DE102007046808A1

DE102007046808A1 - Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch in Gasmotoren, Gas-Ottomotoren oder Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102007046808A1
Application number: DE102007046808A
Authority: DE
Inventors: Armin Grabmaier; Axel Hanenkamp
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2009-04-02
Also published as: FI20085906A0; FR2921701A1; KR101433954B1; FI121942B; KR20090033312A; FR2921701B1; CN101408146A; JP4838289B2; JP2009085588A; FI20085906L; CN101408146B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch in einem Gasmotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung als Glühkerze 10 ausgebildet ist und einen als Zündquelle dienenden Glühstift 4 umfasst, wobei eine Schutzhülse 1 dem Glühstift 4 vom zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch trennt und wobei der Glühstift 4 einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt stehenden Abschnitt 11 der jeweiligen Schutzhülse 1 derart erhitzt, dass dieser Abschnitt 11 der Schutzhülse 1 eine zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches erforderliche Temperatur aufweist. Um eine neuartige Glühkerze zu schaffen, bei dieser die Lebensdauer beziehungsweise Standzeit gegenüber dem Stand der Technik weiter deutlich erhöht ist, ist vorgesehen, dass der Glühstift 4 in der Schutzhülse 1 zwei unterschiedliche Positionen in Form einer Heizposition 12 und einer weiteren thermisch geringer belasteten Position 13 einnehmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch in Gasmotoren, Gas-Ottomotoren oder Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Gasmotoren wird ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt, wobei das gasförmige Kraftstoff-Luftgemisch mit Hilfe mindestens einer Zündeinrichtung des Gasmotors gezündet wird. In aus dem Stand der Technik bekannten Gasmotoren ist die oder jede Zündeinrichtung als Zündkerze ausgebildet, die entweder in einen ungeteilten Brennraum oder in einen von einem Hauptbrennraum abgeteilten Vorkammerraum hineinragt und das gasförmige Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum beziehungsweise im Vorkammerraum entzündet. Zur Zündung werden dabei hohe Zündenergien benötigt, die mit steigender Motorleistung überproportional ansteigen.
Aus der DE 102 17 996 A1 ist ein Gasmotor bekannt, bei welchem hohe Zündenergien zum Zünden des gasförmigen Kraftstoff-Luftgemisches erreicht werden können. Beim Gasmotor der DE 102 17 996 A1 erfolgt die Zündung des gasförmigen Kraftstoff-Luftgemisches mit Hilfe einer Zündeinrichtung, wobei eine die Zündtemperatur bereitstellende Glühkerze der Zündeinrichtung unmittelbar beziehungsweise direkt mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch beziehungsweise einer gasförmigen Atmosphäre aus dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt steht. Die Glühkerze weist eine Schirmung beziehungsweise Schutzhülse auf, welche den Glühstift der Glühkerze umschließt und mit entsprechenden Öffnungen beziehungsweise Bohrungen versehen ist, so dass die Wärmeabfuhr durch erzwungene Konvektion reduziert und die Oberflächentemperatur des Glühstifts erhöht wer den kann. Dadurch wird bei Startvorgängen und bei niedriger Teillast gewährleistet, dass die Selbstzündungstemperatur des Gases immer erreicht wird sowie die Heizleistung der Glühkerze bei höheren Lasten bis auf Null reduziert werden kann, so dass die Lebensdauer der Glühkerze deutlich gesteigert werden kann, da ihre Heizwendel nicht ständig thermisch belastet wird.
