DE10006561C1 - Vorrichtung zum Zünden oder Heizen eines Gases oder Gemisches - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Zünden oder Heizen eines Gases oder eines ein Gas enthaltenden Gemisches beschrieben. Die Vorrichtung besitzt ein hohlzylindrisches Gehäuse (21), mindestens eine Masse-Elektrode (25-1, 25-2, 25-3), die radial beabstandet von einer Gehäuselängsachse (A) angeordnet ist, und mindestens eine von der Masse-Elektrode (25-1, 25-2, 25-3) elektrisch getrennte Elektrode (23), an die eine Spannung angelegt wird. Die Elektrode (23), an welche die Spannung angelegt wird, ist radial beabstandet von der Gehäuselängsachse (A) angeordnet. Außerdem befindet sich innerhalb des Gehäuses (21) ein sich entlang der Gehäuselängsachse (A) erstreckender Raum (27), der die Funktionalität der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise erweitert. In dem Raum können beispielsweise Sensoren oder ein Einspritzventil angeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden oder Hei­ zen eines Gases oder eines ein Gas enthaltenden Gemisches ge­ mäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Vorrichtung in Form einer Zündkerze ist bei­ spielsweise aus Bosch, "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 23. Auflage 1999, Vieweg Verlag, Seite 483 bekannt. Die Zünd­ kerze umfaßt ein hohlzylindrisches metallisches Gehäuse mit einem Gewinde zur Befestigung der Zündkerze z. B. innerhalb eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine. Auf das Gehäuse der Zündkerze ist eine Masse-Elektrode aufgeschweißt und entlang einer Gehäuselängsachse erstreckt sich eine wei­ tere Elektrode, an welche die Zündspannung angelegt wird. Die beiden Elektroden sind durch einen Isolatormantel elektrisch voneinander getrennt.

Ebenfalls bekannt sind Glühstiftkerzen, welche bei Dieselmo­ toren in die Verbrennungskammer ragen und zur Vorwärmung der angesaugten Luft eingesetzt werden. Solche Glühstiftkerzen werden beispielsweise in Bosch, "Kraftfahrtechnisches Ta­ schenbuch", 23. Auflage 1999, Vieweg Verlag, auf Seite 568 beschrieben. Glühstiftkerzen besitzen üblicherweise ein hohlzylindrisches Gehäuse, welches gleichzeitig als Masse- Elektrode fungiert. Durch das Gehäuse erstreckt sich entlang einer Gehäuselängsachse eine von der Masse-Elektrode elek­ trisch getrennte Elektrode, an welche eine Spannung angelegt wird. Zwischen dem Gehäuse und dieser Elektrode ist ein elek­ trisches Heizelement geschaltet, welches in einem sich in die Brennkammer erstreckenden und als Glührohr ausgestalteten Be­ reich des Gehäuses bzw. der Masse-Elektrode angeordnet ist.

Das Platzangebot, welches beispielsweise im Bereich einer Verbrennungskraftmaschine pro Zylinder für die Positionierung von Komponenten wie Gaswechselorganen, Sensoren, Glühstift­ kerze, Zündkerze und Einspritzventilen zur Verfügung steht, ist in der Regel so gering, daß Kompromisse eingegangen wer­ den müssen. Derartige Kompromisse zeigen sich unter anderem in der konstruktionsbedingt nicht immer optimalen Anordnung der Zündkerze oder Glühstiftkerze relativ z. B. zum Einspritz­ ventil oder zu Sensoren.

