DE102013201188A1 - Direct-injection spark-ignition type internal combustion engine has adjusting device that moves one of electrode for adjusting distance in spark discharge gap formed between electrodes - Google Patents

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    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/24—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation having movable electrodes
    • H01T13/26—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation having movable electrodes for adjusting spark gap otherwise than by bending of electrode

Abstract

The internal combustion engine has cylinder and spark plug (1) for igniting fuel-air mixture in the cylinder. The spark plug has a pair of electrodes (2,3) spaced apart and electrically insulated from each other while electrode (3) serves as a ground electrode (5). A spark discharge gap (6) in which the spark ignition is variable is formed by the distance between the electrodes. An adjusting device (10) moves the electrode (2) for adjusting the distance in the spark discharge gap.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Zündkerze zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem mindestens einen Zylinder der direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei

  • – die mindestens eine Zündkerze mindestens ein Elektrodenpaar aufweist, das zwei voneinander elektrisch isolierte und beabstandete Elektroden umfasst, von denen eine erste Elektrode als Massenelektrode dient, und
  • – der Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem Zündspalt, in dem sich im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausbildet, veränderbar ist.
The invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one spark plug for igniting a fuel-air mixture in the at least one cylinder of the direct-injection spark-ignited internal combustion engine, wherein
  • - The at least one spark plug has at least one electrode pair, which comprises two electrically insulated and spaced apart electrodes, of which a first electrode serves as a ground electrode, and
  • - The distance between the first electrode and the second electrode in a spark gap, in which forms a spark gap in the context of the spark ignition, is variable.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur verbesserten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine unter Verwendung einer derartigen Zündkerze. Furthermore, the invention relates to a method for improved ignition of a fuel-air mixture in a cylinder of a direct-injection spark-ignition internal combustion engine using such a spark plug.

Aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Kraftstoffen für Brennkraftmaschinen ist man bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Due to the limited occurrence of mineral oil as a raw material for the production of fuels for internal combustion engines, efforts are being made to minimize fuel consumption.

Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch aufgrund des schlechteren Wirkungsgrades insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors. Der traditionelle Ottomotor arbeitet mit einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch, das durch äußere Gemischbildung aufbereitet wird, indem in die im Ansaugtrakt befindliche Luft Kraftstoff eingebracht wird. Die Einstellung der Leistung bzw. Last erfolgt durch Veränderung der Füllung des Brennraumes, so dass dem Arbeitsverfahren des Ottomotors – anders als beim Dieselmotor – eine Quantitätsregelung zugrunde liegt. The fuel consumption is problematic due to the poorer efficiency, especially in gasoline engines. The reason for this lies in the principle working method of the traditional gasoline engine. The traditional gasoline engine uses a homogeneous fuel-air mixture, which is prepared by external mixture formation by introducing fuel into the air in the intake tract. The adjustment of the power or load is done by changing the filling of the combustion chamber, so that the working method of the gasoline engine - unlike the diesel engine - is based on a quantity control.

Diese Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, je mehr versperrt die Klappe den Ansaugtrakt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe und vor dem Einlass in den Brennraum des Zylinders. Auf diese Weise kann über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Diese Art der Laststeuerung erweist sich insbesondere im Teillastbereich als nachteilig, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Druckabsenkung, d. h. eine starke Drosselung, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last steigen. This load control is usually carried out by means of a throttle valve provided in the intake tract. By adjusting the throttle, the pressure of the intake air behind the throttle valve can be reduced more or less. The farther the throttle is closed, the more the flap obstructs the intake tract, the higher the pressure loss of the intake air across the throttle and the lower the pressure of the intake air behind the throttle and before the inlet into the combustion chamber of the cylinder. In this way, via the pressure of the intake air, the air mass, d. H. the quantity will be set. This type of load control proves to be particularly disadvantageous in the partial load range, because low loads require a high pressure reduction, d. H. a strong throttling, whereby the charge exchange losses increase with decreasing load.

Um die beschriebenen Drosselverluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung entwickelt. Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors ist beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit Direkteinspritzung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes ist ein geeignetes Mittel zur Realisierung einer geschichteten Brennraumladung, d. h. eines Schichtladebetriebs, der eine deutliche Abmagerung des Gemisches gestattet und damit eine verminderte Drosselung der Ladeluft erfordert. Dies bietet insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile. Auch das Verfahren, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, bedient sich der Direkteinspritzung des Kraftstoffes. To reduce the described throttling losses, various de-throttling strategies have been developed. An approach for the dethrottling of a gasoline engine is, for example, an Otto engine working method with direct injection. The direct injection of the fuel is a suitable means for realizing a stratified combustion chamber charge, i. H. a stratified charge mode, which allows a significant leaning of the mixture and thus requires a reduced throttling of the charge air. This offers especially in partial load operation, d. H. in the lower and middle load range, if only small amounts of fuel are to be injected, thermodynamic advantages. Also, the method object of the present invention utilizes the direct injection of the fuel.

Weitere Vorteile ergeben sich aufgrund der mit einer Direkteinspritzung verbundenen Innenkühlung des Brennraums bzw. des Gemisches, wodurch eine höhere Verdichtung und/oder Aufladung und folglich eine bessere Ausnutzung des Kraftstoffes ohne die für den Ottomotor sonst charakteristische frühzeitige Selbstentzündung des Kraftstoffes, dem sogenannten Klopfen, ermöglicht wird. Further advantages result from the internal cooling of the combustion chamber or the mixture associated with a direct injection, which allows a higher compression and / or charge and consequently a better utilization of the fuel without the otherwise typical for the gasoline engine early auto-ignition of the fuel, the so-called knocking becomes.

Der Schichtladebetrieb ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, wobei in der Nähe der Zündkerze ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration (λ < 1) realisiert wird, während in den darunter befindlichen Gemischschichten geringere Kraftstoffkonzentration, d. h. größere lokale Luftverhältnisse (λ > 1) vorliegen. Dies führt insgesamt zu einer sehr mageren Brennraumladung mit einem Gesamtluftverhältnis λ >> 1. The stratified charge mode is characterized by a very inhomogeneous combustion chamber charge, wherein in the vicinity of the spark plug, an ignitable fuel-air mixture with comparatively high fuel concentration (λ <1) is realized, while in the underlying mixture layers lower fuel concentration, d. H. greater local air conditions (λ> 1) are present. Overall, this leads to a very lean combustion chamber charge with a total air ratio λ >> 1.

