DE102004050291B4

DE102004050291B4 - Spark plug for a hydrogen engine

Info

Publication number: DE102004050291B4
Application number: DE200410050291
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stadler; Josef Holzmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2024-10-16
Also published as: ITMI20051938A1; DE102004050291A1

Abstract

Verwendung einer Zündkerze für einen Wasserstoffmotor,
wobei die Zündkerze mit einer in einem zentralen Isolator (4) angeordneten und gegenüber diesem vorstehenden zylindrischen Mittelelektrode (2) und mit einer diese kragenförmig umgebenden Masseelektrode (3) versehen ist,
und wobei die Mittelelektrode (2) in axialer Richtung über die Masseelektrode (3) vorsteht,
und wobei zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Luftkanal (5) ausgebildet ist.Use of a spark plug for a hydrogen engine,
the spark plug being provided with a cylindrical center electrode (2) arranged in a central insulator (4) and with a cylindrical electrode (3) projecting therefrom,
and wherein the center electrode (2) projects in the axial direction over the ground electrode (3),
and wherein between the center electrode (2) and the ground electrode (3) an air channel (5) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Wasserstoffmotor.The The invention relates to a spark plug for one Hydrogen engine.

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.used one for one such an engine is a spark plug, as standard today in the vehicles the applicant for a gasoline engine is used, due to the peculiarities Hydrogen combustion has problems with insulator wear and the increased self-ignition.

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.By a reinforced one Creep sparking associated with the higher peak pressure in hydrogen combustion the removal of the ceramic insulator is significantly stronger than the Gasoline combustion. Due to the lower deflection of the spark channel in the combustion chamber, the insulator is more thermally stressed. These Load leads to increased Wear the Ceramics.

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.On Due to the relatively low self-ignition limit of 580 ° C the risk of an uncontrolled and the engine is mechanical extremely stressful auto-ignition to re-ignitions in the intake tract.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 42 03 249 A1 eine Zündkerze für verschiedene Motorarten, beispielsweise einen Otto-Motor bekannt. Sie besitzt Körperelektroden in verschiedener Form. Der Zündfunke startet auf dem Isolator und wird dann, bedingt durch die Elektrodenform vom Isolator abgehoben. Eine derartige Zündkerze dürfte für einen Wasserstoff-Motor nicht ohne weiteres brauchbar sein.In this context is from the DE 42 03 249 A1 a spark plug for various types of engines, such as a gasoline engine known. It has body electrodes in various forms. The spark starts on the insulator and is then lifted off the insulator due to the electrode shape. Such a spark plug may not be readily usable by a hydrogen engine.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Zündkerze zu schaffen, bei der die Bauteiltemperatur deutlich unter der Selbstentflammungsgrenze liegt und bei der der Gleitfunkenanteil verringert ist und die damit zur Verwendung in einem Wasserstoffmotor geeignet ist.It Object of the invention is a spark plug to at which the component temperature is well below the self-ignition limit lies and in which the Gleitfunkenanteil is reduced and thus the Use in a hydrogen engine is suitable.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Verwendung einer Zündkerze für einen Wasserstoffmotor, die die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The Invention solves this task by the use of a spark plug for a hydrogen engine, the having specified in claim 1 features.

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.conditioned by the construction according to the invention it comes to a reduction of the Gleitfunkenanteils. This will a higher one Lifetime reached. Furthermore, results from the above-mentioned conventional spark plugs a lowering of the component temperature below the critical self-ignition limit.

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.Essential for the Invention is that the proportion of Gleitfunken largely reduced is and predominantly an air spark ignition he follows. This results in a significant reduction of the thermal and by avoiding the channeling effect, i. H. the glide of the Spark over the Surface of the Insulator, also the mechanical stress of the insulator.

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.Significant improvements of the spark plug according to the invention exist in the following measures, which can be used individually or jointly:
Thus, the ground electrode in the region of the center electrode can taper to form an air gap. The insulator may form a socket with a larger diameter than the center electrode. And finally, the tip of the center electrode may be flattened.

Anhand der Zeichnungen wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.Based of the drawings will be an embodiment closer to the invention explained.

Es zeigt die einzige Figur in vergrößerter Darstellung eine erfindungsgemäße Zündkerze zur Hälfte im Längsschnitt und zur Hälfte in der Draufsicht.It shows the single figure in an enlarged view a spark plug according to the invention in half in longitudinal section and half in the plan view.

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.The fragmentary illustrated spark plug 1 has a center electrode 2 , a ground electrode 3 and a ceramic body serving as an insulator 4 , The center electrode 2 is cylindrically shaped. It has a small axial length of about 3 mm, which is approximately equal to its diameter. The ground electrode 3 surrounds the center electrode 2 collar-shaped and tapers in the area of the center electrode 2 , The flattened center electrode tip 2 ' is opposite the earth electrode 3 in the axial direction by about 1 to a maximum of 2 mm before.

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.The insulator 4 forms a pedestal with a larger diameter than the center electrode 2 , Between the earth electrode 3 and the center electrode 2 is an air duct 5 educated.

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.Which is through the air duct 5 resulting air gap has the following characteristics: the two electrodes 2 and 3 have over the entire effective length of the air gap a maximum distance of 1 mm and a minimum distance whose properties depend on the use of the spark plug. If it is an internal combustion engine that is operated with both hydrogen and conventional fuel, the minimum distance between the two electrodes is at least 0.6 mm. In pure hydrogen operation, the minimum distance may be smaller.

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.This results in the following functional properties of the spark plug 1 : Due to the specified value and the specified ratio of length to diameter of the center electrode 2 results in a component temperature, which under all Be operating conditions and at all points of the spark plug 1 below the self-ignition temperature of 580 ° C.

Voraussetzung dafür ist lediglich eine ausreichende Wärmeableitung an der Mittelelektrode 2.The only prerequisite is sufficient heat dissipation at the center electrode 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.The large surface of the center electrode 2 allows a spark-over from theoretically every point. This results in a low wear of the electrodes 2 and 3 , The sparkover occurs under all operating conditions by "the air", ie, while largely avoiding a sliding movement on the insulator 4 , This is the thermal and mechanical stress of the insulator 4 low and ensures a long service life of the spark plug.

Claims

Use of a spark plug for a hydrogen engine, wherein the spark plug with a in a central insulator ( 4 ) and opposite to this projecting cylindrical center electrode ( 2 ) and with a collar electrode surrounding this collar ( 3 ), and wherein the center electrode ( 2 ) in the axial direction via the ground electrode ( 3 ), and wherein between the center electrode ( 2 ) and the ground electrode ( 3 ) an air duct ( 5 ) is trained.

Use of a spark plug for a hydrogen engine, according to claim 1, characterized in that the insulator ( 4 ) a socket with a larger diameter than the center electrode ( 2 ).

Use of a spark plug for a hydrogen engine, according to claim 1 or 2, characterized in that the tip ( 2 ' ) of the center electrode ( 2 ) is flattened.