbesondere durch ihre Einfachheit auszeichnet, ist die Masseelektrode in üblicher Weise mit einer vorgebbaren Distanz oberhalb der Zentralelek­ trode angeordnet. Der stabförmige Teil der Masseelek­ trode ist mit einer dreieckförmigen Querschnittfläche gestaltet. Im Bereich des außenseitigen Endes des Stabes ist die Querschnittfläche in Form eines Prismas gestaltet, das senkrecht beziehungsweise im wesent­ lichen senkrecht zur Mittellinie der Zündkerze ange­ ordnet ist.

Die erwähnte dreieckförmige Gestaltung beinhaltet sowohl eine Ausbildung mit spitzen Ecken, als auch eine gerundete Überleitung der Seiten des Dreiecks im Bereich der Ecken.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die Querschnittfläche des stabförmigen Teiles der Masse­ elektrode, beziehungsweise eines funktionsgleichen Elementes, das als Masseelektrode verwendet wird, mit einem spitzbogenartigen Profil versehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Darstellung einer Seitenansicht einer Zündkerze mit einer Masseelektrode ent­ sprechend dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechen Fig. 1 mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Masseelektrode,

Fig. 3 eine Masseelektrode mit einer spitzbogen­ artigen Querschnittgestaltung und

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Zündkerze mit einer Masseelektrode, die in einem Endbereich mit einer Verjüngung versehen ist.

Eine Zündkerze besteht entsprechend der Ausführungsform in Fig. 1 im wesentlichen aus einem Hauptkörper (1), der im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Darüber hinaus sind ein mit einem Gewinde versehenes Gehäuse (2) und eine Masseelektrode (6) vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Elektrodenschaft (3) und einem Elektrodenquersegment (3′) ausgebildet ist. Der Elektrodenschaft (3) erstreckt sich im wesentlichen in Richtung einer Mittellinie (7) der Zündkerze und das Elektrodenquersegment (3′) ist senkrecht zur Mittel­ linine (7) angeordnet. Darüber hinaus ist eine Zentral­ elektrode (4) vorgesehen, die von einem Isolationsmate­ rial (5) eingeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Zündkerze entsprechend Fig. 1 mit einem erfindungsgemäß veränderten Quer­ schnittprofil des Elektrodenquersegmentes (3). Das Elektrodenquersegment (3) hat entsprechend der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung eine drei­ eckförmige Querschnittfläche.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht dargestellt, das Elektrodenquer­ segment (3) hat hier doch eine spitzbogenförmige Quer­ schnittfläche.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung ist das stabförmige Element, das als Elek­ trodenquersegment (3) verwendet wird, im Bereich seines dem Gehäuse (2) abgewandten Endes mit einer Verjüngung versehen. Diese verjüngte Ausbildung ist in Fig. 4 dar­ gestellt, die eine teilweise Seitenansicht der Zünd­ kerze darstellt. Gestrichelt ist in Fig. 4 der übliche Konturverlauf des Elektrodensegmentes (3) dargestellt. Im Bereich einer der Zentralelektrode (4) zugewandten Unterseite des Elektrodenquersegmentes (3) ist somit eine übliche Gestaltung vorgesehen und die Verjüngung vollzieht sich in eine der Zentralelektrode (4) abge­ wandte Richtung derart, daß ein schräg zur Mittellinie (7) orientierter Konturverlauf vorliegt. Das Elek­ trodenquersegment (3) ist somit im Bereich seiner der Zentralelektrode (4) zugewandten Ausdehnung bezüglich des Elektrodenschaftes (3′) länger als im Bereich seiner der Zentralelektrode (4) abgewandten Ausdehnung ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Gestaltung und Anordnung der Masselektrode kann mit vielfältigen Gestaltungen gemäß dem Stand der Technik kombiniert werden. Die Masseelek­ trode (6) kann beispielsweise als ein L-förmig ge­ bogener Stab entsprechend der Ausführungsform in den Figuren und entsprechend der obigen Beschreibung ausge­ bildet sein, es sind aber auch Ausführungsformen ent­ sprechend anderen bekannten Gestaltungen möglich. Die Zündkerze kann beispielsweise auch eine Mehrzahl von Masselektroden mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ent­ halten.

Ergänzend zur oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ge­ staltung ist es aber auch möglich, daß der bezüglich der Generierung des Zündfunkens nicht aktive Elek­ trodenschaft (3′) der Masseelektrode (6) ebenfalls mit einem aereodynamisch günstigen Profil im Bereich seiner dem Zündgebiet abgewandten Ausdehnung versehen ist. Auch der Elektrodenschaft (3′) kann beispielsweise mit der beschriebenen dreieckförmigen Gestaltung versehen sein, die für das Elektronenquersegment (3) vorgesehen ist. Dies ist insbesondere möglich für denjenigen Teil des Elektrodenschaftes (3′), der sich parallel zur Mittellinie (7) der Zündkerze erstreckt und zusätzlich für den gebogenen Bereich.

