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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach
dem Oberbegriff des unabhängigen
Anspruchs.
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Eine
derartige Zündkerze
ist beispielsweise in der
DE
21 06 893 A1 beschrieben. Die Zündkerze weist ein Gehäuse auf,
in dem ein Isolator angeordnet ist. In den Isolator ist eine Längsbohrung
eingebracht, in der eine Mittelelektrode angeordnet ist. Am Gehäuse sind
drei Masseelektroden festgelegt, wobei eine der Masseelektroden
als Dachelektrode und die beiden anderen Masseelektroden als seitlich
angestellte Elektroden ausgebildet sind. Durch Anlegen einer Zündspannung
bildet sich zwischen der Mittelelektrode und einer der Masseelektroden
eine Funkenstrecke aus. Die Funkenstrecke zwischen der Dachelektrode
und der Mittelelektrode verläuft
entlang einer Längsachse
der Längsbohrung
des Isolators (Luftfunkenstrecke). Zwischen den seitlich angestellten
Elektroden und der Mittelelektrode bildet sich eine Gleitfunkenstrecke
aus, die über
die dem Brennraum zugewandten Stirnseite des Isolators verläuft. Die
Mittelelektrode ist passgenau in der Längsbohrung des Isolators angeordnet
oder weist nur einen sehr geringen Abstand zum Isolator auf.
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Derartige
Zündkerzen,
bei denen sich aufgrund der Elektrodengeometrie sowohl eine Luftfunkenstrecke
als auch eine Gleitfunkenstrecke (beziehungsweise eine Gleitluftfunkenstrecke)
ausbilden kann, werden insbesondere in Anwendungen eingesetzt, bei
denen eine starke Verrußung
des Isolators auftreten kann. Dies ist beispielsweise beim Einsatz in
Schichtlademotoren der Fall. Durch die Funkenentladung über die
Gleitfunkenstrecke wird der Ruß auf
der Oberfläche
des Isolators zumindest teilweise verbrannt.
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Hierbei
ist nachteilig, dass sich beim Start der Brennkraftmaschine auf
dem Isolator Ruß ablagert,
da der Isolator während
des Startvorgangs nur langsam aufgeheizt wird.
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Durch
eine verrußte
Oberfläche
des Isolators wird eine sogenannte Gleitentladung, nämlich eine Entladung
zwischen Gehäuse
und Isolator gerade in der Startphase begünstigt, da während der
Startphase besonders hohe Zündspannungen
durch einen geringeren Saugrohrunterdruck, spätere Zündung und niedrigere Ansaugtemperatur
vorliegen. Eine derartige Gleitentladung kann zu Problemen beim Entzünden des
Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum führen und auch Zündaussetzer
verursachen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Zündkerze
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, dass der Isolator während
einer Startphase schnell aufgeheizt wird, so dass Rußablagerungen
in der Startphase stark vermindert werden.
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Hierzu
ist vorgesehen, dass der Isolator in einem vorderen der ersten Masseelektrode
zugewandten Abschnitt einen Außendurchmesser
d und einen Innendurchmesser c aufweist, und dass d – c nicht größer als
1,9 mm ist. Der vordere Bereich erstreckt sich ausgehend von einer
der ersten Masseelektrode zugewandten Stirnseite des Isolators in
Richtung des anschlussseitigen Endes der Zündkerze. Der vordere Abschnitt
des Isolators weist eine axiale Länge p auf, wobei unter der
axialen Länge
die Ausdehnung in Richtung der Längsachse
des Isolators verstanden wird. Ist d – c ≤ 1,9 mm (wobei d – c gerade
die doppelte Wandstärke
des vorderen Abschnitts des Isolators ist), so wird der Isolator
schnell aufgeheizt, da ein Körper
mit einer geringeren Wandstärke
schneller aufgeheizt wird.
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Der
Wärmeübertrag
zwischen den im Brennraum befindlichen heißen Gasen und dem Isolator
erfolgt im wesentlichen im vorderen, aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt
des Isolators, da in diesem Abschnitt die Strömungsgeschwindigkeiten und Verwirbelungen
des heißen
Gases besonders groß sind,
und da bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und
starken Turbulenzen der Wärmeübertrag
besonders groß ist.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch
angegebenen Zündkerze
möglich.
