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EP-4338244-B1 - SPARK PLUG HAVING A SMALL INTER-ELECTRODE DISTANCE AND AN AT LEAST PARTLY NEGATIVE SPARK POSITION

EP4338244B1EP 4338244 B1EP4338244 B1EP 4338244B1EP-4338244-B1

Inventors

  • Subkow, Sergej
  • Blankmeister, Matthias
  • Seelig, Alexander

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20220328

Claims (10)

  1. Spark plug (1) with a longitudinal axis, having • a housing (2) with a bore along the longitudinal axis of the spark plug and a combustion-chamber-side end face (27), which is the combustion-chamber-side end of the spark plug, wherein the spark plug does not have a cap on the combustion-chamber-side end face of the housing, • an insulator (3) arranged at least partially within the housing (2), wherein the insulator has an insulator base (31) that extends from a combustion-chamber-side end face of the insulator (3) to an insulator base groove, • a centre electrode (4) arranged at least partially within the insulator (3), and • at least one earth electrode (5) that is arranged on the housing (2), wherein the at least one earth electrode (5) and the centre electrode (4) are arranged in such a way that the at least one earth electrode (5) forms a spark gap (54) with the centre electrode (4), wherein a width of the spark gap (54) is determined by an electrode spacing between the centre electrode (4) and the at least one earth electrode (5), characterized in that the electrode spacing between the centre electrode (4) and the at least one earth electrode (5) is not greater than 0.4 mm, and in that the spark gap (54) is formed at least partially within the housing (2).
  2. Spark plug (1) according to Claim 1, characterized in that the electrode spacing is not greater than 0.2 mm, in particular not greater than 0.15 mm.
  3. Spark plug (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the electrode spacing is at least 0.05 mm, in particular not less than 0.1 mm.
  4. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spark gap (54) has a spacing (81a) with respect to the combustion-chamber-side end face (27) of the housing (2) of greater than 0 mm and of at most -15 mm, in particular of not less than -1 mm and/or not greater than -4 mm, wherein a plane spanned by the combustion-chamber-side end face (27) of the housing (2) perpendicular to the longitudinal axis x of the spark plug (1) is a reference plane with the value 0 mm and the spacing (81a) from the reference plane in the direction of that end of the spark plug (1) that is averted from the combustion space assumes an increasingly negative value.
  5. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulator base (31) has a length (81c), which is measured parallel to the longitudinal axis x of the spark plug (1), that is not longer than 7 mm, in particular not longer than 4 mm.
  6. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the centre electrode (4) projects from the insulator (3) and in that a protrusion dimension (81 b) of the centre electrode (4), measured from the combustion-chamber-side end face of the insulator (3) to a combustion-chamber-side end of the centre electrode (4), is not greater than 6.0 mm and in particular is not less than 0.5 mm.
  7. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spark plug (1) has a breathing space (81) that extends within the housing (2) from the combustion-chamber-side end face (27) of the housing (2) to the insulator base groove, wherein the centre electrode (4) and the insulator base (31) are arranged within the breathing space (81) and the at least one earth electrode (5) is arranged at least partially, in particular completely, within the breathing space (81), and in that the breathing space (81) has a volume not greater than 500 mm 3 , in particular not greater than 300 mm 3 , and in particular not less than 50 mm 3 .
  8. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spark plug (1) has at least two earth electrodes (5), each of which form a spark gap (54) with the centre electrode (4), wherein the earth electrodes (5) are in particular arranged symmetrically around the centre electrode (4).
  9. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one earth electrode (5) and/or the centre electrode (4) each have an ignition surface, which form the spark gap (54) with the opposite electrode, and in that the ignition surface or surfaces consists/consist of a precious metal or a precious metal alloy, in particular of Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Au or an alloy thereof.
  10. Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spark plug (1) is a hydrogen spark plug that is configured to be used in a hydrogen-powered engine and to ignite the ignitable hydrogen-containing fuel/air mixture.

