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Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer Selbstreinigungsfunktion.
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Zündkerzen erzeugen in Ottomotoren die für die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches nötigen Zündfunken zwischen ihren Elektroden.
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Im Betrieb wird die von einer Zündspule und einem Zündunterbrecher oder von einer elektronischen Zündanlage erzeugte elektrische Zündspannung über die Zündkerzenkabel an die Zündkerzen übertragen. Dort springt der durch die elektrische Zündspannung erzeugte Zündfunke zwischen einer keramisch isolierten Mittelelektrode und einer am Befestigungsgewinde fixierten Masseelektrode über und startet damit den Verbrennungsvorgang.
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Die Zündkerze sollte möglichst schnell ihre Selbstreinigungstemperatur zwischen 360 und 850 °C erreichen. Die Selbstreinigung verhindert durch Abbrennen von Verbrennungsrückständen einen Kurzschluss beziehungsweise eine Verkürzung der Funkenstrecke zwischen den Elektroden. Der die Mittelelektrode umgebende Isolatorfuß bestimmt durch seine Länge den Wärmewert einer Zündkerze. Bei einem kurzen Isolatorfuß kann die Wärme rasch über das Gewinde an den gekühlten Zylinderkopf abgegeben werden. Hier spricht man von einer „kalten“ Kerze mit einem niedrigen Wärmewert. Diese wird für hochbeanspruchte Motoren eingesetzt.
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Zündkerzen müssen mit ihren Wärmewerten den jeweiligen Ottomotor angepasst sein. Bei einer zu „kalten“ Zündkerze kann obige Fehlfunktion auftreten. Würde dagegen eine zu „warme“ Zündkerze gewählt, verbrennen die Elektroden zu schnell.
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Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie eine derartige Zündkerze verbessert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Zündkerze mit einer Selbstreinigungsfunktion, mit einem Piezoaktor, der mechanische Schwingungen übertragend mit einer der Elektroden der Zündkerze die Selbstreinigungsfunktion bereitstellend verbunden ist.
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Durch Aktivieren des Piezoaktors kann so unabhängig von dem Wärmewert eine Reinigung der Zündkerze und damit eine Verlängerung der Lebensdauer der Zündkerze erreicht werden. Dies erlaubt es wiederum die Zündkerze unabhängig von ihrem jeweiligen Wärmewert auszulegen, d.h. z.B. den Isolatorfuß besonders kurz oder lang auszubilden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektrode als Mittelelektrode ausgebildet. So kann die Zündkerze einen besonders einfachen Aufbau aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Piezoaktor in Haupterstreckungsrichtung der Zündkerze zwischen der Mittelelektrode und einem Entstörwiderstand der Zündkerze angeordnet. Die Haupterstreckungsrichtung erstreckt sich in Richtung der Achse, entlang der die Zündkerze ihre größte Länge aufweist. Die Haupterstreckungsrichtung kann sich in Richtung einer Montagebewegung erstrecken, mit der die Zündkerze in dem Ottomotor eingesetzt wird. Üblicherweise weist die Zündkerze ein Außengewinde zum Einschrauben in ein Innengewinde des Ottomotors auf. Durch Einschrauben der Zündkerze in das Innengewinde vollführt also die Zündkerze eine Montagebewegung entlang der Haupterstreckungsrichtung. Der Entstörwiderstand hingegen dient zur Reduzierung bzw. Dämpfung elektromagnetischer Schwingungen. So kann der Aufbau der Zündkerze nochmals vereinfacht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Piezoaktor in Radialerstreckungsrichtung außenseitig von einem inneren Isolator der Zündkerze umgeben Die Radialerstreckungsrichtung verläuft im rechten Winkel zu der Haupterstreckungsrichtung bei einer Zündkerze mit einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Grundform. Der innere Isolator bewirkt eine elektrische Isolierung u.a. der Mittelelektrode von einer Masseelektrode der Zündkerze. So kann der innere Isolator zugleich eine elektrische Isolierung des Piezoaktors gegen die Masseelektrode bewirken und weist somit eine Doppelfunktion auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine elektrische Leitung zur Versorgung des Piezoaktors mit elektrischer Betriebsenergie vorgesehen, wobei die elektrische Leitung sich zumindest abschnittsweise durch ein Inneres der Zündkerze erstreckt. So kann die elektrische Leitung zumindest