WO2023094212A1 - Verbrennungskraftmaschine mit zündkerze und negativer funkenlagen - Google Patents

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WO2023094212A1
WO2023094212A1 PCT/EP2022/081919 EP2022081919W WO2023094212A1 WO 2023094212 A1 WO2023094212 A1 WO 2023094212A1 EP 2022081919 W EP2022081919 W EP 2022081919W WO 2023094212 A1 WO2023094212 A1 WO 2023094212A1
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WO
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combustion chamber
spark plug
internal combustion
combustion engine
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081919
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English (en)
French (fr)
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Thomas Steidten
Matthias Blankmeister
Sergej Subkow
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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    • H01T13/02—Details
    • H01T13/16—Means for dissipating heat
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine according to claim 1.
  • the internal combustion engine according to the invention is suitable for operation with a hydrogen-containing fuel.
  • Previously known spark plugs and internal combustion engines are generally optimized for operation in a gasoline-powered internal combustion engine. The position of the spark plug in the cylinder head and of the ignition gap within the combustion chamber is selected accordingly.
  • An example of a known in-cylinder spark plug arrangement for a gasoline-powered internal combustion engine is shown in FIG.
  • previous spark plugs and internal combustion engines are not suitable for use or provide poor performance when used in hydrogen-powered internal combustion engines.
  • the object of the invention is to provide an internal combustion engine with a spark plug that meets the requirements for a hydrogen-powered internal combustion engine.
  • the internal combustion engine according to the invention has at least one cylinder and a spark plug belonging to this cylinder.
  • the at least one cylinder has a combustion chamber that is delimited by the side walls of the cylinder and a combustion chamber roof as well as a piston that can move in the cylinder.
  • the combustion chamber roof is the surface of the cylinder head that delimits the combustion chamber.
  • the cylinder head has a cylinder head bore, referred to below as bore, which extends to the combustion chamber.
  • a spark plug is mounted in this bore, for example screwed in. The spark plug is designed to ignite a fuel-air mixture in the combustion chamber.
  • the spark plug has a longitudinal axis that extends from the end of the spark plug toward the combustion chamber to the end of the spark plug that faces away from the combustion chamber.
  • the spark plug has a housing with an end face facing the combustion chamber.
  • At least one ground electrode is arranged on or in the housing.
  • the at least one ground electrode forms an ignition gap together with the center electrode.
  • the ignition gap can be formed radially or axially in relation to the longitudinal axis of the spark plug.
  • the width of the ignition gap is the distance between the mutually facing surfaces of the center electrode and the at least one ground electrode.
  • the ignition gap is the volume between the ground electrode and the center electrode that results between the overlapping projections of the opposite ignition surfaces of the electrodes. This means that the ignition surface of the center electrode is projected onto the ignition surface of the ground electrode and vice versa.
  • the volume covered by both projections is the volume of the ignition gap.
  • the volume is limited in one dimension by the ignition surfaces and in the other dimensions by the overlapping of the projected ignition surfaces.
  • the ignition gap has an end on the combustion chamber side. In the case of an axial ignition gap, for example, this is the ignition surface of the ground electrode designed as a roof electrode. In the case of a radial ignition gap, for example, this is the combustion chamber end of the ignition gap volume between the opposing electrodes.
  • the ignition gap of the spark plug is arranged outside of the combustion chamber.
  • Outside the combustion chamber means that the ignition gap within the bore or its end on the combustion chamber side is flush with the combustion chamber roof, but does not protrude beyond the combustion chamber roof into the combustion chamber.
  • the spark plug has a negative spark position. This has the advantage that the electrodes do not protrude into the combustion chamber, or protrude as little as possible, and thus absorb less heat from the combustion chamber. As a result, the spark plug absorbs less heat and is a cold spark plug, so that unwanted self-ignition is avoided.
  • the ignition gap is at a distance from the combustion chamber roof of the cylinder of at least 0 mm and a maximum of -15 mm, in particular no less than -1 mm and/or no greater than -4 mm, with the contour of the combustion chamber roof being defined by an imaginary line at the hole opening is continued and this imaginary line is a reference plane with the value 0 mm.
  • the sign represents the direction of the distance and not the value of the distance.
  • the distance from the reference plane increases in value in the direction of the end of the spark plug facing away from the combustion chamber, with the negative sign symbolizing the direction starting from the reference plane away from the combustion chamber.
  • a positive sign corresponds to a distance of the ignition gap from the reference plane in the direction of the combustion chamber, i.e.
  • the distance is measured parallel to the longitudinal axis of the spark plug. The distance is measured from the combustion chamber end of the ignition gap to the reference plane
  • the fact that the distance between the ignition gap and the roof of the combustion chamber is greater than - 0 mm means that the ignition gap is located completely within the bore, i.e. the spark plug has a negative spark position.
  • This has the advantage that the electrodes are pulled out as far as possible from the combustion chamber and thus as little heat as possible from the inside Record the combustion processes taking place in the combustion chamber. This makes it possible to get a spark plug that is as cold as possible.
  • the limitation of the distance to a maximum of - 15 mm has the advantage that the flames occurring at the ignition gap do not have to travel too far to the combustion chamber.
  • a distance from the ignition gap of -1 mm to -4 mm to the roof of the combustion chamber has proven to be a good compromise for reduced heat absorption by the spark plug from the combustion chamber and good and sufficiently fast propagation of the flames from the ignition gap into the combustion chamber.
  • the ratio V of the wall thickness B of the spark plug housing to the distance A is from 0.05 to 25, preferably the value V is from 0.5 to 5.
  • the end face of the housing facing the combustion chamber is arranged outside of the combustion chamber.
  • the ground electrode can also be formed on the end face of the housing, for example as a roof electrode or as a side electrode, and the advantage of the cold spark plug is retained.
  • the end face of the housing facing the combustion chamber is at least partially flush, in particular completely flush, with the combustion chamber roof.
  • the housing adapts to the roof of the combustion chamber and the opening created by the bore in the cylinder head is reduced. The influence of the housing on the flow in the combustion chamber is reduced.
  • This advantage is further reinforced if the front face of the housing on the combustion chamber side also has a shape that corresponds to the contour of the combustion chamber roof.
  • the spark plug is arranged within an area of the cylinder head, the area being a circular area with a center point of the combustion chamber roof as the center point and having a radius RM of 15% of the inner cylinder radius RB.
  • the longitudinal axis of the spark plug is considered. If the longitudinal axis is within the range, then the spark plug is considered to be located within the range.
  • the spark plug is arranged at the center of the combustion chamber roof. In other words, the longitudinal axis of the spark plug and the center of the combustion chamber roof coincide. This central arrangement of the spark plug in the cylinder head and combustion chamber roof has the advantage that the spark plug is arranged centrally and the flame front generated by the spark plug can therefore spread evenly in the combustion chamber.
  • the spark plug is arranged outside of an area of the cylinder head, the area being a circular area with a center point of the combustion chamber roof as the center point and having a radius RM of 15% of the inner cylinder radius RB.
  • the longitudinal axis of the spark plug is considered. If the longitudinal axis is outside of the range or on the edge of the range, then the spark plug is considered to be located outside of the range. That is, any placement of the spark plug that is not within range is considered to be out of range.
  • This decentralized arrangement of the spark plug in the cylinder head and combustion chamber roof has the advantage that the spark plug is arranged laterally in the combustion chamber roof and a directed arrangement to possible fuel injectors or gas exchange openings of the cylinder is possible.
  • the directional arrangement of the spark plug in relation to possible other components in the cylinder results in the possibility of optimizing the performance of the internal combustion engine for the corresponding arrangement.
  • the front side of the housing facing the combustion chamber has a surface that corresponds to the contour of the combustion chamber roof.
  • the combustion chamber roof can have different shapes, eg a flat surface or a conical surface centered on the longitudinal axis of the cylinder.
  • the conical surface may be in the shape of a hemisphere or one or more curved or straight surfaces meeting at the center of the surface.
  • the combustion chamber roof has correspondingly different contours: straight lines, curved lines, etc.
  • the front side of the housing facing the combustion chamber has a surface that corresponds to the shape or the contour of the combustion chamber roof. Since this reduces the opening of the bore in the cylinder head on the combustion chamber side, this advantage is particularly strong if the end face of the housing facing the combustion chamber is also flush with the combustion chamber roof.
  • the opening in the combustion chamber roof created by the bore in the cylinder head influences the flow of the fuel-air mixture and the propagation of the flames in the combustion chamber. The smaller the opening in the roof of the combustion chamber, the less disruption there is to the flow of the fuel-air mixture and the spread of the flames in the combustion chamber.
  • the surface of the end face of the housing facing the combustion chamber is a flat surface which is perpendicular to the longitudinal axis of the spark plug.
  • This shape of the end face of the spark plug housing facing the combustion chamber is also particularly advantageous if the end face facing the combustion chamber Front side of the housing is arranged within the bore. Spark plugs with a flat end face of the housing facing the combustion chamber can be used in cylinders with different combustion chamber roof contours.