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Als
besonders vorteilhaft für
das Aufheizverhalten hat sich eine Geometrie des vorderen Abschnitts
des Isolators erwiesen, bei der d – c im Bereich von 1,6 mm bis
1,8 mm liegt, und/oder bei der c im Bereich von 2,6 mm bis 3,0 mm
liegt, und/oder bei der d im Bereich von 4,3 mm bis 4,7 mm, insbesondere
im Bereich von 4,4 mm bis 4,6 mm, liegt.
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Der
vordere Abschnitt des Isolators erstreckt sich beginnend von seiner
Stirnseite bis zu einer zur Längsachse
des Isolators senkrechten Ebene, die einen Abstand p zur Stirnseite
aufweist. Der vordere Abschnitt weist damit ein Volumen V, eine
Außenfläche A und
eine Ringfläche
R auf. Die Außenfläche A setzt
sich aus der äußeren und
inneren Mantelfläche und
der Stirnseite des vorderen Abschnitts des Isolators zusammen, wobei
der Übergang
zwischen den Mantelflächen
und der Stirnseite beispielsweise durch abgerundete Kanten oder
durch konisch zulaufende Bereiche gestaltet werden kann und natürlich ebenso
zur Außenfläche A beiträgt. Die
Ringfläche
R ist die Fläche
innerhalb des Isolators, der auf der oben erwähnten zur Längsachse des Isolators senkrechten
Ebene liegt, und durch die der vordere Bereich des Isolators begrenzt
ist.
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Um
die Rußablagerungen
bei Kaltstarts zu vermindern, ist weiterhin vorteilhaft eine Geometrie des
vorderen Abschnitts des Isolators vorgesehen, bei der der Quotient
des Volumens V und der Außenfläche A des
vorderen Abschnitts kleiner als 0,33 mm ist, insbesondere im Bereich
von 0,20 mm bis 0,32 mm liegt. Die Aufheizung des vorderen Abschnitts des
Isolators bei Kaltstarts erfolgt umso schneller, je kleiner das
aufzuheizende Volumen V und je größer die wärmeaufnehmende Außenfläche A ist.
Ein besonders gutes Aufheizverhalten bei gleichzeitig geringem Verschleiß auf der
Stirnseite der Keramik durch Funkeneingrabungen wurde bei einer
Zündkerze
mit einem Verhältnis
V/A im Bereich von 0,23 mm bis 0,28 mm, insbesondere bei 0,25 mm
erzielt.
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Der
Bereich des Isolators, in dem die Strömungsgeschwindigkeiten und
Verwirbelungen des heißen
Gases besonders groß sind
und damit der Wärmeübertrag
auf den Isolator besonders hoch ist, ist der brennraumseitig aus
dem Gehäuse
herausragende Bereich. Daher ist die Länge p, durch die die axiale
Länge des
vorderen Abschnitts des Isolators gekennzeichnet wird, vorteilhaft
durch den Überstand
q des Isolators über
das brennraumseitige Ende des Gehäuses gegeben. Vorteilhaft liegt
q zwischen 2 mm und 3,5 mm.
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Zündkerzen
mit einer als Dachelektrode ausgebildeten ersten Masseelektrode
und (mindestens) einer zweiten Masseelektrode, die seitlich neben
der Mittelelektrode angestellt ist, bilden sowohl Luftfunkenstrecken
(zur Dachelektrode) als auch Gleitfunkenstrecken beziehungsweise
Luftgleitfunkenstrecken (zu den seitlich angestellten Masseelektroden) aus.
Durch die Luftgleitfunkenstrecken werden Ablagerungen auf dem Isolator
weggebrannt, über
die ansonsten unerwünschte
Kriechströme
oder auch Entladungen fließen
könnten.
Derartige Zündkerzen werden
bevorzugt bei Motorkonzepten eingesetzt, bei denen Ablagerungen,
insbesondere Verrußungen,
vermehrt auftreten. Ein Beispiel hierfür ist der Schichtlademotor,
bei dem im Schichtbetrieb durch die späte Einspritzung des Kraftstoffs
noch flüssiger Kraftstoff
im Brennraum vorhanden sein kann, der bei Verbrennung zu verstärkter Rußbildung
führt.
