AT509313B1 - Zündkerze mit loch zum einstellen - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT509 313 B1 2011-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode und einer Massenelektrode, wobei die Mittelelektrode zur Massenelektrode so angeordnet ist, dass sich die Funkenstrecke zwischen Massenelektrode und Mittelelektrode erstreckt, wobei die Funkenstrecke von einer Wandung umgeben ist, wobei die Wandung eine Ausnehmung oder Öffnung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Abstandslehre zwischen Mittelelektrode und Massenelektrode einführbar ist.

[0002] Zündkerzen führen Zündstrom in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und entzünden dort durch einen zwischen den Elektroden überschlagenden Zündfunken (in der so genannten Funkenstrecke) das Kraftstoff-Luft-Gemisch. In Gasmotoren mit hohen Leistungen und großen Brennräumen treten hohe Temperaturen auf. Bei Gasmotoren geht man vermehrt dazu über, eine Vorkammer vorzusehen. Die Vorkammer ist im Vergleich zum eigentlichen Brennraum deutlich kleiner ausgebildet und wird vom Brennraum durch eine Wandung abgetrennt, wobei kleinere Übertrittsöffnungen vorgesehen sind, die einen Fluidaustausch zwischen Brennraum und Vorkammer ermöglichen. Die eigentliche Zündung mit der Zündkerze erfolgt in der Vorkammer, wobei dort ein verhältnismäßig fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit der Zündkerze gezündet wird, wobei die dabei entstehenden Zündfackeln über die Übertrittsöffnungen in den eigentlichen Brennraum übertreten und dort ein verhältnismäßig mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch entzünden.

[0003] Um Massenelektrode und Mittelelektrode vor den hohen Temperaturen zu schützen, kann man eine Wandung vorsehen, die gut Wärme leitend ist. Außerdem kann man die Elektroden näher an den Isolatorkörper der Zündkerze heranführen, um einen rascheren Wärmefluss in das Zündkerzengehäuse zu gewährleisten. Dies bedeutet allerdings, dass die Elektroden von außen erschwert zugänglich sind. Beim Stand der Technik war es daher erforderlich, nach einer gewissen Betriebszeit die Zündspannung zu erhöhen, um den durch Elektroerosion größer werdenden Abstand zwischen Mittelelektrode und Massenelektrode auszugleichen. Eine alternative Variante sieht vor, dass die Funkenstrecke nicht parallel zur Längsachse der Zündkerze sondern senkrecht dazu angeordnet wird, um zumindest von der Stirnseite der Zündkerze Zugang zur Funkenstrecke zu erhalten. Der Nachteil dieser Vorgehensweise liegt allerdings darin, dass bei solchen Zündkerzen mehrere Massenelektroden erforderlich sind, da der Zündfunke ansonsten asymmetrisch verläuft, und dass die zur Längsachse der Zündkerze parallele Funkenstrecke unerwünscht ist.

[0004] Aus den Dokumenten DE 198 49 317 A1 und CN 2796196Y gehen Zündkerzen hervor, welche eine die Mittel- und Massenelektrode umgebende Wandung aufweisen, wobei die Wandung eine Öffnung derart aufweist, dass eine Abstandslehre zwischen Mittel- und Massenelektrode einführbar ist.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einer Zündkerze der eingangs genannten Art die Möglichkeit der Einstellung des Abstands zwischen Mittelelektrode und Massenelektrode zu verbessern.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 9 gelöst.

[0007] Die Grundidee besteht also darin, die Funkenstrecke z.B. entlang der oder parallel zur Längsachse der Zündkerze zu belassen und von der Seite der Zündkerze zugänglich zu machen. Dabei wird bewusst in Kauf genommen, dass die die Massenelektrode und Mittelelektrode umgebende Wandung durch die Ausnehmung oder Öffnung geschwächt wird. Bevorzugt erstreckt sich dann die Funkenstrecke entlang der oder parallel zur Längsachse der Zündkerze. Die Funkenstrecke ist jene Strecke zwischen Massenelektrode und Mittelelektrode, in der der Funke überspringt. Das Merkmal, dass die Wandung die Funkenstrecke umgibt, ist dabei so zu verstehen, dass die Funkenstrecke in radialer Richtung entweder vollständig von der Wandung umgeben ist oder dort, wo keine Wandung ist, vom Körper oder Gehäuse der Zündkerze umgeben ist. 1 /8 österreichisches Patentamt AT509 313B1 2011-12-15 [0008] Die Schwächung der Wandung fällt weniger ins Gewicht, wenn ein Befestigungsabschnitt zum Befestigen der Zündkerze in einem Brennraumgehäuse einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung oder Öffnung im Einbauzustand der Zündkerze im Brennraumgehäuse vollständig vom Brennraumgehäuse abgedeckt wird.

