EP2748904B1

EP2748904B1 - Zündkerze für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP2748904B1
Application number: EP12769580.7A
Authority: EP
Inventors: Markus Kraus; Sean Jenkins
Original assignee: GE Jenbacher GmbH and Co OHG
Current assignee: Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: EP2748904A1; CN103748750A; US20140196684A1; JP2014529850A; AT511866B1; AT511866A1; WO2013026075A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit einer Mittelelektrode und mindestens einer Masseelektrodengruppe jeweils umfassend ein oder mehrere Masseelektrodenplättchen, wobei die Mittelelektrode mindestens ein Mittelelektrodenplättchen mit einer Mittelelektrodenfläche aufweist, wobei die Mittelelektrodenfläche in einem Bereich von 0° bis 50° - vorzugsweise bis maximal 45° - zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse der Zündkerze geneigt ist, wobei jedes Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe eine der Mittelelektrodenfläche zugewandte, von der Mittelelektrodenfläche beabstandete und im Wesentlichen parallel zur Mittelelektrodenfläche verlaufende Masseelektrodenfläche aufweist, wobei eine Projektion aller Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe auf die ihnen zugeordnete Mittelelektrodenfläche in Richtung eines Normalenvektors der Mittelelektrodenfläche in Summe eine gedachte Elektrodenfläche ergibt, wobei die gedachte Elektrodenfläche eine Größe von 8 mm² bis 25 mm² aufweist.
Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei fremd gezündeten, ottomotorisch betriebenen Gasmotoren, herrschen in einem Brennraum hohe Drücke und Temperaturen, wodurch die Lebensdauern der eingesetzten Zündkerzen stark limitiert sind. Insbesondere bei hoch aufgeladenen Brennkraftmaschinen, welche oftmals bei effektiven Mitteldrücken > 15 bar betrieben werden, kann es bei schlechter Auslegung passieren, dass eine Zündkerze nur wenige Stunden in der Brennkraftmaschine im Einsatz ist bis die Zündspannung aufgrund des raschen Elektrodenabbrands zu hoch wird und der Betrieb zur Anpassung oder zum Tausch der Zündkerze unterbrochen werden muss.
Um die Standzeiten und Kosten der Zündkerzen für Brennkraftmaschinen auf einem Niveau zu halten, welches von den Kunden akzeptiert wird, ist es eine Bestrebung, die Lebenszeit der Zündkerze beispielsweise durch vergrößerte Elektrodenflächen zu erhöhen. Die Elektrodenflächen stellen dabei das Reservoir für den Abbrand der Elektroden dar. So zeigt die US 5,493,171 , die den Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, eine Zündkerze mit vergrößerten und im Wesentlichen radialen Elektrodenflächen, wobei die Elektroden zur Verlängerung der Zündkerzenstandzeiten zumindest teilweise aus Titandiborid bestehen. Auch die US 5,767,613 zeigt eine Zündkerze mit vergrößerten radialen Elektrodenflächen, durch die eine effizientere und vollständigere Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs ermöglicht werden soll. Ebenfalls bekannt sind Zündkerzen, deren Elektrodenflächen in Bezug auf die Längsachse der Zündkerze geneigt sind (z.B. US 2,180,528 und DE 24 46 929 A1 ).
Die prinzipielle Aufgabe einer Zündkerze ist es, ein den Elektroden zugeführtes Brennstoff-Luft-Gemisch zu entflammen. Hierfür muss einerseits durch das Zündsystem ausreichend Energie zur Verfügung gestellt werden, um eine Funkenbildung zwischen den Elektroden zu ermöglichen. Andererseits muss der Flammenkern genügend Energie besitzen, damit er an den Elektroden nicht so weit abkühlt, dass es zu einem Erlöschen kommt. Daher sind die Entflammungsbedingungen bei großen Elektrodenflächen deutlich schwieriger als bei kleineren Elektrodenflächen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Zündkerze der eingangs genannten Gattung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zündkerze mit Merkmalen des Anspruchs 1.