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In
der Regel sind derartige Zündkerzen
so ausgelegt, dass die Mehrzahl der Entladungen zur Dachelektrode
erfolgen, und dass die Luftfunkenstrecke zwischen Dachelektrode
und Mittelelektrode zu der optimalen Entzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs
führt,
da die Entflammung (Flammkern) an einem definierten Ort erfolgt,
wodurch ein gleichmäßiges Durchbrennen
des Luft-Kraftstoff-Gemischs
gewährleistet
ist. Dies ist besonders wichtig bei Schichtlademotoren. Die zur
Erzeugung einer optimalen Luftfunkenstrecke notwendige Spannung
ist jedoch vergleichsweise hoch, so dass auch seitlich an der Außenfläche des
Isolators hohe Feldstärken
vorliegen, durch die auf einer verunreinigten (beispielsweise verrußten) Oberfläche des
Isolators freie Ladungsträger
erzeugt werden. Durch einen zwischen dem zweiten Abschnitt der Mittelelektrode
und dem Isolator vorgesehenen Spalt wird die Feldkonfiguration derart
verändert,
dass die elektrische Feldstärke auf
der Außenseite
des Isolators vermindert wird. Damit verringert sich die Zahl der
beweglichen Ladungsträger
und damit auch die Wahrscheinlichkeit einer Gleitentladung entlang
des Isolators hin zum Gehäuse.
Vorteilhaft weist die Mittelelektrode daher einen ersten und einen
zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt einen radialen
Abstand zur Längsbohrung
des Isolators von weniger als 0,15 mm aufweist, und wobei der zweite
Abschnitt einen radialen Abstand zur Längsbohrung des Isolators von
mindestens 0,15 mm aufweist. Durch den Spalt zwischen dem zweiten
Abschnitt der Mittelelektrode und dem Isolator verringert sich die
Feldstärke
im Bereich der Oberfläche
des Isolators und damit die Neigung zu Gleitentladungen.
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Besonders
vorteilhaft weist der überwiegende
Teil des zweiten Abschnitts der Mittelelektrode einen radialen Abstand
zur Längsbohrung
des Isolators von mindestens 0,3 mm auf, um die Erzeugung von Ladungsträgern auf
der Außenfläche des
Isolators besonders wirkungsvoll zu vermeiden. Der zweite Abschnitt
kann zylindrisch geformt sein, mit einem beispielsweise konischen Übergangsbereich
zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Mittelelektrode.
Der Übergangsbereich
zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt kann auch als Absatz
ausgebildet sein, dessen Fläche
in einer Ebene senkrecht zur Längsachse
des Isolators liegt. Alternativ kann der zweite Abschnitt unterteilt
sein in verschiedene sich in Richtung der ersten Masseelektrode
verjüngende
Bereiche mit abnehmendem Durchmesser, wobei eine Mittelelektrode
mit einem derartig sich verjüngenden
Endabschnitt vorteilhaft eine Edelmetallspitze aufweist.
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Vorteilhaft
liegt die axiale Ausdehnung h des innerhalb des Isolators angeordneten
Bereichs des zweiten Abschnitts der Mittelelektrode im Bereich von
0,3 mm bis 2,0 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 1,4 mm,
bevorzugt bei 0,7 mm. Ebenso vorteilhaft ist die axiale Ausdehnung
h größer ist
als ein Abstand f , wobei der Abstand f der axiale Abstand zwischen
der Stirnseite des Isolators und der der ersten Masseelektrode abgewandten
Seite des Endabschnitts der zweiten Masseelektrode ist.
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Bei
Zündkerzen,
deren Mittelelektroden im zweiten Abschnitt einen Spalt zum Isolator
aufweisen, ist die Länge
p des vorderen Bereichs des Isolators vorteilhaft durch die axiale
Ausdehnung h des innerhalb des Isolators angeordneten Bereichs des zweiten
Abschnitts der Mittelelektrode gegeben, das heißt, der Isolator weist zumindest
in dem Bereich die oben beschriebene, bezüglich der Aufheizung vorteilhafte
Geometrie auf, in dem die Mittelelektrode mit ihrem zweiten Abschnitt
einen vergleichsweise großen Abstand
zum Isolator aufweist. Durch den Spalt zwischen Isolator und zweitem
Abschnitt der Mittelelektrode wird nämlich zusätzlich die Aufheizung des Isolators
gefördert,
da das heiße
Gas besser zur inneren Mantelfläche
des Isolators gelangen kann, so dass auch ein guter Wärmeübertrag
im Bereich der inneren Mantelfläche
erfolgt.
