DE102019101422A1 - Gas engine spark plug - Google Patents
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Abstract
Eine Gasmotorzündkerze hat eine Vorkammer (14), in die eine zentrale Stromversorgungselektrode (22) hineinragt, und zumindest eine in der Vorkammer (14) vorhandene, von der Stromversorgungselektrode (33) beabstandete Masseelektrode (48). Die Masseelektrode (48) ist zerstörungsfrei demontierbar und auswechselbar in der Gasmotorzündkerze gehaltert, sodass diese wiederverwendbar ist.A gas engine spark plug has a prechamber (14) into which a central power supply electrode (22) projects, and at least one ground electrode (48) present in the prechamber (14) and spaced from the power supply electrode (33). The ground electrode (48) can be removed non-destructively and is exchangeably held in the gas engine spark plug so that it can be reused.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasmotorzündkerze, mit einer Vorkammer, in die eine zentrale Stromversorgungselektrode hineinragt, und zumindest einer in der Vorkammer vorhandenen, von der Stromversorgungselektrode über eine Funkenstrecke beabstandete Masseelektrode.The invention relates to a gas engine spark plug, with a prechamber into which a central power supply electrode projects, and at least one ground electrode which is present in the prechamber and is spaced from the power supply electrode via a spark gap.
Gasbetriebene Verbrennungsmotoren für statische Energieanlagen, insbesondere Erdgas und biogasbetriebene Verbrennungsmotoren, laufen zum Teil 24 Stunden über sieben Tage die Woche. Das bedeutet, diese Verbrennungsmotoren müssen zuverlässig arbeiten. Die Zündkerzen sind deshalb extrem robust ausgelegt, um eine teure Abschaltung der Anlagen zu verhindern. Dementsprechend aufwendig und teuer sind solche Gasmotorzündkerzen. Es gibt zwei Arten von Gasmotorzündkerzen nach dem Prinzip der Vorkammerzündkerzen, aktive und passive Vorkammern. Die aktiven Vorkammern werden über ein spezielles Kraftstoffsystem mit Kraftstoff versorgt, während die passiven Vorkammern über das Luft-Kraftstoffgemisch im Motorbrennraum versorgt werden.Gas-operated internal combustion engines for static energy systems, in particular natural gas and biogas-operated internal combustion engines, sometimes run 24 hours a day, seven days a week. This means that these internal combustion engines have to work reliably. The spark plugs are therefore extremely robust to prevent expensive shutdowns of the systems. Such gas engine spark plugs are correspondingly complex and expensive. There are two types of prechamber spark plugs, active and passive prechambers. The active pre-chambers are supplied with fuel via a special fuel system, while the passive pre-chambers are supplied with the air-fuel mixture in the engine combustion chamber.
Sobald die Masseelektrode oder Masseelektroden abgenutzt sind, sodass der Elektrodenabstand zu groß wird, müssen die Gasmotorzündkerzen durch neue ersetzt werden.As soon as the earth electrode or earth electrodes are worn out so that the electrode gap becomes too large, the gas engine spark plugs must be replaced with new ones.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasmotorzündkerze zu schaffen, welche langlebig ist und für eine kostengünstige Wartung des Verbrennungsmotors sorgt.The object of the invention is to provide a gas engine spark plug which is durable and ensures inexpensive maintenance of the internal combustion engine.
Dies wird durch eine Gasmotorzündkerze der eingangs genannten Art erreicht, bei der die zumindest eine Masseelektrode zerstörungsfrei demontierbar und auswechselbar in der Gasmotorzündkerze gehaltert ist.This is achieved by means of a gas engine spark plug of the type mentioned at the beginning, in which the at least one ground electrode can be removed without being destroyed and exchangeably held in the gas engine spark plug.
Die erfindungsgemäße Gasmotorzündkerze ist kein Wegwerfteil, sondern erlaubt es, die zumindest eine Masseelektrode durch eine neue auszuwechseln. Dieser Demontage- und Montagevorgang kann sehr einfach vonstattengehen, weil die Gasmotorzündkerze von Beginn an auf diese einfache Montage und Demontage ausgerichtet ist und der Austausch mittels Werkzeugen ohne Zerstörung von Teilen erfolgen kann.The gas engine spark plug according to the invention is not a disposable part, but rather allows the at least one ground electrode to be replaced by a new one. This disassembly and assembly process can be carried out very easily because the gas engine spark plug has been designed for this simple assembly and disassembly from the start and the exchange can be carried out by means of tools without destroying parts.