Die maximale Hochspannungsfestigkeit eines üblichen Zündkerzengrundkörpers liegt bei ca. 40 kV bis 45 kV. Durch den erfindungsgemäß geringen Abstand der Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe von der den Masseelektrodenflächen zugeordneten Mittelelektrodenfläche kann eine Brennkraftmaschine bereits bei relativ geringen Zündspannungen von bspw. 8 kV bis 20 kV bei Volllast betrieben werden. Die Lebensdauer der Zündkerze bis zum Erreichen der maximalen Hochspannungsfestigkeit des Zündkerzengrundkörpers aufgrund von Abbrand der Elektrodenflächen und dadurch erhöhter Zündspannungen kann damit verlängert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass jede Masseelektrodenfläche der Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe um kleiner gleich 0,4 mm von der mindestens einen Mittelelektrodenfläche beabstandet angeordnet ist.
Durch die Anordnung einer Mittelelektrodenfläche und der dieser Mittelelektrodenfläche zugeordneten und im Wesentlichen parallel zur Mittelelektrodenfläche verlaufenden Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe in einem Winkel von maximal 50° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse der Zündkerze kann außerdem durch damit mögliche kurze bauliche Längen eines Masseelektrodenträgers, an dem die jeweiligen Masseelektrodenplättchen angeordnet sind, und damit verbundene kurze Wege von einem Masseelektrodenplättchen zum Zündkerzengrundkörper eine gute Kühlung der Elektroden erreicht werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen in Brennkraftmaschinen mit Vorkammer wichtig.
Generell kann eine Masseelektrodengruppe genau ein Masseelektrodenplättchen umfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Masseelektrodengruppe mehr als ein, vorzugsweise zwei, Masseelektrodenplättchen umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mittelelektrode eine Mehrzahl von Mittelelektrodenplättchen mit jeweils einer Mittelelektrodenfläche aufweist und die Zündkerze eine Mehrzahl von Masseelektrodengruppen umfasst, wobei jeweils die Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen einer Masseelektrodengruppe der Mehrzahl von Masseelektrodengruppen beabstandet und im Wesentlichen parallel zu einer Mittelelektrodenfläche der Mehrzahl von Mittelelektrodenflächen angeordnet sind.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Mittelelektrode ein erstes Mittelelektrodenplättchen mit einer ersten Mittelelektrodenfläche und ein zweites Mittelelektrodenplättchen mit einer zweiten Mittelelektrodenfläche aufweist und die Zündkerze eine erste Masseelektrodengruppe und eine zweite Masseelektrodengruppe umfasst, wobei die Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen der ersten Masseelektrodengruppe beabstandet und im Wesentlichen parallel zur ersten Mittelelektrodenfläche angeordnet sind und wobei die Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen der zweiten Masseelektrodengruppe beabstandet und im Wesentlichen parallel zur zweiten Mittelelektrodenfläche angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Variante weist die Zündkerze ein Außengewinde mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 18 mm auf. Beim Außengewinde kann es sich z.B. um ein metrisches Isogewinde M18 handeln. Eine solche Zündkerzengröße ist typisch für stationäre Gasmotoren.
Schutz wird auch begehrt für eine Brennkraftmaschine, insbesondere stationärer Gasmotor, mit mindestens einer Vorkammer und mindestens einem Hauptbrennraum und mit wenigstens einer Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die wenigstens eine Zündkerze in der mindestens einen Vorkammer angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1a: eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze,
Fig. 1b: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 1a,
Fig. 1c: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 1b,
Fig. 1d: eine Darstellung der Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß Fig. 1a,
Fig. 2a und2b: perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Zündkerze,
Fig. 2c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 2a,
Fig. 2d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 2c,
Fig. 2e: eine Darstellung einer Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß 2a,
Fig. 3a und 3b: perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform der vorgeschlagenen Zündkerze,
Fig. 3c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 3a,
Fig. 3d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 3c,
Fig. 3e: eine Darstellung einer Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß Fig. 3a,
Fig. 4a und 4b: ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Zündkerze in perspektivischen Ansichten,
Fig. 4c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 4a,
Fig. 4d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 4c,
Fig. 4e: eine Seitenansicht eines Endbereichs der Zündkerze gemäß Fig. 4a,
Fig. 4f: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie BB der Fig. 4e,
Fig. 4g: eine perspektivische Ansicht eines Mittelelektrodenplättchens der Zündkerze gemäß Fig. 4a,
Fig. 5a und 5b: ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Zündkerze in perspektivischen Ansichten,
Fig. 5c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 5a,
Fig. 5d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 5c,
Fig. 5e: eine Darstellung einer Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß Fig. 5a,
Fig. 6a: ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Zündkerze in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 6b: eine Seitenansicht der Zündkerze der Fig. 6a,
Fig. 6c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 6a,
Fig. 6d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 6c,
Fig. 6e: eine Darstellung einer Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß Fig. 6a,
Fig. 7a: ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Zündkerze in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 7b: eine Seitenansicht der Zündkerze der Fig. 7a,
Fig. 7c: eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 7a,
Fig. 7d: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie AA der Fig. 7c und
Fig. 7e: eine Darstellung einer Elektrodenfläche der Zündkerze gemäß Fig. 7a.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind einige Maßangaben enthalten, die jeweils in der Einheit Millimeter (mm) angegeben sind.
