SE513360C2

SE513360C2 - Ignition electrode arrangement and ways of arranging ignition electrodes for an internal combustion engine

Info

Publication number: SE513360C2
Application number: SE9902019A
Authority: SE
Inventors: Hans Drangel; Raymond Reinmann; Hans Karlsson; Eric Olofsson; Anders Larsen; Goeran Lissel
Original assignee: Saab Automobile
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-09-04
Also published as: DE10084621T1; SE9902019D0; AU5264400A; JP2003500608A; WO2000073650A1; SE9902019L

Abstract

An electrode arrangement and a method of igniting a fuel-air mixture in the compression chamber (20) in a cylinder (4) of an internal combustion engine, particularly an Otto cycle engine where in addition to being delimited by the cylinder wall (12) said compression chamber is also delimited by a piston (6) moveable in said cylinder and by a cylinder head wall (34), said cylinder head carrying a sparking plug (22) that has an electrode (26) attached thereto. The arrangement includes two separate earth electrodes (30, 32), of which the first (30) is fixedly mounted on the top of the piston and the second (32) is fastened in the cylinder head wall (34) that delimits the compression chamber (20).

Description

10 15 20 25 513 360 2 Genom GB A 2 322 672 är förut känd en med direktinsprutning av bränslet in i för- bränningsrummet arbetande förbränningsmotor där bränsle-luft-blandningen antänds med hjälp av en tändgnista som slår över gnistgapet mellan å ena sidan mittelektro- den hos ett i cylinderhuvudet infäst enelektrodtändsﬁft och, å andra sidan, en på kolvtoppen fast anbragt jordelektrod. Eftersom gnistgapets storlek ändras vid kol- vens rörelse i cylindem erbjuder sig möjligheten att välja lämpligast möjliga tänd- tidpunkter och följaktligen motsvarande gnistlängder, vilket gör det möjligt att minska graden av ofullständig förbränning, t ex misständning, och detta då speciellt i delbelastningsornrådet. Härigenom kan förbättrade antändnings- och förbrännings- förhållanden uppnås. 10 15 20 25 513 360 2 From GB A 2 322 672 it is previously known one with direct injection of the fuel into the pre- combustion chamber operating internal combustion engine where the fuel-air mixture ignites by means of an ignition spark which crosses the spark gap between, on the one hand, the that of a single electrode lit in the cylinder head is ignited och ft and, on the other hand, one on piston top fixed grounded electrode. As the size of the spark gap changes at the carbon the movement of the valve in the cylinder offers itself the possibility of choosing the most suitable possible ignition times and consequently corresponding spark lengths, which makes it possible to reduce the degree of incomplete combustion, eg misfire, and this especially in the partial load area. In this way, improved ignition and combustion conditions are achieved.

Unnﬁnningens ändamål Tändelektrodairangemang med en fast och en rörlig elektrod i varje cylinder i en förbränningsmotor är alltså, såsom redovisats ovan, förut kända. Genom att den fasta elektroden då lämpligen kan utgöras av centrumelektroden hos ett konstruktivt enkelt, enpoligt tändstift (= enelektrodtändsﬁft) kan tändstiftet tillverkas till lägre kostnad än ett konventionellt tvåpoligt tändstift som har både en mittelektrod och en med tändstiftets gängade infäsmingsparti fast förenad sidoelektrod.The purpose of the opportunity Ignition electrode arrangement with a fixed and a movable electrode in each cylinder in one combustion engine is thus, as reported above, previously known. By the solid electrode when it may suitably be the center electrode of a constructive one simple, single-pole spark plug (= single electrode ignited ﬁ ft) the spark plug can be manufactured to lower cost than a conventional two-pole spark plug which has both a center electrode and a with the threaded mounting portion of the spark plug fixedly connected side electrode.

En nackdel med ett sådant elektrodarrangernang med varierande storlek på gnistga- pet är emellertid att man inte alltid kan åstadkomma säker tändning (fullgod tänd- gnista), speciellt gäller detta vid stort gnistgap. Av olika skäl är det nämligen inte praktiskt möjligt att arbeta med tändspänningar över en viss nivå, säg 30 - 40 kV.A disadvantage of such an electrode arrangement with varying size of spark However, it is not always possible to achieve safe ignition (adequate ignition spark), especially in the case of a large spark gap. For various reasons, it is not practically possible to work with ignition voltages above a certain level, say 30 - 40 kV.

