DE102012208085A1

DE102012208085A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012208085A1
Application number: DE102012208085A
Authority: DE
Inventors: Björn Dirumdam
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-21
Also published as: US9397481B2; KR20130127940A; CN103427335A; US20140083386A1; JP6147560B2; FI124610B; FI20135481A; CN109244836A; JP2013239438A

Abstract

Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Mittelelektrode (11) und einer Masseelektrode (12), wobei zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ein Zündspalt (13) zur Entzündung eines Brennstoffgemischs über einen sich zwischen der Mittelelektrode (11) und der Masseelektrode (12) ausbildenden, elektrischen Zündfunken ausgebildet ist, wobei die Mittelelektrode (11) und die Masseelektrode (12) derart konturiert sind, dass ein Verhältnis aus einer für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode (11) und Masseelektrode (12) zu einem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung derart vergrößert ist, dass eine sich in Folge des Verschleißes bei Zündfunkenbildung einstellende Vergrößerung des Zündspalts (13) minimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.
Zündkerzen dienen der elektrischen Zündung eines in einer Brennkraftmaschine zu verbrennenden Brennstoffgemischs. Zwischen einer sogenannten Mittelelektrode und einer sogenannten Masseelektrode einer Zündkerze ist ein Zündspalt ausgebildet, in welchen sich zur Zündung des Brennstoffgemischs ein elektrischer Zündfunken ausbilden kann. Bei Zündkerzen unterscheidet man grundsätzlich zwischen Zündkerzen mit einer hakenförmigen Masseelektrode und Zündkerzen mit einer ringförmigen Masseelektrode. So zeigt die DE 10 2008 051 242 A1 eine Brennkraftmaschine mit einer Zündkerze, deren Massenelektrode hakenförmig ausgebildet ist, wobei sich der Zündspalt in Axialrichtung der Mittelelektrode gesehen axial zwischen einem Ende der Mittelelektrode und einem Ende der hakenförmigen Masseelektrode erstreckt. Eine Zündkerze mit einer ringförmigen Masseelektrode ist aus der DE 101 45 944 A1 bekannt, wobei sich dann der Zündspalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode in Radialrichtung um die Mittelelektrode herum erstreckt.
Die Oberflächen der Masseelektrode sowie der Mittelelektrode einer Zündkerze, zwischen welchen sich zur Zündung des Brennstoffgemischs ein elektrischer Zündfunken ausbilden kann, sind aus Edelmetall gefertigt oder mit Edelmetall beschichtet, wobei dieses Edelmetall bei der Zündfunkenbildung einem Verschleiß unterliegt.
In Folge dieses Verschleißes vergrößert sich der Zündspalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode, wobei mit zunehmend größer werdendem Zündspalt zunehmend mehr Zündenergie aufgebracht werden muss, um den Zündfunken auszubilden. Dann, wenn die Abmessung des Zündspalts eine kritische Größe überschritten hat, muss die Zündkerze gewechselt werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Zündkerze für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Zündkerze zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind die Mittelelektrode und die Masseelektrode derart konturiert, dass ein Verhältnis aus einer für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode und Masseelektrode zu einem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung derart vergrößert ist, dass eine sich in Folge des Verschleißes bei Zündfunkenbildung einstellende Vergrößerung des Zündspalts minimiert ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze vorgeschlagen, bei welcher die Mittelelektrode und die Masseelektrode derart konturiert sind, dass das Verhältnis aus der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode und Masseelektrode zu dem Verschleißvolumen bei der Zündfunkenbildung vergrößert ist, sodass sich in Folge des Verschleißes bei Zündfunkenbildung eine minimierte Vergrößerung des Zündspalts ausbildet. Hierdurch kann einerseits die zu Erzeugung des Zündfunkens benötigte Energie gering gehalten werden, andererseits kann die Standzeit einer Zündelektrode verlängert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Mittelelektrode mehrere Segmente auf, wobei die Masseelektrode in Radialrichtung um jedes der Segmente herum unter Ausbildung jeweils eines Zündspalts angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Zündelektrode ist besonders vorteilhaft und stellt ein besonders vorteilhaftes Verhältnis aus der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode und Masseelektrode zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung bereit. Eine solche Zündkerze kommt auch bei Verschleiß mit geringen Zündenergien aus und verfügt über eine hohe Standzeit.
Vorzugsweise sind den oder jeden Zündspalt begrenzende Oberflächen von Mittelelektrode und Masseelektrode gewellt konturiert. Über die gewellte Konturierung der den oder jeden Zündspalt begrenzenden Oberflächen von Mittelelektrode und Masseelektrode kann das Verhältnis aus der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode und Masseelektrode zum Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung weiter verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1a bis 1b: schematisierte Darstellungen einer ersten erfindungsgemäßen Zündkerze;
2: eine schematisierte Darstellung analog zu 1b einer zweiten erfindungsgemäßen Zündkerze;
3a bis 3b: schematisierte Darstellungen einer dritten erfindungsgemäßen Zündkerze;
4: eine schematisierte Darstellung analog zu 3b einer vierten erfindungsgemäßen Zündkerze;
5: eine schematisierte Darstellung analog zu 3a einer fünften erfindungsgemäßen Zündkerze;
6a bis 6b: schematisierte Darstellungen einer sechsten erfindungsgemäßen Zündkerze.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Otto-Gasmotor, die der Zündung eines in der Brennkraftmaschine zu verbrennenden Brennstoffgemischs dient.