Fig. 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer vorgeschlagenen Zündkerze 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Zündkerze 1 weist eine zylinderförmige Mittelelektrode 2 auf, wobei der Endbereich der Mittelelektrode 2 eine schräge endseitige Fläche 9 aufweist. Auf dieser schrägen endseitigen Fläche 9 ist ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet. Dieses Mittelelektrodenplättchen 2' kann typischerweise aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen und kann in bekannter Art und Weise mit der Mittelelektrode 2 verbunden sein, bspw. durch Widerstandsschweißen.
Die Zündkerze 1 weist darüber hinaus einen üblicherweise metallischen Endbereich 7 auf, der typischerweise ein Außengewinde aufweist, wodurch die Zündkerze 1 in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden kann. Dieses am metallischen Endbereich 7 angeordnete Außengewinde kann bspw. ein metrisches Isogewinde M18 mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 18 mm sein. Eine solche Zündkerzengröße ist eine typische Größe für stationäre Gasmotoren.
An der Stirnseite des metallischen Endbereichs 7 ist ein Masseelektrodenträger 8 angeordnet, an dem eine Masseelektrodengruppe 3a umfassend ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet ist. Das Mittelelektrodenplättchen 2' und das Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a sind dabei einander zugewandt angeordnet. Das Mittelelektrodenplättchen 2' weist in Richtung des Masseelektrodenplättchens 3' eine Mittelelektrodenfläche 4a auf und das Masseelektrodenplättchen 3' weist in Richtung des Mittelelektrodenplättchens 2' eine Masseelektrodenfläche 5 auf. Mittelelektrodenfläche 4a und Masseelektrodenfläche 5 sind voneinander beabstandet angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Die Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a ist in diesem Beispiel 0,35 mm von der Mittelelektrodenfläche 4a beabstandet angeordnet (siehe Fig. 1c). Die Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt eine gedachte Elektrodenfläche A, welche eine Größe von 8,25 mm² aufweist (siehe Fig. 1d).
Fig. 1b zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 1a. Die Zündkerze 1 weist eine Masseelektrodengruppe 3a in Form eines einzigen Masseelektrodenträgers 8 auf, an dem ein einziges Masseelektrodenplättchen 3' (in dieser Darstellung durch den Masseelektrodenträger 8 verdeckt) angeordnet ist. Zu erkennen ist außerdem die Mittelelektrode 2, auf deren endseitiger Fläche 9 ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet ist.
Fig. 1c zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 1b. Die Mittelelektrode 2 ist von einem üblicherweise keramischen Isolator 6 umgeben. An ihrem Endbereich weist die Mittelelektrode 2 eine schräge endseitige Fläche 9 auf, die in einem Winkel von 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 geneigt ist. Auf dieser schrägen endseitigen Fläche 9 ist ein Mittelelektrodenplättchen 2' angebracht. Das Mittelelektrodenplättchen 2' weist eine Mittelelektrodenfläche 4a auf, die entsprechend der schrägen endseitigen Fläche 9 ebenfalls in einem Winkel von 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 geneigt ist.
Am metallischen Endbereich 7 der Zündkerze 1 ist eine Masseelektrodengruppe 3a in Form eines Masseelektrodenträgers 8, an dem ein Masseelektrodenplättchen 3' angebracht ist, angeordnet. In Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a sind Masseelektrodenplättchen 3' und Mittelelektrodenplättchen 2' im Wesentlichen deckungsgleich zueinander angeordnet und weisen gleich große Elektrodenflächen (Masseelektrodenfläche 5 und Mittelelektrodenfläche 4a) auf. Mittelelektrodenfläche 4a und Masseelektrodenfläche 5 sind um 0,35 mm voneinander beabstandet angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
Durch die Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt sich eine gedachte Elektrodenfläche A gemäß Fig. 1 d. Entsprechend den in Millimeter (mm) angegebenen Dimensionen ergibt sich eine gedachte Elektrodenfläche A von 8,25 mm².
Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze 1 und Fig. 2b zeigt eine andere perspektivische Ansicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Masseelektrodengruppen 3a und 3b sowie zwei Mittelelektrodenplättchen 2' aus der Darstellung entfernt wurden. Die Mittelelektrode 2 dieser Zündkerze 1 weist einen im Wesentlichen tetraederförmigen Endbereich mit drei tetraederförmig zueinander angeordneten endseitigen Flächen 9 auf. Jede der drei endseitigen Flächen 9 ist um 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 geneigt und an jeder der endseitigen Flächen 9 ist jeweils ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet. Jede Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c ist durch jeweils einen Masseelektrodenträger 8 gebildet, an dem jeweils ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet ist.
Fig. 2c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 2a und Fig. 2d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 2c. Auch in diesem Beispiel sind das jeweilige Mittelelektrodenplättchen 2' und das ihm zugeordnete Masseelektrodenplättchen 3' einer jeweiligen Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c derart zueinander angeordnet, dass in einer Blickrichtung gemäß eines Normalenvektors N der jeweiligen Mittelelektrodenfläche 4a, 4b, 4c die jeweilige Mittelelektrodenfläche 4a, 4b, 4c und die Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' ihrer jeweils zugeordneten Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c im Wesentlichen deckungsgleich sind und die gleiche Kontur aufweisen. So ist beispielsweise die Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a in einer Blickrichtung gemäß eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a im Wesentlichen deckungsgleich mit der Mittelelektrodenfläche 4a, weist also im Wesentlichen die gleiche Kontur und auch den gleichen Flächenbetrag auf. Die Mittelelektrodenfläche 4a des Mittelelektrodenplättchens 2' und die Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a sind dabei einander zugewandt und um 0,35 mm voneinander beabstandet angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
Dieselbe Anordnung und Ausrichtung von Mittelelektrodenplättchen 2' und Masseelektrodenplättchen 3' zueinander trifft auch auf das Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3b und das ihr zugeordnete Mittelelektrodenplättchen 2' mit der Mittelelektrodenfläche 4b zu, sowie auf das Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3c und dem ihr zugeordneten Mittelelektrodenplättchen 2' mit der Mittelelektrodenfläche 4c.
Fig. 2e zeigt eine Darstellung der gedachten Elektrodenfläche A, die sich beispielsweise durch Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt. Durch die in Millimeter angegebenen Bemaßungen ergibt sich für alle drei Projektionen von jeweiliger Masseelektrodenfläche 5 zu jeweiliger Mittelelektrodenfläche 4a, 4b, 4c jeweils eine gedachte Elektrodenfläche A von 11,13 mm².
Fig. 3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze 1 und Fig. 3b zeigt eine andere perspektivische Ansicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Masseelektrodengruppen 3a, 3b, 3c sowie drei Mittelelektrodenplättchen 2' aus der Darstellung entfernt wurden. Fig. 3c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 3a und Fig. 3d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 3c.
Die Mittelelektrode 2 dieser Zündkerze 1 weist einen im Wesentlichen pyramidenförmigen Endbereich mit vier pyramidenförmig zueinander angeordneten endseitigen Flächen 9 auf. Jede der vier endseitigen Flächen 9 ist um 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 geneigt und an jeder der endseitigen Flächen 9 ist jeweils ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet. Jede Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c, 3d ist durch jeweils einen Masseelektrodenträger 8 gebildet, an dem jeweils ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet ist. Zwei jeweils einander zugeordnete Mittelelektrodenplättchen 2' und Masseelektrodenplättchen 3' weisen dementsprechend jeweils eine der Mittelelektrodenflächen 4a, 4b, 4c, 4d und jeweils eine Masseelektrodenfläche 5 auf. Die jeweilige Masseelektrodenfläche 5 ist im Wesentlichen parallel zu der ihr zugeordneten Mittelelektrodenfläche 4a, 4b, 4c, 4d und von dieser um jeweils 0,35 mm beabstandet angeordnet.
Insgesamt ergeben sich bei dieser Zündkerze 1 vier gedachte Elektrodenflächen A gemäß Fig. 3e, beispielsweise durch Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a. Durch die in Millimeter angegebenen Bemaßungen ergibt sich jeweils eine gedachte Elektrodenfläche A von 8,55 mm².