Aus der DE 91 12 300 U1 ist eine Vorrichtung zum Heizen eines ein Gas enthaltenden Gemisches bekannt. Die Vorrichtung ist als Glühkerze ausgestaltet und umfaßt einen Glühkerzenkörper und einen außenmittig in den Glühkerzenkörper eingepreßten Heizstab. Im Glühkerzenkörper ist parallel zur Heizstabachse eine Bohrung für einen Sensor ausgebildet, die den gesamten Glühkerzenkörper durchtritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zünden oder Heizen eines Gases oder eines Gemisches anzu­ geben, welches eine im Hinblick auf die Funktionalität der Vorrichtung verbesserte Elektrodenanordnung aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß An­ spruch 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausge­ staltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Es wird vorgeschlagen, die Elektrode (Zünd- oder Heizelektro­ de), an welche die Spannung angelegt wird, radial beabstandet von der Gehäuselängsachse anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird es möglich, innerhalb des Gehäuses einen sich entlang der Gehäuselängsachse erstreckenden Raum vorzusehen. Dieser zentrale Raum wiederum kann beispielsweise für die Aufnahme von beliebigen, die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vor­ richtung erweiternden Komponenten benutzt werden. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung kann daher z. B. neben der Funktion einer Zünd- oder Glühstiftkerze noch weitere Aufgaben übernehmen, ohne daß sich der Platzbedarf im Vergleich zu her­ kömmlichen Zünd- oder Glühstiftkerzen wesentlich vergrößern würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Raum eine erste Öffnung auf seiner dem Gas oder dem Gemisch zugewandten Seite auf. Diese Öffnung ermöglicht es, beispielsweise mit­ tels eines in dem Raum angeordneten Temperatur-, Klopf- oder Multisensors die Heiz- oder Verbrennungsvorgänge zu überwa­ chen. Weiterhin kann über diese Öffnung mittels einer in dem Raum angeordneten Vorrichtung ein Gas oder eine Flüssigkeit in den Bereich transportiert werden, in welchem die Heiz- oder Verbrennungsvorgänge ablaufen.

Der Raum kann zusätzlich oder alternativ zur ersten Öffnung eine weitere Öffnung auf der dem Gas oder dem Gemisch abge­ wandten Seite aufweisen. Besonders bevorzugt ist ein nach beiden Seiten geöffneter Raum, welcher somit eine zentrale Durchgangsöffnung innerhalb einer im wesentlichen hohlzylin­ drischen oder ringförmigen Zünd- oder Heizvorrichtung defi­ niert. Die zentrale Durchgangsöffnung gestattet in besonders einfacher Weise die Kontaktierung und Befestigung von in der Durchgangsöffnung angeordneten Komponenten. So können bei­ spielsweise elektrische oder andere Versorgungsanschlüsse der Komponenten auf der dem Gas oder Gemisch abgewandten Seite durch Durchgangsöffnung hindurch aus dem Raum herausgeführt werden.

Die Anordnung eines Einspritzventiles innerhalb des Raumes ist besonders vorteilhaft, da in diesem Fall ein fluides Me­ dium zentral zur Zünd- bzw. Heizvorrichtung eingespritzt wer­ den kann und z. B. ein Verbrennungsvorgang dann besonders ho­ mogen ablaufen kann. Bislang sind beispielsweise bei Verbren­ nungskraftmaschinen die Zünd- bzw. Glühstiftkerzen und das Kraftstoff-Einspritzventil beabstandet voneinander angeord­ net. Dies hat den Nachteil, daß unnötig viel Platz für die getrennte Montage zweier separater Komponenten benötigt wird. Außerdem gestattet die Position der Zündkerze relativ zum Einlaß für den Kraftstoff in der Regel keine optimale Verbrennung des Kraftstoffgemisches.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen wird aufgrund der vorteilhaften Anordnung von Heiz- bzw. Zündvorrichtung und Einspritzventil der Kraftstoffverbrauch gesenkt. Dies liegt daran, daß unerwünschte Frühzündungen dadurch vermieden werden, daß der Kraftstoff erst im allerletzten Moment vor der Zündung eingespritzt werden kann. Durch die räumliche Nä­ he von Heiz- bzw. Zündvorrichtung und Einspritzventil und die Möglichkeit der zentralen Anordnung dieser Bauteile z. B. ex­ akt in der Mitte der Verbrennungskammer wird ein sauberer und gleichmäßiger Verbrennungsvorgang und die Verwendung eines vorteilhaft mageren Gemisches möglich. Weiterhin gestattet die Erfindung aus den geschilderten Gründen vorteilhafterwei­ se die Verwendung eines höheren Kompressionsverhältnisses.

Das Einspritzventil ist bevorzugt vollständig oder zumindest teilweise innerhalb des Raumes angeordnet. Das Einspritzven­ til kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, daß eine rohrförmige Verlängerung des Einspritzventiles sich durch den Raum erstreckt und der eigentliche Betätigungsmechanismus au­ ßerhalb des Gehäuses der Zünd- bzw. Heizvorrichtung angeord­ net ist. Der Betätigungsmechanismus des Einspritzventiles kann beispielsweise eine Magnetwicklung und einen damit zu­ sammenwirkenden Magnetanker, der starr mit einer Ventilnadel gekoppelt ist, umfassen. Andere Ausgestaltungen des Ein­ spritzventiles sind jedoch gleichfalls denkbar. So könnte an den Einsatz von unter Überdruck selbsttätig öffnenden Ein­ spritzventilen gedacht werden, welche geringere Abmessungen als elektromagnetisch betätigte Einspritzventile aufweisen.

