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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoffgemisches und einer Zündkerze zum Fremdzünden des Kraftstoffgemisches in dem Brennraum. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoffgemisches.
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Bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer Fremdzündung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches, wie beispielsweise bei Hubkolbenmotoren oder Rotationskolbenmotoren, ist üblicherweise mindestens eine Zündkerze zur Erzeugung eines Zündfunkens vorgesehen. Die Zündkerze ist dazu in einer Gewindeaufnahme einer Brennraumwand, etwa einem Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors, fixiert. Ein Ende der Zündkerze ragt mit an dem Ende vorgesehenen Elektroden in den Brennraum hinein. Zwischen den in einem festgelegten Abstand zueinander angeordneten Elektroden wird zu einem vorgegebenen Zündzeitpunkt durch Anlegen einer Hochspannung ein Zündfunke erzeugt, welcher das Kraftstoff/Luft-Gemisch entzündet.
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Zur Vermeidung einer Überhitzung der Zündkerze und insbesondere der Elektroden während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine Anordnung der Zündkerze typischerweise derart, dass sich die Elektroden der Zündkerze und somit der Ort des Zündfunkens relativ dicht an der Brennraumwand befinden. Auf diese Weise ragt nur ein kleiner Teil der Zündkerze mit den Elektroden in den Brennraum hinein, während der weitaus größere Teil innerhalb der Brennraumwand oder an dessen Außenseite vorgesehen ist. Eine ausreichende Kühlung der Zündkerze wird so insbesondere durch Wärmeableitung in die gekühlte Brennraumwand erreicht.
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Der geringe Abstands der Elektroden und somit des Zündfunkens zum Rand des Brennraums wirkt sich jedoch nachteilig auf eine Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bei einem Kaltstart oder während einer Aufwärmphase der Verbrennungskraftmaschine aus. Eine für die Aufwärmphase der Verbrennungskraftmaschine ungeeignete Zündung kann beispielsweise eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bewirken. Dieser Umstand führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 100 07 659 A1 ist es bekannt, die relative Lage von Elektroden einer Zündkerze und des eingespritzten Kraftstoffstrahls in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, d.h. abhängig von Drehzahl und Drehmoment, durch ein Stellglied zur Verstellung der Zündelektrodenpositionen in Axialrichtung bzw. durch Rotation verstellbar zu gestalten.
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Aus der
DE 10 2013 201 188 A1 ist eine Verstellung eines Elektrodenabstands bei einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mittels eines temperatur-reaktiven Wachselements bekannt, das zu einer Verstellung beispielsweise selektiv beheizt werden kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei der die genannten Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
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Bei einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoffgemisches und einer Zündkerze zum Fremdzünden des Kraftstoffgemisches in dem Brennraum weist die Zündkerze Elektroden zum Erzeugen eines Zündfunkens an einem Ort innerhalb des Brennraums auf. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Zylindern als Brennräume und jeweils mindesten einer Zündkerze für jeden Zylinder ausgebildet. Jede Zündkerze ist vorzugweise in einer Zündkerzenaufnahme für einen entsprechenden Brennraum vorgesehen. Die Zündkerzenaufnahme ist beispielweise in einem den Brennraum umgebenden Gehäuse, wie etwa in einem Zylinderkopf, so angeordnet, dass die durch die Zündkerzenaufnahme fixierte Zündkerze mit einem Ende und mit bei diesem Ende vorgesehenen Elektroden in den Brennraum hineinragt.