Die zumindest eine Masseelektrode ist vorzugsweise lösbar in einem Halter untergebracht, der zusammen mit der zumindest einen Masseelektrode zerstörungsfrei aus der Gasmotorzündkerze entnehmbar ist. Über den Halter wird die Masseelektrode sicher und genau innerhalb der Gasmotorzündkerze positioniert und kann einfacher entfernt werden.The at least one ground electrode is preferably detachably accommodated in a holder which, together with the at least one ground electrode, can be removed from the gas engine spark plug in a non-destructive manner. The ground electrode is securely and precisely positioned within the gas engine spark plug via the holder and can be removed more easily.
Vorzugsweise ist der Halter ein wiederverwendbares Teil, sodass aus ihm nur die Masseelektrode entfernt und gegen eine neue ausgetauscht werden muss.The holder is preferably a reusable part, so that only the ground electrode has to be removed from it and replaced with a new one.
Der Halter kann in einer zentralen, axialen Aufnahmeöffnung untergebracht sein und mittels eines, die Stromversorgungelektrode aufnehmenden Isolatorstifts in die Aufnahmeöffnung geschoben werden. Das bedeutet, der Halter wird von dem axialen Ende, welches der Vorkammer entgegengesetzt ist, ausgehend in das Innere der Gasmotorzündkerze in Richtung zur Vorkammer geschoben. Dies erfolgt mittels z. B. des Isolatorstifts, der damit eine Doppelfunktion innehat. Durch den Isolatorstift verläuft die Stromversorgungselektrode. Damit werden die Stromversorgungselektrode samt Halter gemeinsam über den Isolatorstift in das Innere der Gasmotorzündkerze eingeschoben.The holder can be accommodated in a central, axial receiving opening and can be pushed into the receiving opening by means of an insulator pin receiving the power supply electrode. This means that the holder is pushed from the axial end, which is opposite the prechamber, into the interior of the gas engine spark plug in the direction of the prechamber. This is done using z. B. the insulator pin, which thus has a double function. The power supply electrode runs through the insulator pin. The power supply electrode together with the holder are thus pushed together into the interior of the gas engine spark plug via the insulator pin.
Die Arretierung des Halters über den Isolatorstift erfolgt beispielsweise durch eine Befestigungseinrichtung, z. B. eine Schraubenhülse, die innenseitig den Isolationsstift aufnimmt und ihn axial in die montierte Stellung schiebt und die außenseitig ein Gewinde hat, das in ein Innengewinde im Gehäuse eingreift.The holder is locked via the insulator pin, for example, by a fastening device, for. B. a screw sleeve which receives the insulation pin on the inside and pushes it axially into the assembled position and which has a thread on the outside which engages in an internal thread in the housing.
Der Halter und der Isolatorstift können die Vorkammer rückseitig abgrenzen. „Rückseitig“ bedeutet zu dem der Vorkammer entfernten und entgegengesetzten Ende der Gasmotorzündkerze hin.The holder and the isolator pin can delimit the back of the prechamber. “Backside” means towards the opposite end of the gas engine spark plug, which is removed from the prechamber.
Die zumindest eine Masseelektrode kann seitlich zur Stromversorgungselektrode hin im Halter verschieblich angeordnet sein, insbesondere unter Bildung einer Presspassung im Halter fixiert sein. Die axiale Verschieblichkeit ermöglicht es, die Masseelektrode seitlich exakt zur Stromversorgungselektrode hin auszurichten, um die Funkenstrecke nach Auswechslung der abgenutzten Masseelektrode wieder exakt zu justieren. Die Presspassung erlaubt ein Verschieben der Masseelektrode, sie sorgt aber nach dem Verschieben für einen festen Halt der Masseelektrode, und zwar in jeder seitlichen Position derselben. Damit werden eigene Fixierschrauben oder dergleichen nicht benötigt.The at least one ground electrode can be arranged to be laterally displaceable in the holder toward the power supply electrode, in particular it can be fixed in the holder to form an interference fit. The axial displaceability makes it possible to precisely align the ground electrode laterally towards the power supply electrode in order to precisely adjust the spark gap again after replacing the worn ground electrode. The press fit allows the ground electrode to be displaced, but after the displacement it ensures that the ground electrode is held firmly in any lateral position. So own fixing screws or the like are not required.