  • the surface of the end face of the housing facing the combustion chamber is a flat surface which encloses an angle a of less than 90° and in particular greater than 30° with the longitudinal axis of the spark plug, with the smaller included angle a between the surface and longitudinal axis is considered.
  • the surface of the front side of the housing facing the combustion chamber has the shape of a curved surface which encloses an angle a of less than 90° and in particular greater than 30° with the longitudinal axis of the spark plug, with the smaller included angle between Surface and longitudinal axis X is considered.
  • a tangent is drawn to the curved surface at the point where the curved surface intersects the longitudinal axis of the spark plug when the curved surface is viewed in section and projected into one plane together with the longitudinal axis of the spark plug.
  • the adjacent tangent encloses an angle of 30° to 150° with the longitudinal axis of the spark plug, spark plugs with a curved one
  • the end face of the housing facing the combustion chamber is particularly advantageous in the case of a decentralized and flush arrangement of the spark plug in a cylinder head with a curved combustion chamber roof, since the advantages described above are also achieved here.
  • the cylinder, in particular the cylinder head, and/or the spark plug each have a marking so that the spark plug can be installed in the cylinder in a directed manner.
  • This has the advantage that when the spark plug is installed in the cylinder head, the angle of rotation and the torque can be selected so that with spark plugs whose front side of the housing facing the combustion chamber is at an angle to the longitudinal axis of the spark plug, the installation can be carried out in such a way that the combustion chamber-side front side of the housing is correctly aligned according to the contour of the combustion chamber roof.
  • the spark plug is arranged decentrally in the cylinder head and the end face of the housing facing the combustion chamber is to be arranged flush with the combustion chamber roof.
  • the spark plug has a thread on the outside of the housing, with which the spark plug is screwed into the bore formed in the cylinder head, and an outer sealing surface
  • the housing having a thread between the outer sealing surface and an end of the thread facing away from the combustion chamber has a thread-free area, in particular which is longer in the longitudinal axis of the spark plug than a thickness of an outer seal arranged on the outer sealing surface.
  • the internal combustion engine according to the invention can also have a spark plug in which the at least one ground electrode is arranged inside the housing.
  • the ground electrode is inserted into a bore that is formed in the housing wall.
  • the ground electrode can be welded and/or pressed in the bore.
  • the bore can be formed in the threaded area or below the threaded area.
  • the at least one ground electrode can be arranged relative to the center electrode in such a way that the electrodes form an axial or radial ignition gap.
  • the width of the ignition gap is given by an electrode spacing between the center electrode and the at least one ground electrode, with the electrode spacing between the center electrode and the at least one ground electrode being no greater than 0.4 mm, in particular no greater than 0.2 mm. and is not smaller than 0.05 mm, in particular not smaller than 0.1 mm.
  • This has the advantage that less voltage is required for ignition and the increase in electrode gap over the life of the spark plug is smaller. Since the installation space within the housing is naturally limited, the small distance between the electrodes also advantageously results in the possibility of arranging the electrodes and thus also the ignition gap at least partially within the housing. This has the advantage that the electrodes do not protrude too far into the combustion chamber and thus absorb less heat from the combustion chamber. The result is that the spark plug absorbs less heat overall and is a cold spark plug, so that undesirable self-ignition is avoided.
  • the electrode spacing is no greater than 0.2 mm, in particular no greater than 0.15 mm.
  • the electrode spacing is also advantageous for the electrode spacing to be at least 0.05 mm, in particular not less than 0.1 mm. This means that the electrode spacing is not too small.
  • a very small gap between the electrodes poses particular challenges to the accuracy of spark plug production.
  • a deviation from the alignment of the electrode ignition surfaces that is as parallel as possible has a greater effect with a small electrode spacing, such as uneven wear of the ignition surface, than with a larger electrode spacing.
  • the lower limit for the electrode gap is therefore a good compromise for, on the one hand, a small electrode gap to reduce the ignition voltage requirement and wear and on the other hand, a justifiable effort for a consistently good quality of the alignment of the ignition surfaces to each other in spark plug production.
  • the spark plug can also have several ground electrodes, each of which forms an ignition gap with the center electrode.
  • the configurations described above for the electrodes and an ignition gap also apply correspondingly to a plurality of ground electrodes and ignition gaps. Because the spark plug has a plurality of ground electrodes, the wear on the ignition surface can be distributed over a number of ground electrodes, and the ignition surface of the individual ground electrode does not require as much volume of wear-resistant material as with a single ground electrode.
  • the service life of the spark plug is increased.
  • the two ground electrodes are arranged symmetrically on the inside of the housing.
  • the longitudinal axis of the spark plug is the axis of symmetry in the arrangement of the ground electrodes. Due to the symmetrical arrangement of the ground electrodes, the technical effect is that the fuel-air mixture flows very evenly within the breathing chamber, which further promotes good ignition and good ignition stability of the fuel-air mixture in the spark plug.
  • the at least one ground electrode and/or the center electrode each has an ignition surface made of a different material than the rest of the electrode, which forms the ignition gap with the opposite electrode, and that the ignition surface(s) consists of a noble metal or a noble metal alloy, in particular Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Au or an alloy thereof.
  • a noble metal or a noble metal alloy in particular Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Au or an alloy thereof.
  • An alloy with a high Ir content is particularly advantageous here, i.e. Ir is the element with the highest individual content in the alloy.
  • These elements or alloys with these elements are particularly wear-resistant.
  • the electrode itself is made of nickel or a nickel alloy, for example.
  • the housing is made of, for example, steel, low-carbon steel or stainless steel.
  • the spark plug has no cap or the like on the end face of the housing facing the combustion chamber.
  • the housing is open at its end on the combustion chamber side, so that a mixture exchange can take place between the interior of the housing, the breathing chamber of the spark plug, and the combustion chamber.
  • the internal combustion engine is advantageously set up to be operated with hydrogen or a hydrogen mixture as fuel.
  • the internal combustion engine is to be operated at least within a partial operating range with a lambda number of at least 1.8.
  • FIG. 1 shows a first example of the internal combustion engine according to the invention with a spark plug with a negative spark position in the cylinder head
  • FIG. 2 shows a second example of the internal combustion engine according to the invention with a spark plug with a negative spark position in the cylinder head
  • FIG. 3 shows a third example of the internal combustion engine according to the invention with a spark plug with a negative spark position in the cylinder head
  • FIG. 4 shows a fourth example of the internal combustion engine according to the invention with a spark plug with a negative spark position in the cylinder head
  • FIG. 5 shows an example of a spark plug which can be used in the internal combustion engine according to the invention and has a flat end face which faces the combustion chamber and which is oriented at an angle to the longitudinal axis of the spark plug
  • FIG. 6 shows an example of a spark plug which can be used in the internal combustion engine according to the invention and has a curved end face which faces the combustion chamber and which is oriented at an angle to the longitudinal axis of the spark plug
  • FIG. 7 shows an example of a spark plug which can be used in the internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 8 shows another example of a spark plug which can be used in the internal combustion engine according to the invention
  • Figure 9 shows an internal combustion engine according to the prior art, in which the spark plug with positive spark position is arranged in the cylinder head
  • FIG. 1 shows a simplified sectional view of an internal combustion engine 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the internal combustion engine 1 can include a plurality of cylinders 10, only one of the cylinders 10 being shown in FIG.
  • the cylinder 10 has a combustion chamber 15 which is delimited by a piston which can be moved in the cylinder, the side walls 11 of the cylinder and at the upper end by a combustion chamber roof 13 .
  • the combustion chamber roof 13 is formed by a cylinder head 12 of the internal combustion engine 1 .
  • the combustion chamber roof 13 is preferably conical or designed to taper towards the top, in particular a roof tip forms the center point of the combustion chamber roof 13 .
  • the center point is in the middle, in particular on a central axis 16, of the preferably circular cylinder 10.
  • the cylinder has an inner radius B, which extends from the central axis 16 of the cylinder to a side wall 11 of the cylinder.
  • the cylinder 10 can have gas exchange openings, such as at least one inlet opening through which fresh air can flow into the combustion chamber 15 and at least one outlet opening through which exhaust gases can flow out of the combustion chamber 15 after combustion.
  • the internal combustion engine 1 per cylinder 10 can have a combustion chamber fuel injector, which is set up to inject fuel directly into the combustion chamber 15, or an intake manifold fuel injector, which is set up to inject fuel in an intake manifold that is connected via the inlet opening to the Combustion chamber 15 is connected.
  • internal combustion engine 1 includes one spark plug 20 per cylinder 10 .
  • Spark plug 20 has a housing 21 , an insulator 22 , a center electrode 23 and a ground electrode 24 .
  • Center electrode 23 is at least partially disposed within insulator 22 which, in turn, is at least partially disposed within housing 21 .
  • the ground electrode 24 is arranged on or in the housing 21 .
  • the spark plug 20 is a spark plug that is set up to ignite a fuel-air mixture in the combustion chamber 15 by means of an electric spark.
  • the spark plug 20 has a center electrode 23 and a ground electrode 24 which together form an ignition gap 25 .
  • the ignition spark can be generated between the two electrodes 23, 24.
  • the ignition gap 25 can be arranged radially or axially with respect to a longitudinal axis X of the spark plug 20 .