Fig. 4a zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze 1 und Fig. 4b zeigt eine andere perspektivische Ansicht, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Masseelektrodengruppen 3a, 3b, 3c sowie drei Mittelelektrodenplättchen 2' aus der Darstellung entfernt wurden. Fig. 4c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze der Fig. 4a und Fig. 4d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 4c. Fig. 4e zeigt eine Seitenansicht eines Endbereichs der Zündkerze 1 gemäß Fig. 4a und Fig. 4f zeigt einen Querschnitt durch den Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie BB der Fig. 4e. Fig. 4g zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mittelelektrodenplättchens 2' der Zündkerze 1 gemäß Fig. 4a.
Die Mittelelektrode 2 dieser Zündkerze 1 weist einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Endbereich mit einer umlaufenden Mantelfläche auf, die eine endseitige Fläche 9 der Mittelelektrode 2 bildet. Der Winkel zwischen einer Mantellinie der endseitigen Fläche 9 und einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 beträgt 45° (siehe Fig. 4d). Jeder der vier Masseelektrodengruppen 3a, 3b, 3c, 3d dieser Zündkerze ist jeweils ein entsprechend der kegelstumpfförmigen Ausbildung der endseitigen Fläche 9 angeformtes Mittelelektrodenplättchen 2' zugeordnet, das an der endseitigen Fläche 9 angebracht ist. Jede Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c, 3d ist durch jeweils einen Masseelektrodenträger 8 gebildet, an dem jeweils ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet ist.
Auch die Masseelektrodenplättchen 3' sind entsprechend der kegelstumpfförmigen Ausbildung der endseitigen Fläche 9 geformt, sodass jeweils eine Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchen 3' einer Masseelektrodengruppe 3a, 3b, 3c, 3d und die ihr zugeordnete Mittelelektrodenfläche 4a, 4b, 4c, 4d beabstandet und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei es sich bei den Elektrodenflächen in diesem Fall um nicht ebene Flächen handelt. Wie aus Fig. 4f und Fig. 4d hervorgeht, sind die jeweils einander zugewandten und gekrümmten Oberflächen von einander zugeordneten Mittelelektrodenplättchen 2' und Masseelektrodenplättchen 3' um 0,35 mm beabstandet voneinander angeordnet. Jede der vier gedachten Elektrodenflächen A ist im Wesentlichen ein Sektorausschnitt einer die Mittelelektrodenflächen 4a, 4b, 4c, 4d umfassenden Mantelfläche eines Kegelstumpfs und weist eine Größe von 8 mm² bis 25 mm² auf.
Fig. 5a und Fig. 5b zeigen zwei perspektivische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze 1. Fig. 5c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 5a und Fig. 5d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 5c. Fig. 5e zeigt eine Darstellung der gedachten Elektrodenfläche A, die sich durch Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt.
Der metallische Endbereich 7 dieser Zündkerze 1 weist ein Außengewinde in Form eines metrischen Isogewindes M18 mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 18 mm auf. An der Stirnseite des metallischen Endbereichs 7 ist ein Masseelektrodenträger 8 angeordnet, an dem eine Masseelektrodengruppe 3a umfassend ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet ist.
Die zylinderförmige Mittelelektrode 2 weist eine endseitige Fläche 9 auf, die im Wesentlichen quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 angeordnet ist. Auf dieser endseitigen Fläche 9 ist ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet, wobei das Mittelelektrodenplättchen 2' eine im Wesentlichen kreisrunde Mittelelektrodenfläche 4a aufweist, die im Wesentlichen quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 angeordnet ist. Mit anderen Worten beträgt der Winkel zwischen der Mittelelektrodenfläche 4a und einer Querschnittsebene quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 im Wesentlichen 0°.
Das Mittelelektrodenplättchen 2' und das Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a sind einander zugewandt angeordnet. Das Mittelelektrodenplättchen 2' weist in Richtung des Masseelektrodenplättchens 3' die Mittelelektrodenfläche 4a auf und das Masseelektrodenplättchen 3' weist in Richtung des Mittelelektrodenplättchens 2' eine Masseelektrodenfläche 5 auf. Mittelelektrodenfläche 4a und Masseelektrodenfläche 5 sind voneinander beabstandet angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Die Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' der Masseelektrodengruppe 3a ist in diesem Beispiel 0,35 mm von der Mittelelektrodenfläche 4a beabstandet angeordnet (siehe Fig. 5d).