Exempelvis vid förtändning (då tändningen skall ske ett visst antal vevaxelgrader före den övre dödpunkten) kan det bli problem att åstadkomma säker tändning där- för att gnistgapet (avståndet mellan den kolvfasta elektroden och den i cylinderhu- vudet infästa tändstiftselektroden) är alltför stort med hänsyn till den tillgängliga tändspärmingen. Risk föreligger då att gnistan väljer ”fel väg” och slår mellan tänd- stiftselektzroden och det närmast omgivande ytområdet av cylinderhuvudet, d v s 10 15 20 25 513 360 3 ytområdet som angränsar till tändsﬁftet, istället för till kolvelektroden. Detta kan medföra att gnistan blir otillräcklig för säker tändning, samt att den skadar isolatom (kerarn) som omger tändstiftselektroden.For example during ignition (when ignition is to take place a certain number of crankshaft degrees before the upper dead center) it can be difficult to achieve safe ignition there- so that the spark gap (the distance between the piston-fixed electrode and the one in the cylinder housing the head attaching the spark plug electrode) is too large with respect to the available one the ignition shield. There is a risk that the spark will choose the “wrong path” and strike between the pin electrode rod and the immediate surface area of the cylinder head, i.e. 10 15 20 25 513 360 3 the surface area adjacent to it is lit ﬁ ftet, instead of to the piston electrode. This can cause the spark to be insufficient for safe ignition, and to damage the insulator (the core) surrounding the spark plug electrode.

Föreliggande uppfinning har bl a till ändamål att undanröja ovannämnda problem som vidlåder ett elektrodarrangemang med ett gnistgap som varierar med kolvens läge i cylindem. Uppﬁnningen har vidare helt allmänt till ändamål att åstadkomma ett tändelektrodarrangemang med sådana egenskaper att: förbättrade törbränningsfórutsättriingar kan uppnås; god antändningskvalitet erhålles; gränserna utvidgas för det område inom vilket acceptabla tändnings- och förbrän- ningsbetingelser kan uppnås också när det är fråga om motordrift med användande av en gasblandning där det förgasade bränslet utgör en ringa del av den i kompres- sionsrummet intagna gasmassan som skall antändas; förbättrad bränsleekonomi uppnås; tändstiftets livslängd/hållbarhet ökas; mängdema skadliga emissionsprodukter som alstras vid förbränningen reduceras; antändning av bränsle-luft-blandningen kan ske även när det kolvlägesberoende gnistgapet är alltför stort för att möjliggöra säker tändning med gnista till den kolv- buma elektroden.The present invention has, among other things, the object of eliminating the above-mentioned problems which encloses an electrode arrangement with a spark gap varying with the piston position in the cylinder. The invention also has a general purpose to achieve an ignition electrode arrangement having such properties that: improved dry burning conditions can be achieved; good ignition quality is obtained; the limits are extended to the area within which acceptable ignition and combustion conditions can also be achieved in the case of motor operation with use of a gas mixture in which the gasified fuel forms a small part of that in the compressed the gas mass to be ignited; improved fuel economy is achieved; spark plug life / durability increased; the amounts of harmful emission products generated during combustion are reduced; Ignition of the fuel-air mixture can occur even when it is piston position dependent the spark gap is too large to allow safe ignition with spark to the piston buma electrode.

Redogörelse för uppﬁnningen Ovannämnda uppnås enligt föreliggande uppﬁnning därigenom att det in- ledningsvis angivna elektrodarr-aiigëriaiilget uppvisar de i patentl nande del angivna särdragen, och genom att fórfaringssättet utmärkes av de i lcravets _ 9 kännetecknande del angivna åtgärderna.Description of the invention The above is achieved according to the present invention in that the The electrode arrays indicated by the lines shown in patents the characteristics set out in the relevant part, and by distinguishing the procedure from the 9 characteristic part specified measures.

Primärt utmärkande for elektrodarrangemanget enligt uppﬁnningen är således att detsamma omfattar åtminstone två skilda jordelektroder, av vilka den första är fast 10 15 20 25 513 360 4 anbragt på kolvtoppen, medan den andra jordelektroden är infást i den kompres- sionsrummet begränsande väggen hos cylinderhuvudet eller är fäst vid tändstiftet eller utgör separat mellandel mellan tändstiftet och väggen.The primary characteristic of the electrode arrangement according to the invention is thus that the same comprises at least two different ground electrodes, the first of which is fixed 10 15 20 25 513 360 4 mounted on the piston top, while the second ground electrode is attached to the compression limiting the wall of the cylinder head or is attached to the spark plug or forms a separate intermediate part between the spark plug and the wall.