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Die
im Brennraum aufgrund der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs
entstehende Wärme
führt zu
einer starken Erwärmung
des brennraumseitigen Endabschnitts der Zündkerze. Um eine Überhitzung
der Zündkerze
zu vermeiden, ist die Zündkerze
vorteilhaft so gestaltet, dass die Wärme vom brennraumseitigen Endabschnitt
der Zündkerze hin
zum anschlussseitigen Ende der Zündkerze
abgeführt
wird. Weist der Isolator einen nur sehr geringen Abstand zum ersten
Abschnitt der Mittelelektrode auf, so erfolgt ein Großteil des
Wärmeflusses
aus dem Bereich des Isolators, der auf Höhe des ersten Abschnitts der
Mittelelektrode angeordnet ist, über die
Mittelelektrode. Zwischen dem zweiten Abschnitt der Mittelelektrode
und dem Isolator ist jedoch ein Spalt vorgesehen, der den Wärmefluss
stark einschränkt.
Um eine Überhitzung
des vorderen Bereichs des Isolators zu vermeiden, weist der vordere Abschnitt
eine Geometrie auf, bei der der Quotient der Außenfläche A und der Ringfläche R kleiner
als 4,0, insbesondere kleiner als 3,1 mm ist. Da die Wärmeaufnahme
des vorderen Abschnitts des Isolators über die Außenfläche A erfolgt und eine größere Außenfläche A eine
größere Wärmeaufnahme
bedeutet, und da die Wärme über die
Ringfläche
R zum anschlussseitigen Ende der Zündkerze fließt und über eine
größere Ringfläche R die
Wärme besser
abgeführt
wird, wird vorteilhaft eine Geometrie gewählt, bei der die Außenfläche A vergleichsweise
klein und die Ringfläche
R vergleichsweise groß ist.
Eine besonders gute Wärmeableitung
konnte mit Zündkerzen
erreicht werden, deren vorderer Abschnitt ein Verhältnis A/R
im Bereich von 2,0 bis 2,9, insbesondere von 2,5, aufweist.
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Die
Zündkerze
weist zwischen der Mittelelektrode und der ersten Masseelektrode
einen Elektrodenabstand r und zwischen der Mittelelektrode und der
zweiten Masseelektrode einen Elektrodenabstand s auf. Bei Anlegen
einer Spannung kann sich eine Funkenstrecke sowohl zwischen der
ersten Masseelektrode und der Mittelelektrode als auch zwischen
der zweiten Masseelektrode und der Mittelelektrode ausbilden. Vorteilhaft
sind die Elektrodenabstände
so ausgestaltet, dass bei einem nicht oder nur wenig verrußten Isolator
sich die überwiegende
Zahl der Funkenstrecken zwischen der ersten Masseelektrode und der
Mittelelektrode ausbilden, da diese Funkenstrecke zu einer optimalen
Entzündung
des Luft-Kraftstoffgemischs führt,
und dass bei einem stärker
verrußten
Isolator der Anteil der Funkenentladungen zwischen der zweiten Masseelektrode
und der Mittelelektrode soweit ansteigt, dass durch die Funkenentladungen
die Verrußung
des Isolators zumindest teilweise weggebrannt wird. Hierzu haben sich
Zündkerzen
als geeignet erwiesen, bei denen der Quotient s/r im Bereich von
1 bis 2,5, insbesondere im Bereich von 1,3 bis 1,8, liegt, und/oder
bei denen die Differenz s – r
im Bereich von 0 mm bis 1 mm, insbesondere im Bereich von 0,4 bis
0,8 mm, liegt. Unter dem Abstand der ersten Masseelektrode zur Mittelelektrode
wird hier und im folgenden der axiale Abstand der ersten Masseelektrode
zur Stirnseite der Mittelelektrode verstanden. Die zweite Masseelektrode
weist einen der Mittelelektrode zugewandten Endabschnitt auf. Unter
dem Abstand der zweiten Masseelektrode zur Mittelelektrode ist der
kürzeste radiale
Abstand des Endabschnitts der zweiten Masseelektrode zu dem Bereich
der Mittelelektrode, der (bezüglich
der Längsachse
des Isolators) auf Höhe des
Endabschnitts der zweiten Masseelektrode liegt, zu verstehen.