1a und 1b zeigen ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze 10, wobei die Zündkerze 10 eine Mittelelektrode 11 und eine Masseelektrode 12 umfasst. Zwischen der Mittelelektrode 11 und der Masseelektrode 12 ist mindestens ein Zündspalt 13 zur Entzündung des Brennstoffgemischs ausgebildet, wobei sich zwischen der Mittelelektrode 11 und der Masseelektrode 12 unter Überbrückung des jeweiligen Zündspalts 13 ein elektrischer Zündfunken ausbilden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze 10 sind die Mittelelektrode 11 und die Masseelektrode 12 derart konturiert, dass ein Verhältnis aus einer für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelektrode 11 und Masseelektrode 12 zu einem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung derart vergrößert ist, dass eine sich in Folge des Verschleißes bei Zündfunkenbildung einstellende Vergrößerung des Zündspalts 13 minimiert ist.
Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b ist die Masseelektrode 12 in Radialrichtung der Mittelelektrode 11 gesehen um die Mittelelektrode 11 herum unter Ausbildung mehrerer ringförmiger Zündspalte 13 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b sind insgesamt fünf derartige ringartige, in Radialrichtung um die Mittelelektrode 11 herum angeordnete Zündspalte 13 vorhanden.
In 1a und 1b verfügt die Mittelelektrode 11 über mehrere Segmente 14, die in 1a und 1b als rechteckartige oder ovale Stege bzw. Lamellen ausgeführt sind, wobei in Radialrichtung der Mittelelektrode 11 gesehen um jedes dieser Segmente 14 herum ein Zündspalt 13 ausgebildet ist, der rechteckig oder oval konturiert ist.
Über eine solche Ausgestaltung der Zündkerze 10 mit mehreren Zündspalten 13 kann ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode 11 und Masseelektrode 12 zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung bereitgestellt werden, sodass trotz Verschleißes der Zündkerze 10 in Folge der Zündfunkenbildung nur eine geringe Zunahme der zur Zündfunkenbildung benötigten Zündenergie erforderlich ist und demnach eine lange Standzeit der Zündelektrode gewährleistet werden kann.
2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Zündkerze des Ausführungsbeispiels der 1a und 1b, bei welcher ebenfalls zwischen der Mittelelektrode 11, nämlich den Segmenten 14 derselben, und der Masseelektrode 12 in Radialrichtung gesehen mehrere Zündspalte 13 ausgebildet sind, wobei jedoch im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1a und 1b im Ausführungsbeispiel der 2 die Segmente 14 der Mittelelektrode 11 als im Querschnitt runde Vorsprünge ausgebildet sind, wobei dann jeder Zündspalt 13 kreisringartig konturiert ist.
3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Zündkerze 20, die ebenfalls eine Mittelelektrode 21 und eine Masseelektrode 22 aufweist, wobei die Masseelektrode 22 in Radialrichtung um die Mittelelektrode 21 herum unter Ausbildung eines einzigen ringförmigen, radialen Zündspalts 23 positioniert ist.
Im Ausführungsbeispiel der 3a und 3b ist zur Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Verhältnisses aus der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode 21 und Masseelektrode 22 zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung zur Minimierung der Vergrößerung des Zündspalts 23 in Folge der Zündfunkenbildung die Mittelelektrode 21 im Querschnitt rechteckartig konturiert bzw. ausgebildet, wobei die Masseelektrode 22 in Radialrichtung um die Mittelelektrode 21 herum unter Ausbildung des einzigen, rechteckförmig konturierten Zündspalts 23 angeordnet ist.
4 zeigt eine Abwandlung der Zündelektrode 20 der 3a und 3b, bei welcher die Mittelelektrode 21 im Querschnitt oval ausgebildet ist, wobei dann zwischen der Mittelelektrode 21 und der Masseelektrode 22 in Radialrichtung um die Mittelelektrode 21 herum ein einziger ovaler Zündspalt 23 ausgebildet bzw. positioniert ist.
6a und 6b zeigen eine weitere Abwandlung zum Ausführungsbeispiel der 3a und 3b, bei welchem ebenfalls ein einziger Zündspalt 23 in Radialrichtung gesehen um die Mittelelektrode 21 herum ausgebildet ist, wobei beim Ausführungsbeispiel der 6a und 6b das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen dem für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode 21 und Masseelektrode 22 zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung dadurch bereitgestellt wird, dass die Mittelelektrode 21 an ihrem den Zündspalt 23 begrenzenden Ende in Radialrichtung torusartig aufgeweitet bzw. ausgebildet ist, um so durch Vergrößerung des Radius des ringartigen Zündspalts 23 zwischen der Mittelelektrode 21 und der Masseelektrode 22 das gewünschte Verhältnis zwischen den zur Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberflächen von Mittelelektrode 21 und Masseelektrode 22 zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung bereitzustellen.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündelektrode 30 mit einer Mittelelektrode 31 und einer hakenartig ausgebildeten Masseelektrode 32, wobei in 5 der Zündspalt 33 zwischen der Mittelelektrode 31 und der Masseelektrode 32 in Axialrichtung zwischen den Elektroden 31 und 32 ausgebildet ist, nämlich dadurch, dass die Masseelektrode 32 in Axialrichtung von der Mittelelektrode 31 unter Ausbildung des axialen Zündspalts 33 beabstandet ist.
Dabei sind den Zündspalt 33 begrenzende Oberflächen 34 bzw. 35 der Elektroden 31 und 32 gewellt konturiert, um das erfindungsgemäße Verhältnis aus der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche der Elektroden 11 und 12 zu dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung bereitzustellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch bei den Ausführungsbeispielen der 1a bis 4 sowie 6a bis 6b entsprechende Oberflächen 15, 16 von Mittelelektrode 11 und Massenelektrode 12 bzw. Oberflächen 24 und 25 von Mittelelektrode 21 und Masseelektrode 22 gewellt konturiert sein können, um das Verhältnis der für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberflächen der Elektroden und dem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung weiter zu vergrößern.
Bezugszeichenliste