  • the ignition gap 25 has a volume that is limited on the one hand by the opposing surfaces of the electrodes 23, 24 and by the overlapping projections of these surfaces.
  • Spark plug 20 also has a housing 21, which has a thread 211 on its outside, for example, with which spark plug 20 can be inserted in bore 14 can be screwed in. As shown in FIG. 1, the spark plug 20 is arranged in a bore 14 within the cylinder head 12, the bore 14 opening into the combustion chamber 15.
  • spark plug 20 is arranged within area 40 .
  • the area 40 results as a circular area on the combustion chamber roof 13, the circular area having the center point of the combustion chamber roof 13 as the circle center. In this example, the center point of the combustion chamber roof 13 and the central axis 16 of the cylinder 10 coincide.
  • the circular area of the area 40 has a radius RM of 15% of the inner cylinder radius RB.
  • the longitudinal axis X of the spark plug 20 is considered. If the longitudinal axis X is within region 40 then spark plug 20 is considered to be located within region 40 .
  • the spark plug 20 is arranged at the center of the combustion chamber roof 13 . In other words, the longitudinal axis X of the spark plug 20 and the center point of the combustion chamber roof 13 coincide.
  • the spark plug 20 is arranged in the bore 14 in such a way that its end face 210 of the housing 21 facing the combustion chamber is flush with the combustion chamber roof 13 . Furthermore, the end face 210 of the housing 21 facing the combustion chamber is a flat surface aligned perpendicular to the longitudinal axis X of the spark plug 20 .
  • the combustion chamber roof 13 can be a curved surface, as shown in FIG. Alternatively, the combustion chamber roof 13 can also be composed of several flat surface segments that meet in the center of the combustion chamber roof 13 .
  • the cylinder head 12 has a bore 14 which breaks through the combustion chamber roof 13 .
  • the spark plug 20 is mounted, for example screwed.
  • This imaginary line 15a serves as a reference plane with the value 0 mm.
  • the distance A 30 des Ignition gap 25 to the reference plane is greater than 0 mm, the sign indicating the direction of the distance A 30.
  • a "+" sign means that the distance from the reference plane extends into the combustion chamber.
  • a Sign means that the distance from the reference plane extends outward and away from the combustion chamber.
  • the ignition gap 25 is advantageously at a distance 30 of at least 0 mm and up to -15 mm from the reference plane. For example, the distance is -1mm to -4mm.
  • FIG. 2 shows, in a simplified sectional view, the internal combustion engine 1 according to the invention according to a second exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the end face 210 of the housing 21 of the spark plug 20 facing the combustion chamber ends within the bore 14 .
  • the ground electrode 24 is arranged in a bore 214 in the housing 21 and forms a radial ignition gap 25 together with the center electrode 23 as a side electrode.
  • the ground electrode 24 could be arranged within the housing 21 in such a way that it is a roof electrode and forms an axial ignition gap 25 together with the center electrode 23 .
  • ground electrode 24 can also be arranged on end face 210 of housing 21 facing the combustion chamber, so that ignition gap 25 is not formed inside housing 21, as in FIG. It is important that the electrodes 23, 24 are arranged in such a way that the ignition gap 24 is formed within the bore 14 in the cylinder head 12, so that the spark plug 20 mounted in the cylinder 10 has a negative spark position.
  • FIG. 3 shows a simplified sectional view of the internal combustion engine 1 according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment differs from the first and the second exemplary embodiment in that the end face 210 of the housing 21 of the spark plug 20 facing the combustion chamber ends in the combustion chamber 15 .
  • the ground electrode 24 is arranged inside the housing 21, so that the ignition gap 25 is also formed within the housing 21 and outside of the combustion chamber 15 .
  • the ground electrode 24 can be arranged as a side electrode, which forms a radial ignition gap 25 together with the center electrode 23 , or as a roof electrode, which forms an axial ignition gap 25 together with the center electrode 23 .
  • FIG. 4 shows a simplified sectional view of the internal combustion engine 1 according to a fourth exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the bore 14 in the cylinder head 12 and thus also the spark plug 20 are decentralized, ie outside of the circular area 40 which has the center point of the combustion chamber roof as the center point.
  • the spark plug 20 is arranged within the bore 14 in such a way that the end face 210 facing the combustion chamber is at least partially flush with the combustion chamber roof 15 .
  • the end face 210 of the housing 21 facing the combustion chamber is a flat surface and the combustion chamber roof 13 does not have a straight contour in the area around the bore 14, the end face 210 of the housing facing the combustion chamber can only be partially flush with the combustion chamber roof 13.
  • FIGS. 5 and 6 the end region of the spark plug 20 on the combustion chamber side is shown in a sectional view.
  • the housing 21, the insulator 22 and the center electrode 23 can be seen in part.
  • the inner radius RI of the housing in the breathing space and the outer radius RA of the housing are drawn.
  • the outer radius RA extends from the longitudinal axis X of the spark plug 20 to the crest of the thread 211 formed on the outside of the housing 21.
  • the inner radius RI extends from the longitudinal axis X of the spark plug 20 to the inside of the housing 21 in the breathing space.
  • the ground electrode 24 is arranged in a bore 214 in the area of the thread 211 and together with the center electrode 23 forms a radial ignition gap 25.
  • the ignition gap 25 is delimited radially by the opposing surfaces of the electrodes 23, 24 and axially by the volume 251 of the projection of the opposing surfaces of the electrodes 23, 24.
  • the limits of the projection are indicated with a broken line.
  • the distance A 30 of the ignition gap 25 to the combustion chamber roof 15 is from measured at the combustion chamber end of the ignition gap.
  • the dashed lines show the limits of the ignition gap volume 251.
  • Combustion chamber end face 210 of housing 21 differs in Figures 5 and 6 from combustion chamber end face 210 of housing 21 shown in the first four figures in that combustion chamber end face 210 is not a surface oriented perpendicularly to longitudinal axis X of spark plug 20.
  • end face 210 facing the combustion chamber is a flat surface that is oriented at an angle to longitudinal axis X of spark plug 20 .
  • the surface of the end face 210 and the longitudinal axis X enclose an angle ⁇ .
  • end face 210 facing the combustion chamber is a curved surface that is oriented at an angle to longitudinal axis X of spark plug 20 .
  • a tangent 210T is applied to the curved surface, which together with the longitudinal axis X encloses an angle ⁇ .
  • Spark plugs 20 with end faces 210 of the housing 21 facing the combustion chamber and aligned at an angle to the longitudinal axis X of the spark plug are particularly advantageous in a decentralized arrangement of the spark plug 20 in the cylinder head 12, with the end face 210 of the spark plug housing 21 facing the combustion chamber being flush with the combustion chamber roof 13.
  • FIG. 7 shows a spark plug 20 which has a plurality of ground electrodes 24 .
  • the ground electrodes 24 each form an ignition gap 25 with the center electrode 23.
  • the ground electrodes 24 are designed here as side electrodes, which correspondingly form radial ignition gaps 25 together with the center electrode 23.
  • the ground electrode 24 is designed as a top electrode, which forms an axial ignition gap 25 together with the center electrode 23 .
  • the spark plug 20 can also have a top electrode in combination with one or more side electrodes as ground electrodes.
  • the spark plug 20 is shown over its entire length.
  • An outer sealing surface 281 can also be seen, which is formed on the outside of the housing 21 above the end of the thread 211 facing away from the combustion chamber.
  • a sealing ring 28 is arranged on the outer sealing surface 281 as an outer seal, which seals the transition between the spark plug 20 and the cylinder head 12 when the spark plug 20 is mounted in the cylinder head 12 .
  • the housing 21 has a thread-free region 212 between the outer sealing surface 281 and the end of the thread facing away from the combustion chamber.
  • this area has a length which, measured parallel to the longitudinal axis X of the spark plug 20, is longer than a thickness of the outer seal 28 arranged on the outer sealing surface 281.
  • FIG. 9 shows an internal combustion engine with the already known arrangement of the spark plug in the cylinder head.
  • the spark plug is designed and arranged in the cylinder head in such a way that the electrodes 23, 24 and the ignition gap 25 are within the combustion chamber. This spark plug has a positive spark position.

Abstract

Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: - Mindesten einen Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, wobei der Brennraum durch die Seitenwände des Zylinders und einem Brennraumdach 20, dass durch einen Zylinderkopf des Zylinders gebildet wird, sowie einem im Zylinder beweglichen Kolben begrenzt ist, - Eine Zündkerze mit einer Längsachse aufweisend: ein Gehäuse mit einer brennraumzugewandten Stirnseite, einen im Gehäuse angeordneten Isolator, eine im Isolator angeordnete Mitteelektrode und mindestens einer am oder im Gehäuse angeordnete Masseelektrode, die zusammen mit der Mittelelektrode mindestens einen Zündspalt ausbildet, wobei die Zündkerze in einer im Zylinderkopf ausgebildeten Bohrung montiert ist und dazu eingerichtet ist ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entflammen, wobei der Zündspalt der Zündkerze außerhalb des Brennraums angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verbrennungskraftmaschine mit Zündkerze und negativer Funkenlagen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Anspruch 1. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine für den Betrieb mit einem Wasserstoffhaltigen Kraftstoff geeignet.
