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Dokumentenidentifikation DE102004050291A1 29.06.2006
Titel Zündkerze für einen Wasserstoffmotor
Anmelder Bayerische Motoren Werke AG, 80809 München, DE
Erfinder Stadler, Wolfgang, 81539 München, DE;
Holzmann, Josef, 80937 München, DE
DE-Anmeldedatum 15.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004050291
Offenlegungstag 29.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse H01T 13/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Bei einer Zündkerze, mit einer in einem zentralen Isolator angeordneten und gegenüber dieser vorstehenden zylindrischen Mittelelektrode und mit einer diese kragenförmig umgebenden Masseelektrode, steht die Mittelelektrode in axialer Richtung über die Masseelektrode vor. Zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ist ein Luftkanal ausgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Wasserstoffmotor.

Verwendet man für einen derartigen Motor eine Zündkerze, wie sie heute serienmäßig in den Fahrzeugen der Anmelderin für einen Benzin-Motor verwendet wird, ergeben sich auf Grund der Besonderheiten der Wasserstoffverbrennung Probleme hinsichtlich des Isolatorverschleißes und der erhöhten Selbstentflammung.

Durch eine verstärkte Gleitfunkenbildung verbunden mit dem höheren Spitzendruck bei der Wasserstoffverbrennung ist der Abtrag am keramischen Isolator deutlich stärker gegenüber der Benzinverbrennung. Durch die geringere Auslenkung des Funkenkanals in den Brennraum wird der Isolator stärker thermisch belastet. Diese Belastung führt zu erhöhtem Verschleiß der Keramik.

Auf Grund der relativ niedrigen Selbstentflammungsgrenze von 580°C besteht weiter die Gefahr einer unkontrollierten und den Motor mechanisch extrem belastenden Selbstentzündung bis hin zu Rückzündungen in den Ansaugtrakt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Zündkerze für einen Wasserstoffmotor zu schaffen, bei der die Bauteiltemperatur deutlich unter der Selbstentflammungsgrenze liegt und bei der der Gleitfunkenanteil verringert ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Zündkerze, die folgende Merkmale aufweist:

Sie besitzt eine in einem zentralen Isolator angeordnete und gegenüber diesem vorstehende zylindrische Mittelelektrode und eine diese kragenförmig umgebende Masseelektrode. Die Mittelelektrodenspitze steht ferner in axialer Richtung über die Masseelektrode vor. Schließlich ist zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ein Luftkanal ausgebildet.

Bedingt durch die erfindungsgemäße Bauform kommt es zu einer Verringerung des Gleitfunkenanteils. Dadurch wird eine höhere Standzeit erreicht. Ferner ergibt sich gegenüber den eingangs genannten konventionellen Zündkerzen eine Absenkung der Bauteiltemperatur unter die kritische Selbstentflammungsgrenze.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Anteil der Gleitfunken weitgehend reduziert ist und überwiegend eine Luftfunkenzündung erfolgt. Dadurch ergibt sich eine deutliche Reduzierung der thermischen und durch die Vermeidung des Channeling-Effekts, d.h. dem Gleiten des Zündfunkens über die Oberfläche des Isolators, auch der mechanischen Beanspruchung des Isolators.

Deutliche Verbesserungen der erfindungsgemäßen Zündkerze bestehen in den nachfolgenden Maßnahmen, die einzeln oder auch gemeinsam verwendet werden können:

So kann sich die Masseelektrode im Bereich der Mittelelektrode unter Bildung eines Luftspaltes verjüngen. Der Isolator kann einen Sockel mit größerem Durchmesser als die Mittelelektrode bilden. Und schließlich kann die Spitze der Mittelelektrode abgeflacht sein.

Anhand der Zeichnungen wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt die einzige Figur in vergrößerter Darstellung eine erfindungsgemäße Zündkerze zur Hälfte im Längsschnitt und zur Hälfte in der Draufsicht.

Die ausschnittsweise dargestellte Zündkerze 1 besitzt eine Mittelelektrode 2, eine Masseelektrode 3 und einen als Isolator dienenden Keramikkörper 4. Die Mittelelektrode 2 ist zylindrisch geformt. Sie besitzt eine geringe axiale Länge von ca. 3 mm, die in etwa gleich ihrem Durchmesser ist. Die Masseelektrode 3 umgibt die Mittelelektrode 2 kragenförmig und verjüngt sich im Bereich der Mittelelektrode 2. Die abgeflachte Mittelelektrodenspitze 2' steht gegenüber der Masseelektrode 3 in axialer Richtung um etwa 1 bis maximal 2 mm vor.

Der Isolator 4 bildet einen Sockel mit größerem Durchmesser als die Mittelelektrode 2. Zwischen der Masseelektrode 3 und der Mittelelektrode 2 ist ein Luftkanal 5 ausgebildet.

Der sich durch den Luftkanal 5 ergebende Luftspalt besitzt folgende Eigenschaften: die beiden Elektroden 2 und 3 besitzen über die gesamte wirksame Länge des Luftspalts einen maximalen Abstand von 1 mm und einen minimalen Abstand, dessen Eigenschaften von der Verwendung der Zündkerze abhängig ist. Handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, die sowohl mit Wasserstoff, als auch mit konventionellem Kraftstoff betrieben wird, ist der minimale Abstand der beiden Elektroden mindestens gleich 0,6 mm. Bei reinem Wasserstoffbetrieb kann der minimale Abstand auch kleiner sein.

Dadurch ergeben sich folgende funktionalen Eigenschaften der Zündkerze 1: Bedingt durch den angegebenen Wert und das angegebene Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Mittelelektrode 2 ergibt sich eine Bauteiltemperatur, die unter allen Betriebsbedingungen und an allen Stellen der Zündkerze 1 unter der Selbstentflammungstemperatur von 580°C liegt.

Voraussetzung dafür ist lediglich eine ausreichende Wärmeableitung an der Mittelelektrode 2.

Die große Oberfläche der Mittelelektrode 2 ermöglicht einen Funkenüberschlag von theoretisch jedem Punkt aus. Dadurch ergibt sich ein geringer Verschleiß der Elektroden 2 und 3. Der Funkenüberschlag erfolgt unter sämtlichen Betriebsbedingungen durch „die Luft", d.h. unter weitgehender Vermeidung einer Gleitbewegung auf dem Isolator 4. Dadurch ist die thermische und mechanische Beanspruchung des Isolators 4 gering und eine lange Standzeit der Zündkerze gewährleistet.


Anspruch[de]
  1. Zündkerze, mit einer in einem zentralen Isolator angeordneten und gegenüber diesem vorstehenden zylindrischen Mittelelektrode und mit einer diese kragenförmig umgebenden Masseelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (2) in axialer Richtung über die Masseelektrode (3) vorsteht, und dass zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ein Luftkanal (5) ausgebildet ist.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Masseelektrode im Bereich der Mittelelektrode (2) unter Bildung eines Luftspaltes verjüngt.
  3. Zündkerze nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (4) einen Sockel mit größerem Durchmesser als die Mittelelektrode (2) bildet.
  4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (2') der Mittelelektrode (2) abgeflacht ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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