[0009] Im einfachsten Fall kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt ein Außengewinde umfasst und dass die Wandung zumindest bereichsweise das Außengewinde trägt.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung oder Öffnung im Bereich des Außengewindes angeordnet ist.

[0011] Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Massenelektrode mit der Wandung über einen Steg befestigt ist. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass sich der Steg im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zündkerze erstreckt.

[0012] Um die Zugänglichkeit zur Funkenstrecke besonders gut zu ermöglichen und die Hebelverhältnisse für die nachfolgende Einstellung optimal zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung oder Öffnung an der gegenüberliegenden Seite der Befestigungsstelle des Stegs an der Wandung in der Wandung angeordnet ist.

[0013] Wandung, Steg und Massenelektrode können dauerhaft miteinander verbunden sein, beispielsweise verschweißt oder einstückig gefertigt ausgebildet oder sonst dauerhaft miteinander verbunden sein.

[0014] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Wandung im Bereich der Ausnehmung oder Öffnung einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist, wobei sich die Ausnehmung oder Öffnung über einen Bereich von 3 bis 10 %, vorzugsweise 5 bis 7 % entlang des Außenumfangs des Kreises erstreckt. Auf diese Weise wird die Wandung nur minimal geschwächt. Gegebenenfalls können nicht nur eine sondern mehrere Öffnungen vorgesehen sein. Die Form der wenigstens einen Öffnung ist im einfachsten Fall an die Abstandslehre angepasst. Sie kann z.B. kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder polygonförmig ausgebildet sein.

[0015] Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Längserstreckung der Ausnehmung oder Öffnung entlang der Funkenstrecke zwischen dem einfachen und doppelten Abstand zwischen Mittelelektrode und Massenelektrode beträgt.

[0016] Die eingangs erwähnte vorteilhafte Ausgestaltung mit Vorkammerzündung wird häufig dadurch erreicht, dass die Vorkammer in den Brennraum als gesondertes Bauteil eingebracht wird. Im gegenständlichen Fall würde es sich allerdings anbieten, die Vorkammer direkt an der Zündkerze zu gestalten. Daher kann vorgesehen sein, dass stirnseitig eine vorzugsweise kuppelförmige Abdeckung vorgesehen ist, welche die Massenelektrode und Mittelelektrode im Einbauzustand vom Brennraum der Brennkraftmaschine abtrennt, wobei Übertrittöffnungen in der Abdeckung vorgesehen sind. Eine solche Ausgestaltung hätte außerdem den Vorteil, dass keine Umbaumaßnahmen der Brennkraftmaschine erforderlich wären, um von einer „normalen" Brennraumzündung auf eine Vorkammerzündung umzustellen.

[0017] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen des Abstands zwischen einer Mittelelektrode und einer Massenelektrode bei einer Zündkerze der vorgenannten Art. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass über die Ausnehmung oder Öffnung eine Abstandslehre mit einer Dicke, die dem gewünschten Abstand von Massenelektrode zu Mittelelektrode entspricht, eingeführt wird und die Massenelektrode zur Mittelelektrode gedrückt wird, bis der Abstand von Mittelelektrode zu Massenelektrode der Dicke der Abstandslehre entspricht.

[0018] Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Figuren und Figurenbeschreibungen erläutert.

