EP3607623B1 - Zündkerze mit verbesserter dichtheit - Google Patents

Zündkerze mit verbesserter dichtheit Download PDF

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EP3607623B1
EP3607623B1 EP18711892.2A EP18711892A EP3607623B1 EP 3607623 B1 EP3607623 B1 EP 3607623B1 EP 18711892 A EP18711892 A EP 18711892A EP 3607623 B1 EP3607623 B1 EP 3607623B1
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spark plug
insulator
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shoulder
plug according
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Ugur Yilmaz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/36—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the joint between insulation and body, e.g. using cement

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug with improved sealing between an insulator and a housing of the spark plug.
  • Spark plugs are known from the state of the art in various designs. Due to the increasing demands of internal combustion engine manufacturers regarding engine downsizing, smaller spark plugs are also required. The trend is moving away from spark plugs with an M14 external thread to spark plugs with an M10 or M8 external thread. However, this places increased demands on the spark plug in terms of robustness, gas tightness, and temperature resistance.
  • DE 10 2014 223 752.1 A spark plug is known that features an improved connection between the insulator and the housing. The insulator has a circumferential recess on its outer periphery, into which the housing engages. However, it would be desirable to have further improved solutions regarding the gas-tightness and robustness of spark plugs.
  • spark plugs are known from the US 2017/033538 A1 , the DE 10 2013 206 071 A1 , the US 2003/117052 A1 , the US 831 377 A and the US 2012/0267995 A1 .
  • the spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that reduced dimensions of the spark plug are possible and an improved sealing of the spark plug between an insulator and a housing of the spark plug is possible.
  • the sealing disc is deformable and
  • the insulator has a ring-shaped, circumferential shoulder which is curved in section and on which the Sealing disc.
  • the shoulder has a radius R1, which lies in a range of 0.20 mm to 0.60 mm.
  • the material of the sealing disc is selected such that the deformability of the insulator and the housing is less than the deformability of the sealing disc. This allows for reliable deformation of the sealing disc during assembly. By selecting a small radius between 0.20 mm and 0.60 mm, increased Hertzian surface pressure can be achieved during the assembly process.
  • a particularly high surface pressure can be achieved if the radius at the insulator's shoulder is directed outward.
  • the radius is designed to be convex.
  • the radius is particularly preferably in a range from 0.30 mm to 0.50 mm and is particularly preferably 0.40 mm.
  • the shoulder on the insulator has an arc length in the axial direction in a range of 20 mm to 26 mm, and the arc length is particularly preferably 23 mm. This measure also further increases the surface pressure between the joining partners.
  • a Hertzian surface pressure of at least 4500 N/mm 2 is present between the insulator and the sealing disc, preferably at least 5000 N/mm 2 . This allows even the higher pressures that occur, particularly in smaller internal combustion engines, to be reliably sealed.
  • the housing has a tapered region at a contact area for contact with the sealing disc.
  • the tapered region on the housing is preferably conical. This ensures secure support of the sealing disc on the housing during joining, thus enabling high surface pressure during the joining process.
  • the sealing disc is in full contact with the insulator when the heel is mounted.
  • the sealing disc lies along the entire arc length of the insulator's shoulder, so that a high level of tightness is possible, especially against high pressures.
  • the sealing disc when mounted, completely contacts the contact area on the housing.
  • the spark plug housing has an M10 external thread or an M12 external thread.
  • spark plug 1 according to a preferred embodiment of the invention is described in detail.
  • the spark plug has an insulator 2 made of an electrically non-conductive material, in particular ceramic. Furthermore, the spark plug has a housing 3 made of a metal material. An external thread 10 is provided on the housing 3.
  • the spark plug 1 further comprises a center electrode 8 and a ground electrode 9.
  • the reference numeral 6 denotes an outer sealing ring which seals the spark plug to a cylinder head or the like when it is mounted.