Üblicherweise und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Luftverhältnis λ definiert als das Verhältnis der dem mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine tatsächlich zugeführten Luftmasse mLuft,tat zu der stöchiometrischen Luftmasse mLuft,stöch, welche erforderlich wäre, um die dem mindestens einen Zylinder zugeführte Kraftstoffmasse mKraftstoff gerade vollständig zu oxidieren (stöchiometrischer Betrieb der Brennkraftmaschine λ = 1). Es gilt λ = mLuft,tat/mLuft,stöch. Usually and within the scope of the present invention, the air ratio λ is defined as the ratio of the air mass m air actually supplied to the at least one cylinder of the internal combustion engine to the stoichiometric air mass m air, stöch , which would be required for the fuel mass supplied to the at least one cylinder m just completely oxidize fuel (stoichiometric operation of the internal combustion engine λ = 1). It is λ = m air, tat / m air, stöch .

Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff – soweit gewollt – und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches stehen nur vergleichsweise kurze Zeiträume in der Größenordnung von Millisekunden zur Verfügung. Daher sind die Anforderungen an die Zündung bzw. an die Zündkerze wesentlich höher als bei traditionellen ottomotorischen Verfahren, damit auch unter den erschwerten Verhältnissen eine sichere Entzündung gewährleistet werden kann. For the injection of the fuel, the mixture preparation in the combustion chamber, namely the mixing of air and fuel - as far as desired - and the preparation of the fuel in the context of pre-reactions including evaporation, and the ignition of the treated mixture are only comparatively short periods of the order of Milliseconds available. Therefore, the requirements for the ignition and the spark plug are much higher than in traditional Otto-engine method, so that even under the difficult conditions, a reliable ignition can be guaranteed.

Das Gesamtluftverhältnis λ variiert während des Betriebes des direkteinspritzenden Ottomotors in Abhängigkeit von der momentanen Last. Dabei wird die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb in der Regel mager (λ > 1) mit einem Luftüberschuss und bei höheren Lasten bzw. Volllast gelegentlich auch fett (λ < 1) unter Luftmangel betrieben. Auch die Variation des Gesamtluftverhältnisses λ führt zu höheren Anforderungen an die Zündkerze, denn es muss unter sämtlichen Lasten bzw. bei unterschiedlichsten Gesamtluftverhältnissen λ eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleisten sein. The total air ratio λ varies during operation of the direct-injection gasoline engine as a function of the instantaneous load. The internal combustion engine in part-load operation usually lean (λ> 1) with an excess of air and at higher loads or full load occasionally fat (λ <1) operated under air deficiency. Also, the variation of the total air ratio λ leads to higher demands on the spark plug, because it must be under all loads or with different total air ratios λ ensure a reliable ignition of the fuel-air mixture.

Insbesondere sollen Zündaussetzer, die nicht nur zu Drehungleichförmigkeiten, d. h. zu Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine, sondern auch zu erhöhten Schadstoffemissionen, insbesondere zu erhöhten Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, führen, vermieden werden. In particular, misfiring, not only to rotational nonuniformities, d. H. to speed fluctuations of the internal combustion engine, but also to increased pollutant emissions, in particular to increased emissions of unburned hydrocarbons lead, be avoided.

Um magere Gemische zuverlässig entzünden zu können, wird ein vergleichsweise großer Abstand zwischen den beiden Elektroden bevorzugt bzw. angestrebt, damit ein ausreichend hoher Anteil an Kraftstoffmolekülen trotz des Luftüberschusses im Brennraum in den Zündspalt der Zündkerze gelangt, in dem im Rahmen der Fremdzündung die Funkenstrecke ausgebildet wird. In order to be able to ignite lean mixtures reliably, a comparatively large distance between the two electrodes is preferred or desired so that a sufficiently high proportion of fuel molecules arrives in the ignition gap of the spark plug despite the excess air in the combustion chamber, in which the spark gap is formed in the context of the spark ignition becomes.

Ein vergleichsweise großer bzw. größerer Elektrodenabstand wird auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine bevorzugt, um auch während der Warmlaufphase, wenn die Betriebstemperaturen noch verhältnismäßig niedrig sind, eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten. A comparatively large or larger electrode spacing is also preferred in the case of a cold start of the internal combustion engine in order to ensure reliable ignition of the fuel-air mixture even during the warm-up phase, when the operating temperatures are still relatively low.

Einen Einfluss auf die Zündfähigkeit bzw. Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches hat auch die Abgasrückführung, d. h. die von der Auslassseite auf die Einlassseite rückgeführte Abgasmenge. Die Abgasrückführung eignet sich zur Reduzierung der Stickoxidrohemissionen, wobei mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidrohemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte – gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte – Frischluft bezeichnet. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% liegen können. Die Abgasrückführung kann des Weiteren bei hohen Lasten dazu verwendet werden, die Klopfneigung zu senken. Bei hohen Rückführraten wird ein großer bzw. größerer Elektrodenabstand bevorzugt bzw. bei zunehmender Rückführrate eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes, um eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisches mit einer akzeptablen Zündspannung zu gewährleisten. The exhaust gas recirculation, ie the amount of exhaust gas recirculated from the outlet side to the inlet side, also has an influence on the ignitability or ignitability of the fuel-air mixture. The exhaust gas recirculation is suitable for the reduction of nitrogen oxide raw emissions, whereby with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide raw emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x EGR is determined to be x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR is the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air is the supplied fresh air , possibly guided and compressed by a compressor. In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x EGR ≈ 60% to 70%. The exhaust gas recirculation can also be used at high loads to reduce the tendency to knock. At high recirculation rates, a larger or larger electrode spacing is preferred, or an increase in the electrode spacing as the recirculation rate increases, in order to ensure reliable ignition of the fuel-air-exhaust gas mixture with an acceptable ignition voltage.