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Weiterhin umfasst eine erfinderische Verbrennungskraftmaschine eine Stellvorrichtung zum Reduzieren eines Abstands zwischen dem Ort des Zündfunkens und einem Rand des Brennraums bei einer Temperaturerhöhung der Verbrennungskraftmaschine während eines Betriebs. Insbesondere ist ein konstanter Elektrodenabstand zwischen den Elektroden während einer Änderung des Abstands des Zündfunkens zum Rand des Brennraums vorgesehen. Der Ort des Zündfunkens ist beispielsweise der Mittelpunkt des Elektrodenabstands oder ein Ort des Zündfunkens bei einer Elektrode. Vorzugsweise erfolgt eine Reduzierung des Abstands bezügliche eines Rands des Brennraums unmittelbar neben der Zündkerze. Der Rand des Brennraums ist beispielsweise durch eine innere Oberfläche eines den Brennraum umgebenden Gehäuses festgelegt. Dabei kann eine Verschiebung der Zündkerze als Ganzes relativ zu dem Rand des Brennraums beziehungsweise relativ zu einem den Brennraum umgebenden Gehäuse vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform ist für jede Zündkerze der Verbrennungskraftmaschine eine Stellvorrichtung vorgesehen.
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Mit anderen Worten wird der von den Elektroden der Zündkerze festgelegte Ort des Zündfunkens in dem Brennraum mittels der Stellvorrichtung bei einer Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine von einer mehr innerhalb des Brennraums gelegenen Position zu einer dichter am Rand gelegenen Position verschoben. Entsprechend kann umgekehrt eine Änderung der Zündfunkenposition von einer dichter am Rand gelegenen Position zu einer weiter innerhalb des Brennraums befindlichen Position und somit eine Vergrößerung des Abstands vom Rand des Brennraums bei einer Abkühlung der Brennkraftmaschine erfolgen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist daher der Ort des Zündfunkens insbesondere bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine einen größeren Abstand zum Rand des Brennraums als in einem betriebswarmen Zustand auf. Auf diese Weise findet während einer Aufwärmphase der Verbrennungskraftmaschine eine wesentlich effektivere Zündung und somit auch Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches in dem Brennraum statt. Dieses führt zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß bei einem Kaltstart. Mit Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur wird der Ort des Zündfunkens dichter am Rand des Brennraums eingestellt. Neben einer wirksamen Zündung des Kraftstoff/Luftgemisches wird dadurch insbesondere eine ausreichende Kühlung der Zündkerze auch bei Volllast gewährleistet. Die Lebensdauer der Zündkerze wird optimiert.
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Gemäß der Erfindung ist die Stellvorrichtung zum Verschieben der Zündkerze entlang der Längsachse der Zündkerze ausgebildet. Mit einer solchen Verschiebung wird das in den Brennraum ragende Ende der Zündkerze mit den Elektroden und somit der Ort des Zündfunkens entlang der Längsachse der Zündkerze in den Brennraum hinein oder zum Rand des Brennraums hin verschoben. Dabei erfolgt bei einer Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eines Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine in unmittelbare Umgebung der Stellvorrichtung, eine Verschiebung der Elektroden der Zündkerze zum Rand des Brennraums hin. Vorzugsweise ist die Längsachse der Zündkerze im Wesentlichen senkrecht zu einer den Brennraum begrenzenden Oberfläche eines Gehäuses oder Gehäuseteils, wie etwa eines Zylinderkopfs der Verbrennungskraftmaschine, angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist die Stellvorrichtung zum wärmebetätigten Verschieben der Zündkerze ausgebildet. Beispielsweise erfolgt durch Wärme in der Umgebung der Stellvorrichtung oder der Zündkerze, wie zum Beispiel durch Wärme in einem Zylinderkopf, eine Verschiebung der Zündkerze. Die Verwendung von Wärmeenergie zum Verschieben der Zündkerze ermöglicht eine sehr zuverlässige und unkompliziert aufgebaute Stellvorrichtung zum Einstellen des Orts des Zündfunkens im Brennraum.