Den grundläggande principen för uppﬁnmngen är alltså att gnisttändsystemet ut- nyttjar en elektrodkonﬁguration som innebär en kombination av den fasta tändstifts- elektroden med dels en rörlig jordelektrod på kolvtoppen, dels en i cylinderhuvudet fast monterad, andra jordelektrod. Gnistgapet för denna andra jordelektrod, d v s av- ståndet mellan densamma och det enpoliga tändstiftets mittelektrod, kan exempelvis vara 4,5 mm, d v s väsentligt större än gnistgapet vid ett konventionellt tvåpoligt tändstift där gnistgapets storlek vanligen inte överstiger 1,0 - 1,5 mm.The basic principle of the recording is thus that the spark ignition system uses an electrode configuration which involves a combination of the fixed spark plug the electrode with partly a movable earth electrode on the piston top and partly one in the cylinder head permanently mounted, second ground electrode. The spark gap for this second ground electrode, i.e. the position between it and the center electrode of the unipolar spark plug, for example be 4.5 mm, i.e. significantly larger than the spark gap at a conventional two-pole spark plugs where the size of the spark gap usually does not exceed 1.0 - 1.5 mm.

Genom tillkomsten av den extra, fast monterade, andra jordelektroden erbjuder sig väsentligt större möjlighet att ändra tändinställningen för motorn, speciellt vid låga belastningar, eftersom tändningen kan höjas (= förtändníng) utan risk för gnistspår- bildning (”tracking”) i isolatom omkring tändstiftselektroden till följd av det alltför stora avståndet mellan sistnämnda elektrod och jordelektroden på kolvtoppen.Through the advent of the extra, permanently mounted, second ground electrode offers itself significantly greater possibility to change the ignition setting of the engine, especially at low loads, as the ignition can be raised (= ignition) without the risk of spark formation ("tracking") in the insulator around the spark plug electrode due to it too large distance between the latter electrode and the ground electrode on the piston top.

Om man exempelvis antar att gnistgapet mellan tändstiftselektroden och den såsom separat, fast monterad, andra jordelektrod utförda sidoelektroden lämpligen kan uppgå till säg 4,5 mm, borde man kunna förvänta sig att tändgriistan typiskt övergår till att slå till den nya sidoelektroden (istället för till jordelektroden på kolvtoppen) vid förtändningsinställningar i intervallet 20 - 30 vevaxelgrader före den övre död- punkten.For example, assuming that the spark gap between the spark plug electrode and the one such as separately, fixedly mounted, second ground electrode made side electrode suitably can amount to say 4.5 mm, one should be able to expect the spark plug to typically pass to turn on the new side electrode (instead of the ground electrode on the piston top) at ignition settings in the range of 20 - 30 crankshaft degrees before the upper dead the point.

När tändgnistan slår mellan tändstiftselelctroden och den särskilda, andra jordelek- troden erhålles en kraﬁig ”volymgnista” som ger god antändningskvalitet också vid _ driftsförhållanden med låg belastning.When the spark ignition strikes between the spark plug electrode and the special, other ground electrode a strong “volume spark” is obtained which gives good ignition quality even at _ operating conditions with low load.

Ett relativt stort elektrodavstånd är önskvärt vid låg belasming (lättläst), där an- tändningsproblem ofta föreligger. Detta åstadkommes då medelst den andra jord- 10 15 20 25 30 513 360 5 elektroden som är anbringad vid cylinderhuvudet på relativt stort avstånd från tänd- stiﬁselektroden. Denna elektrodplacering ger dock alltför stort tändspänningsbehov vid höga laster (stor belastning), varför elektrodarrangemanget också omfattar den på kolvtoppen anbragta första jordelektroden som vid höga laster, d v s sena för- tändningar, beﬁnner sig relativt nära tändstiﬁselektroden i antändningsögonblicket.A relatively large electrode distance is desirable at low load (easy to read), where ignition problems often exist. This is then achieved by means of the second soil 10 15 20 25 30 513 360 5 the electrode attached to the cylinder head at a relatively large distance from the ignition path select rod. However, this electrode placement gives too great a need for ignition voltage at high loads (large load), so the electrode arrangement also includes it placed on the top of the piston the first ground electrode which at high loads, i.e. late ignitions, is located relatively close to the ignition select rod at the moment of ignition.

