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Zündvorrichtung für Brennkraftmascbinen.
Die natürliche Entwicklung der Brennkraftmaschine zielt auf eine Steigerung der Leistung bei gleichzeitiger Herabsetzung des spezifischen Brennstoffverbrauches ab. Man sucht dieses Ziel z. B. durch eine Steigerung des Verdichtungsdruckes zu erreichen. Dabei muss im Falle der Verwendung von Hochspannung zwangsläufig die Zündspannung erhöht werden, wodurch die Schwierigkeiten einer einwandfreien Isolierung des Hochspannungspoles auch infolge der entsprechend höheren Temperaturen ausserordentlich steigen. Die Zuverlässigkeit der Hoehspannungszündung ist bei weiterer Steigerung der Hochspannung in Frage gestellt.
Die Ausbildung der Hochspannungszündkerze wird von zwei einander entgegenstehenden Forderungen beeinflusst, nämlich der Forderung nach hohem Glühwert, um Glühzündungen zu vermeiden, und der Forderung nach Ölunempfindlichkeit, um Zündversager auszuschliessen. Je höher der Glühwert einer Zündkerze ist, um so niedriger ist im allgemeinen die Ölunempfindlichkeit und umgekehrt.
Der Ausgleich der beiden Forderungen führt vielfach für verschiedene Arten der Brennkraftmaschine und für verschiedene Brennstoffe zu besonderen Kerzen, so dass die Anzahl der zur Verwendung gelangenden Kerzentypen ausserordentlich gross ist.
Die'Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten im Zündkerzenbau zu beseitigen, u. zw. durch eine grundsätzliche Abkehr von der bisherigen Entwicklungsrichtung. Sie betrifft eine Zündvorrichtung mit direkter Entladung eines Kondensators über eine Zündstelle, deren kennzeichnendes Merkmal darin besteht, dass der Kondensator mit niedriger Spannung (1000 Volt und darunter) aufgeladen und ausschliesslich über die Zündstelle entladen wird. Die Verwendung von niedrigen Spannungen und die Entladung eines Kondensators ausschliesslich über eine Zündstelle ist im Bereich der physikalischen Forschung an sich bekannt.
Die Anwendung dieser allgemeinen wissenschaftlichen Versuchsergebnisse auf die Zündanlagen der Verbrennungskraftmaschinen war aber erst möglich, nachdem die gleichzeitige Verwendung besonderer, im Anspruch 2 gekennzeichneter Zündkerzen das erfindungsgemässe Zündverfahren in der Praxis verwirklichen liess.
Die Entladung des Kondensators unmittelbar und ausschliesslich über die Zündstelle führt zu einem sehr schnellen und ungehinderten'Übergang der Energie an der Zündstelle mit dem Ergebnis sehr kräftiger Zünderscheinungen auch bei sehr niedrigen Spannungen. Bei nicht ausschliesslicher Entladung über die Zündstelle erstreckt sich dagegen die Energieübertragung über eine grössere Zeitspanne, und die Zünderscheinungen sind erheblich schwächer.
Die Anwendung einer solchen Entladung ist von mehreren wichtigen Vorteilen begleitet, deren wesentlichster in der Vereinfachung der Zündkerzenbauart liegt. Es ist nunmehr die Anwendung einer Zündkerze möglich, bei der sowohlinfolge ihrer Gestalt als auch ihrer kleinen Abmessungen die Wärmezufuhr aus dem Verbrennungsraum gering und gleichzeitig die Wärmeabfuhr ausserordentlich gut ist.
Das Gleichgewicht der Wärmeaufnahme und-abgabe kann daher bei verhältnismässig niedriger Temperatur der Kerze erreicht werden. Glühzündungen sind ausgeschlossen. Gleichfalls'sind Zündversager durch Verölung und Verrussung nicht zu befürchten, da eine solche Kerze dagegen völlig unempfindlich ist. Die Folge davon ist die Möglichkeit der Verwendung nur einer Kerzenbauart für alle Betriebsverhältnisse, d. h. also der Einheitskerze.
