DE10195138B3

DE10195138B3 - Zündelektrodenanordnung an einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10195138B3
Application number: DE10195138T
Authority: DE
Inventors: Karl Marforio; Alf Hedlund
Original assignee: Saab Automobile AB
Current assignee: Saab Automobile AB
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: SE0000268L; WO2001056124A1; AU2001230670A1; US6752109B2; JP2003520924A; SE0000268D0; SE522013C2; US20030089325A1; DE10195138T1; JP4426747B2

Abstract

Zündelektrodenanordnung für einen Zylinder in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Ottomotor, in dem ein Zylinderkopf (3) eine erste Elektrode (7) und eine zweite Elektrode (8) trägt, die miteinander zusammenwirken, wobei die erste Elektrode (7) an einer in dem Zylinderkopf (3) befestigten Zündeinrichtung (6) angeordnet ist, wobei sowohl die erste Elektrode (7) als auch die zweite Elektrode (8) relativ zu dem Zylinderkopf (3) bewegbar angeordnet sind, um eine variable Funkenstrecke und/oder eine variable Zündposition zu ermöglichen, und wobei die zweite Elektrode (8) in dem Zylinderkopf (3) getrennt von der Zündeinrichtung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (7) sowohl in Längsrichtung des Zylinders als auch in einer Ebene im rechten Winkel zur Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Zündelektrodenanordnung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Stand der Technik
Bei einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung wird normalerweise eine Zündelektrodenanordnung verwendet, bei der eine positive Elektrode und eine Erdungselektrode in einer Zündkerze eingebaut sind, die im Zylinderkopf des Motors entfernbar befestigt ist und eine festgelegte Funkenstrecke aufweist.
DE 34 30 675 A1 beschreibt eine Abreißzündkerze für einen Zylinder in einem Verbrennungsmotor. Die Abreißzündkerze weist eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf, die beide in Längsrichtung der Abreißzündkerze bewegt werden können.
Ebenso zeigt JP 09-219 275 A eine Zündkerze, bei der sowohl eine erste als auch eine zweite Elektrode in Längsrichtung der Zündkerze verschoben werden können.
In DE 28 19 058 A1 wird eine Abreißzündkerze beschrieben, bei welcher eine erste Elektrode axial zu der Längsrichtung der Abreißzündkerze gedreht werden kann, um einen Abstand zu einer zweiten, ein Teil der Zündkerze bildenden Elektrode zu variieren.
US 2 031 293 A offenbart eine Zündvorrichtung mit einer in einem Zylinderkopf angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die schräg zu der Längsrichtung der ersten Elektrode in dem Zylinderkopf angeordnet ist. Die zweite Elektrode weist ein Gewinde auf und kann in einer schrägen ebenfalls mit Gewinde ausgestatteten Führung relativ zu der ersten Elektrode bewegt werden.
GB 1 573 445 A offenbart eine Zündkerze mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, wobei sich die erste und die zweite Elektrode, je nach deren Gestaltung, relativ zueinander bewegen können. Die erste und die zweite Elektrode sind dazu aus Metallen gebildet, die sich aufgrund der Wärme im Zylinder ausdehnen und in eine bestimmte Richtung bewegen. Beispielsweise bestehen die erste und die zweite Elektrode aus einem Bimetall.
Um im Fall von, unter anderem, geringer Last, bessere Verbrennungsbedingungen zu erreichen, ist es erwünscht, eine größere Funkenstrecke verwenden zu können, als es eine herkömmliche Zündkerze zulässt, und daher wurde die Verwendung einer Elektrodenanordnung vorgeschlagen, bei der die Zündkerze lediglich eine positive Elektrode aufweist und die Erdungselektrode am Kolben des Zylinders angeordnet ist. Durch Wahl eines geeigneten Zündzeitpunktes ist es auf diese Weise möglich, den gewünschten Elektrodenabstand zu erreichen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass es bei einer großen Funkenstrecke nicht immer möglich ist, einen zufriedenstellenden Zündfunken zu erzeugen, da aus praktischen Gründen die Zündspannung zu begrenzen und deshalb nicht immer ausreichend ist. In diesem Zusammenhang besteht eine Gefahr dahingehend, dass der Zündfunke, anstatt den Kolben zu treffen, den Zylinderkopf nahe der Zündkerze trifft, mit verschiedenen Nachteilen als Folge.
Um eine größere Funkenstrecke als mit einer herkömmlichen Zündkerze zu erreichen, wurde auch versucht, eine ortsfeste Erdungselektrode am Zylinderkopf anstelle einer Erdungselektrode an der Zündkerze zu positionieren. Diese Lösung erlaubt jedoch nicht, die Größe der Funkenstrecke zu ändern, was möglich ist, wenn die Erdungselektrode am Kolben positioniert ist.
