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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer
Mittelelektrode und mehreren diese umgebenden Masseelektroden gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur kontrollierten Zündung einer Multisparkzündkerze.
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Aus
der
DE 10 2005
036 949 A1 ist eine gattungsgemäße Zündkerze
mit einer Mittelelektrode und zwei diese umgebende Masseelektroden
bekannt. Die erste Masseelektrode ist nach der Mittelelektrode in
der axialen Richtung der Mittelelektrode ausgerichtet, um einen
ersten Elektrodenabstand zu bilden, über den normale Zündfunken
entladen werden, sofern ein Isolator nicht mit Kohlenstoff verschmutzt
ist. Demgegenüber ist die zweite Masseelektrode nach der
Mittelelektrode in der radialen Richtung derselben ausgerichtet,
um einen zweiten Elektrodenabstand zu bilden, über den
Seitenfunken entladen werden können, sofern der Isolator
mit Kohlenstoff verschmutzt ist. Hierdurch soll eine verbesserte Zündfähigkeit
sowie eine erhöhte Lebensdauer der Zündkerze erreicht
werden.
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Zur
Verbesserung der Entflammungseigenschaften bei modernen Verbrennungsmotoren,
insbesondere bei Motoren die nach dem so genannten Schichtladeverfahren
arbeiten, wird heute eine so genannte Multisparkzündung
verwendet, bei der durch ein entsprechendes Ein- und Ausschalten
einer als Energiequelle dienenden Zündspule ein mehrfaches
Widerzünden des Zündfunkens an der Zündkerze
erreicht wird. Bei den bekannten Zündkerzen zünden
die Folgefunken nach dem ersten Zündfunken immer im gleichen
Bereich wie der erste Zündfunke, wobei zu berücksichtigen
ist, dass bei vorhandener Gasströmung auch der Zündfunke
aus dem Bereich der Elektroden heraus getragen werden kann. Relativ
zum Gas bewegt sich der Zündfunke dabei jedoch nicht, so
dass die Zündfunken aufgrund von Ladungsträgerbewegungen
immer in einem relativ zur Gasbewegung identischen Volumen gezündet werden.
Es wird somit nicht unbedingt ein anderes, brennbares Gemisch erreicht.
Dies kann bspw. dadurch verbessert werden, indem mehrere Zündsysteme
innerhalb eines einzigen Zylinders zum Einsatz kommen, was jedoch
entsprechend teuer ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine gattungsgemäße Zündkerze,
eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform
anzugeben, welche insbesondere die Entflammungswahrscheinlichkeit
schwach brennfähiger Gemische erhöht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen
Zündfunken einer zeitlich seriell ablaufenden Multisparkzündung
dazu zu zwingen, sich räumlich zu verteilen. Dies wird
dadurch erreicht, dass die einzelnen Masseelektroden eine Kapazität
mit begrenzter Leitfähigkeit aufweisen, so dass zwei aufeinander
folgende Zündfunken zwingend an unterschiedlichen Masseelektroden
anliegen. Ein Zündfunke lädt in diesem Fall jeweils
eine vordefinierte Elektrodenkapazität auf, wobei ein Entladen
dieser Kapazität über eine begrenzte Leitfähigkeit
zwischen der jeweiligen Masseelektrode und der Mittelelektrode erfolgt.
Durch die räumliche Verteilung zweier aufeinander folgender
Zündfunken, wird die Entflammungswahrscheinlichkeit schwach
brennfähiger Gemische erhöht und dadurch die Möglichkeit
geschaffen vergleichsweise magere, kraftstoffsparende Gemische einzusetzen.
Darüber hinaus kann dadurch das Wachstum eines Flammenkerns
beschleunigt und verbessert werden.
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Die
Erfindung beruht auf dem weiteren allgemeinen Gedanken, ein Verfahren
zur kontrollierten Zündung einer Multisparkzündkerze
anzugeben, bei dem diejenige Masseelektrode, bei welcher ein Zündfunke
angelegen hat, auf einem vordefinierten hohen elektrischen Potential
gehalten wird, so dass ein nachfolgender Zündfunke zwingend
an einer anderen Masseelektrode anliegt und dadurch die einzelnen
aufeinander nachfolgenden Zündfunken gezwungen werden,
sich räumlich zu verteilen. Mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens können minimale Schwankungen in einer Gemischkonzentration
eines Ottomotors ausgeglichen werden, da durch die annähernd gleichzeitig,
lediglich zeitlich kurz nacheinander stattfindenden Zündfunken
an unterschiedlichen Masseelektroden und damit an unterschiedlichen
Orten, die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, ein oder mehrere
brennfähige Punkte innerhalb des Zylinders zu erreichen,
wodurch der Einsatz besonders magerer, brennunwilliger Gemischvarianten
vereinfacht wird und dadurch der Kraftstoffverbrauch insgesamt gesenkt
werden kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
erfindungsgemäße Zündkerze mit einer
Mittelelektrode und vier diese umgebenden Masseelektroden,
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2 einen
Schaltplan einer Zündung mit kapazitiver Masseelektrode
und induktiver Entladerbegrenzung,
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3 eine
Darstellung wie in 2, jedoch mit einer ohmschen
Entladebegrenzung.
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Entsprechend
der 1, weist eine erfindungsgemäße
Zündkerze 1 eine Mittelelektrode 2 und
mehrere, hier insgesamt vier, diese umgebende Masseelektroden 3a bis 3d auf.
