DE102007042157A1

DE102007042157A1 - Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch

Info

Publication number: DE102007042157A1
Application number: DE102007042157A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus König
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Gasmotor, Gas-Ottomotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung 1 einen als Zündquelle dienenden Glühstift 2 umfasst, bei dem ein mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt stehender Abschnitt 5 derart erhitzt, dass dieser Abschnitt 5 als Glühbereich oder heiße Zone eine zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur aufweist. Um eine neuartige Glühkerze zu schaffen, bei welcher die Lebensdauer deutlich erhöht ist beziehungsweise die thermische Belastung deutlich verringert ist, ist der Glühstift 2 rundum zumindest im Bereich der heißen Zone 5 mit einer metallischen Schutzschicht 4 aus einem höchstbeständigen Material wie zum Beispiel Tantal versehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in Gasmotoren, Gas-Ottomotoren oder Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Gasmotoren wird ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, wobei das gasförmige Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe mindestens einer Zündeinrichtung des Gasmotors gezündet wird. In aus dem Stand der Technik bekannten Gasmotoren ist die oder jede Zündeinrichtung als Glühkerze ausgebildet, die entweder in einen ungeteilten Brennraum oder in einen von einem Hauptbrennraum abgeteilten Vorkammerraum hineinragt und das gasförmige Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum beziehungsweise im Vorkammerraum entzündet. Zur Zündung werden dabei hohe Zündenergien benötigt, die mit steigender Motorleistung überproportional ansteigen.
Aus der DE 102 17 996 A1 ist ein Gasmotor bekannt, bei welchem hohe Zündenergien zum Zünden des gasförmigen Kraftstoff-Luft-Gemisches erreicht werden können. Bei der DE 102 17 996 A1 erfolgt die Zündung des gasförmigen Kraftstoff-Luft-Gemisches mit Hilfe einer Zündeinrichtung, wobei eine die Zündenergie bereitstellende Glühkerze der Zündeinrichtung unmittelbar beziehungsweise direkt mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch beziehungsweise einer gasförmigen Atmosphäre aus dem zu zündenden Krafstoff-Luft-Gemisch in Kontakt steht.
Zur Zündung des Gaszündstrahls in der Vorkammer dieses Gasmotors ist eine heiße Oberfläche, um die 900°C, der Glühkerze erforderlich. Diese Glühkerze ist innerhalb der Vorkammer erheblichen Temperaturen, chemisch/thermischen Angriffen und Druckwechselbelastungen ausgesetzt. Dadurch ergibt sich ein erhebliches Standzeitproblem, dass mit herkömmlichen Glühkerzen nicht erfüllt werden kann.
Aus der DE 10 2005 050 435 A1 ist weiterhin bereits ein Gasmotor bekannt geworden, bei diesem eine Glühkerze mit einem Glühstift in einen Brennraum oder in eine Vorkammer hineinragt und wobei eine hülsenartige Aufnahmeeinrichtung den Glühstift vom zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch trennt und der Glühstift einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt stehenden Abschnitt der jeweiligen hülsenförmigen Aufnahmeeinrichtung derart erhitzt, dass dieser Abschnitt der Aufnahmeeinrichtung beziehungsweise Schutzhülse zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur aufweist.
Schutzhülse und Glühstift sind als separate Baugruppen ausgebildet, so dass Sie getrennt gefertigt werden können. Der Glühstift ist in der Schutzhülse platzierbar sowie aus der selben entfernbar, so dass bei einem Defekt des Glühstiftes oder der Schutzhülse die jeweils andere Baugruppe wieder verwendet werden kann.
Der Glühstift nach dem Stand der Technik besteht vorzugsweise aus einer Siliciumnitrid-Keramik oder aus stabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff.
Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Glühkerze zu schaffen, bei dieser die Lebensdauer gegenüber der eingangs beschriebenen herkömmlichen Glühkerze ebenfalls deutlichst erhöht ist, beziehungsweise die thermische Belastung der Glühkerze deutlich verringert ist.
Dieses Problem wird durch eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst, beziehungsweise deren Herstellung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 ermöglicht.
Dadurch dass bei einer Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Gasmotor, Gasottomotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung einen als Zündquelle dienenden Glühstift umfasst, bei dem ein mit dem zu zündenden Kraftstoffluftgemisch in Kontakt stehender Abschnitt derart erhitzt, dass dieser Abschnitt als Glühbereich oder heiße Zone eine zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur aufweist, vorgesehen ist, dass der Glühstift rundum zumindest im Bereich der heißen Zone mit einer metallischen Schutzschicht aus einem höchstbeständigen Material wie zum Beispiel Tantal versehen ist, wird eine hohe Standzeit der Glühkerze bei maximal möglicher Oberflächentemperatur erreicht. Desweiteren ist ein direkter Einbau in den Gasmotor, Gasottomotor oder Dieselmotor ohne Schutzhülse möglich, diese entfällt ersatzlos. Am erfindungsgemäß beschichteten Glühstift ist ein besserer Temperaturgradient zu beobachten als dies bei der Verwendung einer Schutzhülse der Fall war. Dennoch erfordert die hochwertige Beschichtung nur einen geringen Materialbedarf. Die Baugruppe der Schutzhülse wird völlig eingespart.
Dadurch dass der metallischen Schutzschicht katalytisch wirkende Legierungsbestandteile wie zum Beispiel Platin (Pt) zu gegeben sind, kann die erforderliche Zündtemperatur abgesenkt werden, was wiederum die thermische Belastung der Glühkerze herabsetzt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ohne hierauf beschränkt zu sein, unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt: Eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Glühkerze, die teilweise (auf der linken Seite) mit einer Schutzschicht für den Glühstift versehen ist.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für einen Gasmotor, insbesondere einen Gas-Ottomotor, oder für einen Dieselmotor. Die erfindungsgemäße Glühkerze ragt zumindest mit ihrem Glühstift in einen Brennraum hinein, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden. Dabei kann der Brennraum als ungeteilter Brennraum oder als geteilter Brennraum ausgebildet sein, wobei dann, wenn der Brennraum in einen Hauptbrennraum und einen Vorkammerraum unterteilt ist, die Glühkerze in den Vorkammerraum des Brennraums mit Ihrem Glühstift hineinragt.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung in Form einer Glühkerze 1, die einen als Zündquelle dienenden Glühstift 2 umfasst, bei dem ein mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt stehender Abschnitt, die heiße Zone 5, beziehungsweise der Glühstift 2, ein zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur aufweist. Der Glühstift 2, der in axialer Richtung zumindest die heiße Zone 5 umfasst, ist gegenüber dem weiteren axialen Verlauf der Glühkerze verjüngt, die Außenfläche 3 schließt sich mit einer Hohlkehle 8 dem restlichen Verlauf der Halteeinrichtung 6 der Glühkerze 1 in axialer Richtung an. Ein Kabelanschluss 7 versorgt den Glühstift mit elektrischer Energie Der Glühstift 1 ist an seiner Außenfläche 3 bis zur Hohlkehle 8 rundum mit einer metallischen Schutzschicht 4 aus einem höchstbeständigen Material wie zum Beispiel Tantal versehen.
Tantal zum Beispiel zeichnet sich durch stahlähnliche Festigkeit, insbesondere Warmfestigkeit aus, und durch seine hervorragende chemische Beständigkeit.
Der Glühstift 2 selbst besteht vorzugsweise aus einem Siliciumnitrad-Keramik oder aus stabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff.
Die metallische Schutzschicht 4 ist mittels Flammspritzen rundum auf dem Glühstift 2 zumindest im Bereich der heißen Zone 5 bevorzugt bis zur Hohlkehle 8 aufgebracht.
Der metallischen Schutzschicht 4 sind bevorzugt katalytisch wirkende Legierungsbestandteile wie zum Beispiel Platin (Pt) zugegeben.
Die metallische Schutzschicht 4 weist eine Wandstärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm auf.
Entweder wird das Flammspritzmaterial in der Endphase des Beschichtungsvorganges mit dem katalytisch wirkenden Legierungsbestandteil wie zum Beispiel Platin (Pt) dotiert oder die metallische Schutzschicht 4 wird nach dem Flammspritzauftrag auf dem Glühstift 2 mittels katalytisch wirkender Legierungsbestandteile wie zum Beispiel Platin (Pt) dotiert.
Durch die Verwendung von eben extrem korrosionsbeständigen Materialien kann mit geringsten Mengen des teuren Katalysatormaterials gearbeitet werden.
Durch geeignete Werkstoffpaarungen wird also die Gesamtwärmebilanz der Glühkerze optimiert.
Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung ist sowohl bei Gasmotoren als auch bei Dieselmotoren verwendbar.