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Die unmittelbare Entladung des Kondensators ausschliesslich über die Zündstelle erfolgt in einem flammenbogenartigen Zündfunken. Dieser grossräumige Zündfunke ist geeignet, ausserordentlich' viel zündfähige Gasanteile im Verbrennungsraum zu erfassen im Gegensatz zu den mehr röhrenförmigen Hochspannungszündfunken, der trotz grösserer Länge einen verhältnismässig geringen Baum zwischen den Elektroden bestreicht. Die Verwendung gasarmer Gemische macht bekanntlich bei der Hochspannungszündung die Vergrösserung der Zündstrecke nötig, die ihrerseits wieder zu einer weiteren Erhöhung der Spannung führt. Die Zündvorrichtung nach der Erfindung kann für alle Arten von Gemischen benutzt werden.
Bei dieser Zündvorrichtung ist ferner mit der gleichen Kerze eine Anpassung an unterschiedliche, auch rasch wechselnde Betriebsverhältnisse in einfacher Weise durch Kapizitätsänderung oder Spannungsänderung innerhalb des Niederspannungsbereiches ohne Änderungen an der Zündkerze möglich. Diese gute Anpassungsmöglichkeit ist insbesondere auch beim schnellen Anfahren aus dem kalten Zustand, z. B. bei Flugzeugen, von Bedeutung.
Die unmittelbare Verbindung einer aus ortsfesten Elektroden bestehenden Zündstelle mit einem Kondensator ist bekannt, jedoch nicht in der Form, dass die Entladung des Kondensators ausschliess- lich über die Zündstelle erfolgt. Ausserdem handelt es sich bei den bekannten Zündvorrichtungen um Hochspannungszündvorrichtungen. Die mit dem Erfindungsgegenstand erzielbaren Vorteile werden bei ihnen also nicht erreicht.
Die Isolierung zwischen den Polen der Zündkerze gemäss der Erfindung wird vorteilhaft so ausgebildet, dass sie sich bis zu den Wirkenden der Pole erstreckt. Diese Ausbildung begünstigt das Entstehen eines Gleitfunkens, der die vorbeschriebenen kräftigen Zünderscheinungen einleitet.
Die Zündvorrichtung gemäss der Erfindung kann so ausgebildet werden, dass der Kondensator zunächst mit einer Stromquelle in Verbindung gebracht und geladen, sodann von der Stromquelle abgeschaltet und mit der Zündstelle verbunden wird. Er entlädt sich dann ausschliesslich über diese.
Für die Steuerung des Lade-und Entladevorganges des Kondensators können Vorrichtungen Verwendung finden, die in ihrer grundsätzlichen Bauart bekannt sind. Z. B. kann ein nockengesteuerter Wechselschalter benutzt werden, dessen bewegliche Kontaktstücke zwischen den zugehörigen ortsfesten Kontaktstücken des Lade-und Entladestromkreises hin-und hergeschwenkt werden. Um die Abnutzung der Schaltteile kleinzuhalten, kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass der Kondensator über die Zündstelle sowohl geladen als auch entladen wird. Während jedes Teilvorganges entsteht ein Zündfunke.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Zündvorrichtung gemäss der-Erfindung sowie der in einer solchen Vorrichtung zu verwendenden Zündkerze dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung, bei welcher der Kondensator nur zur Entladung mit der Zündstelle verbunden wird ; Fig. 2 eine Schaltung, bei der der Kondensator über die Zündstelle sowohl geladen als auch entladen wird ; Fig. 3 Ansicht und Schnitt durch eine Zündkerze gemäss der Erfindung ; Fig. 3a eine Draufsicht auf die Zündkerze nach Fig. 3 ; Fig. 4 im Bruchstück einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Zündkerze ; Fig. 4a eine Draufsicht auf die Zündkerze nach Fig. 4 und Fig. 5 fünf Draufsichten auf verschieden geformte Zündkerzen.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet A eine Gleichstrom-oder Wechselstromquelle. Im Falle der Verwendung einer Weehselstromquelle ist durch Kommutierung für Gleichrichtung des Stromes zu sorgen.
B ist ein Wechselschalter, 0 der Kondensator, D die Zündkerze und E die Zündstelle an den Polen der Kerze. Wird der Arm des Schalters B auf den linken Kontakt gelegt, so ist der Kondensator 0 mit der Stromquelle verbunden und wird aufgeladen. Beim Umlegen des Schaltarms nach rechts wird die Verbindung mit der Stromquelle unterbrochen und eine neue Verbindung mit der Zündkerze hergestellt. Da keine weiteren Schaltelemente vorhanden sind, entlädt der Kondensator sich ausschliesslich über die Zündstelle E. Die Spannung der Stromquelle beträgt etwa 1000 Volt oder weniger.