Da die Anpassung der Funkenstrecke für gerade eingesetzte, neue Masseelektroden aufwendig sein kann, sieht die Erfindung eine Selbsteinstellung der Funkenstrecke über die verschiebliche oder verschieblichen Masseelektroden vor. Dies wird dadurch erreicht, dass die zumindest eine Masseelektrode seitlich nach außen über den Halter vor dem Einschieben in die Aufnahmeöffnung überstehen kann. Beim axialen Einschieben in die Aufnahmeöffnung wird durch den Kontakt der Masseelektrode mit einer Innenseite eines Gehäuses, welches die Aufnahmeöffnung definiert, nach innen geschoben. Mit der Montage des Halters samt neuer Masseelektrode (n) wird die Funkenstrecke gleichzeitig optimal ei ngestellt.Since the adaptation of the spark gap for new ground electrodes just inserted can be complex, the invention provides for the spark gap to be self-adjusted via the displaceable or displaceable ground electrodes. This is achieved in that the at least one ground electrode can protrude laterally outwards over the holder before being inserted into the receiving opening. During the axial insertion into the receiving opening, the contact of the ground electrode with an inside of a housing, which defines the receiving opening, pushes inward. With the spark gap is optimally adjusted at the same time as the holder and new ground electrode (s) are installed.
Die obige Aufgabe wird auch durch eine gattungsgemäße Gasmotorzündkerze gelöst, mit einem Gehäuse, in deren Innerem die Stromversorgungselektrode verläuft, und einer im Inneren des Gehäuses untergebrachten, auswechselbar eingebauten Elektronikeinheit sowie zumindest einem Sensor zur Erfassung von Daten im Betrieb des Gasverbrennungsmotors. Die Elektronikeinheit ist an einen Datenanschluss gekoppelt, über den die Elektronikeinheit nach außen signaltechnisch an einer Steuerung anschließbar ist.The above object is also achieved by a generic gas engine spark plug, with a housing, in the interior of which the power supply electrode runs, and an interchangeably installed electronic unit, which is accommodated in the interior of the housing, and at least one sensor for recording data during operation of the gas combustion engine. The electronics unit is coupled to a data connection, via which the electronics unit can be connected to a controller in terms of signal technology.
Die erfindungsgemäße Gasmotorzündkerze ist optional eine sogenannte Smart-Zündkerze, über die Daten erfasst, gegebenenfalls gespeichert, verarbeitet und/oder weitergeleitet werden. Diese Daten betreffen physikalische Werte, die während des Betriebs des Verbrennungsmotors erfasst werden. Die Datenerfassung von Verbrennungsmotoren ist eine zentrale Forderung, um den Betrieb derselben zu optimieren, z. B. um Zünd- und Verbrennungsvorgänge zu ändern. Durch diese Optimierung werden auch die Schadstoffausstöße reduziert. Beispiele für Veränderungen sind Änderungen des Verbrennungsprozesses, zum Beispiel die Änderung des Lambdawerts oder des Zündzeitpunkts. Aber auch eine Verbesserung der Konstruktion der Verbrennungsmotoren kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Gasmotorzündkerze erfolgen, beispielsweise über eine Optimierung des Zündwinkels oder der Düsenposition.The gas engine spark plug according to the invention is optionally a so-called smart spark plug, via which data is recorded, possibly stored, processed and / or forwarded. This data relates to physical values that are recorded during the operation of the internal combustion engine. The data acquisition of internal combustion engines is a central requirement in order to optimize their operation, e.g. B. to change ignition and combustion processes. This optimization also reduces pollutant emissions. Examples of changes are changes in the combustion process, for example the change in the lambda value or the ignition timing. But the construction of the internal combustion engines can also be improved with the aid of the gas engine spark plug according to the invention, for example by optimizing the ignition angle or the nozzle position.
Zu betonen ist, dass die Elektronikeinheit auch bei einer erfindungsgemäßen Gasmotorzündkerze mit auswechselbarer Masseelektrode eingesetzt werden kann.It should be emphasized that the electronics unit can also be used in a gas engine spark plug according to the invention with a replaceable ground electrode.