Die Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zündelektrodenanordnung herzustellen. Eine andere Aufgabe ist es, eine verbesserte Zündsteuerung und auf diese Weise eine verbesserte Verbrennungssteuerung möglich zu machen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine variable Zündposition zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgaben werden mittels einer Zündelektrodenanordnung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und mittels eines Verfahrens mit den im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen erreicht.
Indem beide Elektroden bewegbar ausgebildet sind, wobei eine erste Elektrode sowohl in Längsrichtung als auch in einer Ebene im rechten Winkel zur Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist, wird ermöglicht, die Größe und/oder die Position der Funkenstrecke zu ändern. Indem ferner die Größe der Funkstrecke als Funktion der aktuellen Betriebssituation gesteuert wird, ist es möglich, einen optimalen Zündfunken für die aktuelle Betriebssituation zu erzeugen, was wiederum zu Vorteilen hinsichtlich der Möglichkeit führt, in Kombination mit anderen verbrennungsbezogenen Parametern wie zum Beispiel dem Zündzeitpunkt, dem Typ der Kraftstoff/Luftmischung, der Turbulenz im Zylinder, der Temperatur, dem Aufladungsgrad, der Kompression, etc. den Verbrennungsprozess zu verfeinern, um Vorteile hinsichtlich der Umwelt, des Kraftstoffverbrauchs, der Fahrmöglichkeit in verschiedenen Situationen, etc. zu erreichen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Patentansprüchen hervor.
Die Erfindung wird unten detaillierter mittels beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.
Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Zylinders in einem Motor mit einer Zündelektrodenanordnung,
2–3 Varianten der Ausführungsform in 1,
4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Zündelektrodenanordnung,
5a und 5b eine Ansicht V-V in 4 mit Teilen in unterschiedlichen Positionen,
6 eine Variante der Ausführungsform in 4,
7 eine vereinfachte Teilansicht von 6, und
8 einen Schnitt entlang VIII-VIII in 7.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt schematisch einen Zylinder 1 in einem ansonsten nicht detaillierter dargestellten Verbrennungsmotor mit Funkenzündung, in diesem Fall ein Ottomotor. Ein Kolben 4 bewegt sich in einem Zylinderblock 2 hin und her, der an der Oberseite von einem Zylinderkopf 3 abgedeckt ist. Der Zylinder 1 ist mit einer Zündelektrodenanordnung 5 ausgestattet, um eine in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmischung zu zünden. Herkömmliche Einlass- und Auslassventile in dem Zylinder sowie andere herkömmliche Komponenten wurden der Einfachheit und Klarheit halber weggelassen, bilden aber selbstverständlich einen Teil des beschriebenen Motors.
Die Zündelektrodenanordnung 5 umfasst eine Zündeinrichtung 6, die im Zylinderkopf 3 entfernbar befestigt ist und eine erste Elektrode 7 bildet, und eine zweite Elektrode 8, die am Zylinderkopf 3 befestigt ist. Eine zweite Elektrode 9, die am Kolben 4 angeordnet und hier als erhöhter, relativ zu der Zündeinrichtung 6 lateral versetzter Teil ausgeformt ist, ist zusätzlich zu der zweiten Elektrode 8 ebenfalls vorhanden.
Die erste Elektrode 7 ist in der Zündeinrichtung 6 bewegbar angeordnet und kann mittels einer an der Zündeinrichtung 6 angeordneten Betätigungsvorrichtung 10 in Richtung des Doppelpfeils 11, im Wesentlichen in Längsrichtung des Zylinders, hin und her verschoben werden. Da die erste Elektrode 7 daher relativ zu dem Zylinderkopf 3 und relativ zu dem Kolben 4 bewegbar ist, ist es möglich, die Größe der Funkenstrecke mittels der Betätigungsvorrichtung 10 zu variieren, die für den Zweck mittels einer Steuereinheit 13 geeignet gesteuert werden kann, die einen Teil des Zündsystems des Fahrzeugs bildet, um auf diese Weise die Größe der Funkenstrecke anforderungsgemäß als Funktion geeigneter Betriebsparameter zu variieren. Es ist auch möglich, die Steuereinheit 13 so auszuführen, dass sie die Zündspannung anforderungsgemäß auch als Funktion geeigneter Betriebsparameter steuert, und auf diese Weise eine weiter verbesserte Zündsteuerung zu erreichen.