[0019] Es zeigen: [0020] Fig. 1a bis 1d vier Ansichten einer ersten Ausführungsvariante einer Zündkerze; 2/8 österreichisches Patentamt AT509 313B1 2011-12-15 [0021] Fig. 2a bis 2d vier Ansichten einer zweiten Ausführungsvariante einer Zündkerze; [0022] Fig. 3a bis 3d vier Ansichten einer dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Zündkerze; [0023] In der Fig. 1a ist eine Seitenansicht einer Zündkerze 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung gezeigt. Die Fig. 1b zeigt eine Schrägansicht der Zündkerze 1, die Fig. 1c eine Sicht auf die Stirnseite der Zündkerze 1 und die Fig. 1d einen Querschnitt entlang der Ebene E-E der Ansicht der Fig. 1a. Die Zündkerze 1 wird anhand der vier Ansichten erläutert. Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolatorkörper 12, der in der Regel aus Keramik ausgebildet ist. An der Oberseite befindet sich ein Anschlussstück 10, das elektrisch leitend ausgebildet ist und mit einer Zündspule oder dergleichen verbunden wird. Das Anschlussstück 10 liefert die Spannung an die Mittelelektrode 2, die im Inneren des Keramikkörpers bis zur Stirnseite verläuft, wo die Mittelelektrode 2 aus dem Isolatorkörper 12 herausragt. Die Zündkerze 1 weist weiters einen Einschraubansatz 14 auf, in der Regel in der Form eines Sechskants zum Einschrauben der Zündkerze 1 in das Brennraumgehäuse (schematisch mit 36 dargestellt) einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt). Weiters ist ein Gewinde 18 vorgesehen, mit welchem die Zündkerze 1 mit dem Brennraumgehäuse 36 dauerhaft verbindbar ist. Das Gewinde 18 ist auf der Wandung 16 angeordnet, die die Massenelektrode 4 und die Mittelelektrode 2 so umgibt, dass die Funkenstrecke s von dieser Wandung 16 umgeben ist. Von der Wandung 16 reicht ein Steg 24 zur Mitte der Zündkerze 1, wo die eigentliche Massenelektrode 4 als Gegenelektrode zur Mittelelektrode 2 gebildet wird. Erkennbar ist, dass die Funkenstrecke s zwischen Massenelektrode 4 und Mittelelektrode 2 so gebildet ist, dass sie entlang der Längsachse a der Zündkerze 1 verläuft.

[0024] Erfindungsgemäß ist nunmehr eine Öffnung 20 vorgesehen, durch die eine Abstandslehre 32 einführbar ist. Auf beiden Seiten der Wandung 16 ist jeweils eine Öffnung 20, die Außerdem so angeordnet ist, dass die Abstandslehre von jeder Seite einführbar ist und gegebenenfalls komplett durchschiebbar ist. Indem Druck auf die Massenelektrode 4 ausgeübt wird, kann der Abstand zur Mittelelektrode verringert werden, indem der Steg 24 etwas nachgibt, solange bis die Dicke der Abstandslehre 32 erreicht ist und der gewünschte Elektrodenabstand s eingestellt ist. Wie dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist, ist die Wandung 16 im Bereich der Öffnung 20 etwa kreisförmig ausgebildet. Die Öffnung 20 ist auf der dem Befestigungsbereich 25 des Stegs 24 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Bezogen auf den Umfang der Wandung 16 macht die Breite b der Öffnung 20 etwa 6% aus. Hinsichtlich der Dicke, das heißt der Längserstreckung k entlang der Längsachse a der Zündkerze 1 ist die Öffnung geringfügig dicker als der Elektrodenabstand s, damit die Abstandslehre 32 gut einführbar ist.

[0025] In den Figuren 2a bis 2d ist eine Ausführungsvariante der Erfindung beschrieben, die im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1a bis 1d entspricht. Es kann diesbezüglich also auf die Figurenbeschreibung zu den Figuren 1a bis 1d verwiesen werden. Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht, Fig. 2b eine Schrägansicht, Fig. 2c eine Sicht auf die Stirnseite und Fig. 2d eine Schnittdarstellung entlang der Ebene E-E der Fig. 2a. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1a bis 1d ist nunmehr eine Ausnehmung 22 an Stelle einer Öffnung 20 vorgesehen. Die Öffnung 20 ermöglicht ebenfalls den Zugang der Abstandslehre 32. Die Breite b der Ausnehmung 22 entspricht der Breite b der Öffnung 20 der Figuren 1a bis 1 d, die Längserstreckung k beträgt etwa dreimal die Dicke des Elektrodenabstands y.

[0026] Die Figuren 3a bis 3d zeigen eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 in Anlehnung an die Figuren 1a bis 1 d, sowie 2a bis 2d. Es kann ebenfalls auf die vorangegangene Figurenbeschreibung verwiesen werden. Fig. 3a zeigt dabei eine Seitenansicht, Fig. 3b eine Schrägansicht, Fig. 3c eine Ansicht auf die Stirnseite und Fig. 3d eine Schnittdarstellung entlang der Ebene E-E der Fig. 3a. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 2a bis 2d ist nunmehr zusätzlich eine Abdeckung 30 vorgesehen, die die Zündkerze 1 stirnseitig, das heißt am elektrodenseitigen Ende begrenzt. Die eigentliche Wandung 16 weist dabei eine Ausnehmung 22 bzw. eine Öffnung 20 auf, die bis ans Ende des Gewindes 18 reicht. Daran schließt eine halbkugelförmige Kuppe an, die die Abdeckung 30 bildet. Auf der 3/8