10: Zündkerze
11: Mittelelektrode
12: Masseelektrode
13: Zündspalt
14: Segment
15: Oberfläche
16: Oberfläche
20: Zündkerze
21: Mittelelektrode
22: Masseelektrode
23: Zündspalt
24: Oberfläche
25: Oberfläche
30: Zündkerze
31: Mittelelektrode
32: Masseelektrode
33: Zündspalt
34: Oberfläche
35: Oberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008051242 A1 [0002]
DE 10145944 A1 [0002]

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, mit einer Mittelelektrode (11, 21, 31) und einer Masseelektrode (12, 22, 32), wobei zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ein Zündspalt (13, 23, 33) zur Entzündung eines Brennstoffgemischs über einen sich zwischen der Mittelelektrode (11, 21, 31) und der Masseelektrode (12, 22, 32) ausbildenden, elektrischen Zündfunken ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (11, 21, 31) und die Masseelektrode (12, 22, 32) derart konturiert sind, dass ein Verhältnis aus einer für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehenden Oberfläche von Mittelelektrode (11, 21, 31) und Masseelektrode (12, 22, 32) zu einem Verschleißvolumen bei Zündfunkenbildung derart vergrößert ist, dass eine sich in Folge des Verschleißes bei Zündfunkenbildung einstellende Vergrößerung des Zündspalts (13, 23, 33) minimiert ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (12, 22) in Radialrichtung um die Mittelelektrode (11, 21) herum unter Ausbildung mindestens eines radialen, ringförmigen Zündspalts (13, 23) angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (21) im Querschnitt rechteckartig ausgebildet ist, und dass die Masseelektrode (22) in Radialrichtung um die Mittelelektrode (21) herum unter Ausbildung eines einzigen rechteckartigen Zündspalts (12) angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (21) im Querschnitt oval ausgebildet ist, und dass die Masseelektrode (22) in Radialrichtung um die Mittelelektrode (21) herum unter Ausbildung eines einzigen ovalen Zündspalts (23) angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (11) mehrere Segmente (14) aufweist, und dass die Masseelektrode (12) in Radialrichtung um jedes der Segmente (14) herum unter Ausbildung jeweils eines Zündspalts (13) angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (14) als im Querschnitt rechteckartige oder ovale Stege oder Lamellen ausgebildet sind, und dass jeder Zündspalt rechteckartig oder oval konturiert ist.
Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (14) als im Querschnitt runde Vorsprünge ausgebildet sind, und dass jeder Zündspalt (13) kreisringartig konturiert ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (32) in Axialrichtung von der Mittelelektrode (31) unter Ausbildung eines axialen Zündspalts (33) beabstandet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den oder jeden Zündspalt (13, 23, 33) begrenzende Oberflächen (15, 16, 24, 25, 34, 35) von Mittelelektrode (11, 21, 31) und Masseelektrode (12, 22, 32) gewellt konturiert sind.
Brennkraftmaschine, nämlich Otto-Gasmotor, zum Verbrennen eines Brennstoffgemischs aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, gekennzeichnet durch mindestens eine Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9.