Härigenom uppnås att tändspänningsbehovet minskas till rimlig nivå.In this way, the need for ignition voltage is reduced to a reasonable level.

Olika praktiska utföringsfonner av elektrodarrangemanget enligt föreliggande upp- ﬁnning kan vidare uppvisa de i patentlaaven 2 - 8 angivna särdragen.Various practical embodiments of the electrode arrangement according to the present invention ﬁ nning may further exhibit the features specified in Patents Acts 2 - 8.

Den andra jordelektroden kan vara antingen en i cylinderhuvudet infäst, från tänd- stíftet åtskild, separat elektrod, eller en med tändstiftet samordnad elektrod. I det förstnänmda fallet (= separat elektrod) kan elektroden vara antingen icke demonter- bart infást i cylinderhuvudet eller vara utförd såsom demonterbar/utbytbar kompo- nent. I det senare fallet (= samordnad elektrod) kan elektroden antingen utgöra en fast/integrerad del av tändstiftet eller vara fast anbragt på en särskild infismingsdel monterad vid/på eller omkring tändstiftet. J ordelektroden kan då exempelvis utgöras av en elektrod på en särskild hylsa eller ring, som monteras på och omkring tänd- stiftets ﬁämre del. När den andra j ordelelctroden utgör fast/integrerad del av tänd- stiftet kommer detsamma alltså att utgöra ett tvåpoligt tändstift.The second ground electrode may be either one mounted in the cylinder head, from the ignition the pin is separated, a separate electrode, or an electrode coordinated with the spark plug. In it In the former case (= separate electrode), the electrode may be either non-disassembled. attached to the cylinder head or be designed as a detachable / replaceable component nent. In the latter case (= coordinated electrode) the electrode can either be one fixed / integral part of the spark plug or be fixed on a special infisming part mounted at / on or around the spark plug. The ground electrode can then, for example, be constituted of an electrode on a special sleeve or ring, which is mounted on and around the ignition upper part of the pin. When the second ground electrode forms a fixed / integral part of the ignition the pin, the same will thus constitute a two-pole spark plug.

Av utrymmesskäl (packningstekriiska skäl) torde det i praktiken ofta vara att föredra att tändstiftet är ett enpoligt tändstift (= enelektrodtändstift) som är så placerat i cy- linderhuvudet, att tändstiftets elektrod är belägen på kompressionsrummets sym- metriaxel. Detta utförande torde vara speciellt lämpligt vid användande av s k fyr- ventilstelcnik. Ofta torde det vara att föredra att den på kolven monterade jordelek- troden är placerad mitt på kolvtoppen. I de fall när den kolvmonterade jordelektro- den skall kunna gå ”omlott” med fändstiftselektroden, placeras den kolvburna jord- elektroden på kolvtoppen på ett ställe vid sidan av kolvtoppens mitt. Vid en sådan utforingsforrn gäller lämpligen att den kolvbuma jordelektroden har sådan utsträck- 10 15 25 513 360 6 ning i kolvens axiella riktning, att elektroden med sitt ändparti går omlott med tänd- stiftets enda elektrod när kolven befmner sig i sitt övre dödpunktsläge.For reasons of space (packing-technical reasons), it should in practice often be preferable that the spark plug is a single-pole spark plug (= single-electrode spark plug) which is so placed in the the electrode of the spark plug is located on the symmetry of the compression chamber metriaxel. This embodiment should be particularly suitable when using so-called lighthouses. ventilstelcnik. It would often be preferable for the ground electrode mounted on the piston to the trod is placed in the middle of the piston top. In cases where the piston-mounted ground electrode it must be able to go ‘wrapped’ with the fountain pen electrode, the piston-borne ground the electrode on the piston top in a place next to the center of the piston top. At such In the embodiment, the piston-beamed ground electrode has such an extent that 10 15 25 513 360 6 axial direction of the piston, that the electrode with its end portion rotates with the ignition the only electrode of the pin when the piston is in its upper dead center position.

