DE102006041161A1

DE102006041161A1 - Zündkerze für einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006041161A1
Application number: DE200610041161
Authority: DE
Inventors: Timo Kresse; Alfred Hilger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-03-06
Also published as: WO2008025476A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze (200) für Verbrennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge, die ein Wasserstoff-Luft-Gemisch verbrennen, mit einer Mittelelektrode (104) und mindestens einer am Schraubgewinde (101) fixierten Masseelektrode (203, 204). Um die bekannte Zündkerze für wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren besser nutzbar zu machen wird vorgeschlagen, dass zumindest die der Mittelelektrode (104) zugewandten Kanten (207, 208) und/oder er Grate der Masseelektrode abgerundet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Verbrennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge, die ein Wasserstoff-Luft-Gemisch verbrennen, mit einer Mittelelektrode und mindestens einer am Befestigungsgewinde fixierten Masseelektrode.
Bekannte Zündkerzen zum Einsatz in benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren sind für einen Einsatz bei wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren wenig geeignet, weil es immer wieder zu Fehlzündungen kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere eine Zündkerze vorzuschlagen, die zum Betrieb in einem wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotor geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Weiterbildung der gattungsgemäßen bekannten Zündkerze gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Zündkerze ist in Anspruch 4 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wasserstoff-Luft-Gemische sind in einem sehr breiten Band von Mischungsverhältnissen entflammbar (ca. 4 bis 76% Volumenanteil in Luft). Bei stöchiometrischem Mischungsverhältnis (Massenverhältnis Wasserstoff/Luft wie 1:34,2) ist zur Entzündung des Gemisches nur eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Benzin-Luft-Gemisch ca. 14-mal geringere Zündenergie erforderlich. Die Selbstzündungstemperatur ist mit 585°C höher als bei einem herkömmlichen Benzin-Luft-Gemisch, bei dem sie bei ca. 300°C liegt. Stöchiometrische Wasserstoff-Luft-Gemische verbrennen heißer als vergleichbare Benzin-Luft-Gemische.
Diese Eigenschaften von Wasserstoff-Luft-Gemischen führen dazu, dass es bei Wasserstoff-Verbrennungsmotoren im Bereich hoher Motorlasten verstärkt zu Glühzündungen, d.h. Fehlzündungen, kommen kann. Durch die heiße Verbrennung des Wasserstoff-Luft-Gemisches übersteigt der Wärmeeintrag in die Elektroden der bekannten Zündkerze die durch die Elektroden mögliche Wärmeabfuhr und die in den Brennraum ragenden Elektroden werden immer heißer. Ist der Punkt erreicht, an dem sie genügend Wärme bzw. Energie in kurzer Zeit an das einströmende Wasserstoff-Luft-Gemisch abgeben, kommt es zu unkontrollierten Zündungen, d.h. zu Fehlzündungen. Ein befriedigender Motorbetrieb ist mit diesen Verbrennungsanomalien nicht möglich. Im Extremfall kommt es sogar zu einer Schädigung des Motors.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen, dass zumindest die der Mittelelektrode zugewandten Kanten und/oder Ecken und/oder Spitzen und/oder Grate der Masseelektrode abgerundet werden. Eine solche erfindungsgemäße Zündkerze zeichnet sich dadurch aus, dass deren Mittelelektrode ggü. einer herkömmlichen Zündkerze ein weitgehend minimales Verhältnis von deren Oberfläche zu deren Volumen aufweist und der hohe Wärmeeintrag aufgrund dieser erfindungsgemäßen Maßnahme über die Oberfläche schnell durch das Materialvolumen an den Zylinderkopf, in den die Zündkerze eingeschraubt ist, abgeführt werden kann. Ein Überhitzen der Kanten, Ecken und eventuell vorhandenen Grate der Masseelektrode ist hierdurch bei der erfindungsgemäßen Zündkerze vermieden.
Es versteht sich, dass auch andere Maßnahmen ergriffen werden können, um die Wärmeabfuhr über die Masseelektrode zu erhöhen, wie insbesondere der Einsatz hochwertigerer Materialien für die Masseelektrode.
Durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Zündkerzen in einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor ist es möglich, den Motor mit einem ggü. herkömmlichen Zündkerzen früheren Zündwinkel zu betreiben, was zu einem deutlich höheren Wirkungsgrad des Motors führt.
Zusammengefasst, verhindert die erfindungsgemäße Gestaltung einer Zündkerze also Fehlzündungen an einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor und ermöglicht diesen mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad zu betreiben. Das verbesserte Betriebsverhalten (keine Fehlzündungen) vermeidet eine zu hohe Belastung des Motors durch Verbrennungsanomalien und trägt somit zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Motors bei.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen zeigen gleiche oder gleich wirkende Komponenten. Es zeigen:
1 den Bereich von Mittelelektrode und Masseelektrode einer herkömmlichen Zündkerze; und
2 den Bereich von Mittelelektrode und Masseelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze.
1 zeigt den Bereich von Mittelelektrode 104 und Masseelektroden 102 und 103 einer herkömmlichen Zündkerze 100 mit einem Schraubgewinde 101. Die der Mittelelektrode 104 zugewandten Enden 105 und 106 der Masseelektroden 103 und 102 weisen an ihren zur Mittelelektrode weitgehend parallel verlaufenden Flächen recht scharfe Kanten sowie spitze Ecken 107 und 108 sowie 109 und 110 auf.
Die erfindungsgemäße Zündkerze 200 unterscheidet sich von der bekannten Zündkerze 100 lediglich hinsichtlich der Kontur bzw. Gestaltung der Masseelektroden 202 und 203. Die erfindungsgemäßen Masseelektroden 202 und 203 weisen Enden 205 und 206, die der Mittelelektrode zugewandt sind, auf, die weitgehend abgerundet sind, d.h. scharfe Kanten und spitze Ecken – wie bei der bekannten Zündkerze 100 – sind nicht mehr vorhanden.
Zudem sind bei diesem Ausführungsbeispiel auch die der Mittelelektrode 104 zugewandten Kanten des Fußes 209 der Masseelektrode 202 und die Kanten des Fußes 210 der Masseelektrode 203 abgerundet.
Aufgrund der Abrundungen weisen beide Masseelektroden 202 und 203 ein weitgehend minimales Verhältnis von deren Oberfläche zu deren Volumen auf, wodurch die den Masseelektroden bei der Verbrennung eines Wasserstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsmotor zugeführte Wärmeenergie sehr gut an den Zylinderkopf, in den die erfindungsgemäße Zündkerze eingeschraubt ist, abgeführt werden kann. Hierdurch werden die genannten Vorteile der Erfindung erreicht, d.h. insbesondere werden Fehlzündungen vermieden.