Die einzelnen Masseelektroden 3a bis 3d sind dabei
als Plättchen und nicht als miteinander verbundene konzentrische
Hülsen ausgebildet und zu Kapazitäten erweitert.
Durch die Ausbildung der einzelnen Masseelektroden 3a bis 3d mit
einer Kapazität mit begrenzter Leitfähigkeit,
wird erzwungen, dass zwei aufeinander folgende Zündfunken
an unterschiedlichen Masseelektroden 3a bis 3d anliegen.
Zwei aufeinander folgende Zündfunken werden somit bspw.
zwischen der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 3a und
anschließend zwischen der Mittelelektrode 2 und
der Masseelektrode 3c durchschlagen.
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1 zeigt
nur das im Zusammenhang mit der Erfindung relevante Innenleben der
Zündkerze. Es fehl z. B. das Aussengewinde zum Verschrauben der
Kerze im Motor. Um eine Trennung der Masseelektroden voneinander
zu erreichen, ist es zwingend notwendig, diese vom umgebenden, leitfähigen
Motorblock zu isolieren. In üblichen Zündkerzen
sind Gewinde und Massenelektrode identisch.
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Das
zwingende Wechseln der einzelnen Masseelektroden 3a bis 3d bei
aufeinander folgenden Zündfunken wird somit dadurch erreicht,
dass die Masseelektrode, bspw. die Masseelektrode 3a, an
welcher eben ein Zündfunke anlag für kurze Dauer
auf einem hohen elektrischen Potential gehalten wird, so dass der
darauf folgende Zündfunke daran gehindert wird, zur selben
Elektrode durchzuschlagen, da dann die Potentialdifferenz zwischen
der Hochspannungen führenden Mittelelektrode 2 und der
sich immer noch auf sehr hohem Potential befindlichen Masselelektrode 3a trotz
dazwischen befindlicher heißer, leitfähiger Gase
nicht ausreicht, einen Funkendurchschlag zu erzeugen.
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Dies
kann bspw. dadurch erreicht werden, indem die Masseelektroden 3a bis 3d als
Kapazitäten mit begrenzter Leitfähigkeit gegenüber
der Masse ausgeführt werden. So würde ein Zündfunke
jeweils eine Elektrodenkapazität aufladen, wobei das Entladen
dieser Kapazität über eine irgendwie begrenzte Verbindung
zwischen der Masseelektrode 3a bis 3d und der
Mittelelektrode 2 erfolgt. Technisch realisiert werden
kann dies bspw. durch eine Reihenschaltung einer Spule 4 (vgl. 2)
oder eines Widerstands 5 (vgl. 3). Bei passender
Auswahl der Kennwerte ist die Zeitkonstante des Entladevorgangs
ausreichend groß, die Spannung bis zum jeweils nächsten Zündfunken
zu halten, gleichzeitig aber klein genug, die Masseelektroden 3 bis
zum nächsten Zündvorgang zwei Motorumdrehungen
später vollständig zu entladen.
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Die 2 und 3 zeigen
dabei die elektrische Funktionsweise, wobei jeweils ein vollständiger Zündkreis
inklusive Batterie 6 und Zündspule 7 sowie je
eine der Masseelektroden 3a bis 3d dargestellt
ist. In beiden Figuren ist zwischen der Masseelektrode 3a und
der Zündkerze 1 eine Kapazität C gegen
eine Masse geschaltet.
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Die
Entladung der Kapazität C wird wahlweise durch eine seriell
verschaltete Induktivität, das heißt die Spule 4,
oder den Ohmschen Widerstand 5 begrenzt. Eine mögliche
Ausführungsform der Kapazitäten C sind leitfähige/metallische
Plättchen, welche ohne Verbindung zueinander als Verlängerung der
Masseelektrode 3a bis 3d in einen Isolator der Zündkerze 1 eingebaut
werden. Eine weitere Variante wären konzentrisch angeordnete
Ringelektroden/Hülsen unterschiedlicher Durchmesser, von
denen jede jeweils von der Masseelektrode 3a bis 3d verbunden
ist. Eine Ansteuerung der Zündspule 7 kann dabei
von einer Steuereinrichtung 8 übernommen werden.
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Denkbar
ist darüber hinaus, dass die einzelnen Masseelektroden 3a bis 3d für
die Entladung nach dem erfolgten Funkendurchbruch, das heißt nach
einem ersten Zündfunken, einzeln ansteuerbar sind, so dass
ein hierauf folgender Funkendurchbruch gezielt an einer noch nicht
gezündeten Masseelektrode 3a bis 3d erzeugt
werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Zündkerze 1 und
insbesondere mit dem erfindungsgemäßem Verfahren
zur kontrollierten Zündung einer derartigen Multisparkzündkerze 1 kann
ein Wachstum des Flammkerns entschieden beschleunigt und verbessert
werden, wodurch die Entflammungssicherheit erhöht und die
Entflammung besonders magerer Kraftstoffgemische ermöglicht
werden kann. Insbesondere können hierdurch auch minimale
Schwankungen in der Gemischkonzentration eines Ottomotors ausgeglichen
werden, da durch die annähernd gleichzeitige, also sehr
kurz nacheinander stattfindende Zündung an verschiedenen
Orten die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, ein oder mehrere
brennfähige Punkte innerhalb des Brennraums zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005036949
A1 [0002]
- - DE 602004006220 T2 [0003]
- - DE 602005001573 T2 [0003]