Oavsett om tändstiftselektroden är centralt placerad i cylindern, eller ej, gäller ändå att den i cylinderhuvudet infasta, särskilda sidoelektroden är placerad på ett ställe vid sidan av tändstiftet. För erhållande av en väldeﬁnierad volymgnista kan det vara lärnpligt att den särskilda sidoelektroden har en avvinklad eller krökt ytterdel riktad in mot kompressionsrummets symmetxiaxel.Whether or not the spark plug electrode is centrally located in the cylinder still applies that the special side electrode fixed in the cylinder head is placed in one place next to the spark plug. To obtain a well-balanced volume spark, it can be teaching that the special side electrode has an angled or curved outer part directed towards the symmetry axis of the compression chamber.

Den med kolven fast förbundna, första jordelektroden är lämpligen utförd i ett stycke med kolvtoppen, och kan exempelvis vara utförd såsom en avsmalnande, från bottenytan av en fördjupning i kolvtoppen utstående vårta. Även om den i cylinderhuvudet fast monterade, andra jordelektroden vid de ovan diskuterade utföringsformema har utgjorts av en från tändstiﬁet helt åtskild, speciell sidoelektrod, kan man dock också tänka sig att istället använda ett slags tvåpoligt tändstift, där den andra jordelektroden är förbunden med tändstiftets intästningsdel eller är monterad vid tändstiftets främre parti, och därigenom bildar en till tändstiftet ansluten sidoelektrod.The first ground electrode fixedly connected to the piston is suitably made in one piece with the piston top, and may, for example, be made as a tapered, from the bottom surface of a depression in the piston top protruding wart. Although it is fixedly mounted in the cylinder head, the second ground electrode at the above The embodiments discussed have consisted of one completely separate from the ignition path, special side electrode, however, one can also imagine using a kind of bipolar instead spark plug, where the second ground electrode is connected to the spark plug part of the spark plug or is mounted at the front portion of the spark plug, thereby forming one to the spark plug connected side electrode.

Kort beskrivning av ritninnarna Uppﬁnningen kommer nu' att ytterligare belysas och förklaras med hänvisning till några på de härmed bifogade titningarna visade uttöringsexempel.Brief description of the designers The invention will now be further elucidated and explained with reference to some of the accompanying drawings showed examples of dehydration.

För ritningsﬁglirerna gäller att: Fig. 1 visar ett axiellt längdsnitt genom en motorcylínder med en uttöringsform av ett elektrodairangemang enligt uppfinningen; Fig. 2a-2e visar i samma snitt som, men större skala m ﬁg. 1 det inbördes läget av tändsﬁftselektrod och kolvelektrod för olika konﬁgurationer, dock för enkelhets skull med utelänmand sidoelektrod; 10 15 20 25 30 513 360 7 Pig. 3 visar i samma snitt som i ﬁg. 1 ett parti av cylinderhuvudet med däri infást enpoltändstift och särskild sidoelektrod; Fig. 4 visar i axiellt längdsnitt ett parti av ett cylinderhuvud och en tillhörande cy- linder med anordnad kolv, vid en altemativ utföringsforrn med ett eleklrodar- rangemang enligt uppﬁnningen.For the drawing slides, the following applies: Fig. 1 shows an axial longitudinal section through a motor cylinder with an embodiment of an electrode arrangement according to the invention; Figs. 2a-2e show in the same section as, but on a larger scale. 1 the relative position of The power electrode and piston electrode are lit for different configurations, however, for simplicity sake with outsider side electrode; 10 15 20 25 30 513 360 7 Pig. 3 shows in the same section as in ﬁ g. 1 a portion of the cylinder head with therein attached single pole spark plug and special side electrode; Fig. 4 shows in axial longitudinal section a portion of a cylinder head and an associated cylinder cylinder with an arranged piston, in an alternative embodiment with an electrode ranking according to the invention.

Beskrivning av utforingsexembel _ i ' I ﬁg. 1 visas ett parti av ett cylinderhuvud 2 med en tillhörande cylinder 4 vid en förbränningsmotor, speciellt Ottomotor. I cylindern 4 är en kolv 6 rörligt anordnad. I kolvens övre del ﬁrms på utsidan av kolven ett antal kolvringspår 8 för upptagning av här icke visade kolvringar avsedda att täta mot insidan 10 av cylinderväggen 12.Description of lining examples _ i ' I ﬁ g. 1 shows a portion of a cylinder head 2 with an associated cylinder 4 at one internal combustion engine, especially Otto engine. In the cylinder 4 a piston 6 is movably arranged. IN the upper part of the piston ms rms on the outside of the piston a number of piston ring grooves 8 for receiving of piston rings (not shown here) intended to seal against the inside 10 of the cylinder wall 12.