Das Gehäuse der Vorrichtung zum Zünden oder Heizen kann aus einem leitfähigen Material bestehen und radial außen mit ei­ nem Anschlußgewinde zur Befestigung der Vorrichtung z. B. in einem Zylinderkopf versehen sein. Vorteilhafterweise ist die Masse-Elektrode beispielsweise durch Aufschweißen elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden. Gehäuse und Masse- Elektrode können aber auch einstückig ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise werden mehrere Masse-Elektroden vorgesehen, z. B. 2, 3 bzw. 4, welche jeweils um einen Winkel von z. B. 180°, 120° bzw. 90° versetzt zueinander angeordnet sind.

Das Gehäuse kann weiterhin radial innen einen Isolatormantel aufweisen, welcher die Masse-Elektrode von der Zünd- oder Heizelektrode elektrisch trennt. Die Zünd- oder Heizelektrode ist bevorzugt entweder in den Isolatormantel eingebettet oder radial innen auf dem Isolatormantel angeordnet. So ist es beispielsweise möglich, die Zünd- oder Heizelektrode als langgestreckten Streifen auszubilden und komplett oder teil­ weise in den Isolatormantel einzubetten. Auch kann die Zünd- oder Heizelektrode zumindest bereichsweise hohlzylindrisch ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Zünd- oder Heizelek­ trode radial innen mit einem Isolatormantel versehen werden, um die in dem Raum aufgenommenen Komponenten elektrisch von der Zünd- oder Heizelektrode zu trennen.

Sofern die Vorrichtung eine Heizfunktion übernehmen soll, kann zwischen korrespondierende Masse- und Heizelektroden je­ weils ein elektrisches Heizelement z. B. in Form eines Widerstandsheizelementes geschaltet werden. Bevorzugt weist die Masse-Elektrode einen solchen Aufbau auf, daß jede Heiz­ elektrode und jedes Heizelement auf mindestens zwei Seiten oder aber vollständig von der Masse-Elektrode umgeben ist. Zu diesem Zweck kann die Masse-Elektrode zumindest bereichsweise doppelwandig oder rohrförmig ausgestaltet sein. In diesem Fall sind die Heizelektrode und das Heizelement vorteilhaf­ terweise innerhalb des doppelwandigen oder rohrförmigen Be­ reiches angeordnet.

Bevorzugt ist das mindestens eine Heizelement in einem äuße­ ren, dem Gas oder Gemisch zugewandten Bereich der Masse- Elektrode angeordnet. Besonders bevorzugt weist die Masse- Elektrode einen, zwei oder mehr hülsenförmige, sich in Rich­ tung auf das Gas oder Gemisch erstreckende Fortsätze auf, welche durch das Heizelement aufgeheizt werden können. Diese Fortsätze sind vorteilhafterweise aus einem anderen Material als die Masse-Elektrode gefertigt und elektrisch mit der Masse-Elektrode und bevorzugt auch mit dem Heizelement verbun­ den.

Zur Kontaktierung der Zünd- oder Heizelektrode ist eine Kon­ taktkappe vorgesehen. Diese Kontaktkappe kann als Kontaktring mit einer zentralen Durchgangsöffnung ausgestaltet sein und beispielsweise auf das Gehäuse und/oder die Zünd- oder Heiz­ elektrode lösbar aufgesteckt werden. Der Kontaktring wiederum umfaßt bevorzugt eine ringförmige Kontaktelektrode zur Kon­ taktierung der Zünd- oder Heizelektrode. Der Vorteil der ringförmigen Kontaktelektrode besteht bei Verwendung von bei­ spielsweise streifenförmig ausgestalteten Zünd- oder Heize­ lektroden darin, daß die Kontaktelektrode in einer beliebigen Position auf die Zünd- oder Heizelektroden aufgesteckt werden kann. Weiterhin kann die ringförmige Kontaktelektrode in der aufgesteckten Position gedreht werden, wenn beispielsweise die Bauform der sich durch die Durchgangsöffnung erstrecken­ den Komponenten eine entsprechende Drehung der Kontaktkappe bei der Montage der Komponenten erforderlich machen sollte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motor- Management-Systemes unter Verwendung einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Zündung eines Kraftstoffgemisches;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zündung eines Kraftstoffgemisches in einer Schnittan­ sicht mit einer Kontaktkappe;

Fig. 3 ein Einspritzventil zur Anordnung in einer Durchgangsöffnung der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit darin ange­ ordnetem Einspritzventil gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein weiteres Einspritzventil zur Anordnung in einer Durchgangsöffnung der in Fig. 3 darge­ stellten Vorrichtung;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Heizen von angesaugter Luft in einer Schnittansicht mit einer Kontaktkappe; und

Fig. 7 die Vorrichtung gemäß Fig. 6 mit einem darin angeordneten Sensor.