Die Masseelektrodenfläche 5 ist im Wesentlichen kreisrund und weist einen Durchmesser von 4,8 mm auf. Die Mittelelektrodenfläche 4a ist ebenfalls im Wesentlichen kreisrund und ist mit einem Durchmesser von 4,5 mm etwas kleiner als die Masseelektrodenfläche 5. Die Projektion der Masseelektrodenfläche 5 des Masseelektrodenplättchens 3' auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt demnach eine gedachte im Wesentlichen kreisrunde Elektrodenfläche A mit einem Durchmesser von 4,5 mm (siehe Fig. 5d und Fig. 5e). Daraus ergibt sich eine Größe der gedachten Elektrodenfläche A von 15,9 mm².
Fig. 6a zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, der vorgeschlagenen Zündkerze 1 und Fig. 6b zeigt eine Seitenansicht dieser Zündkerze 1. Fig. 5c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 6a und Fig. 6d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 6c.
Diese Zündkerze 1 weist zwei im Wesentlichen innerhalb des metallischen Endbereichs 7 der Zündkerze 1 und im Wesentlichen flächenbündig mit der Stirnseite des metallischen Endbereichs 7 angeordnete Masseelektrodenträger 8 auf. An jedem Masseelektrodenträger 8 ist dabei jeweils ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet.
Jeder der zwei Masseelektrodenträger 8 ist in einer Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet (siehe Fig. 6c). Diese im Wesentlichen U-förmige Ausbildung der Masseelektrodenträger 8 in Verbindung mit relativ großen Querschnitten der Masseelektrodenträger 8 ermöglicht eine gute Wärmeableitung von jener Wärme, die auf die Masseelektrodenträger 8 einwirkt, in Richtung des Zündkerzengrundkörpers bzw. des metallischen Endbereichs 7 der Zündkerze 1.
Im Endbereich der Mittelelektrode 2 dieser Zündkerze 1 ist ein Mittelelektrodenträger 10 angeordnet, der in diesem Fall eine endseitige Fläche 9 der Mittelelektrode 2 aufweist. Diese endseitige Fläche 9 ist die im Wesentlichen quer zur Längsachse L der Zündkerze angeordnet. Auf der endseitigen Fläche 9 ist ein Mittelelektrodenplättchen 2' angeordnet, dessen Mittelelektrodenfläche 4a ebenfalls im Wesentlichen quer zur Längsachse L der Zündkerze 1 angeordnet ist.
Die insgesamt zwei Masseelektrodenplättchen 3' an den beiden Masseelektrodenträgern 8 sind dem einen Mittelelektrodenplättchen 2' zugewandt angeordnet, wodurch eine einzige Masseelektrodengruppe 3a gebildet wird. Jedes Masseelektrodenplättchen 3' weist eine Masseelektrodenfläche 5 auf. Die beiden Masseelektrodenflächen 5 sind dabei in Richtung der Längsachse L der Zündkerze 1 der Mittelelektrodenfläche 4a zugewandt angeordnet. Die Masseelektrodenflächen 5 der zwei Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a verlaufen im Wesentlichen parallel zur Mittelelektrodenfläche 4a und sind von dieser um 0,35 mm beabstandet angeordnet.
Zur Kontrolle und Einstellung der Abstände zwischen dem Mittelelektrodenplättchen 2' und den Masseelektrodenplättchen 3' bzw. zwischen der Mittelelektrodenfläche 4a und den zwei ihr zugeordneten Masseelektrodenflächen 5 sind an der Mantelfläche des metallischen Endbereichs 7 Öffnungen 11 vorgesehen.
Für eine gute Zugänglichkeit von Brennstoff- bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch zu den innerhalb des metallischen Endbereichs 7 angeordneten Elektrodenplättchen (Mittelelektrodenplättchen 2' und Masseelektrodenplättchen 3') sind an der Stirnseite des metallischen Endbereichs 7 mehrere Öffnungen 11' vorgesehen, die durch entsprechende Anordnung und im Wesentlichen U-förmige Ausbildung der Masseelektrodenträger 8 gebildet sind.
Eine gedachte Elektrodenfläche A wird immer je Masseelektrodengruppe ermittelt. Sie ergibt sich jeweils aus der flächenmäßigen Summe der Projektionen aller Masseelektrodenflächen der Masseelektrodenplättchen der betreffenden Masseelektrodengruppe auf die ihnen zugeordnete Mittelelektrodenfläche in Richtung eines Normalenvektors der Mittelelektrodenfläche.