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Gemäß der Erfindung weist die Stellvorrichtung weiterhin ein Dehnelement auf. Ein Dehnelement ändert in Abhängigkeit von seiner Temperatur seine Form. Beispielsweise weist das Dehnelement ein Wachsdehnelement, ein Bimetallelement oder eine Kombination von diesen Elementen auf. Insbesondere ist das Dehnelement derart angeordnet, dass eine Erwärmung des Dehnelements den Ort des Zündfunkens innerhalb des Brennraums verschiebt. Die Erwärmung des Dehnelements kann zum Beispiel durch die Wärme der Verbrennungskraftmaschine in der Umgebung der Stellvorrichtung erfolgen. Dazu kann die Stellvorrichtung beispielsweise in einem Zylinderkopf bei einer Zündkerze so angeordnet sein, das mit einer Erwärmung des Zylinderkopfs auch eine Erwärmung des Dehnelements stattfindet. Alternativ kann eine steuerbare Beheizung des Dehnelements, wie etwa eine elektrische Beheizung, vorgesehen sein. Mit einem Dehnelement lässt sich eine kostengünstige, robuste und zuverlässig funktionierende Stellvorrichtung realisieren.
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Vorzugsweise enthält das Dehnelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Material mit einer Dichteanomalie. Als Material mit einer Dichteanomalie wird hier ein Material bezeichnet, dessen Dichte sich in einem Temperaturbereich bei Temperaturabnahme verringert. Das Material dehnt sich somit bei Abkühlung unterhalb einer bestimmten Temperatur aus. Beispielsweise enthält das Dehnelement Woodsches Metall oder eine andere geeignete Bismutlegierung. Woodsches Metall ist eine Legierung aus Bismut, Blei, Cadmium und Zinn mit einem Schmelzpunkt bei ca. 60 °C. Beim Erstarren dehnt sich Woodsches Metall aus. Ein Dehnelement mit einem solchen Material nimmt bei einer kalten Verbrennungskraftmaschine einen größeren Raum ein als bei einer betriebswarmen. Auf diese Weise lässt sich eine besonders einfach aufgebaute und zuverlässig funktionierende Stellvorrichtung realisieren, welche eine Zündkerze bei einer kalten Verbrennungskraftmaschine für einen größeren Abstand des Zündfunkens von einer Brennraumwand in den Brennraum hineindrückt und umgekehrt bei einer warmen Verbrennungskraftmaschine einen kleineren Abstand des Zündfunkens von der Brennraumwand zulässt.
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Die Stellvorrichtung umfasst gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine in einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verschiebbar angeordnete Laufhülse zur Aufnahme der Zündkerze. Beispielsweise ist die Laufhülse formschlüssig in einer Bohrung in dem Gehäuse vorgesehen und lässt sich entlang der Längsachse der Bohrung verschieben. Vorzugweise weist die Laufhülse an ihrer Innenseite ein Gewinde zur Aufnahme der Zündkerze auf. Die Laufhülse kann zusammen mit der Bohrung anstelle einer herkömmlichen Zündkerzenfassung, beispielsweise in einem Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors, vorgesehen sein. Mit einer solchen Laufhülse wird eine zuverlässige Verschiebung der Zündkerze entlang der Längsachse der Zündkerze zum Einstellen des Orts des Zündfunkens im Brennraum erreicht. Gleichzeitig gewährleistet die Laufhülse eine sichere Fixierung der Zündkerze und eine effektive Abdichtung des Brennraums.