In Fig. 1 ist ein Motor-Management-System einschließlich ei­ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Zündung eines Kraft­ stoffgemisches dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt eine Elek­ trodeneinheit 20 mit Masse-Elektrode und Zünd-Elektrode, eine Kontaktkappe 30 zur Kontaktierung der Zünd-Elektrode sowie ein Einspritzventil 40. Die Elektrodeneinheit 20 ist zum Ein­ bau in einen Zylinderkopf 50 einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt.

Das Einspritzventil 40 ist über eine Leitung 62 mit einer Mo­ tor-Steuereinheit 60 elektrisch verbunden. Die Motor-Steuer­ einheit 60 wiederum wird von einer Batterie 64 gespeist und ist über eine Leitung 68 mit einem Zündmodul 70 elektrisch verbunden. Das Zündmodul 70 ist über Leitungen 72 mit einer Zündspule 74 elektrisch verbunden, wobei in einer nicht dar­ gestellte Sekundärwicklung der Zündspule 74 der Zündimpuls erzeugt wird.

Das Motor-Management-System umfaßt neben dem vorstehend be­ schriebenen elektrischen Untersystem noch ein weiteres Unter­ system für die Kraftstoffzufuhr. Dieses Untersystem weist ei­ ne Kraftstoff-Verteilerleiste 80 mit vier beispielhaft darge­ stellten Kraftstoff-Versorgungsleitungen 82-1, 82-2, 82-3 und 82-4 auf. Jede der vier Kraftstoff-Versorgungsleitungen 82-1, 82-2, 82-3 und 82-4 ist mit einem Einspritzventil verbunden, wobei in Fig. 1 allerdings nur ein einziges Einspritzventil 40 dargestellt ist. Es können pro Zylinder der Verbrennungs­ kraftmaschine eine oder auch mehrere erfindungsgemäße Zünd/Einspritzvorrichtungen vorgesehen werden. Weiterhin kann pro Zylinder an die Kombination einer erfindungsgemäßen Zünd/Einspritzvorrichtung mit einer herkömmlichen Zündkerze oder mit einem herkömmlichen Einspritzventil gedacht werden kann. Auch wäre es möglich, in der Durchgangsöffnung der Zündeinheit 20 einen Sensor anzuordnen und das Einspritzen des Kraftstoffes mit einem herkömmlichen, von der Zündeinheit 20 räumlich beabstandeten Einspritzventil vorzunehmen.

Die Kraftstoff-Verteilerleiste 80 ist über eine Kraftstoff- Zuleitung 84 mit einer Kraftstoffpumpe 90 verbunden, welche wiederum über eine Zu- bzw. Ableitung 92 mit einem Kraft­ stoffbehälter 94 in Verbindung steht. In dem Kraftstoffbehäl­ ter 94 ist eine Förderpumpe 96 angeordnet.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Elektrodeneinheit 20 und einer Kontaktkappe 30 dargestellt. Die Elektrodeneinheit 20 umfaßt ein äußeres, vernickeltes Stahlgehäuse 21, einen mittleren Isolatormantel 22 sowie eine innere Zünd-Elektrode 23. Das Gehäuse 21 besitzt eine Gehäu­ selängsachse A, wobei die Zünd-Elektrode 23 bzw. der Isola­ tormantel 22 einen radialen Abstand X bzw. Y von der Gehäuse­ längsachse A aufweisen. Weiterhin umfaßt das Gehäuse 21 einen Außensechskant 25, damit die Vorrichtung mittels eines Werk­ zeuges in dem in Fig. 1 dargestellten Zylinderkopf 50 befe­ stigt werden kann.