Fig. 6e zeigt die Darstellung der sich ergebenden gedachten Elektrodenfläche A der Masseelektrodengruppe 3a dieser Zündkerze 1. Die Projektion der zwei Masseelektrodenflächen 5 der Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergibt die beiden Projektionsflächen A' und A". Entsprechend der in Millimeter angegebenen Abmaße der im Wesentlichen rechteckigen Masseelektrodenflächen 5 hat jede der beiden Projektionsflächen A' und A" eine Größe von 11 mm².
Die Projektionen beider Masseelektrodenflächen 5 der zwei Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a ergeben nun in Summe die gedachte Elektrodenfläche A mit einer Gesamtgröße von 22 mm².
Fig. 7a zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Zündkerze 1 und Fig. 7b zeigt eine Seitenansicht dieser Zündkerze 1. Fig. 7c zeigt eine Draufsicht auf die Zündkerze 1 der Fig. 7a und Fig. 7d zeigt einen Längsschnitt durch einen Endbereich der Zündkerze 1 gemäß Schnittlinie AA der Fig. 7c.
Wie die Zündkerze 1 gemäß Fig. 6a bis Fig. 6e weist die Zündkerze 1 dieses Beispiels zwei im Wesentlichen innerhalb des metallischen Endbereichs 7 der Zündkerze 1 und im Wesentlichen flächenbündig mit der Stirnseite des metallischen Endbereichs 7 angeordnete Masseelektrodenträger 8 auf. An jedem Masseelektrodenträger 8 ist wieder jeweils ein Masseelektrodenplättchen 3' angeordnet. Jeder der zwei Masseelektrodenträger 8 weist in einer Draufsicht einen in Richtung Zündkerzenmitte verlaufenden Steg 12 auf (siehe Fig. 6c). An ihren zugewandten Enden sind die beiden Stege 12 in diesem Beispiel 0,5 mm voneinander beabstandet angeordnet. Die beiden Masseelektrodenträger 8 in Form der beiden Stege 12 sind in diesem Beispiel einstückig mit dem metallischen Endbereich 7 ausgeführt (siehe Fig. 7d).
Die beiden an den zwei Masseelektrodenträgern 8 angeordneten Masseelektrodenplättchen 3' stellen wie bei der Zündkerze 1 gemäß Fig. 6a bis Fig. 6e die einzige Masseelektrodengruppe 3a dieser Zündkerze 1 dar, da beide Masseelektrodenplättchen 3' gegenüber demselben Mittelelektrodenplättchen 2' und diesem zugewandt angeordnet sind.
Die Ausbildung der Mittelelektrode 2 mit Mittelelektrodenträger 10 und daran angeordnetem Mittelelektrodenplättchen 2' sowie die Anordnung und Ausrichtung der Masseelektrodenflächen 5 der Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a in Bezug auf die ihnen zugeordnete Mittelelektrodenfläche 4a des einzigen Mittelelektrodenplättchens 2' entspricht im Wesentlichen der Zündkerze 1 gemäß Fig. 6a bis Fig. 6e.
Auch entsprechende Öffnungen 11 zur Kontrolle und Einstellung der Elektrodenabstände an der Mantelfläche bzw. Öffnungen 11' für eine verbesserte Brennstoff- bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch-Zugänglichkeit an der Stirnfläche des metallischen Endbereichs 7 der Zündkerze 1 sind wie bei der Zündkerze 1 gemäß Fig. 6a bis Fig. 6e vorgesehen.
Die beiden Projektionsflächen A' und A", gebildet durch die beiden Projektionen der Masseelektrodenflächen 5 der zwei Masseelektrodenplättchen 3' der Masseelektrodengruppe 3a auf die Mittelelektrodenfläche 4a in Richtung eines Normalenvektors N der Mittelelektrodenfläche 4a, ergeben wie bei der Zündkerze 1 gemäß Fig. 6a bis Fig. 6e in Summe die gedachte Elektrodenfläche A der Masseelektrodengruppe 3a mit einer Gesamtgröße von 22 mm² (siehe Fig. 7e).