Bisher werden die meisten Fahrzeuge, wie z.B. PKW oder LKW, mit einer Verbrennungskraftmaschine bzw. einem Verbrennungsmotor angetrieben, der Benzin oder Diesel als Kraftstoff verwenden. Zunehmend gibt es mobile und stationäre
Verbrennungskraftmaschinen, die Erdgas oder Wasserstoff als Kraftstoff benutzten. Dabei muss wie beim Benzin-betriebenen Verbrennungsmotor auch beim Wasserstoff-betriebenen Verbrennungskraftmaschine das Luft- Kraftstoff-Gemisch fremdgezündet werden. Hierzu wird typischerweise eine Zündkerze eingesetzt. Offenbarung der Erfindung
Bei Wasserstoff-betriebenen Verbrennungskraftmaschinen wird in der Regel ein sehr mageres Luft- Kraftstoff-Gemisch (Lambda > 1,8) eingestellt, um die gesetzliche Emission-Vorgaben zu erfüllen. Gemeinsam mit dem niedrigen Gemisch -Heizwert von Wasserstoff ergeben sich dadurch höhere Ladungsdichten und entsprechend auch höhere Drücke zum Zündzeitpunkt. Weitere Besonderheiten bei der Wasserstoffverbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine ist das Zusammenspiel zwischen Selbstzündungstemperatur und minimal benötigter Zündenergie. Daraus ergibt sich, dass für die Anwendung bei einem Wasserstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschinen eine „kalte Zündkerze“ benötigt wird, d.h. man benötigt eine Zündkerze mit einem sehr niedrigen Wärmewert. Die relative Position der Zündkerze bzw. des Zündspalts zum Brennraum hat auch einen wichtigen Einfluss auf die Performanz der Zündkerze und der Verbrennungskraftmaschine.
Bisher bekannte Zündkerzen und Verbrennungskraftmaschinen sind in der Regel auf den Betrieb in einem Benzin-betriebenen Verbrennungskraftmaschinen optimiert. Entsprechend wird auch die Position der Zündkerze im Zylinderkopf bzw. des Zündspalts innerhalb des Brennraums gewählt. Ein Beispiel für eine bekannte Anordnung der Zündkerze im Zylinder für eine mit Benzin-betriebene Verbrennungskraftmaschine ist in Figur 9 gezeigt. Somit sind bisherige Zündkerzen und Verbrennungskraftmaschinen nicht geeignet für die Anwendung bzw. liefern eine schlechte Performanz bei der Anwendung in Wasserstoff-betriebenen Verbrennungskraftmaschinen.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit Zündkerze bereit zu stellen, die die Anforderungen an eine mit Wasserstoff-betriebene Verbrennungskraftmaschine erfüllt.
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine dadurch gelöst, dass der Zündspalt der Zündkerze außerhalb des Brennraums angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist mindestens einen Zylinder und eine zu diesem Zylinder gehörende Zündkerze auf. Der mindesten eine Zylinder hat einen Brennraum, der durch die Seitenwände des Zylinders und einem Brennraumdach sowie einem im Zylinder beweglichen Kolben begrenzt ist. Das Brennraumdach ist dabei die den Brennraum begrenzende Oberfläche des Zylinderkopfs. Der Zylinderkopf weist eine Zylinderkopf-Bohrung, im Folgenden Bohrung genannt, auf, die bis zum Brennraum reicht. In dieser Bohrung ist eine Zündkerze montiert, beispielsweise eingeschraubt. Die Zündkerze ist dazu eingerichtet, ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entflammen.
Die Zündkerze hat eine Längsachse, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende der Zündkerze erstreckt. Die Zündkerze weist ein Gehäuse mit einer brennraumzugewandten Stirnseite auf. Im Gehäuse sind ein Isolator und eine Mittelelektrode angeordnet, die wiederrum im Isolator angeordnet ist. Am bzw. im Gehäuse ist mindestens eine Masseelektrode angeordnet. Die mindestens eine Masseelektrode bildet zusammen mit der Mittelelektrode einen Zündspalt aus. Insbesondere kann der Zündspalt radial oder axial in Bezug auf die Längsachse der Zündkerze ausgebildet sein. Die Breite des Zündspalts ist dabei der Abstand der sich gegenseitig zugewandten Flächen der Mittelelektrode und der mindestens einen Masseelektrode. Der Zündspalt ist das Volumen zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode, dass sich zwischen den sich überdeckenden Projektionen der sich gegenüberstehenden Zündflächen der Elektroden aufeinander ergibt. D.h. die Zündfläche der Mittelelektrode wird auf die Zündfläche Masseelektrode projiziert und umgekehrt. Das Volumen, das beiden Projektionen überstreichen, ist das Volumen des Zündspalts. Dabei ist das Volumen in einer Dimension durch die Zündflächen begrenzt und in den anderen Dimensionen durch die Überdeckung der projizierten Zündflächen aufeinander begrenzt. Der Zündspalt hat ein brennraumseitiges Ende. Bei einem axialen Zündspalt beispielsweise ist dies die Zündfläche der als Dachelektrode ausgebildeten Masseelektrode. Bei einem radialen Zündspalt beispielsweise ist dies das brennraumseitige Ende des Zündspaltvolumens zwischen den sich gegenüberstehenden Elektroden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Zündspalt der Zündkerze außerhalb des Brennraums angeordnet ist. Außerhalb des Brennraums bedeutet, dass der Zündspalt innerhalb der Bohrung bzw. dessen brennraumseitige Ende bündig zum Brennraumdach ist, aber nicht über das Brennraumdach hinaus in den Brennraum hineinragt. Die Zündkerze hat eine negative Funkenlage. Dies hat den Vorteil, dass die Elektroden nicht bzw. möglichst wenig in den Brennraum hineinragen und somit weniger Wärme aus dem Brennraum aufnehmen. Damit ergibt sich, dass die Zündkerze weniger Wärme aufnimmt und eine kalte Zündkerze ist, so dass unerwünschte Selbstzündung vermieden wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise hat beispielsweise der Zündspalt einen Abstand zum Brennraumdach des Zylinders von mindestens 0 mm und maximal - 15 mm, insbesondere von nicht kleiner als - 1 mm und/oder nicht größer als - 4 mm, wobei die Kontur des Brennraumdaches durch eine gedachte Linie bei der Bohrungsöffnung fortgesetzt wird und diese gedachte Linie eine Referenzebene mit dem Wert 0 mm ist. Das Vorzeichen steht für die Richtung des Abstandes und nicht für den Wert des Abstandes. Insbesondere nimmt der Abstand von der Referenzebene in Richtung des brennraumabgewandten Endes der Zündkerze einen zunehmenden Wert an, dabei symbolisiert das negative Vorzeichen die Richtung ausgehende von der Referenzebene weg vom Brennraum. Ein positives Vorzeichen entspricht einem Abstand des Zündspalts von der Referenzebene in Richtung des Brennraums, sprich in den Brennraum hinein. Der Betrag der Zahl entspricht der Länge des Abstandes und ist in diesem Zusammenhang bei der Nennung von Grenzen für den Abstand gemeint. Der Abstand wird parallel zur Längsachse der Zündkerze gemessen. Der Abstand wird vom brennraumseitigen Ende des Zündspalts zur Referenzebene gemessen
Das Merkmal, dass der Abstand des Zündspalts zum Brennraumdach größer - 0 mm ist, bedeutet, dass der Zündspalt vollständig innerhalb der Bohrung angeordnet ist, sprich die Zündkerze hat eine negative Funkenlage. Dies hat den Vorteil, dass die Elektroden möglichst weit aus dem Brennraum herausgezogen sind und somit möglichst wenig Wärme aus den im Brennraum stattfindenden Verbrennungsprozessen aufnehmen. Damit ist es möglich eine möglichst kalte Zündkerze zu erhalten.