Description

Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Zündkerze gemäß des Anspruchs 1. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Zündkerze für die Anwendung bei einem mit Wasserstoff betriebenen Motor geeignet. Bisher werden die meisten Fahrzeuge, wie z.B. PKW oder LKW, mit einem Verbrennungsmotor angetrieben, der Benzin oder Diesel als Treibstoff verwenden. Zunehmend gibt es mobile und stationäre Verbrennungsmotoren, die Erdgas oder Wasserstoff als Treibstoff benutzten. Dabei muss wie beim Benzin-betriebenen Verbrennungsmotor auch beim Wasserstoff-betriebenen Verbrennungsmotor das Luft-Kraftstoff-Gemisch fremdgezündet werden. Hierzu wird typischerweise eine Zündkerze eingesetzt. Offenbarung der Erfindung Bei Wasserstoff-betriebenen Verbrennungsmotoren 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 einem Verbrennungsmotor ist das Zusammenspiel zwischen Selbstzündungstemperatur und minimal benötigter Zündenergie. Daraus ergibt sich, dass für die Anwendung bei einem Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor eine "kalte Zündkerze" benötigt wird, d.h. man benötigt eine Zündkerze mit einem sehr niedrigen Wärmewert. Nach Bosch Nomenklatur bedeutet dies, dass die Zündkerze vorzugweise einen Wärmewert von kleiner oder gleich 3 hat. Bisher bekannte Zündkerzen sind in der Regel auf den Betrieb in einem Benzin-betriebenen Verbrennungsmotor optimiert und sind somit nicht geeignet für die Anwendung bzw. liefern eine schlechte Performanz bei der Anwendung in Wasserstoff-betriebenen Verbrennungsmotoren. DE 10 2004 050291 A1 offenbart eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung eine Zündkerze bereit zu stellen, die die Anforderungen an eine Zündkerze bei einer Anwendung in einem Wasserstoff-betriebenen Verbrennungsmotor erfüllt. Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Zündkerze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Elektrodenabstand der Mittelelektrode zu der mindestens einen Masseelektrode nicht größer als 0,4 mm ist, und dass der Zündspalt mindestens teilweise innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Zündkerze mit einer Längsachse weist ein Gehäuse mit einer Bohrung entlang dieser Längsachse auf, wobei aufgrund der Bohrung das Gehäuse eine Innenseite und eine Außenseite hat. Das Gehäuse hat eine brennraumseitige Stirnseite, die das brennraumseitige Ende der Zündkerze ist. Die Zündkerze weist keine Kappe an der brennraumseitigen Stirnseite des Gehäuses auf. Mindestens teilweise ist innerhalb des Gehäuses ein Isolator angeordnet. Der Isolator weist eine Bohrung entlang seiner Längsachse auf. An seinem brennraumseitigen Ende weist der Isolator eine brennraumseitige Stirnfläche und einen Isolatorfuß auf. Der Isolatorfuß erstreckt sich von der brennraumseitigen Stirnfläche des Isolators bis zu einer Isolatorfußkehle. Die Isolatorfußkehle bildet den Übergang zwischen dem Isolatorfuß und einem Isolatorsitz. Mit dieser Isolatorsitz liegt der Isolator auf dem Gehäuse auf. Mindestens teilweise ist innerhalb des Isolators eine Mittelelektrode angeordnet. Das brennraumseitige Ende der Mittelelektrode beispielsweise ragt aus dem Isolator heraus. Die Zündkerze weist auch mindestens eine Masselelektrode auf, die am Gehäuse angeordnet ist, wobei die mindestens eine Masselelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass die mindestens eine Masselelektrode mit der Mittelelektrode einen Zündspalt ausbildet. Dabei ergibt sich eine Breite des Zündspalts durch einen Elektrodenabstand der Mittelelektrode zu der mindestens einen Masseelektrode. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Zündspalt einen Elektrodenabstand von nicht größer als 0,4 mm hat. 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. Diese Kombination der beiden erfindungsgemäßen Merkmale ist somit besonders vorteilhaft. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteilhafterweise ist beispielsweise der Elektrodenabstand nicht größer als 0,2 mm, insbesondere nicht größer als 0,15 mm. Je kleiner der E