Claims (11)

1. österreichisches Patentamt AT509 313B1 2011-12-15 Abdeckung 30 sind Überstömbohrungen 34 angeordnet, die den Fluidaustausch zwischen dem eingeschlossenen Raum in der Zündkerze 1 und dem eigentlichen Brennraum bilden. [0027] Wie aus allen Figuren ersichtlich ist, wird die Öffnung 20 bzw. Ausnehmung 22 im Einbauzustand durch die Wandung des Brennraumgehäuses abgedeckt, da die Zündkerze über den gesamten Gewindeabschnitt 18 eingebaut ist. In der Figur 1 ist das Brennraumgehäuse diesbezüglich schematisch mit 36 angedeutet. [0028] Wie aus den Figuren außerdem ersichtlich ist, weisen die Zündkerzen eine Wandung 16 auf, die im Inneren konisch zur Mitte der Zündkerze 1 zusammenlaufen. Der Raum zwischen Massenelektrode 24 hin zum Isolatorkörper 12 ist daher kegelstumpfförmig ausgebildet. Auf diese Art kann noch besser Wärme von den beiden Elektroden 2, 4 abgeführt werden. Patentansprüche 1. Zündkerze (1) mit einer Mittelelektrode (2) und einer Massenelektrode (4), wobei die Mittelelektrode (2) zur Massenelektrode (4) so angeordnet ist, dass sich die Funkenstrecke (s) zwischen Massenelektrode (4) und Mittelelektrode (2) erstreckt, wobei die Funkenstrecke (s) von einer Wandung (16) umgeben ist, wobei die Wandung (16) eine Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Abstandslehre (32) zwischen Mittelelektrode (2) und Massenelektrode (4) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befestigungsabschnitt (18) zum Befestigen der Zündkerze (1) in einem Brennraumgehäuse (36) einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) im Einbauzustand der Zündkerze (1) im Brennraumgehäuse (36) vollständig vom Brennraumgehäuse (36) abgedeckt wird.
2. 2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (16) zumindest bereichsweise das Außengewinde (18) trägt.
3. 3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) im Bereich des Außengewindes (18) angeordnet ist.
4. 4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenelektrode (4) mit der Wandung (16) über einen Steg (24) verbunden ist.
5. 5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (24) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (a) der Zündkerze (1) erstreckt.
6. 6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) an der der Befestigungsstelle (25) des Stegs (24) an der Wandung (16) gegenüber liegenden Seite in der Wandung (16) angeordnet ist.
7. 7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wandung (16), Steg (24) und Massenelektrode (4) einstückig ausgebildet sind.
8. 8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (16) im Bereich der Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist, wobei sich die Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) über einen Bereich (b) von 3 bis 10 %, vorzugsweise 5 bis 7 % entlang des Außenumfangs des Kreises erstreckt.
9. 9. Zündkerze (1) mit einer Mittelelektrode (2) und einer Massenelektrode (4), wobei die Mittelelektrode (2) zur Massenelektrode (4) so angeordnet ist, dass sich die Funkenstrecke (s) zwischen Massenelektrode (4) und Mittelelektrode (2) erstreckt, wobei die Funkenstrecke (s) von einer Wandung (16) umgeben ist, wobei die Wandung (16) eine Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Abstandslehre (32) zwischen Mittelelektrode (2) und Massenelektrode (4) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet dass die Längserstreckung (k) der Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) entlang der Funkenstrecke (9) zwischen dem einfachen und dreifachen Abstand zwischen Mittelelektrode (2) und Massenelektrode (4) beträgt. 4/8 österreichisches Patentamt AT509 313 B1 2011-12-15
10. 10. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig eine, vorzugsweise kuppelförmige, Abdeckung (30) vorgesehen ist, welche die Massenelektrode (4) und Mittelelektrode (2) im Einbauzustand vom Brennraum der Brennkraftmaschine abtrennt, wobei Übertrittsöffnungen in der Abdeckung (34) vorgesehen sind.
11. 11. Verfahren zum Einstellen des Abstands zwischen einer Mittelelektrode (2) und einer Massenelektrode (4) einer Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ausnehmung (22) oder Öffnung (20) eine Abstandslehre (32) mit einer Dicke, die dem gewünschten Abstand entspricht, eingeführt wird und die Massenelektrode (4) zur Mittelelektrode (2) gedrückt wird, bis der Abstand von Mittelelektrode (2) zu Massenelektrode (4) der Dicke der Abstandslehre (32) entspricht. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8