Aus der DE 10 2005 050 435 A1 ist weiterhin ein Gasmotor mit mindestens einer in einen Brennraum oder in einen Vorkammerraum hineinragenden Glühkerze bekannt, wobei die oder jede Glühkerze eine als Zündquelle dienendes Heizelement in Form eines Glühstifts umfasst, wobei eine hülsenartige Aufnahmeeinrichtung den Glühstift vom zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch trennt, und wobei der Glühstift einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt stehenden Abschnitt der jeweiligen hülsenförmigen Aufnahmeeinrichtung derart erhitzt, dass dieser Abschnitt der Aufnahmeeinrichtung beziehungsweise Schutzhülse eines vom Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches erforderliche Zündtemperatur aufweist. Durch die Trennung der Zündquelle von der korrosiven Atmosphäre des zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisches wird die Standzeit der Glühkerze des Gasmotors erhöht.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Glühkerze zu schaffen, bei dieser die Lebensdauer beziehungsweise Standzeit noch weiter deutlich erhöht ist. Dieses Problem wird durch eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dadurch dass bei einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoffluftgemisch in einem Gasmotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung als Glühkerze ausgebildet ist und einen als Zündquelle dienenden Glühstift umfasst, wobei eine Schutzhülse den Glühstift vom zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch trennt und wobei der Glühstift einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt stehenden Abschnitt der jeweiligen Schutzhülse derart erhitzt, dass dieser Abschnitt als Glühbereich eine zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches erforderliche Temperatur aufweist, vorgesehen ist, dass der Glühstift in der Schutzhülse zwei unterschiedliche Positionen in Form einer Heizposition und einer weiteren thermisch geringer belasteten Position einnehmen kann, wird die Lebensdauer der Glühkerze gegenüber dem Stand der Technik nochmals deutlich erhöht. Durch das Herausfahren des Glühstiftes im unbestromten Zustand, d. h. der empfindlichen Komponenten aus dem Glühbereich wird die Betriebssicherheit der Glühkerze erhöht, die Servicekosten gesenkt. Dadurch dass sich die unterschiedlichen Positionen des Glühstiftes innerhalb der sich nicht bewegenden Schutzhülse befinden ändert sich das eventuelle Vorkammervolumen nicht, auch das Verdichtungsverhältnis ändert sich nicht.
Bei der erfindungsgemäßen Glühkerze sind die Schutzhülse und der Glühstift als separate Baugruppen ausgebildet. So können Glühstift und Schutzhülse getrennt gefertigt werden. Der Glühstift ist in der Schutzhülse platzierbar sowie aus der selben entfernbar. Bei einem Defekt des Glühstifts oder der Schutzhülse kann die jeweils andere Baugruppe wiederverwendet werden.
Bei der bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Schutzhülse eine Wandstärke zwischen 0,5 mm und 3 mm vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1,5 mm auf und ist aus einem Werkstoff gebildet, der bei Raumtemperatur einen Wärmeleitkoeffizienten von maximal 20 W/mK, vorzugsweise von maximal 15 W/mK, und der eine Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bis 1000°C, insbesondere bis 1100°C, bevorzugt bis 1200°C aufweist.
Der Glühstift, der vorzugsweise aus einer Siliciumnitrid-Keramik oder aus stabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff gebildet ist, ist in der Schutzhülse insbesondere derart angeordnet, dass zwischen dem Glühstift und der Schutzhülse eine kleine Spielpassungen besteht.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt.
1: Eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Glühkerze, bei der sich der Glühstift in der Heizposition befindet,
2: Eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Glühkerze nach 1, bei der sich der Glühstift im Gegensatz zur Darstellung der 1 in einer thermisch geringer belasteten Position befindet.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für einen Gasmotor, insbesondere einen Gas-Ottomotor, oder für einen Dieselmotor. Die erfindungsgemäße Glühkerze ragt in einen Brennraum hinein, um ein Kraftstoff-Luftgemisch zu entzünden. Dabei kann der Brennraum als ungeteilter Brennraum oder als geteilter Brennraum ausgebildet sein, wobei dann, wenn der Brennraum in einen Hauptbrennraum und einen Vorkammerraum unterteilt ist, die Glühkerze in den Vorkammerraum des Brennraums hineinragt.
1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Glühkerze 10, die über einen als Heizeinrichtung ausgebildeten Glühstift 4 verfügt, der in einer hülsenartigen Aufnahmeeinrichtung, d. h. Schutzhülse 1 positioniert beziehungsweise angeordnet ist. Die Schutzhülse 1 separiert beziehungsweise trennt den Glühstift 4 von einer korrosiven Atmosphäre innerhalb des Brennraum.