Im Inneren der Gasmotorzündkerze befindet sich mindestens einer der folgenden Sensoren, nämlich mindestens ein Druck- und Klopfsensor zum Erfassen des Drucks in der Verbrennungskammer und einer anormalen, weil detonierenden (klopfenden) Verbrennung, mindestens ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur in der Brennkammer, einschließlich der Vorkammer, und/oder mindestens ein Stromsensor zum Erfassen des durch die Messkette fließenden Stroms, insbesondere einer Spule, die eine Stromleitung in der Zündkerze umgibt. Durch die Sensoren und die davon ermittelten Werte lässt sich der Motor bezüglich seiner Zündungs- und Verbrennungsparameter einstellen. Ferner kann der Betreiber gewarnt werden, falls eine fehlerhafte Zündung/Verbrennung auftritt oder eine Wartung nötig ist. Es kann ein Motordiagnosesystem erstellt werden.Inside the gas engine spark plug is at least one of the following sensors, namely at least one pressure and knock sensor for detecting the pressure in the combustion chamber and an abnormal, because detonating (knocking) combustion, at least one temperature sensor for measuring the temperature in the combustion chamber, including the Prechamber, and / or at least one current sensor for detecting the current flowing through the measuring chain, in particular a coil, which surrounds a power line in the spark plug. The engine and its ignition and combustion parameters can be set by the sensors and the values determined from them. The operator can also be warned if a faulty ignition / combustion occurs or maintenance is required. An engine diagnostic system can be created.
Das Gehäuse ist beispielsweise rohrförmig und definiert die Gasmotorzündkerze außenseitig. Das Gehäuse hat gemäß der bevorzugten Ausführungsform einen Kanal, welcher zur Vorkammer führt und in dem ein Sensor steckt, der mit der Elektronikeinheit signaltechnisch gekoppelt ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Gasmotorzündkerze müssen deshalb weniger Eingriffe in den Motorblock oder einen Zylinderkopf vorgenommen werden, um Sensoren zum oder nahe zum Brennraum zu bringen.The housing is tubular, for example, and defines the gas engine spark plug on the outside. According to the preferred embodiment, the housing has a channel which leads to the prechamber and in which a sensor is inserted, which is coupled to the electronics unit for signaling purposes. With the help of the gas engine spark plug according to the invention, fewer interventions in the engine block or a cylinder head therefore have to be carried out in order to bring sensors to or near the combustion chamber.
Innerhalb der Gasmotor-Zündkerze kann sich eine mit dielektrischem Kühlmittel gefüllte Kammer befinden, die das System elektrisch isoliert, wobei die Kammer vorzugsweise von einer elektrischen Versorgungsleitung durchzogen wird, die zur Versorgungselektrode führt. Dieser Isolator ist vorzugsweise ein flüssiges dielektrisches Fluid.Inside the gas engine spark plug there can be a chamber filled with dielectric coolant, which electrically insulates the system, the chamber preferably being traversed by an electrical supply line leading to the supply electrode. This insulator is preferably a liquid dielectric fluid.
Die kühlmittelgefüllte Kammer hat beispielsweise einen Einlass und einen Auslass und ist kühlmitteldurchströmt, das heißt, kaltes Kühlmittel führt in die Kammer und wird von der Kammer wieder herausgeführt.The coolant-filled chamber has, for example, an inlet and an outlet and is flowed through by coolant, that is, cold coolant leads into the chamber and is led out of the chamber again.
Außenseitig kann die erfindungsgemäße Gasmotorzündkerze durch das zuvor erwähnte rohrförmige Gehäuse definiert sein, welche eine Überdruckleitung hat.On the outside, the gas engine spark plug according to the invention can be defined by the aforementioned tubular housing, which has an overpressure line.
Über diese Überdruckleitung ist es möglich, dass Gas aus der Brennkammer, welches stromabwärts einer Dichtung gelangt, ins Freie abströmen kann. Durch die Auswechselbarkeit der Masseelektrode ist es nötig, Dichtungen zwischen den einzuschiebenden Teilen oder zwischen einzuschiebenden Teilen und dem Gehäuse vorzusehen. Falls aufgrund des extrem hohen Drucks in der Brennkammer und damit auch in der Vorkammer Gas an den Dichtungen vorbeigelangt, kann dieses dann ausströmen.Via this overpressure line, it is possible for gas to flow out of the combustion chamber, which comes downstream of a seal, into the open. Due to the interchangeability of the ground electrode, it is necessary to provide seals between the parts to be inserted or between parts to be inserted and the housing. If gas gets past the seals due to the extremely high pressure in the combustion chamber and thus also in the prechamber, this can then flow out.