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Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Dehnelement zwischen der Laufhülse und dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Beispielsweise umgibt das Dehnelement einen Abschnitt der Laufhülse umfänglich oder ist an einen oder mehreren Orten seitlich zu einem Umfang der Laufhülse angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann eine Seite des Dehnelements an einen Kragen der Laufhülse anliegen, während eine gegenüberliegende Seite des Dehnelements an einer Oberfläche des Gehäuses oder eines an dem Gehäuse fixierten Befestigungselements anliegt. Mit diesen Maßnahmen wird eine besonders effektive und wartungsarme Stellvorrichtung zur Verschiebung der Laufbuchse zusammen mit der Zündkerze erzielt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Federelement zum Vorspannen der Stellvorrichtung in eine vorgegebene Position des Ortes des Zündfunkens relativ zum Rand des Brennraums vorgesehen. Beispielsweise spannt das Federelement die Stellvorrichtung oder die Zündkerze in eine Position vor, bei der die Position des Zündfunkens durch die Stellvorrichtung maximal vom oder zum Rand des Brennraums verschoben ist. Das Federelement enthält zum Beispiel eine Schraubenfeder oder eine andersartig aufgebaute Torsionsfeder, eine Blattfeder, Membranfeder oder eine andersartig aufgebaute Biegefeder, oder eine Gas- oder Elastomerfeder. Gemäß einer Ausführungsform wirkt die Federkraft des Federelements gegen eine Wirkung eines sich erwärmenden Dehnelements. In diesem Fall wird mit dem Federelement ein zuverlässiges Zurückstellen der Stellvorrichtung bei einem erkaltenden Dehnelement erzielt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoffgemisches erfolgt ein Erzeugen eines Zündfunkens an einem Ort innerhalb des Brennraums zwischen Elektroden einer Zündkerze zum Zünden des Kraftstoffgemisches. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Reduzieren eines Abstands zwischen dem Ort des Zündfunkens und einem Rand des Brennraums bei einer Temperaturerhöhung der Verbrennungskraftmaschine während eines Betriebs.
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Vorzugsweise bleibt ein Elektrodenabstand zwischen den Elektroden während einer Änderung des Abstands des Zündfunkens zum Rand des Brennraums konstant. Auch kann eine Verschiebung der Zündkerze als Ganzes relativ zu dem Rand des Brennraums beziehungsweise relativ zu einem den Brennraum umgebenden Gehäuse vorgesehen sein. Ferner erfolgt bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei jeder Zündkerze der Verbrennungskraftmaschine eine Verschiebung des Orts des Zündfunkens mittels einer Stellvorrichtung.
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Analog zur erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine befindet sich bei dem erfinderischen Verfahren der Zündfunken bei einem Kaltstart zunächst in einem größeren Abstand zum Rand des Brennraums. Während des Aufwärmens der Verbrennungskraftmaschine erfolgt so eine besonders effektive Zündung und Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches. Es wird ein geringerer Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß erzielt. Mit einer Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine Verschiebung des Orts des Zündfunkens dichter zum Rand des Brennraums hin. Bei einer betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine wird auf diese Weise insbesondere eine ausreichende Kühlung der Zündkerze gewährleistet.
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Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens korrespondieren jeweils mit beschriebenen Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine und weisen entsprechende Merkmale und Vorteile auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Stellvorrichtung zum Einstellen des Orts des Zündfunkens mittels eines Materials mit Dichteanomalie während eines Kaltstarts;
- 2 eine schematische Teilansicht der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1 nach einer Aufwärmphase;
- 3 eine schematische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Stellvorrichtung und einem federbelasteten Dehnelement zum Einstellen des Orts des Zündfunkens während eines Kaltstarts; und
- 4 eine schematische Teilansicht der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3 nach einer Aufwärmphase.
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In 1 wird ein Teilbereich einer Verbrennungskraftmaschine 10 bei einem Brennraum 12 und einer Zündkerze 14 schematisch dargestellt. Der Brennraum 12 wird in diesem ersten Ausführungsbeispiel von einem nicht dargestellten Zylinder und einem im Zylinder angeordneten Hubkolben gebildet. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine mehrere entsprechend ausgebildete Brennräume aufweisen. Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich somit um einen Hubkolbenmotor. In alternativen Ausführungsbeispielen können als Verbrennungskraftmaschine ein Verbrennungsmotor mit andersartig aufgebauten Brennräumen, wie beispielsweise ein Rotationskolbenmotor verwendet werden.
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Der Brennraum 12 ist neben dem Hubkolben von einem Gehäuse 16 der Verbrennungskraftmaschine umgeben. In 1 wird nur ein Teil des Brennraums 12 und des Gehäuses 16 im Bereich der Zündkerze 14 dargestellt. Das Gehäuse 16 ist in diesem Bereich beispielsweise als Zylinderkopf ausgebildet und stellt mit seiner zum Brennraum 12 liegenden Oberfläche einen Rand 18 des Brennraums 12 dar. Die Zündkerze 14 ragt durch das Gehäuse 16 hindurch mit einem Ende in den Brennraum 12 hinein. An diesem Ende der Zündkerze 14 sind Elektroden 20, 22 angeordnet, zwischen denen bei einem vorgegebenen Zeitpunkt mittels Hochspannung ein Zündfunke zur Entzündung eines im Brennraum 12 befindlichen Kraftstoff/Luftgemisches erzeugt wird.