Hingegen wird für hohe Lasten bzw. den Vollastbetrieb ein verminderter, d. h. ein vergleichsweise geringer Abstand der Elektroden bevorzugt, wobei ein Mindestabstand nicht unterschritten werden sollte, um einen unakzeptabel hohen Abbrand an den beiden Elektroden zu vermeiden. Ein verkleinerter Elektrodenabstand wird grundsätzlich bevorzugt, wenn die für eine sichere Entzündung erforderliche Zündspannung unerwünscht stark ansteigt, d. h. unerwünscht hohe Werte annimmt. Damit kann die dann tatsächlich erforderliche Zündspannung gemindert werden. By contrast, for high loads or full load operation, a reduced, d. H. a comparatively small spacing of the electrodes is preferred, wherein a minimum distance should not be undershot in order to avoid an unacceptably high burnup at the two electrodes. A reduced electrode spacing is generally preferred if the ignition voltage required for reliable ignition rises undesirably high, ie. H. undesirably high values. Thus, the actual required ignition voltage can be reduced.

Die vorstehend gemachten Ausführungen zeigen, dass eine Zündkerze mit variablen Elektrodenabstand überaus vorteilhaft wäre, um bei einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine zuverlässige Entzündung zu gewährleisten. The statements made above show that a spark plug with variable electrode spacing would be extremely advantageous in order to ensure a reliable ignition in a direct injection spark-ignition internal combustion engine under all operating conditions.

Die US 6,586,865 B1 beschreibt eine Zündkerze der eingangs genannten Art, bei der sich der Abstand der Elektroden in Abhängigkeit von der vorliegenden Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine verändert. Dabei wird eine Elektrode der Zündkerze in der Art eines Bimetalls ausgebildet, die zwei in Schichten angeordnete Komponenten umfasst, deren thermisches Ausdehnungsverhalten unterschiedlich ist. Die beiden Komponenten sind dabei hinsichtlich ihres Ausdehnungsverhaltens in der Art ausgewählt und angeordnet, dass sich der Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgehend von einer kalten Brennkraftmaschine im Rahmen der Warmlaufphase mit zunehmender Betriebstemperatur vergrößert. Eine derartige Zündkerze verfügt über einen geringeren Elektrodenabstand während der Warmlaufphase und über einen vergrößerten Abstand im Teillastbetrieb bzw. Magerbetrieb, aber nicht über einen verringerten Abstand bei höheren Lasten. The US 6,586,865 B1 describes a spark plug of the type mentioned, in which changes the distance of the electrodes in dependence on the present operating temperature of the internal combustion engine. In this case, an electrode of the spark plug is formed in the manner of a bimetal, which comprises two components arranged in layers whose thermal expansion behavior is different. The two components are selected and arranged in terms of their expansion behavior in the way that increases the distance between the first electrode and the second electrode, starting from a cold engine during the warm-up phase with increasing operating temperature. Such a spark plug has a smaller electrode spacing during the warm-up phase and an increased distance in part-load operation or lean operation, but not over a reduced distance at higher loads.

Eine weiterentwickelte Zündkerze der in Rede stehenden Art, d. h. eine Zündkerze, bei der der Abstand zwischen den beiden Elektroden veränderbar ist, wird auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 037 412 A1 beschrieben. Um einen veränderbaren, d. h. variablen Abstand zu realisieren, ist wieder mindestens eine der beiden Elektroden in der Art eines Bimetalls ausgebildet, wobei das Bimetall zwei Komponenten umfasst, deren thermisches Ausdehnungsverhalten unterschiedlich ist. Damit sich der Abstand zwischen den Elektroden ausgehend von einer kalten Brennkraftmaschine im Rahmen einer Warmlaufphase mit zunehmender Betriebstemperatur zunächst vergrößert, um sich bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenztemperatur mit weiter zunehmender Betriebstemperatur wieder zu verkleinern, ist eine gezielte Auswahl der beiden zur Ausbildung des Bimetalls verwendeten Komponenten erforderlich. Die beiden Komponenten weisen daher ein aufeinander abgestimmtes Ausdehnungsverhalten auf, wobei die zweite Komponente in einem ersten Temperaturbereich ein vermindertes und in einem benachbarten Temperaturbereich ein vergrößertes Ausdehnungsverhalten als die erste Komponente hat. A further developed spark plug of the type in question, ie a spark plug, in which the distance between the two electrodes is variable, is also in the German patent application DE 10 2006 037 412 A1 described. In order to realize a variable, ie variable distance, again at least one of the two electrodes is designed in the manner of a bimetal, the bimetal comprising two components whose thermal expansion behavior is different. So that the distance between the Electrodes starting from a cold internal combustion engine in the course of a warm-up phase with increasing operating temperature initially increased to shrink again when exceeding a predetermined limit temperature with increasing operating temperature, a targeted selection of the two components used to form the bimetal is required. The two components therefore have a matched expansion behavior, wherein the second component in a first temperature range has a reduced and in an adjacent temperature range an increased expansion behavior than the first component.

Nachteilig an der Zündkerze der DE 10 2006 037 412 A1 ist, dass sich der Abstand zwischen den Elektroden selbsttätig und ausschließlich in Abhängigkeit von der im Zylinder der Brennkraftmaschine vorliegenden Temperatur verändert. Eine gezielte bedarfsgerechte Einstellung des Abstandes der Elektroden im Zündspalt ist nicht möglich, d. h. ein betriebspunktspezifisch optimierter Elektrodenabstand lässt sich nicht realisieren. A disadvantage of the spark plug DE 10 2006 037 412 A1 is that the distance between the electrodes changes automatically and exclusively as a function of the temperature present in the cylinder of the internal combustion engine. A targeted demand-oriented adjustment of the distance of the electrodes in the ignition gap is not possible, ie an operating point specifically optimized electrode spacing can not be realized.

Insbesondere lässt sich der Abstand zwischen den Elektroden nicht in Abhängigkeit der Abgasrückführrate xAGR und/oder des Gesamtluftverhältnisses λ verändern, d. h. einstellen. In particular, the distance between the electrodes can not be changed as a function of the exhaust gas recirculation rate x AGR and / or the total air ratio λ, ie set.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine sichere Entzündung des in einem Zylinder der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches unter sämtlichen Betriebsbedingungen ermöglicht. Against this background, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which enables a safe ignition of the present in a cylinder of the direct injection internal combustion engine fuel-air mixture under all operating conditions.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches unter Verwendung einer Zündkerze aufzuzeigen. Another object of the present invention is to provide a method of igniting a fuel-air mixture using a spark plug.

Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Zündkerze zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem mindestens einen Zylinder der direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei

  • – die mindestens eine Zündkerze mindestens ein Elektrodenpaar aufweist, das zwei voneinander elektrisch isolierte und beabstandete Elektroden umfasst, von denen eine erste Elektrode als Massenelektrode dient, und
  • – der Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem Zündspalt, in dem sich im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausbildet, veränderbar ist,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • – mindestens eine der beiden Elektroden zur Einstellung des Abstandes im Zündspalt bewegbar ausgeführt ist, wozu eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist.
The first object is achieved by an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one spark plug for igniting a fuel-air mixture in the at least one cylinder of the direct-injection spark-ignited internal combustion engine
  • - The at least one spark plug has at least one electrode pair, which comprises two electrically insulated and spaced apart electrodes, of which a first electrode serves as a ground electrode, and
  • - The distance between the first electrode and the second electrode in a spark gap, in which forms a spark gap in the context of the spark ignition, is variable,
and which is characterized in that
  • - At least one of the two electrodes for adjusting the distance in the ignition gap is designed to be movable, for which purpose an adjusting device is provided.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über eine Zündkerze mit Verstelleinrichtung, mit der auf den Elektrodenabstand gezielt Einfluss genommen werden kann, d. h. der Abstand der beiden Elektroden im Zündspalt lässt sich aktiv steuern. Hierzu ist mindestens eine der beiden Elektroden bewegbar ausgeführt, so dass diese mindestens eine bewegbare Elektrode mittels Verstelleinrichtung bewegt, d. h. zur Verkleinerung des Abstandes im Zündspalt auf die andere Elektrode zubewegt bzw. zur Vergrößerung des Abstandes im Zündspalt von der anderen Elektrode wegbewegt werden kann. The internal combustion engine according to the invention has a spark plug with adjusting device, with which the electrode spacing can be specifically influenced, d. H. The distance between the two electrodes in the ignition gap can be actively controlled. For this purpose, at least one of the two electrodes is designed to be movable, so that it moves at least one movable electrode by means of adjusting device, d. H. to reduce the distance in the ignition gap to the other electrode moves or can be moved away to increase the distance in the ignition gap of the other electrode.

Die mindestens eine bewegbare Elektrode lässt sich mittels Verstelleinrichtung gezielt bewegen und von einer Arbeitsposition in eine andere Arbeitsposition überführen. The at least one movable electrode can be selectively moved by means of adjusting and transferred from a working position to another working position.

Insofern gestattet die erfindungsgemäße Zündkerze eine betriebspunktspezifische Einstellung des Abstandes der Elektroden im Zündspalt, d. h. für jeden beliebigen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die Einstellung des optimalen Elektrodenabstandes. Im Unterschied zum Stand der Technik, gemäß dem lediglich die Temperatur im Zylinder in der Nähe des Elektrodenpaares Berücksichtigung findet, lässt sich erfindungsgemäß der Abstand zwischen den Elektroden in Abhängigkeit eines beliebigen Betriebsparameters steuern, d. h. einstellen, insbesondere auch in Abhängigkeit der Abgasrückführrate xAGR und/oder des Gesamtluftverhältnisses λ verändern, d. h. einstellen. In this respect, the spark plug according to the invention allows an operating point-specific adjustment of the distance of the electrodes in the ignition gap, ie for any operating point of the internal combustion engine, the setting of the optimum electrode spacing. In contrast to the prior art, according to which only the temperature in the cylinder in the vicinity of the electrode pair is taken into account, the distance between the electrodes can be controlled according to the invention as a function of an arbitrary operating parameter, ie adjusted, in particular also as a function of the exhaust gas recirculation rate x AGR and / or the total air ratio λ change, ie adjust.

Dadurch wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die eine sichere Entzündung des in einem Zylinder der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches unter sämtlichen Betriebsbedingungen ermöglicht. As a result, the first problem underlying the invention is solved, namely an internal combustion engine is provided, which enables reliable ignition of the located in a cylinder of the direct-injection internal combustion engine fuel-air mixture under all operating conditions.

Die erfindungsgemäße Zündkerze kann die unterschiedlichsten Anforderungen an den Elektrodenabstand erfüllen. The spark plug according to the invention can fulfill a wide variety of electrode spacing requirements.

So kann ein größerer bzw. vergrößerter Elektrodenabstand für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine realisiert werden. Magere Gemische lassen sich ebenfalls mit einem vergrößerten Abstand zuverlässig entzünden, womit sich den in der Teillast vorliegenden Luftverhältnisissen Rechnung tragen lässt. Gleiches gilt für Betriebszustände mit Abgasrückführung. Zu hohen Lasten hin und bei Volllast kann der Abstand der Elektroden bedarfsgerecht vermindert, d. h. ein verkleinerter Elektrodenabstand eingestellt werden. Thus, a larger or increased electrode spacing can be realized for a cold start of the internal combustion engine. Lean mixtures can also be reliably ignited with an increased distance, which allows the present in the partial load air ratios take into account. The same applies to operating states with exhaust gas recirculation. At high loads and at full load, the distance between the electrodes can be reduced as required, ie a reduced electrode spacing can be set.

Des Weiteren gestattet die erfindungsgemäße Zündkerze eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes infolge eines verschleißbedingten Abbrandes der Elektroden durch Nachjustieren der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode zu kompensieren, d. h. auszugleichen. Dies erhöht die Lebensdauer der Zündkerze erheblich, denn nimmt der Abstand durch Verschleiß mit fortschreitender Betriebsdauer zu, wird eine immer größere Zündspannung erforderlich, um eine Funkenstrecke auszubilden, wobei die erhöhte Zündspannung wiederum für einen erhöhten Abbrand sorgt. Furthermore, the spark plug according to the invention allows an increase in the electrode spacing due to a wear-related burnup of the electrodes to be compensated by readjusting the at least one movable electrode, d. H. compensate. This increases the life of the spark plug significantly, as the distance increases through wear with increasing operating time, an ever greater ignition voltage is required to form a spark gap, the increased ignition voltage in turn provides for increased burnup.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Zündkerze, bei denen der Abstand der Elektroden stufenlos einstellbar ist. Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Zündkerze, bei denen der Abstand der Elektroden stufenweise, insbesondere mehrstufig, aber auch zweistufig einstellbar ist. Advantageous embodiments of the spark plug, in which the distance between the electrodes is infinitely adjustable. However, embodiments of the spark plug in which the spacing of the electrodes is adjustable stepwise, in particular multi-stage, but also two-stage, are also advantageous.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert. Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine bewegbar ausgeführte Elektrode die Massenelektrode ist. Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one movable electrode is the ground electrode are advantageous.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen beide Elektroden des Elektrodenpaares bewegbar ausgeführt sind. Embodiments of the internal combustion engine in which both electrodes of the electrode pair are designed to be movable are also advantageous.

Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Mittelelektrode vorgesehen ist, die in einem Gehäuse der mindestens einen Zündkerze angeordnet und mittels Isolator von der Massenelektrode elektrisch isoliert ist. Embodiments of the internal combustion engine in which a central electrode is provided, which is arranged in a housing of the at least one spark plug and is electrically insulated from the ground electrode by means of an insulator, are particularly advantageous.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Mittelelektrode die mindestens eine bewegbar ausgeführte Elektrode ist, wobei die Massenelektrode unbeweglich ausgeführt ist. Die Mittelelektrode eignet sich in besonderer Weise als bewegbare Elektrode ausgeführt zu werden, da die Massenelektrode die Mittelelektrode in der Regel brennraumseitig ähnlich einer Kappe umschließt. Embodiments of the internal combustion engine in which the center electrode is the at least one movable electrode, wherein the ground electrode is immovable, are advantageous. The center electrode is suitable in a special way to be designed as a movable electrode, since the ground electrode encloses the center electrode, as a rule, the combustion chamber side similar to a cap.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Mittelelektrode im Gehäuse mittels Verstelleinrichtung translatorisch verschiebbar ist, wobei die Massenelektrode starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Also advantageous in this context are embodiments of the internal combustion engine in which the center electrode is translationally displaceable in the housing by means of adjusting device, wherein the ground electrode is rigidly connected to the housing.

Dabei wird durch translatorisches Verschieben der Mittelelektrode der Abstand zwischen den beiden Elektroden im Zündspalt eingestellt, wobei die Mittelelektrode zur Verkleinerung des Abstandes im Zündspalt auf die Massenelektrode zubewegt und zur Vergrößerung des Abstandes im Zündspalt von der Massenelektrode wegbewegt wird. In this case, the distance between the two electrodes in the ignition gap is adjusted by translational displacement of the center electrode, the center electrode is moved to reduce the distance in the ignition gap on the ground electrode and moved away to increase the distance in the ignition gap of the ground electrode.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Verstelleinrichtung mindestens ein temperatur-reaktives Wachselement umfasst, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei die Volumenänderung des Wachselements zu einer Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode führt. Embodiments of the internal combustion engine in which the adjusting device comprises at least one temperature-reactive wax element whose volume changes as a function of the temperature are advantageous, wherein the change in volume of the wax element leads to a movement of the at least one movably designed electrode.

Das temperatur-reaktive Wachselement fungiert als Verstellvorrichtung bzw. als Teil einer Verstellvorrichtung. Das Wachselement muss lediglich thermisch aktiviert werden. Die thermische Aktivierung, d. h. die Änderung, insbesondere die Erhöhung, der Temperatur des Wachselements führt zu einer Änderung des Volumens, wobei die Volumenänderung des Wachselements vorliegend zum Bewegen der bewegbar ausgeführten Elektrode genutzt wird. Die Aktivierung des Wachselements kann auf vielfältige Weise erfolgen, beispielsweise – wie weiter unten noch beschrieben wird – mittels eines Heizelementes. The temperature-reactive wax element acts as an adjustment or as part of an adjustment. The wax element only has to be thermally activated. Thermal activation, d. H. the change, in particular the increase, of the temperature of the wax element leads to a change in the volume, wherein the change in volume of the wax element in the present case is used to move the movable electrode. The activation of the wax element can be done in many ways, for example - as will be described below - by means of a heating element.

Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen eine mechanische Verstelleinrichtung vorgesehen wird. Embodiments of the internal combustion engine in which a mechanical adjusting device is provided can also be advantageous.

Wird zur Ausbildung der Verstellvorrichtung ein temperatur-reaktives Wachselement eingesetzt, sind Ausführungsformen der Zündkerze vorteilhaft, bei denen das mindestens eine temperatur-reaktive Wachselement in einem Arbeitsraum angeordnet ist und bei Aktivierung mittels Temperaturerhöhung eine Verschiebemechanik betätigt, welche eine Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode herbeiführt. If a temperature-reactive wax element is used to form the adjusting device, embodiments of the spark plug are advantageous in which the at least one temperature-responsive wax element is arranged in a working space and actuates a displacement mechanism when activated by means of temperature increase, which movement of the at least one movable electrode causes.

Das Wachselement soll bei Aktivierung zu einer Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode führen. Um den Aktuator einer Verschiebemechanik mittels Volumenänderung betätigen und die hierfür erforderliche Kraft aufbauen zu können, ist es vorteilhaft, das Wachselement in einem Arbeitsraum anzuordnen, welcher einer Volumenänderung grundsätzlich entgegen wirkt, d. h. einer Ausdehnung des Wachselementes zunächst entgegen steht. Die Volumenänderung wird mittels und im Arbeitsraum kontrolliert auf einen Aktuator geleitet, durch den eine Verschiebemechanik betätigt wird, welche eine Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode herbeiführt. When activated, the wax element should lead to a movement of the at least one movable electrode. In order to actuate the actuator of a displacement mechanism by means of volume change and to be able to build up the force required for this purpose, it is advantageous to arrange the wax element in a working space which fundamentally counteracts a volume change, ie. H. an extension of the wax element initially opposes. The volume change is controlled by means of and in the working space directed to an actuator through which a displacement mechanism is actuated, which brings about a movement of the at least one movable electrode.

Je nach Wirkprinzip bzw. Aufbau der Verschiebemechanik, kann das bei Aktivierung expandierende Wachselement, d. h. die Ausdehnung des Wachselements, zu einer Verkleinerung oder Vergrößerung des Elektrodenabstandes im Zündspalt führen, d. h. genutzt werden. Depending on the mode of action or construction of the displacement mechanism, the wax element which expands upon activation, ie the expansion of the wax element, can lead to a reduction or enlargement of the electrode spacing in the ignition gap, ie be utilized.

Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das temperatur-reaktive Wachselement bei Aktivierung mittels Temperaturerhöhung infolge einer Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode eine Verkleinerung des Abstandes im Zündspalt herbeiführt. Embodiments of the internal combustion engine in which the temperature-reactive wax element brings about a reduction of the distance in the ignition gap upon activation by means of a temperature increase as a result of a movement of the at least one movably embodied electrode are particularly advantageous.

Das Wachselement könnte dann unter anderem bei einer höheren Last bzw. zu hohen Lasten hin aktiviert werden, um eine Verkleinerung des Elektrodenabstandes im Zündspalt herbeizuführen. The wax element could then be activated, inter alia, at a higher load or too high loads, in order to bring about a reduction of the electrode spacing in the ignition gap.

Vorteilhaft sind des Weiteren Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das temperatur-reaktive Wachselement aktiv steuerbar ist. Diese Ausführungsform gestattet eine kennfeldspezifische Steuerung des Wachselementes und damit eine betriebspunktspezifische Einstellung des Elektrodenabstandes. Further advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the temperature-reactive wax element is actively controlled. This embodiment allows a map-specific control of the wax element and thus an operating point-specific adjustment of the electrode spacing.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das temperatur-reaktive Wachselement aktiv mittels eines Heizelementes und/oder einer Motorsteuerung steuerbar ist. Embodiments of the internal combustion engine in which the temperature-reactive wax element is actively controllable by means of a heating element and / or a motor control are advantageous.

Ist das temperatur-reaktive Wachselement aktiv steuerbar, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen das temperatur-reaktive Wachselement elektrisch steuerbar ist. Elektrisch gesteuerte Wachselemente haben den Vorteil, dass diese mit der üblichen Steuerungstechnik einer Brennkraftmaschine kompatibel sind. Ferner kann eine elektrische Steuerung in einfacher Weise die Bordbatterie nutzen. If the temperature-reactive wax element can be actively controlled, embodiments are advantageous in which the temperature-reactive wax element is electrically controllable. Electrically controlled wax elements have the advantage that they are compatible with the usual control technology of an internal combustion engine. Furthermore, an electric control can easily use the onboard battery.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur verbesserten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden in einem Bereich, in dem im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausgebildet wird, in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine mittels Verstelleinrichtung verändert wird. The second sub-task on which the invention is based, namely to disclose a method for improved ignition of a fuel-air mixture in a cylinder of a direct injection spark-ignited internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method which is characterized in that the distance between the two Electrodes in a region in which a spark gap is formed in the context of the spark ignition, is changed by means of adjusting depending on at least one operating parameter of the internal combustion engine.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren. What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden mit zunehmender Abgasrückführrate xAGR vergrößert wird. Embodiments of the method in which the distance between the two electrodes is increased with increasing exhaust gas recirculation rate x AGR are advantageous.

Die Abgasrückführung hat Einfluss auf die Zündfähigkeit bzw. Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Bei hohen Rückführraten wird ein größerer Elektrodenabstand bevorzugt bzw. bei zunehmender Rückführrate eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes, um eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisches realisieren zu können. Exhaust gas recirculation has an influence on the ignitability or ignition intent of the fuel-air mixture. At high recirculation rates, a larger electrode spacing is preferred or, as the recirculation rate increases, an increase in the electrode spacing is necessary in order to be able to realize a reliable ignition of the fuel-air-exhaust gas mixture.

Vorteilhaft sind grundsätzlich Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden verkleinert wird, um die erforderliche Zündspannung zu vermindern. In principle, embodiments of the method are advantageous in which the distance between the two electrodes is reduced in order to reduce the required ignition voltage.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden bei mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen (λ > 1) mit zunehmendem Luftverhältnis λ vergrößert wird. Advantageous embodiments of the method in which the distance between the two electrodes in lean fuel-air mixtures (λ> 1) is increased with increasing air ratio λ.

Um magere Gemische zuverlässig entzünden zu können, ist ein vergleichsweise großer Abstand zwischen den beiden Elektroden erforderlich, damit ein ausreichend hoher Anteil an Kraftstoffmolekülen trotz des Luftüberschusses im Brennraum in den Zündspalt der Zündkerze gelangt, in dem im Rahmen der Fremdzündung die Funkenstrecke ausgebildet wird. In order to ignite lean mixtures reliable, a relatively large distance between the two electrodes is required so that a sufficiently high proportion of fuel molecules despite the excess air in the combustion chamber enters the spark gap of the spark plug, in which the spark gap is formed in the context of the spark ignition.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden ausgehend von einer im Teillastbetrieb befindlichen Brennkraftmaschine mit zunehmender Last verkleinert wird. Embodiments of the method are advantageous in which the distance between the two electrodes, starting from an internal combustion engine operating in part-load operation, is reduced with increasing load.

Während die im Teillastbetrieb in der Regel vergleichsweise mageren Gemische einen größeren Abstand zwischen den beiden Elektroden erfordern, wird für hohe Lasten bzw. den Volllastbetrieb ein kleiner Abstand zwischen den Elektroden bevorzugt, insbesondere auch im Hinblick auf die erforderliche Zündspannung. While the usually comparatively lean mixtures in partial load operation require a greater distance between the two electrodes, a small distance between the electrodes is preferred for high loads or full load operation, in particular also with regard to the required ignition voltage.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine vergrößert wird. Advantageous embodiments of the method in which the distance between the two electrodes for a cold start of the internal combustion engine is increased.

Ein größerer bzw. großer Elektrodenabstand wird bei einem Kaltstart bevorzugt, um bei niedrigen Betriebstemperaturen eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten. A larger or larger electrode spacing is preferred in a cold start in order to ensure reliable ignition of the fuel-air mixture at low operating temperatures.