1: Glühkerze
2: Glühstift
3: Außenfläche des Glühstifts
4: Beschichtung
5: heiße Zone
6: Halteeinrichtung
7: Kabelanschluss
8: Hohlkehle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10217996 A1 [0003, 0003]
- DE 102005050435 A1 [0005]

Claims

Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Gasmotor, Gas-Ottomotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung (1) einen als Zündquelle dienenden Glühstift (2) umfasst, bei dem ein mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt stehender Abschnitt (5) derart erhitzt, dass dieser Abschnitt (5) als Glühbereich oder heiße Zone eine zum Zünden des Kraft-stoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (2) rundum zumindest im Bereich der heißen Zone (5) mit einer metallischen Schutzschicht (4) aus einem höchstbeständigen Material wie zum Beispiel Tantal versehen ist.
Zündeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass deren metallische Schutzschicht (4) katalytisch wirkende Legierungsbestandteile wie zum Beispiel Platin (Pt) zugegeben sind.
Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schutzschicht (4) eine Wandstärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Zündeinrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schutzschicht (4) mittels Flammspritzen rundum auf den Glühstift (2) zumindest im Bereich der heißen Zone (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Flammspritzmaterial in der Endphase des Beschichtungsvorganges mit einem katalytisch wirkenden Legierungsbestandteil wie zum Beispiel Platin (Pt) dotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Flammspritzauftrag der metallischen Schutzschicht (4) auf den Glühstift (2) katalytisch wirkende Schichten aus Legierungsbestandteilen wie zum Beispiel Platin (Pt) dotiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (4) mit einer Wandstärke zwischen x mm und y mm aufgebracht wird.