Kolven är försedd med ett kolvtappsnav 14 för en här icke visad kolvtapp. Kolven visas i ﬁg. 1 i sitt övre dödpunktsläge.The piston is provided with a piston pin hub 14 for a piston pin (not shown here). The piston appears in ﬁ g. 1 in its upper dead center position.

Mellan ovansidan av kolvtoppsväggen 16 och en väggyta 18 på undersidan av cylin- derhuvudet 2 avgränsas kompressionsrummet 20 for den i cylindern beﬁntliga bränsle-luft-blandningen. Innan kolven 6 har uppnått det i ﬁg. 1 visade övre död- punktsläget begränsas kompressionsrummet 20 givetvis också av den del av cylin- derväggens 12 insida 10 vilken är belägen ovanför kolvtoppsväggen 16.Between the top of the piston top wall 16 and a wall surface 18 on the underside of the cylinder the compression space 20 is delimited for the one in the cylinder the fuel-air mixture. Before the piston 6 has reached it in ﬁ g. 1 showed upper death the point position, the compression space 20 is of course also limited by the part of the cylindrical the inside 10 of the wall wall 12 which is located above the piston top wall 16.

Ett enpoligt tändstift 22 är på sedvanligt sätt tätande infást i en genomgående tänd- stiftsöppning 24 i cylinderhuvudet 2. I det visade fallet är tändstiftet 22 så placerat i cylinderhuvudet, att tändstiftets enda elektrod (mittelektrod) 26 är belägen på komp- ressionsrummets 20 symrneniaxel A.A single-pole spark plug 22 is sealingly attached in a conventional manner to a continuous spark plug. pin opening 24 in the cylinder head 2. In the case shown, the spark plug 22 is so placed in cylinder head, that the single electrode (center electrode) 26 of the spark plug is located on the the symmetry axis 20 of the ression chamber 20.

På sin mot kompressionsrummet 20 vända sida är kolvtoppsväggen 16 försedd med en fórbränningsrumsbildande, ringforrnad fördjupning 28 omkring en mitt på kolv- toppen fast anbragt första jordelektrod 30 (se ﬁg. 1 och ﬁg. 2a) 10 15 20 25 30 513 360 8 För att möjliggöra säker tändning (fullgod gnista) också i de fall när gnistgapet mellan enpoltändstiftets 22 mittelektrod 26 och den kolvburna och därmed rörliga jordelektroden 30 ännu är alltför stort (såsom exempelvis vid viss förtändning) - och gnistan därför riskerar att istället slå till närmast belägna område av cylinderhuvu- dets 2 väggyta 18 - är det i kompressionsrurnmet 20 anordnat en extra, andra jord- elektrod 32 som är infást i cylinderhuvudets 2 väggparﬁ 34. Den inåt kompressions- rummets 20 symmetriaxel A krökta eller avvinklade jordelektroden 32 är i detta fall infäst i väggpartiet 34 på radiellt avstånd från tändstiftets elektrod 26 och är belägen i ett symmetriaxeln A innehållande diametralplan till cylindern 4.On its side facing the compression chamber 20, the piston top wall 16 is provided with a combustion chamber-forming annular depression 28 about a center of the piston the top fixed first ground electrode 30 (see ﬁ g. 1 and ﬁ g. 2a) 10 15 20 25 30 513 360 8 To enable safe ignition (sufficient spark) also in cases when the spark gap between the center electrode 26 of the single pole spark plug 22 and the piston-borne and thus movable the ground electrode 30 is still too large (such as at a certain ignition) - and the spark therefore risks hitting the nearest area of the cylinder head instead. its 2 wall surface 18 - an extra, second earth is arranged in the compression tube 20 electrode 32 which is attached to the wall pair ﬁ 34 of the cylinder head 2. The inward compression the axis of symmetry A of the space 20 curved or angled the ground electrode 32 is in this case attached to the wall portion 34 at a radial distance from the spark plug electrode 26 and is located in an axis of symmetry A containing diametrical plane of the cylinder 4.