Im Gehäuse kann ein Kanal bis zur Vorkammer verlaufen, über den Brennstoff (Gas) in die Vorkammer eingespritzt wird. Der Kanal kann der Kanal des Drucksensors sein, der somit wahlweise zur Unterbringung des Sensors oder zur Brennstoffzufuhr verwendbar ist. Die Zündkerze kann folglich einfach von einer aktiven zu einer passiven Vorkammerzündkerze umgebaut werden, ohne spanende Bearbeitung.In the housing, a channel can run to the prechamber through which fuel (gas) is injected into the prechamber. The channel can be the channel of the pressure sensor, which can thus be used either for housing the sensor or for supplying fuel. The spark plug can therefore be easily converted from an active to a passive prechamber spark plug without machining.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und auf die nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- -
1 eine Längsschnittansicht durch eine Variante der erfindungsgemäßen Gasmotorzündkerze, - -
2 eine Axialansicht durch einen Masseelektrodenhalter, der bei der Gasmotorzündkerze nach1 eingesetzt wird, und - -
3 eine vergrößerte Schnittansicht des Halters nach2 .
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1 2 shows a longitudinal sectional view through a variant of the gas engine spark plug according to the invention, - -
2nd an axial view through a ground electrode holder, according to the gas engine spark plug1 is used, and - -
3rd an enlarged sectional view of the holder after2nd .
In
Die Zündkerze hat ein rohrförmiges Außengehäuse
Die Kappe
Das Gehäuse
In die Vorkammer
Die Stromversorgungselektrode
Der Isolatorstift
Der Abschlussdeckel
Die Kammer
Als Kühlfluid wird insbesondere ein dielektrisches Fluid eingesetzt.A dielectric fluid is used in particular as the cooling fluid.
Im Bereich des Abschlussdeckels, der abnehmbar ist und damit das Innere das Gehäuses
Darüber hinaus ist, beispielsweise an den Sensor
Die Elektronikeinheit
In der Vorkammer
Die Masseelektroden
Der Halter
Die Aufnahmeöffnung
Der Halter
Am rückseitigen Ende hat die Hülse
Die Öffnung hat vom Absatz
Der Isolatorstift
Am rückseitigen stirnseitigen Ende hat die Gewindehülse
Wie gerade erläutert, kann der Halter
Zwischen dem Bund
Von dem Raum
Ferner hat das Gehäuse
Im Kanal
Die Gasmotorzündkerze hat auswechselbare Masseelektroden
Im Folgenden werden Montage und Demontage sowie die Funktionsweise der Gasmotorzündkerze erläutert.The assembly and disassembly as well as the mode of operation of the gas engine spark plug are explained below.
Zur Demontage wird der Deckel
Ist der Halter
Anschließend werden von innen die durch eine Presspassung im Halter
Die Masseelektroden
Es werden anschließend neue Masseelektroden
Die Köpfe
Anschließend werden in umgekehrter Reihenfolge die Teile wieder in das Gehäuse
Da die Köpfe
Anschließend werden wieder die Elektronikeinheit
Während des Betriebs kann der momentane Druck in der Vorkammer
Dasselbe erfolgt mit den Daten, die über den Temperatursensor
Über die gewonnenen Daten können der Zündzeitpunkt, der Verbrennungsverlauf, Temperaturen im Brennraum, Drücke (evtl. Druckverhältnisse) im Brennraum und dergleichen ermittelt werden. Beispielsweise können über den Drucksensor Fehlzündungen in der Vorkammer
Wie bereits erläutert, kann die Elektronikeinheit
Die Gasmotorzündkerze kann als Alarmsensor verwendet werden, die nach Fehlzündungen oder Klopfzyklus den Betreiber des Gasmotors informiert.The gas engine spark plug can be used as an alarm sensor that informs the operator of the gas engine after a misfire or a knock cycle.
Die Gasmotorzündkerze ist recycelbar und vor allem aufgrund der auswechselbaren Masseelektroden
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