Die Begrenzung des Abstandes auf maximal - 15 mm hat den Vorteil, dass die am Zündspalt entstehenden Flammen eine nicht zu große Strecke bis zum Brennraum zurücklegen müssen. Ein Abstand des Zündspalts von -1 mm bis -4 mm zum Brennraumdach hat sich als guter Kompromiss für eine reduzierte Wärmeaufnahme der Zündkerze aus dem Brennraum und eine gute und ausreichend schnelle Ausbreitung der Flammen vom Zündspalt bis in den Brennraum herausgestellt. Je größer die Wandstärke des Zündkerzengehäuses ist, umso kleiner kann der Abstand zwischen Zündspalt und Brennraumdach gewählt werden. Das Verhältnis V der Wandstärke B des Zündkerzengehäuses zum Abstand A (V= B/A) ist von 0,05 bis 25, vorzugsweise ist der Wert V von 0,5 bis 5. Die Wandstärke B des Zündkerzengehäuses ergibt sich aus der Differenz des Außenradius RA des Gehäuses im Gewindebereich, wobei die Gewindespitzen zum Außendurchmesser des Gehäuses dazugehören, und des Innenradius RI des Gehäuses im Atmungsraum: B= RA-RI, wobei der Radius von der Längsachse der Zündkerze senkrecht zu dieser gemessen wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses außerhalb des Brennraums angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Masseelektrode auch an der Stirnseite des Gehäuses ausgebildet werden kann, beispielsweise als Dachelektrode oder als Seitenelektrode, und dabei der Vorteil der kalten Zündkerze erhalten bleibt.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses mindestens teilweise bündig, insbesondere vollständig bündig, mit dem Brennraumdach. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse sich an das Brennraumdach anpasst und die durch die Bohrung im Zylinderkopf entstandene Öffnung verkleinert. Der Einfluss des Gehäuses auf die Strömung im Brennraum wird reduziert. Dieser Vorteil wird nochmals verstärkt, wenn auch die brennraumseitige Stirnseite des Gehäuses eine Form aufweist, die der Kontur des Brennraumdaches entspricht. Bei einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist die Zündkerze innerhalb eines Bereichs des Zylinderkopfes angeordnet ist, wobei der Bereich eine Kreisfläche mit einem Mittelpunkt des Brennraumdaches als Kreismittelpunkt ist und einen Radius RM von 15% des inneren Zylinder-Radius RB hat. Bei der Beurteilung, ob die Zündkerze innerhalb des Bereichs angeordnet ist, wird die Längsachse der Zündkerze betrachte. Wenn die Längsachse innerhalb des Bereichs ist, dann gilt die Zündkerze als innerhalb des Bereichs angeordnet. Insbesondere ist die Zündkerze am Mittelpunkt des Brennraumdaches angeordnet. Sprich die Längsachse der Zündkerze und der Mittelpunkt des Brennraumdaches fallen zusammen. Diese mittige Anordnung der Zündkerze im Zylinderkopf und Brennraumdach hat den Vorteil, dass die Zündkerze zentral angeordnet ist und somit die von der Zündkerze erzeugte Flammenfronst sich gleichmäßig im Brennraum ausbreiten kann.
Bei einer alternativen Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist die Zündkerze außerhalb eines Bereichs des Zylinderkopfes angeordnet ist, wobei der Bereich eine Kreisfläche mit einem Mittelpunkt des Brennraumdaches als Kreismittelpunkt ist und einen Radius RM von 15% des inneren Zylinder- Radius RB hat. Bei der Beurteilung, ob die Zündkerze außerhalb des Bereichs angeordnet ist, wird die Längsachse der Zündkerze betrachte. Wenn die Längsachse außerhalb des Bereichs oder auf dem Rand des Bereichs ist, dann gilt die Zündkerze als außerhalb des Bereichs angeordnet. Sprich jede Anordnung der Zündkerze, die nicht innerhalb des Bereichs ist, gilt als außerhalb des Bereichs. Diese dezentrale Anordnung der Zündkerze im Zylinderkopf und Brennraumdach hat den Vorteil, dass die Zündkerze seitlich im Brennraumdach angeordnet ist und eine gerichtete Anordnung zu möglichen Kraftstoffinjektor oder Ladungswechselöffnungen des Zylinders möglich ist. Durch die gerichtete Anordnung der Zündkerze zu möglichen weiteren Komponenten im Zylinder ergibt sich die Möglichkeit die Performanz der Verbrennungskraftmaschine auf die entsprechende Anordnung zu optimieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine hat die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses eine Fläche, die der Kontur des Brennraumdachs entspricht. Das Brennraumdach kann verschiedene Formen haben, z.B. eine ebene Oberfläche oder eine konische Oberfläche, die auf der Längsachse des Zylinders ihren Mittelpunkt hat. Die konische Oberfläche kann beispielsweise die Form von einer Halbkugel oder einer oder mehrere gekrümmte oder gerade Flächen haben, die sich im Mittelpunkt der Oberfläche treffen. Bei der Betrachtung eines Querschnitts entlang der Längsachse des Zylinders hat das Brennraumdach entsprechend unterschiedliche Konturen: gerade Linien, gekrümmte Linie etc.
Vorteilhafterweise weist die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses eine Fläche auf, die der Form bzw. der Kontur des Brennraumdaches entspricht. Da dadurch die brennraumseitige Öffnung der Bohrung im Zylinderkopf verkleinert wird, insbesondere ergibt sich dieser Vorteil besonders stark, wenn die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses auch noch bündig mit dem Brennraumdach ist. Die durch die Bohrung im Zylinderkopf entstehende Öffnung am Brennraumdach beeinflusst die Strömung des Kraftstoff-Luft- Gemisches und die Ausbreitung der Flammen im Brennraum. Je kleiner die Öffnung im Brennraumdach ist umso weniger wird die Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und die Ausbreitung der Flammen im Brennraum gestört. Des Weiteren strömt weniger Gemisch aus dem Brennraum in die Öffnung der Bohrung bzw. in den Atmungsraum der Zündkerze, wodurch weniger Wärme aus dem Gemisch an die Elektroden bzw. das Gehäuse bzw. die Zündkerze übertragen wird und die Elektroden, das Gehäuse und somit auch die Zündkerze nicht zu viel Wärme aufnimmt.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Fläche der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses eine ebene Fläche, die senkrecht zur Längsachse der Zündkerze ist. Diese Weiterentwicklung hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Gehäuses der Zündkerze keine weiteren Prozessschritte notwendig sind, da das Gehäuse typischerweise eine ebene brennraumzugewandten Stirnfläche hat, die senkrecht zu Längsachse der Zündkerze ausgerichtet ist. Diese Form der Stirnseite des Zündkerzen-Gehäuses ist besonders vorteilhaft in Kombination mit der Anordnung der Zündkerze innerhalb des Bereichs des Zylinderkopfes um den Mittelpunkt des Brennraumdaches, insbesondere wenn die Stirnfläche des Gehäuses bündig mit dem Brennraumdach ist. Diese Form der brennraumzugewandten Stirnseite des Zündkerzen-Gehäuses ist auch besonders vorteilhaft, wenn die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses innerhalb der Bohrung angeordnet ist. Zündkerzen mit einer ebenen brennraumzugewandten Stirnfläche des Gehäuses können in Zylinder mit unterschiedlichen Brennraumdach- Konturen eingesetzt werden.
Bei einer alternativen vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Fläche der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses eine ebene Fläche, die mit der Längsachse der Zündkerze einen Winkel a von kleiner 90°, und insbesondere größer als 30°, einschließt, wobei jeweils der kleinere eingeschlossene Winkel a zwischen Fläche und Längsachse betrachtet wird. Dies hat den Vorteil, dass gerade bei dezentraler Anordnung der Zündkerze mit einer bündigen Anordnung der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses mit dem Brennraumdach die Stirnseite sich an die Kontur des Brennraumdachs besser anschmiegt als eine Zündkerze mit einer ebenen und senkrechten zur Längsachse der Zündkerze ausgerichtete Fläche der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses. Bei einer dezentralen Anordnung der Zündkerze mit einer ebenen und senkrecht zur Längsachse ausgerichteten brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses ist eine bündige Anordnung der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses nur teilweise möglich ist, da ein Teil bzw. Abschnitt des Gehäuses entweder in den Brennraum hineinragt oder innerhalb der Bohrung endet. Dadurch entsteht für die Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum am Brennraumdach ungünstige Kanten, an denen die Strömung gestört wird. Dieser Effekt wird bei einer zur Längsachse gewinkelten und ebene brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses vermieden.
Bei einer anderen alternativen vorteilhaften Weiterentwicklung hat die Fläche der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses die Form einer gekrümmten Fläche, die mit der Längsachse der Zündkerze einen Winkel a von kleiner 90°, und insbesondere größer als 30°, einschließt, wobei jeweils der kleinere eingeschlossene Winkel zwischen Fläche und Längsachse X betrachtet wird. Dafür wird eine Tangente an die gekrümmte Fläche in dem Punkt angelegt, bei dem die gekrümmte Fläche die Längsachse der Zündkerze schneidet, wenn die gekrümmte Fläche im Schnitt betrachtet und zusammen mit der Längsachse der Zündkerze in eine Ebene projiziert werden. Die anliegende Tangente schließt mit der Längsachse der Zündkerze einen Winkel von 30° bis 150° ein, Zündkerzen mit einer gekrümmten brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses sind besonders vorteilhaft, bei einer dezentralen und bündigen Anordnung der Zündkerze in einem Zylinderkopf mit einem gekrümmten Brennraumdach, da die oben beschriebene Vorteile auch hier erreicht werden.