Die zweite Elektrode 8 ist ebenfalls bewegbar angebracht und kann mittels einer Betätigungsvorrichtung 14 in Richtung des Doppelpfeils 15 hin und her bewegt werden. Zu diesem Zweck läuft sie abgedichtet in einer gekrümmten Führung 12 im Zylinderkopf. Die Betätigungsvorrichtung 14 wird, wie die Betätigungsvorrichtung 10, vorteilhafterweise von der Steuereinheit 13 gesteuert, die einen Teil des Zündsystems bildet. In diesem Zusammenhang bildet die zweite Elektrode 8 eine Erdungselektrode und kann, falls geeignet, in der Betätigungsvorrichtung 14 an einer Rolle befestigt sein.
Da die zweite Elektrode 8 im Zylinderkopf ebenfalls bewegbar angebracht ist, wird für eine verbesserte Möglichkeit gesorgt, eine Funkenstreckengröße einzustellen, die für eine aktuelle Betriebssituation geeignet ist, sodass der Zündfunke eine optimale Wirkung hat.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Elektrode 7 auf die gleiche Weise wie in 1 bewegbar, während die zweite Elektrode 8 im Zylinderkopf 3 in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zylinders schwenkbar befestigt ist, um es auf diese Weise zu ermöglichen, die Größe der Funkenstrecke zu der Zündeinrichtung 6 zu ändern. Die Schwenkbewegung wird mittels der Betätigungsvorrichtung 14 gesteuert, um so eine Bewegung gemäß dem Doppelpfeil 15 zu übertragen. Die notwendige Abdichtung zwischen der zweiten Elektrode 8 und dem Zylinderkopf 3 wurde hier der Klarheit halber weggelassen.
In 3 kann die zweite Elektrode 8 in einer Führung 12 im Zylinderkopf 3 axial hin und her bewegt werden. Die Bewegung in Richtung des Doppelpfeils 15 wird mittels der Betätigungsvorrichtung 14 erreicht. Die erste Elektrode 7 ist auf die gleiche Weise wie in 1 bewegbar.
In 4 ist die erste Elektrode 7 nicht nur in Richtung des Doppelpfeils 11 axial bewegbar, sondern auch in Richtung des Doppelpfeils 16 im Wesentlichen um die Längsrichtung der Zündeinrichtung 6 schwenkbar. Auf entsprechende Weise ist die zweite Elektrode 8 in Richtung des Doppelpfeils 17 zusätzlich dazu schwenkbar, dass sie in Richtung des Doppelpfeils 15 axial verschiebbar ist. In diesem Fall bildet die erste Elektrode 7 einen Arm, der sich vom Ende einer in der Zündeinrichtung 6 bewegbar befestigten Spindel 7a radial nach außen erstreckt. Auf entsprechende Weise bildet die zweite Elektrode 8 einen Arm, der sich vom Ende einer im Zylinderkopf 3 bewegbar befestigten Spindel 8a radial nach außen erstreckt. Die relative Bewegung zwischen den ersten und zweiten Elektroden 7, 8 gemäß den Doppelpfeilen 16, 17 ist detaillierter in 5a zu sehen, in der sich die Elektroden in einer von vielen möglichen relativen Positionen befindet.
Gemäß 4 ist die Spindel 8a der zweiten Elektrode 8 in einem Halter 18 befestigt, der im Zylinderkopf 3 drehbar befestigt ist und mittels der Betätigungsvorrichtung 14 um eine Achse im Wesentlichen parallel zu der Achse des Zylinders 1 gedreht werden kann. Durch Drehen des Halters 18 gemäß dem Doppelpfeil 20 in 5a kann die zweite Elektrode 8 auch in lateraler Richtung relativ zu der ersten Elektrode 7 bewegt werden, zum Beispiel von einer in 5a gezeigten Position zu einer in 5b gezeigten, der ersten Elektrode 7 näheren Position. Eine Bewegung gemäß den Doppelpfeilen 16 und 17 ist jedoch auch weiterhin möglich.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist die Spindel 8a der zweiten Elektrode 8 unmittelbar im Zylinderkopf 3 zur Bewegung gemäß den Doppelpfeilen 15, 17 mittels der Betätigungsvorrichtung 14 befestigt. Die erste Elektrode 7 ist auf die gleiche Weise wie in 4 bewegbar und ist daher gemäß den Doppelpfeilen 11, 16 bewegbar. Mögliche Bewegungen der Elektroden 7 und 8 sind detaillierter in 7 und 8 gezeigt.
Zusätzlich zu den oben gezeigten beispielhaften Ausführungsformen sind anforderungs- und bedingungsgemäß natürlich eine Anzahl anderer Ausführungsformen möglich.