Überraschender Weise konnte festgestellt werden, daß das vorgeschlagene Querschnittprofil der Masselektrode (6) entsprechend der Erfindung eine erheblich ver­ besserte Wirkungsweise der Verbrennungsmaschine im Ver­ gleich zu einer Verwendung von Zündkerzen entsprechend dem Stand der Technik hervorruft. Insbesondere betrifft dies die Eigenschaften der Umweltverschmutzung, des Verbrauchs, der Rußablagerung, eines weichen Laufes, des Wirkungsgrades, der Kraftentfaltung sowie der Temperatur der Zündkerze.

Weitere überraschende Vorteile konnten insbesondere auch im Zusammenhang mit dem Anlassen des Motors und der Möglichkeit zur Verwendung von kraftstoffarmen Luft-Kraftstoffmischungen beobachtet werden, die einen Landwert oberhalb von 1 hervorrufen.

Eine mögliche physikalische Erklärung für diesen Effekt liegt darin, daß die vorgeschlagene Konturgebung der Masseelektrode (6) es ermöglicht, daß während der Kom­ pressionsphase eine Gasströmung erzeugt wird, die vor­ teilhafte Verwirbelungseffekte zwischen der Masse­ elektrode (6) und der Zentralelektrode (4) hervorruft. Darüber hinaus wird während der Explosionsphase durch die erfindungsgemäße Gestaltung eine Ausbildung von Schattenzonen vermieden, innerhalb derer die Ver­ brennung nicht vollständig durchgeführt wird. Derartige Zonen können bei Zündkerzen entsprechend dem Stand der Technik im Bereich desjenigen Bereiches der Masse­ elektrode (6) auftreten, die einem Zündfunken abgewandt ist. Die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung hängt jedoch nicht von dieser beschriebenen physikalischen Theorie ab.

Eine Zündkerze entsprechend der Erfindung, beispiels­ weise der Gestaltung, die in Fig. 2 oder Fig. 3 be­ schrieben ist, kann ausgehend von einer kommerziell verfügbaren üblichen Zündkerze mit einem Elektroden­ quersegment (3) mit einer rechteckförmigen Querschnitt­ fläche durch entsprechende Materialabtragungen erzeugt werden. Die Querschnittfläche des Elektrodenquerseg­ mentes (3) beziehungsweise eines Teiles des Elektroden­ quersegmentes (3) oder des Elektronenschaftes (3′) kann dabei mit einer dreieckförmigen oder einer spitzbogen­ förmigen Gestaltung versehen werden.

Zusätzlich zu den konkret beschriebenen Ausführungs­ formen kann die erfindungsgemäße Zündkerze in einer Vielzahl weiterer Konstruktionsvarianten und Details hergestellt werden.

Claims (6)

1. Zündkerze für Verbrennungsmotoren mit einer Masse­ elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die stab­ förmig ausgebildete Masseelektrode (6) im Bereich eines quer zu eine Mittellinie (7) der Zündkerze angeordneten Elektrodenquersegmentes (3) eine Querschnittfläche aufweist, die im wesentlichen parallel zur Mittelinie (7) orientiert ist und die im Bereich ihrer einer Zentralelektrode (4) der Zündkerze abgewandten Ausdehnung mit einer schlanken oder aeroedynamisch günstigen Gestaltung versehen ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche eine dreieckförmige Ge­ staltung aufweist und bei der eine Grundseite des dreieckförmigen prismatischen Bereiches, die der Zentralelektrode (4) zugewandt angeordnet ist, sich im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie (7) er­ streckt.

3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckförmige Gestaltung der Querschnitt­ fläche im Bereich ihrer Ecken abgerundet ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche mit einer spitzbogen­ förmigen Gestaltung versehen ist und eine Spitze der Querschnittfläche bei einer Anordnung der Zünd­ kerze im Bereich des Verbrennungsmotors in Richtung auf das Ende eines Zylinders des Motors anordbar ist, das der Zündkerze abgewandt angeordnet ist.

5. Masselektrode in einer Zündkerze, die im wesent­ lichen aus einem Elektrodenschaft ausgebildet ist, der sich ausgehend von einem Gehäuse der Zündkerze erstreckt und L-förmig in ein Elektrodenquersegment umgebogen ist, das sich in Richtung auf eine Mittellinie erstreckt und das im Bereich seines dem Elektrodenschaft abgewandten Endes mit einem vorgebbaren Abstand zu einer Zentralelektrode anordbar ist, die elektrisch gegenüber dem Gehäuse isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenquersegment (3) mit einer dreieckförmigen Querschnittfläche versehen ist und daß eine hierdurch aufgespannte prismatische Fläche derart oberhalb der Zentralelektrode (4) angeordnet ist, daß eine Begrenzungsfläche im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie (7) ausgerichtet ist.

6. Masseelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenquer­ segment (3) sich im Bereich seines dem Elektroden­ schaft (3′) abgewandten Endes in eine der Zentral­ elektrode (4) abgewandte Richtung (4) verjüngt und daß eine hänge des Elektrodenquersegmentes (3) im Bereich seiner der Zentralelektrode (4) abgewandten Ausdehnung geringer als im Bereich seiner der Zentralelektrode (4) zugewandten Ausdehnung aus­ gebildet ist.