Bei einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass der Zylinder, insbesondere der Zylinderkopf, und/oder die Zündkerze jeweils eine Markierung aufweisen, so dass die Zündkerze gerichtet in dem Zylinder montiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass bei der Montage der Zündkerze in den Zylinderkopf der Drehwinkel und das Drehmoment so gewählt werden kann, dass bei Zündkerzen, deren brennraumzugewandter Stirnseite des Gehäuses zur Längsachse der Zündkerze einen Winkel aufweisen, die Montage so erfolgen kann, dass die brennraumseitige Stirnseite des Gehäuse entsprechend der Kontur des Brennraumdaches richtig ausgerichtet montiert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Zündkerze dezentral im Zylinderkopf angeordnet ist und die brennraumzugewandte Stirnseite des Gehäuses bündig mit dem Brennraumdach angeordnet sein soll.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist die Zündkerze an der Außenseite des Gehäuses ein Gewinde, womit die Zündkerze in die im Zylinderkopf ausgebildete Bohrung eingeschraubt ist, und eine äußere Dichtfläche auf, wobei zwischen der äußeren Dichtfläche und einem brennraumabgewandten Ende des Gewindes das Gehäuse einen gewindefreien Bereich aufweist, insbesondere der in Längsachse der Zündkerze länger ist als eine Dicke einer an der äußeren Dichtfläche angeordnete äußere Dichtung. Dies hat den Vorteil, dass bei einer temperaturinduzierten Längung des Gehäuses im Gewindebereich die Zündkerze in den brennraumzugewandten Gewindegängen immer noch einen guten Kontakt zu dem Zylinderkopf und damit auch eine gute Wärmeübertragung hat, so dass die Zündkerze bzw. ihre Elektroden nicht zu warm werden. Bei einer Weiterentwicklung hat der gewindefreie Bereich eine Länge, die mindestens 1,4-mal so lang ist wie die Dicke der äußeren Dichtung, gemessenen parallel zu Längsachse der Zündkerze.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann auch eine Zündkerze aufweisen, bei der die mindestens eine Masseelektrode innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist die Masseelektrode in einer Bohrung eingesteckt, die in der Gehäusewand ausgebildet ist. Die Masseelektrode kann in der Bohrung verschweißt und/oder verpresst sein. Die Bohrung kann im Gewindebereich oder unterhalb des Gewindebereichs ausgebildet sein. Die mindestens eine Masseelektrode kann so zur Mittelelektrode angeordnet sein, dass die Elektroden einen axialen oder radialen Zündspalt ausbilden.
Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist eine Breite des Zündspalts durch einen Elektrodenabstand der Mittelelektrode zu der mindestens einen Masseelektrode gegeben, wobei der Elektrodenabstand der Mittelelektrode zu der mindestens einen Masseelektrode nicht größer als 0,4 mm, insbesondere nicht größer als 0,2 mm, und nicht kleiner als 0,05 mm, insbesondere nicht kleiner als 0,1 mm, ist. Dies hat den Vorteil, dass weniger Spannung für eine Zündung benötigt wird und der Elektrodenabstandzuwachs über die Laufzeit der Zündkerze kleiner ausfällt. Da der Bauraum innerhalb des Gehäuses naturgemäß begrenzt ist, ergibt sich durch den kleinen Elektrodenabstand des Weiteren vorteilhaft die Möglichkeit die Elektroden und damit auch den Zündspalt mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses anzuordnen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Elektroden nicht soweit in den Brennraum hineinragen und somit weniger Wärme aus dem Brennraum aufnehmen. Damit ergibt sich, dass die Zündkerze insgesamt weniger Wärme aufnimmt und eine kalte Zündkerze ist, so dass unerwünschte Selbstzündung vermieden wird.
Vorteilhafterweise ist beispielsweise der Elektrodenabstand nicht größer als 0,2 mm, insbesondere nicht größer als 0,15 mm. Je kleiner der Elektrodenabstand umso geringer ist der Spannungsbedarf für die Erzeugung eines Zündfunkens. Es ist auch vorteilhaft, dass der Elektrodenabstand mindestens 0,05 mm ist, insbesondere nicht kleiner als 0,1 mm ist. Damit ergibt sich, dass der Elektrodenabstand nicht zu klein ist. Ein sehr kleiner Elektrodenabstand stellt besondere Herausforderungen an die Genauigkeit bei der Zündkerzen-Produktion. Eine Abweichung von der möglichst parallelen Ausrichtung der Elektroden-Zündflächen hat bei einem kleinen Elektrodenabstand größere Auswirkung, wie beispielsweise einen ungleichmäßigen Verschleiß der Zündfläche, als bei einem größeren Elektrodenabstand. Die Untergrenze für den Elektrodenabstand ist somit ein guter Kompromiss für einerseits einen kleinen Elektrodenabstand zur Reduzierung des Zündspannungsbedarfes und des Verschleißes und anderseits einen vertretbaren Aufwand für eine gleichmäßige gute Qualität der Ausrichtung der Zündflächen zueinander bei der Zündkerzen-Produktion.
Die Zündkerze kann auch mehrere Masseelektroden haben, die mit der Mittelelektrode jeweils einen Zündspalt ausbilden. Die oben beschriebenen Ausgestaltungen für die Elektroden und einen Zündspalt gelten entsprecht auch für mehrere Masseelektroden und Zündspalte. Dadurch, dass die Zündkerze mehrere Masseelektroden hat, kann der Verschleiß der Zündfläche auf mehrere Masseelektroden verteilt werden und die Zündfläche der einzelnen Masseelektrode benötigt nicht so viel Volumen aus einem verschleißresistenten Material wie bei einer einzigen Masseelektrode. Die Lebensdauer der Zündkerze wird erhöht. Beispielsweise sind die zwei Masseelektroden symmetrisch an der Innenseite des Gehäuses angeordnet. Dabei ist die Längsachse der Zündkerze die Symmetrieachse bei der Anordnung der Masseelektroden. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Masseelektroden ergibt sich der technische Effekt, dass die Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemisches innerhalb des Atmungsraum sehr gleichmäßig erfolgt, wodurch eine gute Entflammung und eine gute Entflammungsstabilität des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Zündkerze weiter begünstigt wird.
Beispielsweise weist die mindestens eine Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode je eine Zündfläche aus einem anderen Material als die restliche Elektrode auf, die mit der gegenüberliegenden Elektrode den Zündspalt bilden, und dass die Zündfläche(n) aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung besteht, insbesondere aus Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Au oder einer Legierung daraus. Besonders vorteilhaft ist hier eine Legierung mit einem hohen Ir- Anteil, sprich Ir ist das Element mit dem höchsten Einzelanteil in der Legierung. Diese Elemente bzw. Legierung mit diesen Elementen sind besonders verschleißresistent. Die Elektrode selbst ist beispielsweise aus Nickel oder einer Nickel-Legierung.
Das Gehäuse ist beispielsweise aus einem Stahl, einem kohlenstoffarmen Stahl oder einem Edelstahl. Die Zündkerze weist insbesondere keine Kappe oder ähnliches an der brennraumzugewandten Stirnseite des Gehäuses auf. Das Gehäuse ist an seinem brennraumseitigen Ende offen, so dass ein Gemisch Austausch zwischen dem Gehäuseinnerem, dem Atmungsraum der Zündkerze, und dem Brennraum stattfinden kann.
Vorteilhafterweise ist die Verbrennungskraftmaschine dazu eingerichtet mit Wasserstoff oder einer Wasserstoffgemisch als Kraftstoff betrieben zu werden. Insbesondere ist die Verbrennungskraftmaschine mindestens innerhalb eines Teil-Betriebsbereichs mit einer Lambdazahl von mindestens 1,8 betrieben zu werden.
Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze mit negativer Funkenlage im Zylinderkopf
Figur 2 zeigt ein zweites Beispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze mit negativer Funkenlage im Zylinderkopf
Figur 3 zeigt ein drittes Beispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze mit negativer Funkenlage im Zylinderkopf
Figur 4 zeigt ein viertes Beispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze mit negativer Funkenlage im Zylinderkopf Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine verwendbare Zündkerze mit einer ebenen brennraumzugewandten Stirnseite, die in einem Winkel zur Zündkerzen-Längsachse ausgerichtet ist
Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine verwendbare Zündkerze mit einer gekrümmten brennraumzugewandten Stirnseite, die in einem Winkel zur Zündkerzen-Längsachse ausgerichtet ist
Figur 7 zeigt ein Beispiel für eine Zündkerze, die in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine verwendbar ist
Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Zündkerze, die in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine verwendbar ist
Figur 9 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, bei der die Zündkerze mit positiver Funkenlage im Zylinderkopf angeordnet ist
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Verbrennungskraftmaschine 1 kann mehrere Zylinder 10 umfassen, wobei in der Figur 1 nur einer der Zylinder 10 dargestellt ist. Der Zylinder 10 weist einen Brennraum 15 auf, welcher durch einen im Zylinder beweglichen Kolben, den Seitenwänden 11 des Zylinders und an dessen oberen Ende durch ein Brennraumdach 13 begrenzt ist. Das Brennraumdach 13 wird durch einen Zylinderkopf 12 der Verbrennungskraftmaschine 1 gebildet. Das Brennraumdach 13 ist bevorzugt konisch, oder sich nach oben hin verjüngend ausgebildet, wobei insbesondere eine Dachspitze den Mittelpunkt des Brennraumdachs 13 bildet. Der Mittelpunkt liegt dabei mittig, insbesondere auf einer zentralen Achse 16, des, vorzugsweise kreisrunden, Zylinders 10. Der Zylinder hat einen inneren Radius B, der von der zentralen Achse 16 des Zylinders bis zu einer Seitenwand 11 des Zylinders erstreckt.