Das Gehäuse 23 ist an seinem dem zu zündenden Kraftstoffge­ misch zugewandten Ende radial außen mit einem Gewinde 24 ver­ sehen, um eine lösbare Befestigung der Elektrodeneinheit 20 in einem Zylinderkopf beispielsweise einer 2- oder 4-Takt- Verbrennungskraftmaschine mit 2, 3, 4, 5 oder mehr Ventilen pro Zylinder zu ermöglichen. Im Bereich des Gewindes 24 sind auf die Stirnseite des Gehäuses 21 insgesamt vier Masse- Verbundelektroden mit einem Mantelwerkstoff aus z. B. einer Nickel-Legierung und einem Kupferkern aufgeschweißt. Die vier Masse-Elektroden sind relativ zueinander um 90° versetzt angeordnet. In der Schnittansicht von Fig. 1 sind von diesen vier Masse-Elektroden allerdings nur zwei Masse-Elektroden 25-1, 25-2 zu sehen. Die Masse-Elektroden 25-1, 25-2 sind ha­ kenförmig ausgebildet, wobei die Hakenenden den gleichen ra­ dialen Abstand X von der Gehäuselängsachse A wie die Zünd- Elektrode 23 aufweisen und einer dem zu zündenden Kraftstoff­ gemisch zugewandten Stirnfläche der Zünd-Elektrode 23 gegen­ überliegen.

Das Gehäuse besitzt radial innen einen Isolatormantel 22 aus z. B. einer Al₂O₃-Keramik. Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Gehäuse 21 über die gesamte Länge des Isolatormantels 22 und weist an einem von dem zu zündenden Kraftstoffgemisch abgewandten Ende einen um­ laufenden Kragen 26 zur drehbaren Befestigung der Kontaktkap­ pe 30 auf. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel könn­ te das Gehäuse 21 sich auch nur bis zum Außensechskant 21-1 erstrecken und der Kragen zur Befestigung der Kontaktkappe 30 am Isolatormantel 22 ausgebildet sein.

Die Zünd-Elektrode 23 besitzt eine hohlzylindrische Form und ist radial innen auf dem Isolatormantel 22 angeordnet. Inner­ halb der hohlzylindrischen Zünd-Elektrode 23 entsteht so ein Raum 27 für die Aufnahme weiterer Komponenten. Der Raum 27 ist sowohl auf der dem zu zündenden Kraftstoffgemisch zuge­ wandten Seite als auch auf der dem zu zündenden Kraftstoffge­ misch abgewandten Seite offen und definiert somit eine zen­ trale Durchgangsöffnung.

Die Zünd-Elektrode 23 ist wie die Masse-Elektroden 25-1, 25-2 aus einer Mehrstofflegierung auf Nickelbasis hergestellt und besitzt radial innen an ihrem dem zu zündenden Kraftstoffge­ misch zugewandten Ende ein Gewinde 28 für die lösbare Befe­ stigung z. B. eines Einspritzventiles oder Sensors.

Die hohlzylindrische Zünd-Elektrode 23 weist an ihrem dem zu zündenden Kraftstoffgemisch abgewandten Ende einen gewissen Überstand über den Isolatormantel 22 und das Gehäuse 21 auf, um eine Kontaktierung mittels einer Ringelektrode 32 der Kontaktkappe 30 zu ermöglichen. Die Kontaktkappe 30 ist ringför­ mig ausgebildet und besitzt ebenfalls eine zentrale Durch­ gangsöffnung 34.

In Fig. 3 ist ein Einspritzventil 40 dargestellt, welches in dem in Fig. 2 dargestellten Raum 27 der Elektrodeneinheit 20 eingeschraubt werden kann. Das Einspritzventil 40 besitzt ein Ventilgehäuse 41, welches an seinem dem zu zündenden Kraft­ stoffgemisch zugewandten Ende ein mit dem in Fig. 2 darge­ stellten Gewinde 28 zusammenwirkendes, komplementäres Gewinde 42 sowie eine Düse 43 aufweist. Die in Fig. 3 dargestellte Düse 43 besitzt eine zentrale Öffnung, über welche Kraftstoff auf einen Kolben einer Verbrennungskraftmaschine gesprüht werden kann. Andere Ausgestaltungen der Düse 43 wären jedoch gleichfalls denkbar, um z. B. der Kraftstoff gegen Wände eines Zylinders sprühen zu können.