Um eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches beim Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart, zu gewährleisten, wird in der Startphase häufig ein Vielfaches der Kraftstoffmasse mfuel,stöch eingespritzt, die mit der im Zylinder befindlichen Ladeluft stöchiometrisch verbrannt werden könnte. Dabei werden nicht selten Anreicherungsfaktoren von 10 und mehr realisiert, wobei der Anreicherungsfaktor das Verhältnis von tatsächlich zugeführter Kraftstoffmasse zur stöchiometrischen Kraftstoffmasse angibt. Das Ziel dieser Maßnahme ist es, durch den Kraftstoffüberschuss eine ausreichend große Kraftstoffmenge zu verdampfen, um eine sichere Entzündung zu gewährleisten. To ensure safe ignition of the fuel-air mixture when starting the Internal combustion engine, in particular to ensure a cold start, is often injected in the starting phase, a multiple of the fuel mass m fuel stöchiometr , which could be stoichiometrically burned with the in-cylinder charge air. Enrichment factors of 10 or more are often realized, whereby the enrichment factor indicates the ratio of actually supplied fuel mass to the stoichiometric fuel mass. The aim of this measure is to evaporate by the fuel surplus a sufficiently large amount of fuel to ensure a safe ignition.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Abstand zwischen den zwei Elektroden des mindestens einen Elektrodenpaares ausgehend von einer kalten Brennkraftmaschine mit zunehmender Betriebstemperatur bei Erreichen einer vorgebbaren Last mit weiter zunehmender Last verkleinert wird. Embodiments of the method are advantageous in which the distance between the two electrodes of the at least one pair of electrodes starting from a cold internal combustion engine is reduced with increasing operating temperature upon reaching a predefinable load with further increasing load.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels der Zündkerze gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt: In the following the invention will be described with reference to an embodiment of the spark plug according to 1 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform der Zündkerze in der Seitenansicht und teilweise geschnitten. 1 schematically a first embodiment of the spark plug in side view and partially cut.

1 zeigt in der Seitenansicht und teilweise geschnitten eine Zündkerze 1, die über ein Elektrodenpaar verfügt, das zwei zueinander beabstandete Elektroden 2, 3 aufweist. 1 shows in side view and partially cut a spark plug 1 , which has a pair of electrodes, the two spaced apart electrodes 2 . 3 having.

Eine Elektrode 2 des Elektrodenpaares ist als zentral angeordnete Mittelelektrode 4 ausgebildet. Die andere Elektrode 3 dient als Massenelektrode 5, welche die Mittelelektrode 4 brennraumseitig ähnlich einer Kappe umschließt. Dabei sind ausreichend viele Öffnungen vorgesehen, damit das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einen Zündspalt 6 zwischen den beiden Elektroden 2, 3 gelangen kann, in welchem sich im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausbildet. Ein Isolator 7 umgibt die zentral angeordnete Mittelelektrode 4 und isoliert die beiden Elektroden 2, 3 elektrisch voneinander, wobei der Isolator 7 selbst in einem Gewindegehäuse 8 aufgenommen wird. An electrode 2 of the electrode pair is as centrally arranged center electrode 4 educated. The other electrode 3 serves as a ground electrode 5 which the center electrode 4 on the combustion chamber side, similar to a cap. In this case, a sufficient number of openings are provided so that the fuel-air mixture in a Zündspalt 6 between the two electrodes 2 . 3 can reach, in which forms a spark gap in the context of the spark ignition. An insulator 7 surrounds the centrally located center electrode 4 and isolate the two electrodes 2 . 3 electrically from each other, the insulator 7 even in a threaded housing 8th is recorded.

Die Mittelelektrode 4 ist als bewegbare Elektrode 4 ausgeführt und die Massenelektrode 5 ist starr mit dem Gewindegehäuse 8 verbunden, d. h. unbeweglich. Die Mittelelektrode 4 ist im Isolator 7 mittels Verstelleinrichtung 10 translatorisch entlang der Längsachse 9 der Zündkerze 1 verschiebbar. The center electrode 4 is as a movable electrode 4 executed and the ground electrode 5 is rigid with the threaded housing 8th connected, ie immovable. The center electrode 4 is in the insulator 7 by means of adjusting device 10 translational along the longitudinal axis 9 the spark plug 1 displaceable.

Dabei wird durch translatorisches Verschieben (Doppelpfeil) der Mittelelektrode 4 der Abstand zwischen den beiden Elektroden 2, 3 im Zündspalt 6 eingestellt, wobei die Mittelelektrode 4 zur Verkleinerung des Abstandes im Zündspalt 6 auf die Massenelektrode 5 zubewegt und zur Vergrößerung des Abstandes im Zündspalt 6 von der Massenelektrode 5 wegbewegt wird. In this case, by translational displacement (double arrow) of the center electrode 4 the distance between the two electrodes 2 . 3 in the ignition gap 6 set, wherein the center electrode 4 to reduce the distance in the ignition gap 6 on the ground electrode 5 moved and to increase the distance in the ignition gap 6 from the ground electrode 5 is moved away.

Vorliegend umfasst die Verstelleinrichtung 10 ein temperatur-reaktives Wachselement 10a, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei die Volumenänderung des Wachselements 10a zu einer Bewegung der bewegbar ausgeführten Mittelelektrode 4 führt. Hierzu ist das Wachselement 10a in einem Arbeitsraum 10c angeordnet, um die Volumenänderung infolge Temperaturerhöhung in eine Verstellkraft zu transformieren. Bei Aktivierung des Wachselementes 10a mittels Temperaturerhöhung wird der Abstand im Zündspalt 6 durch die Bewegung der Mittelelektrode 4 entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 10b verkleinert. In the present case, the adjusting device comprises 10 a temperature-reactive wax element 10a whose volume varies as a function of the temperature, wherein the volume change of the wax element 10a to a movement of the movable center electrode 4 leads. This is the wax element 10a in a workroom 10c arranged to transform the volume change due to temperature increase in an adjusting force. Upon activation of the wax element 10a By increasing the temperature, the distance in the ignition gap 6 by the movement of the center electrode 4 against the spring force of a return spring 10b reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Zündkerze spark plug
2 2
Elektrode electrode
3 3
Elektrode electrode
4 4
Mittelelektrode, bewegbare Elektrode Center electrode, movable electrode
5 5
Massenelektrode, unbewegliche Elektrode Mass electrode, immovable electrode
6 6
Zündspalt spark gap
7 7
Isolator insulator
8 8th
Gewindegehäuse threaded housing
9 9
Längsachse longitudinal axis
10 10
Verstelleinrichtung adjustment
10a 10a
temperatur-reaktives Wachselement temperature-reactive wax element
10b 10b
Rückstellfeder Return spring
10c 10c
Arbeitsraum working space
xAGR x AGR
Rückführrate  Recirculation rate
λ λ
Luftverhältnis air ratio

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102006037412 A1 [0019, 0020] DE 102006037412 A1 [0019, 0020]

Claims (18)