Hier nicht dargestellt, kann der Zylinder 10 Ladungswechselöffnungen aufweisen, wie mindestens eine Einlassöffnung, über welche Frischluft in den Brennraum 15 einströmen kann, und mindestens eine Auslassöffnung, über welche Abgase nach der Verbrennung aus dem Brennraum 15 ausströmen können. Weiterhin kann die Verbrennungskraftmaschine 1 pro Zylinder 10 einen Brennraum- Kraftstoffinjektor, welcher eingerichtet ist, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 15 einzuspritzen, oder ein Saugrohr- Kraftstoffinjektor aufweisen, welcher eingerichtet ist, um Kraftstoff in einem Saugrohr einzuspritzen, dass über die Einlassöffnung mit dem Brennraum 15 verbunden ist.
Zudem umfasst, die Verbrennungskraftmaschine 1 pro Zylinder 10 eine Zündkerze 20. Die Zündkerze 20 weist ein Gehäuse 21, einen Isolator 22, eine Mittelelektrode 23 und eine Masseelektrode 24 auf. Die Mittelelektrode 23 ist mindestens teilweise in dem Isolator 22 angeordnet, der wiederum mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses 21 angeordnet ist. Die Masseelektrode 24 ist am oder im Gehäuse 21 angeordnet. Die Zündkerze 20 ist eine Zündkerze, welche eingerichtet ist, ein im Brennraum 15 befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels eines elektrischen Funkens zu zünden. Hierfür weist die Zündkerze 20 eine Mittelelektrode 23 und eine Masseelektrode 24 auf, die zusammen einen Zündspalt 25 ausbilden. Der Zündfunke kann zwischen den beiden Elektroden 23, 24 erzeugt werden. Der Zündspalt 25 kann radial oder axial in Bezug auf eine Längsachse X der Zündkerze 20 angeordnet sein. Der Zündspalt 25 hat ein Volumen, dass einerseits durch die sich gegenüberstehenden Flächen der Elektroden 23, 24 und durch die überlappenden Projektionen dieser Flächen aufeinander begrenzt ist.
Des Weiteren weist die Zündkerze 20 ein Gehäuse 21 auf, dass an seiner Außenseite beispielsweise ein Gewinde 211 aufweist, mit dem die Zündkerze 20 in der Bohrung 14 einschraubbar ist. Die Zündkerze 20 ist wie in der Figur 1 dargestellt in einer Bohrung 14 innerhalb des Zylinderkopfes 12 angeordnet sein, wobei die Bohrung 14 in den Brennraum 15 mündet.
Bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Zündkerze 20 innerhalb eines Bereichs 40 angeordnet. Der Bereich 40 ergibt sich als Kreisfläche am Brennraumdach 13, wobei die Kreisfläche den Mittelpunkt des Brennraumdaches 13 als Kreismittelpunkt hat. In diesem Beispiel fällt der Mittelpunkt des Brennraumdaches 13 und der zentralen Achse 16 des Zylinders 10 zusammenfällt. Die Kreisfläche des Bereichs 40 hat einen Radius RM von 15% des inneren Zylinder- Radius RB. Bei der Beurteilung, ob die Zündkerze 20 innerhalb des Bereichs 40 angeordnet ist, wird die Längsachse X der Zündkerze 20 betrachte. Wenn die Längsachse X innerhalb des Bereichs 40 ist, dann gilt die Zündkerze 20 als innerhalb des Bereichs 40 angeordnet. Insbesondere ist die Zündkerze 20 am Mittelpunkt des Brennraumdaches 13 angeordnet. Sprich die Längsachse X der Zündkerze 20 und der Mittelpunkt des Brennraumdaches 13 fallen zusammen.
Die Zündkerze 20 ist in der Bohrung 14 so angeordnet, dass ihre brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 bündig mit dem Brennraumdach 13 ist. Des Weiteren ist die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 eine ebene und senkrecht zur Längsachse X der Zündkerze 20 ausgerichtete Fläche.
Das Brennraumdach 13 kann wie in Figur 1 gezeigt eine gekrümmte Fläche sein. Alternative kann das Brennraumdach 13 sich auch aus mehreren, ebenen Flächensegmenten zusammensetzen, die im Mittelpunkt des Brennraumdaches 13 Zusammentreffen.
Der Zylinderkopf 12 weist eine Bohrung 14 auf, die das Brennraumdach 13 durchbricht. In der Bohrung 14 ist die Zündkerze 20 montiert, beispielsweise eingeschraubt. Zur Beurteilung, ob der Zündspalt 25 der Zündkerze 20 außerhalb des Brennraums angeordnet ist, wird die Kontur des Brennraumdaches im Bereich der Bohrung durch eine gedachte Linie 15a fortgeführt. Diese gedachte Linie 15a dient als Referenzebene mit dem Wert 0 mm. Der Abstand A 30 des Zündspalts 25 bis zu der Referenzebene ist größer als 0 mm, wobei das Vorzeichen die Richtung des Abstandes A 30 angibt. Ein „+“ Vorzeichen bedeutet, dass der Abstand von der Referenzebene aus sich in den Brennraum hinein erstreckt. Ein
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Vorzeichen bedeutet, dass der Abstand von der Referenzebene aus sich außerhalb und weg vom Brennraum erstreckt. Der Zündspalt 25 hat vorteilhafterweise einen Abstand 30 von mindestens 0 mm und bis zu -15 mm von der Referenzebene aus. Beispielsweise liegt der Abstand bei -1mm bis -4mm.
In den nachfolgenden Figuren haben gleich Teile der Figuren die gleiche Bezeichnung und die gleichen Bezugszeichen. Der einfachheitshalber wird in den nachfolgenden Figuren die Unterschiede zu den vorherigen Figuren beschrieben.
Die Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 der Zündkerze 20 innerhalb der Bohrung 14 endet. In diesem Beispiel ist die Masseelektrode 24 in einer Bohrung 214 im Gehäuse 21 angeordnet und bildet als Seitenelektrode zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen radialen Zündspalt 25 aus. Alternativ könnte die Masseelektrode 24 innerhalb des Gehäuses 21 so angeordnet sein, dass diese eine Dachelektrode ist und zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen axialen Zündspalt 25 ausbildet. Bei einer weiteren Alternative kann die Masseelektrode 24 auch an der brennraumzugewandten Stirnseite 210 des Gehäuses 21 angeordnet sein, so dass der Zündspalt 25 nicht innerhalb, wie in Figur 2, sondern außerhalb des Gehäuses 21 ausgebildet ist. Dabei ist es wichtig, dass die Elektroden 23, 24 so angeordnet sind, dass der Zündspalt 24 innerhalb der Bohrung 14 im Zylinderkopf 12 ausgebildet ist, damit die im Zylinder 10 montierte Zündkerze 20 eine negative Funkenlage hat.
Die Figur 3 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 der Zündkerze 20 im Brennraum 15 endet. Dabei ist die Masseelektrode 24 innerhalb des Gehäuses 21 angeordnet, damit auch der Zündspalt 25 innerhalb des Gehäuses 21 und außerhalb des Brennraums 15 ausgebildet ist. Die Masseelektrode 24 kann wie gezeigt als Seitenelektrode, die zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen radialen Zündspalt 25 ausbildet, oder als Dachelektrode angeordnet sein, die zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen axialen Zündspalt 25 ausbildet.
Die Figur 4 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Bohrung 14 im Zylinderkopf 12 und damit auch die Zündkerze 20 dezentral, sprich außerhalb des kreisförmigen Bereichs 40, der den Mittelpunkt des Brennraumdachs als Kreismittelpunkt hat. Die Zündkerze 20 ist so innerhalb der Bohrung 14 angeordnet, dass die brennraumzugewandte Stirnseite 210 mindestens teilweise bündig mit dem Brennraumdach 15 ist. Insbesondere wenn die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 eine ebene Fläche ist und das Brennraumdach 13 eine nicht gerade Kontur in dem Bereich um die Bohrung 14 aufweist, kann die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses nur teilweise bündig mit dem Brennraumdach 13 sein.
In den Figuren 5 und 6 ist jeweils der brennraumseitige Endbereich der Zündkerze 20 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das Gehäuse 21, der Isolator 22 und die Mittelelektrode 23 sind ausschnittsweise zu sehen. Eingezeichnet sind der Innenradius RI des Gehäuses im Atmungsraum und der Außenradius RA des Gehäuses. Der Außenradius RA erstreckt sich von der Längsachse X der Zündkerze 20 bis zu den Gewindespitze des an der Außenseite des Gehäuses 21 ausgebildeten Gewindes 211. Der Innenradius RI erstreckt sich von der Längsachse X der Zündkerze 20 bis zur Innenseite des Gehäuses 21 im Atmungsraum. In diesem Beispiel ist die Masseelektrode 24 in einer Bohrung 214 im Bereich des Gewindes 211 angeordnet und bildet zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen radialen Zündspalt 25. Der Zündspalt 25 ist radial durch die sich gegenüberstehenden Flächen der Elektroden 23, 24 begrenzt und axial durch das Volumen 251 der Projektion der sich gegenüberstehenden Flächen der Elektroden 23, 24. Die Grenzen der Projektion ist mit einer unterbrochenen Linie angedeutet. Der Abstand A 30 des Zündspalts 25 zum Brennraumdach 15 wird vom brennraumseitigen Ende des Zündspalts ausgemessen. Die gestrichelten Linien verdeutlichen die Grenzen des Zündspalt-Volumens 251.