Speciellt när det gäller förbränningsmotorer där det ﬁnfördelade bränslet sprutas di- rekt in i cylindramas kompressionsrum förekommer ofta väsentligt mer soﬁstikerat utformade kolvtoppar än den i ﬁg. 1 visade. Det kan då bli nödvändigt att välja en annan placering av den kolvburna jordelektroden 30 på kolvtoppen än den i ﬁg. 1 och ﬁg. 2a visade, centrala placeringen. I ﬁg. 2b-2e och ﬁg. 4 visas exempel på någ- ra sådana placeringar där jordelektroden 30 på kolvtoppen är placerad på ett ställe vid sidan av kolvtoppens mitt, d v s på ett radiellt avstånd e från tändstiftselektroden 26.Especially in the case of internal combustion engines where the non-distributed fuel is sprayed directly into the compression chambers of the cylinders often occurs significantly more sophisticated designed piston tops than the one in ﬁ g. 1 showed. It may then be necessary to choose one other placement of the piston-borne ground electrode 30 on the piston top than that in ﬁ g. 1 and ﬁ g. 2a, the central location. I ﬁ g. 2b-2e and ﬁ g. 4 shows examples of some such locations where the ground electrode 30 on the piston top is located in one place next to the center of the piston tip, i.e. at a radial distance e from the spark plug electrode 26.

I ﬁg. Ze, 2d och 2c visas kolvtoppar där jordelektroden 30 är så placerad och dimen- sionerad att den (när kolven 6 beﬁnner sig i det visade, övre dödpunktsläget) går mer eller mindre mycket omlott (se måtten t3, tz, t,) med tändstiftets mittelektrod 26.I ﬁ g. Ze, 2d and 2c show piston tops where the ground electrode 30 is so placed and dimensioned that it (when the piston 6 is in the displayed, top dead center position) goes more or less much wrapped (see dimensions t3, tz, t,) with the spark plug center electrode 26.

Hänvisning sker nu till ﬁg. 3 som visar ett något annorlunda utförande av den i cy- linderhuvudet 2 monterade jordelektroden 32, än deti ﬁg. l visade. J ordelektroden 32 är i detta fall vinkelböjd inåt symmetriaxeln A, och sträcker sig ner ett stycke un- der cylinderhuvudets plana undersida 36. Den i den tillhörande cylindern rörliga motorkolven måste då i kolvtoppen ha en förbränningsrumsgrop som ger utrymme för jordelektrodens nedstickande ändparti 38. Tändstiftets 22 mitteleknod 26 är in- nesluten i en isolatorkropp vars i kompressionsrummet 20 belägna, ﬁärnre del är betecknad 40. 10 15 513 360 9 I ﬁg. 4 visas ytterligare en utiöringsfonn av ett elektrodarrangemang enligt förelig- gande uppfinning. I detta fall är motorkolven 6 försedd med en förbränningsrums- grop 42 med icke-centralt placerad jordelektrod 30. Den i cylinderhuvudet 2 infästa, andra jordelektroden 44 är här monterad i samma genomgångsöppning i cylinderhu- vudet 2 som tändstiftet 22. Elektroden 44 kan då antingen utgöra en integrerad del av tändstiftet eller utgöra dell av (en på tändstiftets främre parti monterad tillsatskom- ponent.Reference is now made to ﬁ g. 3 which shows a slightly different embodiment of the the linder head 2 mounted the ground electrode 32, than deti ﬁ g. l showed. The ground electrode 32 is in this case angled at the axis of symmetry A, and extends down a distance the flat underside 36 of the cylinder head. The movable in the associated cylinder the engine piston must then have a combustion chamber pit in the piston top that provides space for the projecting end portion 38 of the ground electrode. The center node 26 of the spark plug 22 is enclosed in an insulator body whose lower part is located in the compression chamber 20 designated 40. 10 15 513 360 9 I ﬁ g. 4 shows a further embodiment of an electrode arrangement according to the present invention. current invention. In this case, the engine piston 6 is provided with a combustion chamber pit 42 with non-centrally located ground electrode 30. The one fixed in the cylinder head 2, the second ground electrode 44 is mounted here in the same passage opening in the cylinder housing. the head 2 as the spark plug 22. The electrode 44 can then either form an integral part of the spark plug or form part of (an accessory mounted on the front of the spark plug ponent.