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Zur
Vermeidung von Funkeneingrabungen weist der Isolator an der Innenkante
seiner Stirnseite vorteilhaft einen konischen Bereich auf. Besonders wirkungsvoll
werden Funkeneingrabungen verhindert, wenn der konische Bereich
einen Winkel zur Längsachse
des Isolators von 20 bis 40 Grad, insbesondere 30 Grad, aufweist,
und wenn der konische Bereich in radialer Richtung eine Ausdehnung
m von 0,2 mm bis 0,4 mm, insbesondere 0,3 mm, und in axialer Richtung
eine Ausdehnung n von 0,4 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0,6 mm, aufweist.
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Vorteilhaft
ist die dem Brennraum abgewandte Kante des Endabschnitts der zweiten
Masseelektrode weitgehend bündig
zur Stirnseite des Isolators angeordnet. Durch eine derartige Anordnung,
bei der der Endabschnitt der zweiten Masseelektrode nicht direkt
der äußeren Mantelfläche des Isolators
gegenübersteht,
wird wirkungsvoll die Ausbildung von Rußbrücken zwischen Masseelektrode und
Isolator verhindert. Besonders vorteilhaft ist die Außenkante
der Stirnseite des Isolators mit einem Radius von ungefähr 0,3 mm
abgerundet, da durch diesen Radius der Abstand zwischen der anschlussseitigen
Kante des Endabschnitts der zweiten Masseelektrode zum Isolator
vergrößert wird,
und da bei dieser Geometrie durch das Einbringen der Abrundung der
Außenkante
des Isolators die Neigung zur Gleitfunkenentladung nicht oder zumindest
nicht wesentlich vermindert wird.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine erfindungsgemäße Zündkerze
im Teilschnitt, die 2 zeigt
eine Detailansicht des brennraumseitigen Endabschnitt des ersten
Ausführungsbeispiels,
die 3 zeigt eine Aufsicht
auf den brennraumseitigen Endabschnitt gemäß 2, die 4 zeigt
eine weitere Detailansicht des brennraumseitigen Endabschnitt des
ersten Ausführungsbeispiels,
und 5 zeigt den brennraumseitigen
Endabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Zündkerze.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die 1 bis 4 zeigen als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Zündkerze 10 mit
einem brennraumseitigen Ende 11 und einem anschlussseitigen
Ende 12 auf. Die Zündkerze 10 umfasst
ein metallisches Gehäuse 21,
das mit einem Gewinde 22 und mit einem Sechskant 23 versehen ist.
Die Zündkerze 10 wird
mittels eines an dem Sechskant 23 angreifenden Werkzeug
in ein Gegengewinde in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors
eingeschraubt, so dass die Zündkerze 10 mit ihrem
brennraumseitigen Ende 11 in einen Brennraum 29 eines
Zylinders des Verbrennungsmotors ragt.
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Im
Gehäuse 21 ist
ein keramischer Isolator 31 gasdicht festgelegt. Der Isolator 31 weist
eine Längsbohrung 32 mit
einer Symmetrieachse auf, die die Längsachse 33 des Isolators 31 und
damit der Zündkerze 10 bildet.
In der Längsbohrung 32 des
Isolators 31 sind anschlussseitig ein Anschlussbolzen 24 und
brennraumseitig eine Mittelelektrode 51 eingebracht. Anschlussbolzen 24 und
Mittelelektrode 51 sind durch ein ebenfalls in der Längsbohrung 32 des Isolators 31 angeordnetes
Widerstandselement 25 elektrisch verbunden, das bei Anlegen
einer Hochspannung an den Anschlussbolzen 24 strombegrenzend
wirkt. Das Widerstandselement 25 umfasst ein Widerstandspanat
und zwei Kontaktpanate, wobei das Widerstandspanat durch jeweils
ein Kontaktpanat mit dem Anschlussbolzen 24 und mit der
Mittelelektrode 51 elektrisch verbunden ist.