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Die Position der Elektroden 20, 22 in dem Brennraum 12 wird durch die Lage der Zündkerze 14 relativ zum Rand 18 des Brennraums 12 und somit zum Gehäuse 16 festgelegt. Dazu ist die Zündkerze 14 in einer Zündkerzenaufnahme 24 fixiert. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Zündkerzenaufnahme mit einer im Zylinderkopf vorgesehenen Gewindebohrung zum Verschrauben der Zündkerze enthält die Zündkerzenaufnahme 24 in diesem Ausführungsbeispiel eine Laufhülse 26. Die Laufhülse 26 ist in einer als Bohrung 28 ausgeformten Ausnehmung des Gehäuses 16 formschlüssig und verschiebbar angeordnet. In alternativen Ausführungen können anstelle einer Bohrung eine anders geformte Ausnehmung und eine entsprechend ausgebildete Laufhülse vorgesehen sein. Auf einer Innenseite der Laufhülse 26 ist ein Gewinde 30 zum Aufnehmen und Fixieren der Zündkerze 14 in der Laufhülse 26 vorgesehen. Die Zündkerze 14 ist zusammen mit der Laufhülse 26 in der Bohrung 28 im Wesentlichen entlang der Längsachse 32 der Zündkerze 14 verschiebbar angeordnet. Vorzugsweise sind die Bohrung 28 und die Laufhülse 32 derart ausgeführt, dass die Längsachse 32 der Zündkerze 14 im Wesentlichen senkrecht zum Rand 18 des Brennraums 12 bei der Zündkerze 14 angeordnet ist.
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Die Laufhülse 26 weist an ihrem vom Brennraum abgewandten Ende einen sich radial auswärts erstreckenden Kragen 34 und eine Auflagefläche 36 für die Zündkerze 14 auf. Die Zündkerze 14 lässt sich bis zum Anliegen an der Auflagefläche 36 in die Laufhülse 32 einschrauben wird so in einer genau vorgegebenen Position relativ zur Laufhülse 32 fixiert. Der entlang des Umfangs der Laufhülse 32 angeordnete Kragen 34 ragt in eine Auskragung 38 der Bohrung 28 hinein und liegt bei kalter Verbrennungskraftmaschine 10 mit seiner zum Brennraum 12 gerichteten Seite an einer Auflagefläche 39 des Gehäuses 16 in der Auskragung 38 an. Die Zündkerze 14 lässt sich somit zusammen mit der Laufhülse 32 nur bis zu der in 1 dargestellten Position in den Brennraum hineinschieben. Alternativ können statt einem Kragen 34 auch ein oder mehrere anders geformte Projektionen an der Laufhülse vorgesehen sein.
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Zwischen der von dem Brennraum 12 abgewandten Seite des Kragens 34 und einem an der Außenseite des Gehäuses 16 angeordneten Befestigungselement 40 ist ein Dehnelement 42 vorgesehen. Das Dehnelement 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel umfänglich um die Zündkerze 14 angeordnet und liegt mit einer Seite an dem Kragen 34 und mit einer gegenüberliegenden Seite an dem Befestigungselement 40 an. Alternativ können auch ein oder mehrere anders geformte Dehnelemente verwendet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält das Dehnelement Woodsches Metall. Woodsches Metall ist eine Legierung aus Bismut, Blei, Cadmium und Zinn mit einem Schmelzpunkt bei ca. 60 °C. Beim Erstarren dehnt sich Woodsches Metall aus. Woodsches Metall ist somit ein Material mit einer Dichteanomalie. Seine Dichte verringert sich in einem Temperaturbereich bei Temperaturabnahme. Das Dehnelement dehnt sich bei Abkühlung aus und zieht sich bei Erwärmung zusammen. In alternativen Ausführungen wird anstelle des Woodschen Metalls eine andere Bismutlegierung, zum Beispiel Roses Metall, oder ein anderes geeignetes Material mit einer Dichteanomalie verwendet.