An seinem dem zu zündenden Kraftstoffgemisch gegenüberliegen­ den Ende weist das Ventilgehäuses 41 einen Anschluß 44 für die Zuführung von Kraftstoff über die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoff-Versorgungsleitung 82-1 auf. Außerdem zweigt an diesem Ende des Ventilgehäuses 41 ein Arm 45 ab, welcher mit elektrischen Anschlüssen 46 zur Kontaktierung eines innerhalb des Einspritzventiles 40 angeordneten elektromagnetischen Be­ tätigungsmechanismus versehen ist. Die elektrischen Anschlüs­ se 46 sind über die in Fig. 1 dargestellte Steuerleitung 62 mit der Motor-Steuereinheit 60 verbunden.

Das Gehäuse 41 des Einspritzventiles muß aus einem hitzebe­ ständigen Material gefertigt sein, um den innerhalb der Elek­ trodeneinheit auftretenden thermischen Belastungen standhal­ ten zu können. Auch sollte das Gehäuse 41 elektrisch isolie­ rend sein, damit die Zünd-Elektrode nicht kurzgeschlossen wird. Diese Anforderungen setzen die Verwendung besonderer Werkstoffe für das Gehäuse 41 voraus. Wird jedoch die in Fig. 2 dargestellte hohlzylindrische Zünd-Elektrode 23 radial innen mit einem weiteren Isolatormantel versehen, so können auch herkömmliche, metallische Gehäusewerkstoffe verwendet werden.

In Fig. 4 ist eine komplette Vorrichtung 10 zur Zündung ei­ nes Kraftstoffgemisches dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt die in Fig. 2 dargestellte Elektrodeneinheit 20 mit der Kon­ taktkappe 30 sowie das in der zentralen Durchgangsöffnung der Elektrodeneinheit 20 angeordnete und in Fig. 3 dargestellte Einspritzventil 40. Weiterhin sind in Fig. 4 drei Masse- Elektroden 25-1, 25-2, 25-3 sowie die Düse 43 des Einspritz­ ventiles abgebildet. Die Zündfunken bilden sich zwischen die­ sen Masse-Elektroden 25-1, 25-2, 25-3 sowie einer Stirnfläche der Zünd-Elektrode 23 aus.

In Fig. 5 ist ein weiteres Einspritzventil 140 zur Anordnung im zentralen Raum 27 der Elektrodeneinheit 20 dargestellt. Im Vergleich zu dem in Fig. 3 dargestellten Einspritzventil weist das Ventilgehäuse 141 dieses Einspritzventils 140 einen außerhalb der Elektrodeneinheit angeordneten und über die Kontaktkappe überstehende Bereich 141-1 auf. Dieser Bereich 141-1 des Gehäuses 141 besitzt einen größeren Außendurchmes­ ser als ein rohrförmiger Bereich 141-2 des Gehäuses 141, wel­ cher innerhalb des Raumes 27 der in Fig. 2 dargestellten Elektrodeneinheit 20 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß in dem Bereich 141-1 des Ventilgehäuses 141 der elektro­ magnetische Betätigungsmechanismus, welcher die Baugröße des Einspritzventils wesentlich mitbestimmt, problemlos unterge­ bracht werden kann.

Wie das in Fig. 3 dargestellte Einspritzventil 40 besitzt auch das Einspritzventil 140 ein Gewinde 142 zur Befestigung des Ventiles innerhalb der Durchgangsöffnung einer Zünd- oder Heizvorrichtung, eine Düse 143 zum Einsprühen des Kraftstof­ fes in den Brennraum, einen Kraftstoffanschluß 144 und einen weiteren, im Bereich eines vom Gehäuse 141 abzweigenden Armes 145 angeordneten elektrischen Anschluß 146.

Der elektromagnetische Betätigungsmechanismus des Einspritz­ ventiles 140 umfaßt eine Stromspule 147 und eine starr mit einem Magnetanker 148-1 gekoppelte Ventilnadel 148-2, die sich durch die rohrförmige Verlängerung 141-2 des Gehäuses 141 erstreckt. Wird über den elektrischen Anschluß 146 elektrischer Strom der Stromspule 147 zugeführt, so hebt sich die Ventilnadel 148-2 von einem Ventilsitz 149 ab, der an einem dem Gas oder dem Gemisch zugewandten Ende der rohrförmigen Verlängerung 141-2 ausgebildet ist. Der Kraftstoff kann somit durch das Einspritzventil in den Brennraum fließen. Wird der Erregerstrom abgeschaltet, schließt die Ventilnadel 148-2 wieder.