Zusammengefasst ist bei einer Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch, wobei die Zündeinrichtung als Glühkerze 10 ausgebildet ist und einen als Zündquelle dienenden Glühstift 4 umfasst, wobei eine Schutzhülse 1 den Glühstift 4 vom zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch trennt, und wobei der Glühstift 4 einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt stehenden Abschnitt 11 der jeweiligen Schutzhülse 1 derart erhitzt, dass dieser Abschnitt als Glühbereich 11 eine zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisch erforderliche Temperatur aufweist, vorgesehen, dass der Glühstift 4 in der Schutzhülse 1 zwei unterschiedliche Positionen 12, 13 in Form einer Heizposition 12 und einer weiteren thermisch geringer belasteten Position 13 einnehmen kann.
Der Glühstift 4 stellt die zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches benötigte Energie in Form von Heizleistung bereit. Der Glühstift 4 erhitzt dabei die Schutzhülse 1 in der Heizposition am Abschnitt beziehungsweise Glühbereich 11 auf eine zum Zünden des dort in Kontakt gebrachten Kraftstoff-Luftgemisches erforderlichen Temperatur. Der Glühstift 4 kann als elektrische Widerstands-Heizeinrichtung ausgeführt sein und ist auf einem Schlitten 2 fixiert. Der Schlitten 2 stellt eine Führung für den Glühstift 4 in der Schutzhülse 1 dar und ist mittels eines Stellantriebs 3 in axialer Richtung der Schutzhülse 1 zwischen zwei Positionen 12 und 13 in der Schutzhülse 1 verfahrbar.
Der Schlitten 2 greift in axialer Richtung mit einem Ende in die Schutzhülse 1 ein und ist mit dem anderen Ende teleskopartig in den Stellantrieb 3 verfahrbar, so das bei feststehender Schutzhülse 1, feststehenden Stellantrieb 3 und auf dem Schlitten fixierten Glühstift 4, der Schlitten 2 den Glühstift 4, sobald der Glühstift 4 nicht mehr bestromt wird, aus der Heizposition 12 in die thermisch weniger belastete Position 13 verfährt und bei Bedarf und Bestromung des Glühstiftes 4 diesen wieder in die Heizposition 12 verfährt.
Der Stellantrieb 3 ist entweder als Hubmagnet oder pneumatischer Zylinder oder als Elektromotor ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Schutzhülse 1 wie eingangs bereits beschrieben aus einem Heizleitermaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gefertigt. So kann die Schutzhülse 1 aus einem Nickelbasislegierungsstahl oder aus einem O-xiddispersionslegierungsstahl gebildet sein.
Die Schutzhülse 1 verfügt vorzugsweise über eine Wandstärke zwischen 0,8 mm und 1,5 mm. An einer mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt kommenden Außenfläche 11, dem Glühbereich, besteht die Schutzhülse 1 vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff oder die Schutzhülse 1 ist mit einem keramischen Werkstoff beschichtet. Der Glühbereich 11 ist in der Regel auch mit einer Wandstärke die geringer als die Wandstärken der übrigen Abschnitte der Schutzhülse 1 sind, gefertigt.
Durch geeignete Werkstoffpaarung wird die Gesamtwärmebilanz der Glühkerze 10 optimiert.
