DE19916806A1 - Zündvorrichtung für Kolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Bei einer Zündvorrichtung für Kolben-Brennkraftmaschinen mit einer im Kolbenboden angeordneten bewegbaren Kolbenelektrode und einer im Zylinderkopf angeordneten Gegen-Elektrode, und mit einer sich zwischen den beiden Elektroden ausbildenden Funkenstrecke, ist die räumliche Anordnung der beiden Elektroden derart, daß die Funkenstrecke kleiner als der minimale Abstand zwischen der Gegen-Elektrode und dem Kolbenboden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung mit den Merkmalen des Ober­ begriffs von Patentanspruch 1.

Eine derartige Zündvorrichtung ist aus der WO 96/13660 A bekannt. Es handelt sich dabei um eine "Spark To Piston" Vorrichtung, bei der die Kolbenelektrode geringfü­ gig aus dem Kolbenboden hervorsteht und fluchtend zur Gegen-Elektrode angeord­ net ist, die sich etwa im Zentrum des Brennraums befindet. Eine derartige Vorrich­ tung ist insbesondere zum Zünden extrem magerer Gemische nicht geeignet, da die Funkenstrecke nur am oberen Totpunkt des Kolbens einen minimalen Abstand be­ sitzt. Ob sich dabei tatsächlich ein Zündfunke ausbildet, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine unter­ schiedlich sind. Hierzu gehören ein ausreichend zündfähiges Gemisch, die Betriebs­ temperatur, die Zündenergie und die Flankensteilheit für den Aufbau der Sekun­ därspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, die auch bei extrem mageren Gemischen sicher einen Zündvorgang auslöst.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch die im Vergleich zum Abstand der Gegen-Elektrode vom Kolbenboden kleine­ re Funkenstrecke ist die zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemischs erforderliche Zündenergie wesentlich geringer als bei der nach dem Stand der Technik bekannten Anordnung. Dadurch wird bei gleichbleibender Zündenergie auch die Zündsicherheit erhöht.

Konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben. Bei der im Patentanspruch 2 angegebenen Ausführung läßt sich die Länge der Funkenstrecke während einer Zeitdauer, die länger als die Zünddauer ist und diese Zeitdauer einschließt, zumindest annähernd konstant halten. Während dieser Zeit führen Kolben- und Gegen-Elektrode über einen gewissen Weg der Ge­ gen-Elektrode eine Relativbewegung durch. Dadurch kann der Zeitpunkt, zu dem tatsächlich die Zündung erfolgt, zumindest in gewissen Grenzen variabel in bezug auf die Bewegung des Kolbens gewählt werden. Der Zeitpunkt kann daher an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden und entsprechend diesen Bedin­ gungen variieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Ausführungsvariante der Erfindung sind Gegen­ stand der Patentansprüche 3 bis 5.

Die mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 beschriebene Vorrichtung zeichnet sich gegenüber einer alternativen Vorrichtung, bei der auch die Gegen-Elektrode bewegt wird, durch einen einfachen konstruktiven Aufbau aus.

Mit den Merkmaien des Patentanspruchs 4 ergibt sich eine Vorrichtung, die auf be­ sonders einfache Weise eine Konstanz der Funkenstrecke über einen gewissen Weg des Kolbens erreicht.

Schließlich dienen die Mittel des Patentanspruchs 5 dazu, die Ausbildung eines Zündfunkens noch stärker zu fördern.

Eine weitere Ausführungsvariante, die alternativ oder ergänzend zur ersten Vari­ ante einsetzbar ist, ist in den Patentansprüchen 6 und 7 angegeben.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung,

Fig. 2 den Schnitt von Fig. 1 für einen demgegenüber geänderten Bewegungszu­ stand des Kolbens, und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform in schematischer Darstellung.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich in ei­ nem Zylinder 1 ein Kolben 2, der durch einen Antrieb 3 bewegbar ist. Im Boden 4 des Kolbens 2 befindet sich eine Kolben-Elektrode 5, die aus dem Boden wie dar­ gestellt hervorsteht.

Der Elektrode 5 zugeordnet ist eine Gegen-Elektrode 6, die über eine Hochspan­ nungszuführung 7 und einen Hochspannungsanschluß 8 mit einer nicht dargestell­ ten Zündspule verbunden ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen, bewegt sich die Elektrode 5 bei der Be­ wegung des Kolbens 2 an der Gegen-Elektrode 6 vorbei. Während eines Zeitraums, der vor Erreichen des in Fig. 2 dargestellten oberen Totpunkts des Kolbens 2 liegt und deutlich nach diesem Zeitpunkt endet, besteht ein gleichbleibender Minimalab­ stand zwischen den Elektroden 5 und 6. Innerhalb dieses Minimalabstands bildet sich bei entsprechender Ansteuerung des Hochspannungsanschlusses 8 ein Zünd­ funke aus, mit dem es möglich ist, auch besonders magere Gemische zu entflam­ men.

Beim Beispiel von Fig. 3 ist die Kolben-Elektrode 15 als Stützstelle im Kolbenboden ausgebildet. Sie besteht aus einer elektrisch leitfähigen Kappe 17, die auf einem Isolator 18 sitzt. Der Isolator 18 ist im Kolbenboden befestigt. Ein Zündfunken, der sich zwischen dem Kolben-Boden 4 und der Gegen-Elektrode 6 ausbildet, überwin­ det nunmehr zwei Isolationsstrecken 19 und 20, nämlich zwischen der Gegenelektro­ de 6 und der Kappe 17 einerseits (19) und zwischen der Kappe 17 und dem Boden 4 (20). Der dabei insgesamt zu überwindende Weg ist deutlich geringer als der zu­ mindest während des Zündvorgangs bestehende minimale Abstand 21 zwischen der Gegen-Elektrode 6 und dem Boden 4.

Auch eine Ausführung, bei der die Gegen-Elektrode 6 während des Zündvorgangs analog zu Fig. 2 über die Elektrode 15 hinausragt, liegt im Rahmen der Erfindung, sofern die Summe aus den Strecken 19 und 20 kleiner als die entsprechende Strec­ ke 21 ist.

Damit eignen sich die dargestellten Zündvorrichtungen besonders zum Einsatz bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung, bei denen nur lokal ein zündfä­ higes Gemisch vorhanden ist.

Claims (7)

1. Zündvorrichtung für Kolben-Brennkraftmaschinen mit einer im Kolbenboden an­ geordneten bewegbaren Kolbenelektrode und einer im Zylinderkopf angeordne­ ten Gegen-Elektrode, und mit einer sich zwischen den beiden Elektroden ausbil­ denden Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anord­ nung der beiden Elektroden derart ist, daß die Funkenstrecke kleiner als der mi­ nimale Abstand zwischen der Gegen-Elektrode und dem Kolbenboden ist.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die räum­ liche Zuordnung der beiden Elektroden derart ist, daß der minimale Abstand der beiden Elektroden unmittelbar vor und/oder nach dem Zündvorgang zumindest annähernd konstant ist.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenelektrode seitlich zur Gegenelektrode bewegt ist.

4. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol­ benelektrode am oberen Totpunkt des Kolbens über die Gegenelektrode hinaus­ ragt.

5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gegenelektrode einen zur Kolbenelektrode hin gerichteten elek­ trisch leitenden Fortsatz aufweist.

6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Funkenstrecke einen konstanten längenmäßig invariablen Anteil besitzt.

7. Zündvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol­ benelektrode als eine gegenüber dem Kolbenboden isoliert angeordnete Stütz­ stelle aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet ist.