När det är fråga om en särskild tillsatskomponent kan densamma exempelvis vara utförd såsom en hylsdel från vars 'mot kompressionsrummet vända kant elektroden 44 då skjuter ut parallellt med det enpoliga tändstiftet. Hylsdelen omger då tänd- stiftets ﬁämre parti och kan lämpligen vara försedd med ett vridningsförhindrande sidoutsprång, som ﬁllfórsältrar hylsdelen ett bestämt läge i genomgångsöppningen, och därmed ger hylsdelens såsom psidoelektrod fungerande jordelektrod ett bestämt inställningsläge i fórbränningsnnnmet. Härigenom blir det möjligt att använda en kolv med icke-centralt placerad jordelektrod (kolvelektrod), utan risk for ”jord- elektrodkollision”. En med tändstiftet ”integrerad del” som sidoelektrod erbjuder inte denna möjlighet eftersom den kan hamna i vilket vridläge som helst i förbrän- ningsrummet.In the case of a special additive component, the same may, for example, be designed as a sleeve part from the edge of the electrode facing the compression chamber 44 then protrudes parallel to the single-pole spark plug. The sleeve part then surrounds the ignition the upper part of the pin and may suitably be provided with an anti-rotation device side projections, which seal the sleeve part at a certain position in the passage opening, and thus the ground electrode of the sleeve part acting as a psido electrode gives a definite setting mode in the combustion chamber. This makes it possible to use one piston with non-centrally located ground electrode (piston electrode), without risk of electrode collision ”. One with the spark plug "integrated part" that the side electrode offers does not have this possibility as it can end up in any rotational position in the combustion ningsrummet.

Claims

10 15 20 25 513 360 10 PATENT REQUIREMENTS

Electrode arrangement for ignition of fuel-air mixture in the compression chamber (20) of a cylinder (4) in an internal combustion engine, in particular Otto motor, where the compression chamber is limited, in addition to the cylinder wall (12), by a piston (6) movable in the cylinder ) and a wall (3 4) of a cylinder head (2), in which cylinder head is attached a spark plug (22) comprising at least one electrode (26), which may optionally be constituted by a spark-forming part of an injector, characterized by at least two separate ground electrodes (30, 3), of which the first (30) is fixedly mounted on the piston top, while the second ground electrode (32) is fixed in the compression-limited wall (34) of the cylinder head (2) or is attached to the spark plug or forms a separate intermediate part between the spark plug and the wall (34).

Electrode arrangement according to Claim 1, characterized in that the spark plug is a single-pole spark plug (22) which is placed in the cylinder head (2) in such a way that the electrode (26) of the spark plug is located on the symmet axis (A) of the compression frame (20).

Electrode arrangement according to claim 2, characterized in that the first ground electrode (30) is located in the middle of the piston top.

Electrode arrangement according to claim 2, characterized in that the first ground electrode (30) is placed on the piston top in a place next to the center of the piston top.

Electrode arrangement according to Claim 4, characterized in that in the axial direction of the piston (6) the first earth electrode (30) has such an extent that the electrode with its end panel rotates (th tg; tg) with the electrode (26) of the spark plug when the piston (6) ) is in its upper dead center position.

Electrode arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the second ground electrode (32) is fixed in said wall (34) at a place next to the spark plug (22), and has an outer part directed towards the symmetry axis (A) of the compression chamber (20).

Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first ground electrode (30) projects from the bottom surface of a combustion chamber-forming depression (28) in the piston top.

Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the spark plug is a two-pole spark plug, wherein the second ground electrode (44) is connected to the mounting part of the spark plug, or mounted on the front part of the spark plug, thereby forming the second pole of the spark plug.

Method for achieving optimal ignition conditions and a high ignition quality when igniting a fuel-air mixture in an internal combustion engine cylinder (4) where the compression space is limited by the cylinder wall, a piston (6) in the cylinder and a cylinder head (2) with spark plugs attached therein (22), characterized in that the cylinder is provided with an electrode arrangement comprising an electrode (26) of the spark plug and at least two different ground electrodes of which a first (30) is placed on the piston top and a second (32; 44) is attached directly or indirectly in the cylinder head (2), the ground electrode fixed in the cylinder head being positioned relative to the spark plug electrode so that at a selected first ignition setting the spark ignition is caused to strike the second ground electrode (32; 44), then at a selected second, lower ignition setting causes the ignition spark to strike the piston top electrode (30).