Die Zündeinrichtung 6 kann, falls geeignet, mit einer Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung kombiniert sein, wobei die Spitze dieser Vorrichtung in geeigneter Weise so ausgeführt ist, dass sie anforderungsgemäß verschiebbar/drehbar ist. Die zweite Elektrode 8 kann, falls geeignet, auch mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung kombiniert sein, die ortsfest oder bewegbar angeordnet ist.
Wie dargestellt, kann die Erfindung bei funkengezündeten Ottomotoren verwendet werden, aber es gibt natürlich nichts, was verhindert, dass die Erfindung stattdessen, beispielsweise bei einem 2-Takt-Motor oder einem anderen funkengezündeten Motortyp verwendet wird.
Die Einstellbarkeit der Elektroden und damit die Einstellbarkeit der Größe und/oder der Position der Funkenstrecke, die erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, machen es auf geeignete Weise möglich, die Funkenstrecke und Zündposition als Funktion der aktuellen Betriebssituation zu ändern, falls geeignet, in Kombination mit einer Steuerung der Zündspannung. Auf diese Weise wird ermöglicht, die Verbrennung im Zylinder vorteilhaft so zu beeinflussen, dass Verbesserungen beispielsweise hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, der Fahreigenschaften und von Umweltaspekten erreicht werden können.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Elektrode positiv und die zweite Elektrode negativ ist. Nichtsdestoweniger ist eine umgekehrte Ausführungsform ebenfalls möglich. Ferner ist es möglich, sowohl die erste als auch die zweite Elektrode in der Zündeinrichtung anzuordnen und dann beide in der angegebenen Weise bewegbar auszuführen.

Claims

Zündelektrodenanordnung für einen Zylinder in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Ottomotor, in dem ein Zylinderkopf (3) eine erste Elektrode (7) und eine zweite Elektrode (8) trägt, die miteinander zusammenwirken, wobei die erste Elektrode (7) an einer in dem Zylinderkopf (3) befestigten Zündeinrichtung (6) angeordnet ist, wobei sowohl die erste Elektrode (7) als auch die zweite Elektrode (8) relativ zu dem Zylinderkopf (3) bewegbar angeordnet sind, um eine variable Funkenstrecke und/oder eine variable Zündposition zu ermöglichen, und wobei die zweite Elektrode (8) in dem Zylinderkopf (3) getrennt von der Zündeinrichtung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (7) sowohl in Längsrichtung des Zylinders als auch in einer Ebene im rechten Winkel zur Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist.
Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (7) mit einer Betätigungsvorrichtung (10) verbunden ist, mittels der sie bewegt werden kann.
Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) von einer Steuereinheit (13) gesteuert ist, die einen Teil des Zündsystems des Fahrzeugs bildet.
Zündelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (8) fadenförmig und in einer in dem Zylinderkopf (3) angeordneten Führung (12) axial bewegbar ist.
Zündelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (8) in dem Zylinderkopf (8) schwenkbar angeordnet und in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zylinders schwenkbar ist.
Zündelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (8) in dem Zylinderkopf (3) schwenkbar angeordnet und in einer Ebene im Wesentlichen im rechten Winkel zur Längsrichtung des Zylinders schwenkbar ist.
Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (8) in Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist.
Zündelektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (8) mit einer Betätigungsvorrichtung (14) verbunden ist, mittels der sie bewegt werden kann.
Zündelektrodenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (14) von einer Steuereinheit (13) gesteuert ist, die einen Teil des Zündsystems des Fahrzeug bildet.
Verfahren zum Erzeugen eines Zündfunkens in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Ottomotor, bei dem ein Zündfunke zwischen einer ersten Elektrode (7) an einer in einem Zylinderkopf (3) befestigten Zündeinrichtung (6) und einer zweiten Elektrode (8) erzeugt wird, wobei die Position beider Elektroden (7, 8), der an der Zündeinrichtung (6) angeordneten ersten Elektrode (7) und der in dem Zylinderkopf (3) von der Zündeinrichtung (6) getrennt angeordneten zweiten Elektrode (8), während des Betriebs variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (7) sowohl in Längsrichtung des Zylinders als auch in einer Ebene im rechten Winkel zur Längsrichtung des Zylinders bewegt wird, um die Größe der Funkenstrecke zu ändern.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Funkenstrecke als Funktion der aktuellen Betriebssituation auf der Grundlage von Steuerinformationen einer Steuereinheit (13) variiert wird, die einen Teil des Zündsystems des Fahrzeugs bildet.