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Der
Isolator 31 ragt am brennraumseitigen Ende 11 der
Zündkerze 10 aus
dem Gehäuse 21 heraus
und weist eine dem Brennraum 29 zugewandte Stirnseite 36 auf.
Die Länge
q bezeichnet den Überstand
des Isolators 31 über
das brennraumseitige Ende des Gehäuses 21. Die Mittelelektrode 51 erstreckt
sich über
die Stirnseite 36 des Isolators 31 hinaus in den
Brennraum 29.
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Am
Gehäuse 21 sind
eine erste Masseelektrode 61, eine zweite Masseelektrode 71 und
eine dritte Masseelektrode 72 festgelegt. Die erste Masseelektrode 61 ist
als Dachelektrode ausgebildet, die sich ausgehend vom Gehäuse 21 zunächst in
eine Richtung parallel zur Längsachse 33 der
Zündkerze 10 erstreckt
und die eine Biegung um 90 Grad hin zur Mittelelektrode 51 aufweist,
so dass sich die erste Masseelektrode 61 bis über die
Mittelelektrode 51, also bis in den Bereich der Längsachse 33 der
Zündkerze 10 erstreckt.
Die zweite und die dritte Masseelektrode 71, 72 weisen ähnlich wie
die erste Masseelektrode 61 eine Biegung hin zur Mittelelektrode 51 auf,
wobei die zweite und die dritte Masseelektrode 71, 72 seitlich
angestellte Elektroden sind, deren Endabschnitt 73 seitlich
neben der Mittelelektrode 51 angeordnet ist, so dass der
Endabschnitt 73 der Mantelfläche des aus dem Isolator 31 herausragenden Teils
der Mittelelektrode 51 gegenüberliegend angeordnet ist.
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Aufgrund
der Geometrie der Masseelektroden 61, 71, 72 können sich
bei Anlegen einer Hochspannung an den Anschlussbolzen 24 zwei
unterschiedliche Arten von Funkenstrecken ausbilden, und zwar zum
einen zwischen der ersten Massenelektrode 61 und der Mittelelektrode 51 eine
Luftfunkenstrecke, die im wesentlichen parallel zur Längsachse 33 des
Isolators 31 verläuft,
und zum anderen eine Luftgleitfunkenstrecke, die von der zweiten
oder der dritten Masseelektrode 71, 72 zur Außenkante des
Isolator 31 (Luftfunken), über die Stirnseite 36 des
Isolators 31 (Gleitfunken) und von der Innenkante des Isolators 31 zur
Mittelelektrode 51 (Luftfunken) verläuft. Ein entlang der Luftfunkenstrecke
verlaufender Zündfunken
bewirkt eine optimale Entzündung des
Luft-Kraftstoffgemischs, während
durch einen über
den Isolator 31 gleitenden Zündfunken Ablagerungen auf dem
Isolator 31, insbesondere Rußablagerungen, weggebrannt
werden.
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Die äußere Mantelfläche des
Isolators 31 ist brennraumseitig zylinderförmig und
geht in anschlussseitiger Richtung in einen konisch geformten Bereich über. Die
Längsbohrung 32 des
Isolators 31 weist im Bereich der Mittelelektrode 51 einen überwiegend
konstanten Durchmesser auf. Die Außenkante der Stirnseite 36 des
Isolators 31 ist abgerundet 37 mit einem Radius
von 0,3 mm gestaltet. An der Innenkante der Stirnseite 36 des
Isolators 31 ist eine Fase, also ein konischer Bereich 38,
vorgesehen.
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Die
Mittelelektrode 51 weist einen zylindrischen ersten Abschnitt 52 auf,
in dem der Spaltabstand zwischen Mittelelektrode 51 und
Isolator 31 bei 0,035 mm liegt. An den ersten Abschnitt 52 schließt sich
brennraumseitig ein zweiter Abschnitt 53 mit einem geringeren
Durchmesser an. Der Übergang
zwischen dem ersten Abschnitt 52 und dem zweiten Abschnitt 53 wird
durch einen kurzen konischen Abschnitt (alternativ durch einen Absatz)
gebildet. Der zweite Abschnitt 53 weist (bis auf einen
Teilbereich des kurzen konischen Abschnitts) einen Abstand von mindestens
0,35 mm zur Innenwand (Längsbohrung 32)
des Isolators 31 auf. Aufgrund der sich konisch aufweitenden
Innenkante 38 der Stirnseite 36 des Isolators 31 beträgt der Abstand
zwischen Mittelelektrode 51 und Isolator 31 auf
Höhe der
Stirnseite 36 des Isolators 0,65 mm.