In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Hei­ zen eines Gases oder Gasgemisches mit einer Elektrodeneinheit 120 und einer Kontaktkappe 130 dargestellt. Die Elektroden­ einheit 120 umfaßt ein metallisches Gehäuse 121, welches zu­ gleich als Masse-Elektrode fungiert. Das Gehäuse 121 ist als doppelwandiger Zylinder ausgeführt, wobei sich von den beiden dem Gas oder Gasgemisch zugewandten Stirnflächen des Dop­ pelzylinders zwei hülsenförmige Fortsätze 129-1, 129-2 in den Brennraum erstrecken. Diese Fortsätze 129-1, 129-2 sind als korrosions- und hitzebeständige Glührohre ausgestaltet und an ihrem dem Gas oder Gasgemisch zugewandten Ende geschlossen. Weiterhin sind die Fortsätze 129-1, 129-2 elektrisch mit dem Gehäuse 121 verbunden.

Die Vorrichtung besitzt weiterhin zwei Heizelektroden 123-1, 123-2, an welche die Heizspannung von typischerweise 12 V oder 24 V (Bordspannung) über die Kontaktkappe 130 angelegt werden kann. Die Heizelektroden 123-1, 123-2 sind auf das Gehäuse 121 derart aufgesteckt, daß sie zwei zwischen den beiden Zy­ linderwänden angeordnete Anschlußbolzen 150-1, 150-2 kontak­ tieren. Sowohl die Heizelektroden 123-1, 123-2 als auch die Anschlußbolzen 150-1, 150-2 sind elektrisch vom Gehäuse ge­ trennt. Zu diesem Zweck weisen die Abstandsbolzen 150-1, 150- 2 einen gewissen Abstand von den Gehäusewänden auf und ist zwischen den Heizelektroden 123-1, 123-2 und dem auf Massepo­ tential liegenden Gehäuse 121 Isoliermaterial angeordnet. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen auftretenden Spannun­ gen werden an die Isolierung nur geringe Anforderungen ge­ stellt.

Die Heizelektroden 123-1, 123-2 sind mit Regelwendeln 151-1, 151-2 und diese wiederum mit als Heizwendel 152-1, 152-2 aus­ gebildeten Heizelementen elektrisch verbunden. Der Stromkreis wird dadurch geschlossen, daß die Heizwendel 152-1, 152-1 mit den Fortsätzen 129-1, 129-2 und diese mit dem als Masse- Elektrode fungierenden Gehäuse 121 elektrisch verbunden sind. Die Heizwendel 152-1, 152-2 besitzen einen von der Temperatur unabhängigen elektrischen Widerstand und sind innerhalb der Fortsätze 129-1, 129-2 zum Beheizen derselben angeordnet. Die Regelwendel 151-1, 151-2 bestehen aus einem Material mit po­ sitivem Temperaturkoeffizienten. Heizwendel 152-1, 152-2 und Regelwendel 151-1, 151-2 sind innerhalb des Gehäuses 121 bzw der Fortsätze 129-1, 129-2 zur elektrischen Isolation von verdichtetem Magnesiumoxidpulver umgeben.

Sobald im Betrieb der Vorrichtung eine Spannung zwischen Hei­ zelektroden 123-1, 123-2 und dem als Masse-Elektrode fungie­ rendem Gehäuse 121 bzw. die mit dem Gehäuse 121 elektrisch verbundenen Fortsätze 129-1, 129-2 angelegt wird, wird elek­ trische Energie in den Heizwendeln 152-1, 152-2 in Wärme um­ gesetzt und die Fortsätze 129-1, 129-2 heizen sich entspre­ chend auf. Mit der Zeit heizen sich dann auch die Regelwendel 151-1, 151-2 auf und die Heizleistung sinkt wieder etwas ab.

Fig. 7 zeigt die Heizvorrichtung gemäß Fig. 6 mit einem in der zentralen Durchgangsöffnung angeordnetem Temperatursensor 160 zur Überwachung der im Brennraum ablaufenden Prozesse.

Obwohl die Ausführungsbeispiele die Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in Zusammenhang mit Verbrennungs­ kraftmaschinen beschreiben, kann die Vorrichtung auch in an­ deren Bereichen eingesetzt werden, in welchen Gase oder Gemi­ sche gezündet oder geheizt werden müssen. Beispielhaft sei die chemische Verfahrenstechnik erwähnt.