Claims

Zündkerze (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit einer Mittelelektrode (2) und mindestens einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils umfassend ein oder mehrere Masseelektrodenplättchen (3'), wobei die Mittelelektrode (2) mindestens ein Mittelelektrodenplättchen (2') mit einer Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) aufweist, wobei die Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) in einem Bereich von 0° bis 50° - vorzugsweise bis maximal 45° - zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse (L) der Zündkerze (1) geneigt ist, wobei jedes Masseelektrodenplättchen (3') einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) eine der Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) zugewandte, von der Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) beabstandete und im Wesentlichen parallel zur Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) verlaufende Masseelektrodenfläche (5) aufweist, wobei eine Projektion aller Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) auf die ihnen zugeordnete Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) in Richtung eines Normalenvektors (N) der Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) in Summe eine gedachte Elektrodenfläche (A) ergibt, wobei die gedachte Elektrodenfläche (A) eine Größe von 8 mm² bis 25 mm² aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Masseelektrodenfläche (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm von der mindestens einen Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) beabstandet angeordnet ist, die Mittelelektrode (2) eine Mehrzahl von Mittelelektrodenplättchen (2') mit jeweils einer Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) aufweist und die Zündkerze (1) eine Mehrzahl von Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c, 3d) umfasst, wobei jeweils die Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) der Mehrzahl von Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c, 3d) beabstandet und im Wesentlichen parallel zu einer Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) der Mehrzahl von Mittelelektrodenflächen (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet sind.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Masseelektrodenfläche (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) um kleiner gleich 0,4 mm von der mindestens einen Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) beabstandet angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) genau ein Masseelektrodenplättchen (3') umfasst.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Masseelektrodengruppe (3a, 3b, 3c, 3d) mehr als ein, vorzugsweise zwei, Masseelektrodenplättchen (3') umfasst.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrodenfläche (4a) im Wesentlichen parallel zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse (L) der Zündkerze (1) verläuft.
Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (2) ein erstes Mittelelektrodenplättchen (2') mit einer ersten Mittelelektrodenfläche (4a) und ein zweites Mittelelektrodenplättchen (2') mit einer zweiten Mittelelektrodenfläche (4b) aufweist und die Zündkerze (1) eine erste Masseelektrodengruppe (3a) und eine zweite Masseelektrodengruppe (3b) umfasst, wobei die Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') der ersten Masseelektrodengruppe (3a) beabstandet und im Wesentlichen parallel zur ersten Mittelelektrodenfläche (4a) angeordnet sind und wobei die Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') der zweiten Masseelektrodengruppe (3b) beabstandet und im Wesentlichen parallel zur zweiten Mittelefektrodenfläche (4b) angeordnet sind.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (2) einen im Wesentlichen tetraederförmigen Endbereich mit drei tetraederförmig zueinander angeordneten endseitigen Flächen (9) aufweist, wobei an jeder der endseitigen Flächen (9) jeweils ein Mittelelektrodenplättchen (2') mit jeweils einer Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c) angeordnet ist, wobei die Zündkerze (1) drei Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c) umfasst, wobei jeweils die Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer der drei Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c) beabstandet und im Wesentlichen parallel zu einer der drei Mittelelektrodenflächen (4a, 4b, 4c) angeordnet sind.
Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitigen Flächen (9) um im Wesentlichen 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse (L) der Zündkerze (1) geneigt sind.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (2) einen im Wesentlichen pyramidenförmigen Endbereich mit vier pyramidenförmig zueinander angeordneten endseitigen Flächen (9) aufweist, wobei an jeder der endseitigen Flächen (9) jeweils ein Mittelelektrodenplättchen (2') mit jeweils einer Mittelelektrodenfläche (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet ist, wobei die Zündkerze (1) vier Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c, 3d) umfasst, wobei jeweils die Masseelektrodenflächen (5) der Masseelektrodenplättchen (3') einer der vier Masseelektrodengruppen (3a, 3b, 3c, 3d) beabstandet und im Wesentlichen parallel zu einer der vier Mittelelektrodenflächen (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet sind.
Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die endseitigen Flächen (9) um im Wesentlichen 45° zu einer Querschnittsebene quer zur Längsachse (L) der Zündkerze (1) geneigt sind.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (1) ein Außengewinde mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 18 mm aufweist.
Brennkraftmaschine, insbesondere stationärer Gasmotor, mit mindestens einer Vorkammer und mindestens einem Hauptbrennraum und mit wenigstens einer Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die wenigstens eine Zündkerze (1) in der mindestens einen Vorkammer angeordnet ist.