Bei der Schaltung nach der Fig. 2 wird der Kondensator 0 mit der Stromquelle A verbunden, wenn der Arm des Schalters B nach rechts auf das dort befindliche Kontaktstück gelegt ist. In dem Stromkreis befindet sich dann ausser der Stromquelle und dem Kondensator auch die Zündkerze D. Die Aufladung erfolgt also über die Zündstelle E, u. zw. in Form eines Funkens. Zwecks Entladung des Kondensators wird der Arm des Schalters B nach links herübergelegt. Dadurch wird ein Stromkreis hergestellt, der lediglich den Kondensator und die Zündstelle enthält. Bei der Entladung tritt, ähnlich wie bei der Schaltung nach der Fig. 1, an der Zündstelle E ein Funke auf.
Während also bei der Schaltung nach der Fig. 1 ein Zündfunke auf die Gesamtheit eines Hin-und Herganges des Schalterarmes B kommt, ist bei der Schaltung nach der Fig. 2 sowohl der Hingang als auch der Hergang des Schalterarmes mit dem Auftreten eines Zündfunkens verknüpft.
Der niedrigen Ladespannung des Kondensators 0 entspricht ein kleiner Elektrodenabstand.
Dieser ist in der praktischen Ausführung kleiner als 0'3 mm.
Die Fig. 3-5 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen von Zündkerzen, wie sie in der Zündvorrichtung gemäss der Erfindung angewandt werden können. In den Sehnittfiguren 3 und 4 ist der innere unschraffierte Teil der wie üblich gegen die Gehäusemasse unter Spannung zu setzende Pol. Er ist durch eine dünne Isolierschicht gegen die in das Gehäuse, z. B. den Deckel der Brennkraft-
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maschine einzusetzende Fassung isoliert. Vorteilhaft wird die Isolierschicht bis zu den Polenden durch. geführt, wie es in der Fig. 3 zu erkennen ist und wie es auch bei den Zündkerzenformen nach der Fig. 5 anzunehmen ist. Bei dieser Ausbildung sind günstige Voraussetzungen für die Entstehung eines Gleit. funkens geschaffen, der sich im weiteren Verlaufe zu den flammenbogenartigen Zündgebilde ausweitet.
Während Hochspannungszündkerzen bekanntlich gegen den Auffall und das Absetzen von Russ. und Ölteilchen sehr empfindlich sind, ist das bei den Zündkerzen in der Vorrichtung gemäss derErfindung nicht der Fall. Es hat sich im Gegenteil in der Praxis erwiesen, dass die Ablagerung von 01-und Kohleteilchen bzw. von Russ an den Polenden die Funktionsfähigkeit der Zündkerze noch erhöht und zu kräftigeren Zünderscheinungen führt. Nuten oder Rillen an den Polenden, wie sie die Fig. 4 zeigt, können aus diesem Grunde sehr zweckmässig sein.
Den verschiedenen Ausführungsformen der Zündkerze nach der Fig. 5 ist das Merkmal gemeinsam, dass die beiden Pole sich mit einer verhältnismässig langen Durchdringungslinie durchsetzen oder, anders gesehen, mit einer verhältnismässig langen Frontlinie gegenüberstehen. Je länger diese Linie ist, um so grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass an einer Stelle dieser Linie die für das Entstehen eines Funkens günstigen Leitungsverhältnisse gegeben sind, z. B. durch Ansetzen von Öl-oder Russ- teilchen. Die gegen die Gehäusemasse unter Spannung zu setzende Elektrode oder der innere Pol ist im linken Draufsichtsbild im Querschnitt stabförmig ; in dem darauffolgenden Bild kreuzförmig ; im dritten Bild ringförmig und im fünften Bild sternförmig ; im vierten Bild haben beide Pole wie auch die Isolierung im Querschnitt Spiralform.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zündvorrichtung mit direkter Entladung eines Kondensators über eine Zündstelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mit niedriger Spannung (1000 Volt und darunter) aufgeladen und ausschliesslich über die Zündstelle entladen wird.