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In 4 sind verschiedene Abmessungen des
brennraumseitigen Endes 11 der Zündkerze 10 dargestellt,
die im folgenden erläutert
werden. Mit a ist der Durchmesser des zweiten Abschnitts 53 der Mittelelektrode 51 gekennzeichnet,
b bezeichnet den Durchmesser des ersten Abschnitts 52 der
Mittelelektrode, c bezeichnet den Durchmesser der Längsbohrung 32,
also den Innendurchmesser des Isolators 31, d bezeichnet
den Außendurchmesser
des zylindrisch geformten brennraumseitigen Endabschnitts des Isolators 31,
e bezeichnet die axiale Länge
(also die Länge
in Richtung der Längsachse 33 des
Isolators 31) des über
die Stirnseite 36 des Isolators 31 überstehenden
Teils der Mittelelektrode 51 (also den Überstand der Mittelelektrode 51 bezüglich der
Längsachse
der Zündkerze 10),
f bezeichnet den axialen Abstand zwischen der dem Brennraum 29 abgewandten
Seite des Endabschnitts 73 der zweiten oder dritten Masseelektrode 71, 72 zu
der Stirnseite 36 des Isolators 31, g bezeichnet
den axialen Abstand zwischen der dem Brennraum 29 zugewandten
Seite des Endabschnitts 73 der zweiten oder dritten Masseelektrode 71, 72 zu
der Stirnseite 36 des Isolators 31, h bezeichnet
den axialen Abstand des Bereichs der Mittelelektrode 51,
der einen Abstand von mindestens 0,15 mm zur Längsbohrung 32 des
Isolators 31 aufweist, zu der Stirnseite 36 des Isolators 31,
i bezeichnet den kleinsten Abstand des innerhalb des Isolators 31 angeordneten
zylindrischen Bereichs des zweiten Abschnitts 53 der Mittelelektrode 51 zur
Längsbohrung 32 des
Isolators 31, j bezeichnet den Abstand zwischen dem ersten
Abschnitt 52 der Mittelelektrode 51 zur Längsbohrung 32 des
Isolators 31, k bezeichnet den radialen Abstand zwischen
dem Endabschnitt 73 der zweiten oder dritten Masseelektrode 71, 72 und
der Außenfläche des
Isolators 31 auf Höhe
des jeweiligen Endabschnitts 73, m bezeichnet die radiale
Ausdehnung des konischen Bereichs 38 des Isolators 31, also
die halbe Differenz zwischen dem Durchmesser der Innenkante der
Stirnseite 36 des Isolators 31 und dem Innendurchmesser
des zylindrischen Bereichs des Isolators 31 (auf Höhe des ersten
Abschnitts 52 der Mittelelektrode 51), n bezeichnet
die axiale Ausdehnung des konischen Bereichs 38 des Isolators 31, also
die Entfernung des Bereichs, in dem die Längsbohrung 32 des
Isolators 31 von einer zylindrischen in eine konische Form übergeht,
zu der Ebene, in der die Stirnseite 36 des Isolators 31 liegt,
q bezeichnet die axiale Länge
des brennraumseitig über
das Gehäuse 12 herausragenden
Abschnitts des Isolators, r bezeichnet den Abstand zwischen der
ersten Masseelektrode 61 und der Stirnseite 56 der
Mittelelektrode 51 und s bezeichnet den Abstand zwischen
dem Endabschnitt 73 der zweiten oder dritten Masseelektrode 71, 72 zur
Mantelfläche
des zylindrischen Bereichs des zweiten Abschnitts 53 der
Mittelelektrode 51.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 4 weist folgende Abmessungen auf:
- a: 2,1 mm
- b: 2,73 mm
- c: 2,8 mm
- d: 4,5 mm
- e: 1,5 mm
- f: |f| ≤ 0,25
mm, insbesondere f = 0 mm
- g: 1,05 mm
- h: 0,7 mm
- i: 0,35 mm
- j: 0,035 mm
- k: 0,35 mm
- m: 0,3 mm
- n: 0,6 mm
- q: 2,5 mm
- r: 0,9 mm
- s: 1,5 mm
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Damit
liegt die Außenfläche A des
vorderen Abschnitts 35 des Isolators 31 bei ungefähr 24,1 mm2, das Volumen V des vorderen Abschnitts 35 beträgt ungefähr 6,1 mm3, und die Ringfläche R beträgt ungefähr 9,7 mm2.