Mit anderen Worten sitzt bei der erfindungsgemäßen Glühkerze 10 ein Heizelement in Form eines Glühstiftes 4 auf einem Schlitten 2, der den Glühstift 4 aus der Schutzhülse 1, welche in den Brennraum oder in die Vorkammer hineinragt in einem bestimmten Maße herauszieht. Das Herausziehen aus der Schutzhülse 1 geschieht nachdem der Motorstart erfolgt ist und ein weiteres aktives Glühen des Glühstiftes 4 nicht mehr erforderlich ist, wobei der Glühstift aus der heißen Zone heraus in eine thermisch wesentlich geringer belastete Position 13 gebracht wird. Wird der Glühstift 4 wieder in der Heizposition 12 benötigt, fährt dieser wieder in die Schutzhülse ein bis die Heizposition 12 wieder erreicht ist. Die Komponenten der erfindungsgemäßen Glühkerze sind die feststehende Schutzhülse 1 aus einem Heizleitermaterial oder anderem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, der Schlitten 2, der Antriebsmechanismus 3 und eben der Glühstift 4. Die Schutzhülse 1, welche in den Brennraum hineinragt wird durch den Glühstift 4 von innen aufgeheizt. Der Glühstift 4 sitzt auf einem Schlitten 2. Der Schlitten 2 ist so angeordnet, dass dieser den Glühstift 4, sobald der Glühstift nicht mehr bestromt wird, aus der Heizposition 12 in eine thermisch unbelastete Endposition 13 verfährt. Die Betätigung des Schlittens 2 erfolgt geeigneterweise durch einen Hubmagneten, kann aber auch durch einen pneumatischen Zylinder oder durch einen Elektromotor erfolgen.
Die erfindungsgemäße Glühkerze der 1 und 2 ist sowohl bei Gasmotoren als auch bei Dieselmotoren verwendbar.

1: Schutzhülse
2: Schlitten, Führung
3: Stellantrieb, Antriebsmechanismus
4: Glühstift, Heizelement
10: Glühkerze
11: Abschnitt, Kühlbereich
12: Heizposition
13: thermisch weniger belastete Position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10217996 A1 [0003, 0003]
- DE 102005050435 A1 [0004]

Claims

Zündeinrichtung für ein gasförmiges Kraftstoff-Luftgemisch in einem Gasmotor, Gas-Ottomotor oder einem Dieselmotor, wobei die Zündeinrichtung als Glühkerze (10) ausgebildet ist und einen als Zündquelle dienenden Glühstift (4) umfasst, wobei eine Schutzhülse (1) den Glühstift (4) vom zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch trennt, und wobei der Glühstift (4) einen mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt stehenden Abschnitt (11) der Schutzhülse (1) derart erhitzt, dass dieser Abschnitt als Glühbereich (11) einen zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemischs erforderliche Temperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (4) in der Schutzhülse (1) zwei unterschiedliche Positionen in Form einer Heizposition (12) und einer weiteren thermisch geringer belasteten Position (13) einnehmen kann.
Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (4) auf einem Schlitten (2) fixiert ist und der Schlitten (2) mittels eines Stellantriebs (3) den Glühstift (4) in axialer Richtung der Schutzhülse (1) zwischen den zwei Positionen (12 und 13) in der Schutzhülse (1) verfahrbar macht.
Zündeinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (2) in axialer Richtung mit einem Ende in die Schutzhülse (1) eingreift und mit dem anderen Ende teleskopartig in den Stellantrieb (3) verfahrbar ist, so dass bei feststehender Schutzhülse (1), feststehenden Stellantrieb (3) und auf dem Schlitten (2) fixierten Glühstift (4) der Schlitten (2) den Glühstift (4), sobald der Glühstift (4) nicht mehr bestromt wird, aus der Heizposition (12) in die thermisch weniger belastete Position (13) verfährt und bei Bedarf und Bestromung des Glühstifts (4) diesen wieder in die Heizposition (12) fährt.
Zündeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (3) als Hubmagnet oder pneumatischer Zylinder oder als Elektromotor zwecks Bewegung des Schlittens (2) ausgebildet ist.
Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (1) aus einem Nickelbasislegierungsstahl gebildet ist.
Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (1) aus einem Oxiddispersionslegierungsstahl gebildet ist.
Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (1) an einer mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luftgemisch in Kontakt kommenden Außenfläche (11), dem Glühbereich, aus einem keramischen Werkstoff besteht oder mit einem keramischen Werkstoff beschichtet ist.
Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (4) aus einer Siliciumnitridkeramik gebildet ist.
Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (4) aus stabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
Verwendung einer Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 in einem Gasmotor, Gas-Ottomotor oder einem Dieselmotor.