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Die Laufhülse 26, das Dehnelement 42 und das Befestigungselement 40 sind Komponenten einer Stellvorrichtung 44 zum Einstellen des Orts des Zündfunkens der Zündkerze 14 in dem Brennraum 12. Bei einer Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine 10 während eines Betriebs wird der Ort des Zündfunkens dichter an den Rand 18 des Brennraums 12 und bei einer Abkühlung umgekehrt weiter innerhalb des Brennraums 18 eingestellt. Dazu erfolgt durch die Stellvorrichtung 44 eine entsprechende Verschiebung der Zündkerze 14 gegenüber dem Gehäuse 16. Insbesondere lassen sich herkömmliche Zündkerzen in der Stellvorrichtung 44 verwenden.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Stellvorrichtung 44 zusammen mit einem Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben. Vor und bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine befindet sich die Stellvorrichtung 44 mit der Laufhülse 26 und der Zündkerze 14 in der in 1 dargestellten Position. Das Woodsche Metall des Dehnelements 42 liegt in fester Form vor, wodurch das Dehnelement 42 den Kragen 34 der Laufhülse 26 gegen eine Auflagefläche 39 des Gehäuses 16 in der Auskragung 38 drückt und sich dabei zwischen dem Kragen 34 und dem Befestigungselement 40 erstreckt. Beim Kaltstart und während einer Aufwärmphase hält das Dehnelement 42 den Kragen 34 und somit die Laufhülse 26 mit der Zündkerze 14 weiterhin gegen den Druck eines Kraftstoff/Luft-Gemisches oder von Verbrennungsgase in dem Brennraum 12 in dieser Position.
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2 zeigt in einer schematischen Ansicht den Teilbereich der Verbrennungskraftmaschine 10 nach 1 während des Betriebs bei einer vorgegebenen Betriebstemperatur. In der Aufwärmphase steigt die Temperatur des Gehäuses 16, der Laufhülse 26 und der Zündkerze 14 kontinuierlich. Das Dehnelement 42 nimmt die Temperatur seiner Umgebung, insbesondere der Laufhülse 26 und des Gehäuses 16 an. Übersteigt die Temperatur ca. 60 °C beginnt das Woodsche Metall in dem Dehnelement 42 zu schmelzen und verringert auf Grund der Dichteanomalie sein Volumen. Das Dehnelement zieht sich zusammen. In das frei werdende Volumen rückt die Laufhülse 26 mit der Zündkerze 14 durch den Druck in dem Brennraum 12 nach. Somit wird die Laufhülse 26 und die Zündkerze 14 entlang der Bohrung 28 von dem Brennraum weg verschoben. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann zur Unterstützung dieses Vorgangs ein Federelement zwischen der dem Brennraum 12 zugewandten Seite des Kragens 34 und der Fläche 39 der Auskragung 38 vorgesehen sein.
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In 2 wird der Zustand nach einer Aufwärmphase dargestellt. Der Kragen 34 der Laufhülse 26 liegt mit einer Seite an dem Dehnelement 42 mit kleinerem Volumen an. In dieser Position wird die Laufhülse 26 durch den Druck im Brennraum 12 gehalten. Deutlich ist zu erkennen, dass durch die Verschiebung der Zündkerze 14 die Elektroden 20, 22 wesentlich dichter am Rand 18 des Brennraums 12 bei der Bohrung 28 liegen, als es beim Kaltstart und während des Aufwärmens gemäß 1 der Fall ist. Während der Aufwärmphase liegt der Ort des Zündfunkens weiter im Brennraum 12 als bei der betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine 10. Die Stellvorrichtung 44 reduziert bei einem Temperaturanstieg der Verbrennungskraftmaschine 10 den Abstand des Zündfunkens zum Rand 18 des Brennraums. Nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 10 kühlt sich diese wieder auf die Umgebungstemperatur ab. Dabei erstarrt das Woodsche Metall und das Dehnelement 42 dehnt sich aus. Die Laufhülse 26 mit der Zündkerze 14 wird in Richtung Brennraum 12 verschoben, bis die eine Seite des Kragens 34 auf die Fläche 39 der Auskragung 38 des Gehäuses 16 aufliegt, wie es in 1 dargestellt ist. Der Ort des Zündfunkens hat somit wieder einen größeren Abstand zum Rand 18 des Brennraums 12 bei der Bohrung 28.