Das Verhältnis
V/A ergibt sich damit zu ungefähr
0,25 mm, das Verhältnis
A/R liegt bei ungefähr
2,5. Die Differenz d – c
liegt im vorderen Bereich 35 des Isolators 31 bei
höchstens
1,7 mm, wobei die Länge
p des vorderen Bereichs 35 wahlweise durch die Länge q des Überstandes
des Isolators 31 über
das Gehäuse 21 oder
durch die Höhe
h des Spalts zwischen dem zweiten Abschnitt 53 der Mittelelektrode 51 und
dem Isolator 31 gegeben ist.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, dass sich vom ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen
durch die Gestaltung der Mittelelektrode 51 und der zweiten
und dritten Masseelektrode 71, 72 unterscheidet.
Einander entsprechende Elemente sind beim zweiten Ausführungsbeispiel
mit denselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 gekennzeichnet.
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Die
Mittelelektrode 51 der Zündkerze 10 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
weist einen zweiten Abschnitt 53 auf, der einen zylindrischen
ersten Bereich 81, einen konisch zulaufenden zweiten Bereich 82 und
einen als Edelmetallspitze 83 ausgebildeten dritten Bereich
aufweist. Der erste Bereich 81 des zweiten Abschnitts 53 schließt sich
an den ersten Abschnitt 52 der Mittelelektrode 51 an,
wobei der Übergang
zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 52, 53 ähnlich wie
beim ersten Ausführungsbeispiel
durch einen kurzen konischen Abschnitt gebildet ist. Der erste Bereich 81 des
zweiten Abschnitts 53 der Mittelelektrode 51 geht
in den zweiten Bereich 82 über, an den sich die Edelmetallspitze 83 mit
der der ersten Masseelektrode 61 zugewandten Stirnseite 56 anschließt, die
einen Durchmesser von 0,6 mm aufweist.
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Die
Abmessungen des zweiten Ausführungsbeispiels
unterscheiden sich von den Abmessungen des ersten Ausführungsbeispiels
in folgenden Werten:
- f: 0,55 mm
- sg: 0,50 mm
- h: 1,3 mm
- q: 3,0 mm
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Unter
dem Durchmesser a des zweiten Abschnitts 52 der Mittelelektrode 51 wird
der Durchmesser des ersten Bereichs 81 des zweiten Abschnitts 52 verstanden;
der erste Bereich 81 bildet den Großteil des innerhalb des Isolators 31 angeordneten
Teil des zweiten Abschnitts 52 der Mittelelektrode 51.
Der Abstand s bezeichnet den Abstand zwischen dem Endabschnitt 73 der
zweiten oder dritten Masseelektrode 71, 72 zur
Mantelfläche
des ersten Bereichs 81 des zweiten Abschnitts 53 der
Mittelelektrode 51, in dem auch die sich zwischen der Mittelelektrode 51 und
der zweiten beziehungsweise dritten Masseelektrode 71, 72 ausbildende
Luftgleitfunkenstrecke endet. Der Abstand r bezeichnet die Entfernung
zwischen der ersten Masseelektrode 61 und der Stirnseite 56 der
Edelmetallspitze 83 der Mittelelektrode 51. Für die Außenfläche A des
vorderen Abschnitts 35 des Isolators 31 ergibt
sich ein Wert von ungefähr 37,9
mm2, das Volumen V des vorderen Abschnitts 35 beträgt ungefähr 11,9
mm3, und die Ringfläche R beträgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel
ungefähr
9,7 mm2. Das Verhältnis V/A ergibt sich damit
zu ungefähr
0,31 mm, das Verhältnis
A/R liegt bei ungefähr
3,9.