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Zündkerze (1) zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem mindestens einen Zylinder der direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei – die mindestens eine Zündkerze (1) mindestens ein Elektrodenpaar aufweist, das zwei voneinander elektrisch isolierte und beabstandete Elektroden (2, 3) umfasst, von denen eine erste Elektrode (3) als Massenelektrode (5) dient, und – der Abstand zwischen der ersten Elektrode (3) und der zweiten Elektrode (2) in einem Zündspalt (6), in dem sich im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausbildet, veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eine der beiden Elektroden (2) zur Einstellung des Abstandes im Zündspalt (6) bewegbar ausgeführt ist, wozu eine Verstelleinrichtung (10) vorgesehen ist. Internal combustion engine with at least one cylinder and at least one spark plug ( 1 ) for igniting a fuel-air mixture in the at least one cylinder of the direct-injection spark-ignition internal combustion engine, wherein - the at least one spark plug ( 1 ) has at least one pair of electrodes, the two electrically isolated and spaced electrodes ( 2 . 3 ), of which a first electrode ( 3 ) as a ground electrode ( 5 ), and - the distance between the first electrode ( 3 ) and the second electrode ( 2 ) in a spark gap ( 6 ), in which forms a spark gap in the context of the spark ignition, is variable, characterized in that - at least one of the two electrodes ( 2 ) for adjusting the distance in the ignition gap ( 6 ) is designed to be movable, including an adjusting device ( 10 ) is provided. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine bewegbar ausgeführte Elektrode die Massenelektrode (5) ist. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the at least one movable electrode designed the mass electrode ( 5 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (2, 3) des Elektrodenpaares bewegbar ausgeführt sind. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that both electrodes ( 2 . 3 ) of the electrode pair are designed to be movable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelelektrode (4) vorgesehen ist, die in einem Gehäuse (8) der mindestens einen Zündkerze (1) angeordnet und mittels Isolator (7) von der Massenelektrode (5) elektrisch isoliert ist. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that a center electrode ( 4 ) provided in a housing ( 8th ) of the at least one spark plug ( 1 ) and by means of insulator ( 7 ) from the ground electrode ( 5 ) is electrically isolated. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (4) die mindestens eine bewegbar ausgeführte Elektrode (4) ist, wobei die Massenelektrode (5) unbeweglich ausgeführt ist. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the center electrode ( 4 ) the at least one movable electrode ( 4 ), wherein the ground electrode ( 5 ) is immovable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (4) im Gehäuse (8) mittels Verstelleinrichtung (10) translatorisch verschiebbar ist, wobei die Massenelektrode (5) starr mit dem Gehäuse (8) verbunden ist. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized in that the center electrode ( 4 ) in the housing ( 8th ) by means of adjusting device ( 10 ) is translationally displaceable, wherein the ground electrode ( 5 ) rigidly with the housing ( 8th ) connected is. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (10) mindestens ein temperatur-reaktives Wachselement (10a) umfasst, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei die Volumenänderung des Wachselements (10a) zu einer Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode (4) führt. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 10 ) at least one temperature-reactive wax element ( 10a ) whose volume changes as a function of the temperature, the volume change of the wax element ( 10a ) to a movement of the at least one movable electrode ( 4 ) leads. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine temperatur-reaktive Wachselement (10a) in einem Arbeitsraum (10c) angeordnet ist und bei Aktivierung mittels Temperaturerhöhung eine Verschiebemechanik betätigt, welche eine Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode (4) herbeiführt. Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the at least one temperature-reactive wax element ( 10a ) in a workroom ( 10c ) is arranged and actuated upon activation by means of temperature increase, a displacement mechanism which movement of the at least one movable electrode ( 4 ) brought about. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatur-reaktive Wachselement (10a) bei Aktivierung mittels Temperaturerhöhung infolge einer Bewegung der mindestens einen bewegbar ausgeführten Elektrode (4) eine Verkleinerung des Abstandes im Zündspalt (6) herbeiführt. Internal combustion engine according to claim 7 or 8, characterized in that the temperature-reactive wax element ( 10a ) upon activation by means of temperature increase as a result of movement of the at least one movable electrode ( 4 ) a reduction of the distance in the ignition gap ( 6 ) brought about. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatur-reaktive Wachselement (10a) aktiv steuerbar ist. Internal combustion engine according to one of claims 7 to 9, characterized in that the temperature-reactive wax element ( 10a ) is actively controllable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatur-reaktive Wachselement (10a) aktiv mittels eines Heizelementes und/oder einer Motorsteuerung steuerbar ist. Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that the temperature-reactive wax element ( 10a ) is actively controllable by means of a heating element and / or a motor control. Verfahren zur verbesserten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche mittels einer Zündkerze (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) in einem Bereich, in dem im Rahmen der Fremdzündung eine Funkenstrecke ausgebildet wird, in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine mittels Verstelleinrichtung (10) verändert wird. Method for improved ignition of a fuel-air mixture in a cylinder of a direct injection spark-ignited internal combustion engine according to one of the preceding claims by means of a spark plug ( 1 ), characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) in a region in which a spark gap is formed in the context of the spark ignition, as a function of at least one operating parameter of the internal combustion engine by means of adjusting device ( 10 ) is changed. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) mit zunehmender Abgasrückführrate xAGR vergrößert wird. Method according to claim 12, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) is increased with increasing exhaust gas recirculation rate x EGR . Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) verkleinert wird, um die erforderliche Zündspannung zu vermindern. Method according to claim 12 or 13, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) is reduced to reduce the required ignition voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) bei mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen (λ > 1) mit zunehmendem Luftverhältnis λ vergrößert wird. Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) is increased with lean air-fuel mixtures (λ> 1) with increasing air ratio λ. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) ausgehend von einer im Teillastbetrieb befindlichen Brennkraftmaschine mit zunehmender Last verkleinert wird. Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) is reduced from an engine located in partial load operation with increasing load. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine vergrößert wird. Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) is increased for a cold start of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Elektroden (2, 3) des mindestens einen Elektrodenpaares ausgehend von einer kalten Brennkraftmaschine mit zunehmender Betriebstemperatur bei Erreichen einer vorgebbaren Last mit weiter zunehmender Last verkleinert wird. Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the distance between the two electrodes ( 2 . 3 ) of the at least one pair of electrodes, starting from a cold internal combustion engine with increasing operating temperature upon reaching a predefinable load with further increasing load is reduced.
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