  • the sealing disc 4 is made of Figure 2
  • the sealing disc 4 is made of a deformable material which has a higher deformability than the material of the insulator and the material of the housing.
  • the insulator 2 has a shoulder 20 which is arcuate in cross-section.
  • the shoulder 20 has a radius R1.
  • the radius R1 lies in a range from 0.20 mm to 0.60 mm and is preferably 0.40 mm.
  • the shoulder 20 is arranged between a first wall surface 21 and a second wall surface 22.
  • the first wall surface 21 is preferably cylindrical and the second wall surface 22 is also preferably cylindrical.
  • a tapered region 30 is provided on the housing 3 at the level of the sealing disc 4.
  • the tapered region 30 is conical.
  • An angle ⁇ of the conical region to a perpendicular Y to the axial direction X-X is preferably approximately 115°.
  • the deformed sealing disc 4 lies completely against the curved shoulder 20. Furthermore, the deformed sealing disc 4 also lies completely against the conical surface 30 of the housing 3.
  • the selection of the small radius R1 results in a very high Hertzian surface pressure of over 4500 N/mm 2 .
  • An arc length of the shoulder 20 between the first and second wall surfaces 21, 22 is preferably in a range of 20 mm to 26 mm and is 23 mm in this embodiment.
  • a relatively easily deformable material is used for the sealing disc 4.
  • the material preferably also has a high thermal conductivity coefficient, allowing heat conduction from the housing 3 toward the insulator 2.
  • the sealing disc 4 is provided in the axial direction XX of the spark plug 1 at the level of the external thread 10 on the housing 3, in particular at the end of the external thread 10, which lies in the direction towards the side of the spark plug facing away from the combustion chamber.
  • the external thread 10 has reduced dimensions and is preferably an M10 external thread or an M12 external thread.

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  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer verbesserten Dichtheit zwischen einem Isolator und einem Gehäuse der Zündkerze.
  • Zündkerze sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund der steigenden Anforderungen von Herstellern von Brennkraftmaschinen betreffend ein Downsizing von Motoren werden auch kleiner Zündkerzen benötigt. Hierbei geht der Trend weg von Zündkerzen mit einem Außengewinde M14 zu Zündkerzen mit Außengewinde M10 oder M8. Dies erfordert jedoch erhöhte Anforderungen der Zündkerze hinsichtlich Robustheit, Gasdichtheit und Temperaturbeständigkeit. Aus der DE 10 2014 223 752.1 ist eine Zündkerze bekannt, welche eine verbesserte Verbindung zwischen Isolator und Gehäuse zeigt. Hierbei weist der Isolator an einem Außenumfang eine umlaufende Vertiefung auf, in welche das Gehäuse eingreift. Es wäre jedoch wünschenswert, weitere verbesserte Lösungen hinsichtlich einer Gasdichtheit und Robustheit von Zündkerzen zu haben.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass reduzierte Abmessungen der Zündkerze möglich sind und eine verbesserte Abdichtung der Zündkerze zwischen einem Isolator und einem Gehäuse der Zündkerze möglich sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zündkerze einen Isolator, ein Gehäuse und eine Dichtscheibe aufweist, welche zwischen dem Isolator und dem Gehäuse der Zündkerze angeordnet ist. Die Dichtscheibe ist verformbar und der Isolator weist ringförmig umlaufend einen Absatz auf, welcher im Schnitt bogenförmig ausgebildet ist und an welchem die Dichtscheibe anliegt. Der Absatz weist einen Radius R1 auf, welcher in einem Bereich von 0,20 mm bis 0,60 mm liegt. Das Material der Dichtscheibe ist dabei derart gewählt, dass eine Verformbarkeit des Isolators und des Gehäuses geringer ist als eine Verformbarkeit der Dichtscheibe. Dadurch kann bei der Montage eine sichere Verformung der Dichtscheibe ermöglicht werden. Durch die Wahl des kleinen Radius zwischen 0,20 mm bis 0,60 mm kann eine erhöhte hertzsche Flächenpressung während des Montagevorgangs erreicht werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Eine besonders hohe Flächenpressung kann erreicht werden, wenn der Radius am Absatz des Isolators nach außen gerichtet ist. Mit anderen Worten ist der Radius konvex vorgesehen.