abschnittsweise durch ein Gehäuse der Zündkerze geschützt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die elektrische Leitung zumindest abschnittsweise in Haupterstreckungsrichtung der Zündkerze. So kann die elektrische Leitung entfernt von einem Ottomotor aus dem Gehäuse geführt werden, und muss nicht zusätzlich z.B. vor Abwärme des Ottomotors geschützt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Leitung zumindest abschnittsweise in Radialerstreckungsrichtung zwischen einem Entstörwiderstand und einem inneren Isolator der Zündkerze angeordnet. So kann eine Zündkerze mit einem besonders einfachen Aufbau bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Piezoaktor über einen Entstörwiderstand der Zündkerze mit elektrischer Betriebsenergie versorgbar. Mit anderen Worten, im Normalbetrieb wird die Mittelelektrode über den die in Reihe hintereinander angeordneten Entstörwiderstand und Piezoaktor mit elektrischer Betriebsenergie versorgt, während in einem Selbstreinigungsbetrieb der Piezoaktor ebenfalls über den Entstörwiderstand mit elektrischer Betriebsenergie versorgt wird.
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Ferner gehören zur Erfindung ein Ottomotor mit einer derartigen Zündkerze und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Ottomotor.
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Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung eine Zündkerze.
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Dargestellt ist eine Zündkerze 2. Die Zündkerze 2 ist dazu ausgebildet, in einem Ottomotor die für die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches nötigen Zündfunken bereitzustellen. Der Ottomotor ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. eines PKWs.
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Der Ottomotor weist eine Fremdzündung durch die Zündkerze 2 im Gegensatz zu einem mit Selbstzündung arbeitenden Dieselmotor auf.
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Die Zündkerze 2 weist eine Masseelektrode 4 und eine Mittelelektrode 6 auf, zwischen denen sich ein Zündfunke zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bildet, wenn die Masseelektrode 4 und die Mittelelektrode 6 in einem Normalbetrieb mit entsprechend hochfrequenten elektrischen Spannungen beaufschlagt werden.
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Ein innerer Isolator 12 und ein äußerer Isolator 18 bewirken dabei eine elektrische Isolierung der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 6 voneinander. Zwischen dem inneren Isolator 12 und dem äußeren Isolator 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine innere Abdichtung 14 angeordnet.
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Der innere Isolator 12 und der äußere Isolator 18 bilden Teile eines Gehäuses der Zündkerze. Das Gehäuse definiert einen Innenraum bzw. ein Inneres zur Aufnahme weiterer Komponenten der Zündkerze 2, wie nachfolgend detailliert beschrieben wird. Das Gehäuse und damit auch die Zündkerze 2 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine längliche und im Wesentlich rotationssymmetrische Grundform mit einer Haupterstreckungsrichtung HR und einer Radialerstreckungsrichtung RR auf.
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Die Abmessungen der Zündkerze 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Haupterstreckungsrichtung HR größer als in der Radialerstreckungsrichtung RR. Mit anderen Worten, die Haupterstreckungsrichtung HR erstreckt sich in Richtung der Achse, entlang der die Zündkerze ihre größte Länge aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Haupterstreckungsrichtung HR in Richtung einer Montagebewegung, mit der die Zündkerze 2 in dem Ottomotor eingesetzt wird, z.B. durch eine durch Zusammenwirken eines Innengewindes mit einem Außengewinde definierte Schraubbewegung. Es fällt also im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Richtung der Montagebewegung mit der Haupterstreckungsrichtung HR zusammen. Die Radialerstreckungsrichtung RR hingegen verläuft im rechten Winkel zu der Haupterstreckungsrichtung HR.
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Als eine der weiteren Komponenten weist die Zündkerze 2 in ihrem Inneren einen Piezoaktor 8 auf. Der Piezoaktor 8 ist dazu ausgebildet, in einem Selbstreinigungsbetrieb mechanische Schwingungen, z.B. mit Frequenzen im Ultraschallbereich, zu der Mittelektrode 6, zu übertragen, um eine Selbstreinigungsfunktion bereitzustellen.