100: herkömmliche Zündkerze
101: Schraubgewinde
102: erste Masseelektrode
103: zweite Masseelektrode
104: Mittelelektrode
105: Ende der Masseelektrode 103
106: Ende der Masseelektrode 102
107: spitze Ecke der Masseelektrode 103
108: spitze Ecke der Masseelektrode 103
109: spitze Ecke der Masseelektrode 102
110: spitze Ecke der Masseelektrode 102
200: erfindungsgemäße Zündkerze
202: erste Masseelektrode
203: zweite Masseelektrode
205: Ende der Masseelektrode 203
206: Ende der Masseelektrode 202
207: eine Kante des Fußes 209
208: eine Kante des Fußes 210
209: Fuß der Masseelektrode 202
210: Fuß der Masseelektrode 203

Claims

Zündkerze (200) für Verbrennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge, die ein Wasserstoff-Luft-Gemisch verbrennen, mit einer Mittelelektrode (104) und mindestens einer am Schraubgewinde (101) fixierten Masseelektrode (203, 204), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Mittelelektrode (104) zugewandten Kanten (207, 208) und/oder Ecken (107, 108, 109, 110) und/oder Spitzen und/oder Grate der Masseelektrode abgerundet sind.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (207, 208) und/oder Ecken (107, 108, 109, 110) und/oder Grate durch Entgraten abgerundet worden sind.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Masseelektrode (202, 203) dergestalt ist, dass das Verhältnis von deren Oberfläche zu deren Volumen weitgehend minimal ist.
Vorrichtung zum Bearbeiten der Masseelektrode einer Zündkerze für Verbrennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (200) zur Zündung eines Wasserstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist und die Vorrichtung die Masseelektrode (202, 203) zumindest dort, wo sie der Mittelelektrode (104) zugewandt ist, abrundet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung durch Entgraten erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bearbeitung die Geometrie der Masseelektrode (202, 203) dergestalt ist, dass das Verhältnis von deren Oberfläche zu deren Volumen weitgehend minimal ist.