Claims (23)

1. Vorrichtung zum Zünden oder Heizen eines Gases oder eines ein Gas enthaltenden Gemisches mit einem hohlzylindri­ schen Gehäuse (21, 121), mindestens einer Masse-Elektrode (25-1, 25-2, 25-3), die radial beabstandet von einer Ge­ häuselängsachse (A) angeordnet ist, und mindestens einer von der Masse-Elektrode (25-1, 25-2, 25-3) elektrisch ge­ trennten Elektrode (23, 123-1, 123-2), an welche eine Spannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Elektrode (23, 123-1, 123-2), an welche die Spannung angelegt wird, radial beabstandet von der Gehäuselängsachse (A) angeordnet ist und innerhalb des Gehäuses (21, 121) ein sich entlang der Gehäuselängs­ achse (A) erstreckender Raum (27, 127) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (27, 127) eine Öffnung auf einer dem Gas oder dem Gemisch zugewandten Seite und/oder auf einer dem Gas oder dem Gemisch abgewandten Seite aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des Raumes (27, 127) ein Sensor (160) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (160) ein Klopfsensor und/oder ein Temperatur­ sensor ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß innerhalb des Raumes (27, 127) eine Vorrichtung (40, 140) zum Transport eines gasförmigen oder flüssigen Mediums vollständig oder zumindest be­ reichsweise angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Transport eines gasförmigen oder flüssigen Mediums ein Einspritzventil (40, 140) ist, das eine sich entlang der Gehäuselängsachse (A) durch den Raum (27, 127) erstreckende rohrförmige Verlängerung (141-2) und einen außerhalb des Raumes (27, 127) angeord­ neten Betätigungsmechanismus (147, 148) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (140) ein Gehäuse (141) aufweist, welches einen ersten Gehäuseabschnitt in Gestalt der rohrförmigen Verlängerung (141-2) sowie einen weiteren Gehäuseabschnitt (141-1) mit größerem Durchmesser als der erste Gehäuseabschnitt besitzt, wobei innerhalb des wei­ teren Gehäuseabschnittes (141-1) ein Betätigungsmechanis­ mus (147, 148-1, 148-2) aufgenommen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus eine Stromspule (147) und ei­ nen Magnetanker (148-1) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Magnetanker (148-1) eine Ventilnadel (148-2) starr gekoppelt ist, die sich durch die rohrförmige Ver­ längerung (141-2) erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventilnadel (148-2) bis zu einem Ventilsitz (149) erstreckt, der an einem dem Gas oder dem Gemisch zugewandten Ende der rohrförmigen Verlängerung (141-2) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21, 121) aus einem leit­ fähigen Material besteht und mit der mindestens einen Masse-Elektrode (25-1, 25-2, 25-3) elektrisch verbunden ist und/oder einstückig mit dem Gehäuse (21, 121) ausge­ bildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) radial innen einen Isolatormantel (22) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (23), an welche die Spannung angelegt wird, in den Isolatormantel (22) eingebettet ist oder radial innen auf dem Isolatormantel (22) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Elektrode (23), an welche die Spannung angelegt wird, zumindest bereichs­ weise als Hohlzylinder ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Elektrode (23), an welche die Span­ nung angelegt wird, radial innen einen weiteren Isolator­ mantel aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die mindestens eine Masse- Elektrode (121) und die mindestens eine Elektrode (123-1, 123-2), an welche eine Spannung angelegt wird, ein elek­ trisches Heizelement (152-1, 152-2) geschaltet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse-Elektrode (121) zumindest bereichsweise doppelwandig oder rohrförmig ausgestaltet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Elektrode (123-1, 123-2), an welche eine Spannung angelegt wird, und/oder das mindestens eine Heizelement (152-1, 152-2) zumindest teilweise in dem doppelwandigen oder rohrförmigen Bereich der Masse- Elektrode (121) angeordnet sind/ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (152-1, 152-2) in einem dem Gas oder dem Gemisch zugewandten Be­ reich der Masse-Elektrode (121) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse-Elektrode (121) pro Heize­ lement (152-1, 152-2) einen heizbaren, hülsenförmigen Fortsatz (129-1, 129-2) aufweist, welcher sich in Rich­ tung auf das Gas oder das Gemisch erstreckt und in wel­ chem jeweils ein Heizelement (152-1, 152-2) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement als Heizwendel (152- 1, 152-2) ausgestaltet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Kontaktkappe (30, 130) zur Kontaktierung der mindestens einen Elektro­ de (23, 123-1, 123-2), an welche die Spannung angelegt wird, umfaßt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkappe (30, 130) eine ringförmige Kontaktelek­ trode (32) zur Kontaktierung der mindestens einen Elek­ trode (23, 123-1, 123-2), an welche die Spannung angelegt wird, aufweist.