Die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Gehäuses 21 unterscheidet sich in den Figuren 5 und 6 von der in den ersten vier Figuren dargestellten brennraumzugewandten Stirnseite 210 des Gehäuses 21 dadurch, dass die brennraumzugewandte Stirnseite 210 keine senkrecht zur Längsachse X der Zündkerze 20 ausgerichtete Fläche ist. In Figur 5 ist die brennraumzugewandte Stirnseite 210 eine ebene Fläche, die gewinkelt zur Längsachse X der Zündkerze 20 ausgerichtet ist. Die Fläche der Stirnseite 210 und die Längsachse X schließen einen Winkel a ein. In Figur 6 ist die brennraumzugewandte Stirnseite 210 eine gekrümmte Fläche, die gewinkelt zur Längsachse X der Zündkerze 20 ausgerichtet ist. An die gekrümmte Fläche wird eine Tangente 210T angelegt, die zusammen mit der Längsachse X einen Winkel a einschließt. Zündkerzen 20 mit zur Längsachse X der Zündkerze gewinkelt ausgerichteten, brennraumzugewandten Stirnseiten 210 des Gehäuses 21 sind besonders vorteilhaft bei einer dezentralen Anordnung der Zündkerze 20 im Zylinderkopf 12, wobei die brennraumzugewandte Stirnseite 210 des Zündkerzengehäuses 21 bündig mit dem Brennraumdach 13 ist.
In Figur 7 und in Figur 8 sind zwei alternative Zündkerze 20 dargestellt, die bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1 verwendet werden können. In Figur 7 ist eine Zündkerze 20 gezeigt, die mehrere Masseelektroden 24 aufweist. Die Masseelektroden 24 bilden jeweils eine Zündspalt 25 mit der Mittelelektrode 23. Die Masseelektroden 24 sind hier als Seitenelektroden ausgebildet, die entsprechend zusammen mit der Mittelelektrode 23 radiale Zündspalte 25 ausbilden.
In Figur 8 ist die Masseelektrode 24 als Dachelektrode ausgebildet, die zusammen mit der Mittelelektrode 23 einen axialen Zündspalt 25 ausbildet. Natürlich kann die Zündkerze 20 auch eine Dachelektrode in Kombination mit einer oder mehreren Seitenelektroden als Masseelektroden aufweisen. ln den Figuren 7 und 8 ist die Zündkerze 20 in ihrer gesamten Länge gezeigt. Zu sehen ist auch eine äußere Dichtfläche 281, die an der Außenseite des Gehäuses 21 oberhalb des brennraumabgewandten Endes des Gewindes 211 ausgebildet ist. An der äußeren Dichtfläche 281 ist ein Dichtring 28 als äußere Dichtung angeordnet, die bei der im Zylinderkopf 12 montierten Zündkerze 20 den Übergang zwischen der Zündkerze 20 und des Zylinderkopfes 12 abdichtet. Zwischen der äußeren Dichtfläche 281 und dem brennraumabgewandten Ende des Gewindes weist das Gehäuse 21 einen gewindefreien Bereich 212 auf. Insbesondere hat dieser Bereich eine Länge, die parallel zur Längsachse X der Zündkerze 20 gemessen länger ist als eine Dicke der an der äußeren Dichtfläche 281 angeordnete äußere Dichtung 28.
In Figur 9 ist eine Verbrennungskraftmaschine mit der bereits bekannten Anordnung der Zündkerze im Zylinderkopf. Die Zündkerze ist so ausgebildet und im Zylinderkopf angeordnet, dass die Elektroden 23, 24 und der Zündspalt 25 innerhalb des Brennraums sind. Diese Zündkerze hat eine positive Funkenlage.

Claims

Ansprüche
1. Verbrennungskraftmaschine (1), aufweisend:
Mindesten einen Zylinder (10), in dem ein Brennraum (15) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (15) durch die Seitenwände (11) des Zylinders (10) und einem Brennraumdach (13), das durch einen Zylinderkopf (12) des Zylinders (10) gebildet wird, sowie einem im Zylinder (10) beweglichen Kolben begrenzt ist,
Eine Zündkerze (20) mit einer Längsachse aufweisend: ein Gehäuse (21) mit einer brennraumzugewandten Stirnseite (210), einen im Gehäuse (21) angeordneten Isolator (22), eine im Isolator (22) angeordnete Mitteelektrode (23) und mindestens einer am oder im Gehäuse (21) angeordnete Masseelektrode (24), die zusammen mit der Mittelelektrode (23) mindestens einen Zündspalt (25) ausbildet, wobei die Zündkerze (20) in einer im Zylinderkopf (12) ausgebildeten Bohrung (14) montiert ist und dazu eingerichtet ist ein im Brennraum (15) befindliches Kraftstoff- Luft-Gemisch zu entflammen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündspalt (25) der Zündkerze (20) außerhalb des Brennraums (5) angeordnet ist.
2. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündspalt (25) einen Abstand (30) zum Brennraumdach (13) des Zylinders (10) von mindestens 0 mm und maximal -15 mm, insbesondere von mindestens -1 mm und/oder maximal -4 mm, wobei die Kontur des Brennraumdaches (13) durch eine gedachte Linie bei der Bohrung (14) fortgesetzt ist und diese gedachte Linie (15a) eine Referenzebene mit dem Wert 0 mm ist.
3. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die brennraumzugewandte Stirnseite (210) des Gehäuses (21) außerhalb des Brennraums (15) angeordnet ist, insbesondere innerhalb der Bohrung (14) für die Zündkerze (20).
4. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die brennraumzugewandte Stirnseite (210) des Gehäuses (20) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, bündig mit dem Brennraumdach (13) ist. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (20) innerhalb eines Bereichs (40) angeordnet ist, wobei der Bereich (40) durch eine Kreisfläche mit einem Mittelpunkt des Brennraumdaches (13) als Kreismittelpunkt ist und einem Radius RM von 15% des inneren Zylinder- Radius RB hat. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (30) nicht außerhalb eines Bereichs (40) angeordnet ist, wobei der Bereich (40) durch eine Kreisfläche mit einem Mittelpunkt des Brennraumdaches (13) als Kreismittelpunkt ist und einem Radius RM von 15% des inneren Zylinder- Radius RB hat. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die brennraumzugewandte Stirnseite (210) des Gehäuses (21) eine Fläche hat, wobei die Form der Fläche der Kontur des Brennraumdachs (13) entspricht. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dass die Fläche eine ebene Fläche ist, die senkrecht zur Längsachse der Zündkerze (20) ist. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche eine ebene Fläche ist, die mit der Längsachse X der Zündkerze (20) einen Winkel von kleiner 90°, und insbesondere größer als 30°, einschließt, wobei jeweils der kleinere eingeschlossene Winkel zwischen Fläche und Längsachse X betrachtet wird. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche eine gekrümmte Fläche ist, die mit der Längsachse X der Zündkerze (20) einen Winkel von 90° oder kleiner, insbesondere größer als 30° einschließt, wobei jeweils der kleinere eingeschlossene Winkel zwischen Fläche und Längsachse X betrachtet wird. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10), insbesondere der Zylinderkopf (12), und/oder die Zündkerze (20) jeweils eine Markierung aufweisen, so dass die Zündkerze (20) gerichtet in dem Zylinder (10) montiert werden kann. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (20) an der Außenseite des Gehäuses (21) ein Gewinde (211), womit die Zündkerze (20) in die im Zylinderkopf (21) ausgebildete Bohrung (14) eingeschraubt ist, und eine äußere Dichtfläche (281) aufweist, wobei zwischen der äußeren Dichtfläche (281) und einem brennraumabgewandten Ende des Gewindes das Gehäuse (21) einen gewindefreien Bereich (212) aufweist, insbesondere der in Längsachse der Zündkerze (20) länger ist als eine Dicke einer an der äußeren Dichtfläche (281) angeordnete äußere Dichtung (28). Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Zündspalts (25) durch einen Elektrodenabstand der Mittelelektrode (23) zu der mindestens einen Masseelektrode (24) gegeben ist, wobei der Elektrodenabstand der Mittelelektrode (23) zu der mindestens einen Masseelektrode (24) nicht größer als 0,4 mm, insbesondere nicht größer als 0,2 mm, und nicht kleiner als 0,05 mm, insbesondere nicht kleiner als 0,1 mm, ist. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) mit Wasserstoff oder ein Wasserstoffgemisch als Kraftstoff betreibbar ist, insbesondere zumindest innerhalb eines Teil-Betriebsbereichs mit einer Lambdazahl von mindestens 1,8 betreibbar ist.
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