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3 zeigt einen Teilbereich eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 entspricht weitgehend der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1. Strukturell oder funktionell gleiche oder ähnliche Komponenten werden daher mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Für eine Beschreibung dieser Komponenten wird neben dem Nachfolgenden insbesondere auch auf die Anmerkungen zu 1 und 2 verwiesen.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel anstelle des Dehnelements ein Federelement 46 zwischen der von dem Brennraum 12 abgewandten Seite des Kragens 36 und dem an der Außenseite des Gehäuses 16 angeordneten Befestigungselement 40 vorgesehen. Das Federelement 46 spannt die Laufhülse in Richtung Brennraum 12 vor. Hierfür umfasst das Federelement 46 eine Schraubenfeder. Alternativ kann das Federelement 46 auch eine andersartig aufgebaute Torsionsfeder, eine Biegefeder, wie zum Beispiel eine Blattfeder oder eine Membranfeder, oder eine Gas- oder Elastomerfeder enthalten. Weiterhin ist zwischen der dem Brennraum 12 zugewandten Seite des Kragens 36 und einer Auflagefläche der Auskragung 38 des Gehäuses ein Dehnelement 48 vorgesehen. Dieses Dehnelement enthält im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel kein Material mit einer Dichteanomalie und dehnt sich bei Erwärmung aus. Dazu umfasst das Dehnelement 48 zum Beispiel Wachs oder ein anderes geeignetes Material. Alternativ oder zusätzlich kann das Dehnelement 48 ein entsprechend ausgebildetes Bimetallelement enthalten.
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Vor oder bei einem Kaltstart befindet sich die Stellvorrichtung 44 in der in 3 dargestellten Stellung. Das Federelement 46 spannt die Laufhülse 26 gegen das Dehnelement 48 vor, welches in kaltem Zustand weniger Volumen einnimmt als im warmen. Somit ragt die Zündkerze 14 mit den Elektroden 20, 22 relativ weit in den Brennraum 12 hinein und wird in dieser Position auch gegen den Druck im Brennraum 12 durch das Federelement 46 vorgespannt. Mit einer Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine 10 steigt auch die Temperatur des Dehnelements 48. Das Dehnelement 48 dehnt sich aus und verschiebt die Laufhülse 26 gegen die Federkraft des Federelements 46 von dem Brennraum 12 weg.
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4 zeigt den Teilbereich der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3 nach Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur. Das Dehnelement 48 hat sich ebenfalls erwärmt und in einem zuvor festgelegten Maße ausgedehnt. Durch die Verschiebung der Laufhülse 26 mit der Zündkerze 14 liegt der Ort des Zündfunkens zwischen den Elektroden 20, 22 nun dichter an dem Rand 18 des Brennraums 12 bei der Bohrung 28. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird so eine wirksame Kühlung der Zündkerze 14 gewährleistet, während bei einem Kaltstart durch den größeren Abstand des Zündfunkens zum Rand 18 des Brennraums 12 eine besonders effektive Zündung und Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches stattfindet. Nach Ausschalten der Verbrennungskraftmaschine 10 kühlt sich das Dehnelement 48 ab und die Zündkerze 14 wird durch das Federelement 46 wieder in den Brennraum 12 hinein zu einer Stellung gemäß 1 verschoben.