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Der Piezoaktor 8 ist dabei ein Bauteil, das den Piezoeffekt ausnutzt, um durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung auszuführen. Mit anderen Worten, der Piezoaktor 8 verwendet den inversen Piezoeffekt.
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Der Piezoaktor 8 ist in Haupterstreckungsrichtung HR der Zündkerze 2 zwischen der Mittelelektrode 8 und einem Entstörwiderstand 10 der Zündkerze 2 angeordnet. Dabei steht der Piezoaktor 8 sowohl in unmittelbaren Kontakt mit der Mittelelektrode 8 und dem Entstörwiderstand 10 ohne Zwischenschaltung weitere Schichten oder Bauelemente. Mit anderen Worten, die Mittelelektrode 8, der Piezoaktor 8 und der Entstörwiderstand 10 sind in Reihe hintereinander in Haupterstreckungsrichtung HR der Zündkerze 2 angeordnet.
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Ferner ist der Piezoaktor 8 in Radialerstreckungsrichtung RR außenseitig unmittelbar von dem inneren Isolator 12 der Zündkerze 2 umgeben. Mit anderen Worten, der innere Isolator 12 steht in unmittelbaren Kontakt mit dem Piezoaktor 8 ohne Zwischenschaltung weitere Schichten oder Bauelemente.
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Die Versorgung des Piezoaktors 8 mit elektrischer Betriebsenergie während des Selbstreinigungsbetriebs erfolgt zum einen über den Entstörwiderstand 10 der Zündkerze 2 und zum anderen über eine elektrische Leitung 16, die sich zumindest abschnittsweise durch ein Inneres der Zündkerze 2 erstreckt.
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Die elektrische Leitung 16 verläuft zumindest abschnittsweise in Haupterstreckungsrichtung HR der Zündkerze 2, und zwar beginnend an dem Piezoaktor 8 entlang des Entstörwiderstandes 10 über seine ganze Länge in Haupterstreckungsrichtung HR, um dann aus einem Gehäuse der Zündkerze 2, bestehend u.a. aus dem inneren Isolator 12 und dem äußeren Isolator 18 herausgeführt zu werden.
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Dabei verläuft die elektrische Leitung 16 zumindest in dem Abschnitt des Entstörwiderstandes 10 in Radialerstreckungsrichtung RR zwischen dem Entstörwiderstand 10 und einem inneren Isolator 12. Mit anderen Worten, in radialer Auswärtsrichtung sind der Entstörwiderstand 10, die elektrische Leitung 16, der innere Isolator 12 und der äußerer Isolator 18 hintereinander angeordnet.
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Im Normalbetrieb werden die Masseelektrode 4 über eine entsprechende Zuleitung und die Mittelelektrode 6 über den Entstörwiderstand 10 und den Piezoaktor 8 mit einer hochfrequenten elektrischen Spannung beaufschlagt um einen Zündfunken zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bilden.
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Im Selbstreinigungsbetrieb wird der Piezoaktor 8 über den Entstörwiderstand 10 über die elektrische Leitung 16 mit elektrischer Betriebsenergie versorgt, um den Piezoaktuator 8 zu mechanischen Schwingen z.B. im Ultraschallbereich anzuregen. Diese mechanischen schwingen werden zu der Mittelektrode 6 übertragen, wo sie eine Selbstreinigung der Mittelektrode 6 und damit der Zündkerze 2 bewirken.
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So kann durch Aktivieren des Piezoaktors 8 eine Reinigung der Zündkerze und damit einer Verlängerung der Lebensdauer der Zündkerze 2 erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Zündkerze
- 4
- Masseelektrode
- 6
- Mittelelektrode
- 8
- Piezoaktor
- 10
- Entstörwiderstand
- 12
- innerer Isolator
- 14
- innere Abdichtung
- 16
- elektrische Leitung
- 18
- äußerer Isolator
- HR
- Haupterstreckungsrichtung
- RR
- Radialerstreckungsrichtung