  • Besonders bevorzugt liegt der Radius in einem Bereich von 0,30 mm bis 0,50 mm und beträgt besonders bevorzugt 0,40 mm.
  • Vorzugsweise weist der Absatz am Isolator eine Bogenlänge in axialer Richtung gesehen in einem Bereich von 20 mm bis 26 mm auf und die Bogenlänge beträgt besonders bevorzugt 23 mm. Auch diese Maßnahme erhöht eine Flächenpressung zwischen den Fügepartner weiter.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Isolator und der Dichtscheibe eine hertzsche Flächenpressung von mind. 4500 N/mm2 vorhanden, vorzugsweise mind. 5000 N/mm2. Somit können auch die insbesondere bei kleineren Brennkraftmaschinen auftretenden höheren Drücke sicher abgedichtet werden.
  • Besonders bevorzugt weist das Gehäuse an einem Kontaktbereich für einen Kontakt mit der Dichtscheibe einen sich verjüngenden Bereich auf. Der sich verjüngende Bereich am Gehäuse ist vorzugsweise konisch. Hierdurch wird während des Fügens erreicht, dass eine sichere Abstützung der Dichtscheibe am Gehäuse möglich ist, so dass eine hohe Flächenpressung während des Fügeverfahrens möglich ist.
  • Um eine besonders hohe Dichtheit sicherstellen zu können, kontaktiert die Dichtscheibe im montierten Zustand des Absatz am Isolator vollständig.
  • Hierdurch liegt die Dichtscheibe an der gesamten Bogenlänge des Absatzes des Isolators an, so dass eine hohe Dichtheit, insbesondere gegenüber hohen Drücken, möglich ist.
  • Weiter bevorzugt kontaktiert die Dichtscheibe im montierten Zustand vollständig den Kontaktbereich am Gehäuse.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse der Zündkerze M10-Außengewinde oder ein M12-Außengewinde auf.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Zündkerze, und
    Figur 2
    eine vergrößerte Schnittansicht der Zündkerze im Bereich einer Dichtscheibe zwischen einem Gehäuse und einem Isolator der Zündkerze.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Zündkerze 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist die Zündkerze einen Isolator 2 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material auf, insbesondere aus Keramik. Ferner weist die Zündkerze ein Gehäuse 3 aus einem Metallmaterial auf. Am Gehäuse 3 ist ein Außengewinde 10 vorgesehen.
  • Die Zündkerze 1 umfasst ferner eine Mittelelektrode 8 und eine Masseelektrode 9. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen äußeren Dichtring, welcher im montierten Zustand der Zündkerze an einem Zylinderkopf oder dgl. abdichtet.
  • Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist am zum Brennraum gerichteten Ende der Zündkerze, an welchem die Mittelelektrode 8 und die Masseelektrode 9 angeordnet ist, ein Spalt 5 zwischen dem Isolator 2 und dem Gehäuse 3 vorhanden. Über den Spalt 5 können hohe Drücke in das Innere der Zündkerze gelangen. Um dies zu verhindern, ist eine Dichtscheibe 4 zwischen dem Isolator 2 und dem Gehäuse 3 angeordnet.
  • Die Dichtscheibe 4 ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich. Die Dichtscheibe 4 ist aus einem verformbaren Material hergestellt, welches eine höhere Verformbarkeit aufweist, als das Material des Isolators und das Material des Gehäuses.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, weist der Isolator 2 einen Absatz 20 auf, welcher im Schnitt bogenförmig ausgebildet ist. Der Absatz 20 weist einen Radius R1 auf. Der Radius R1 liegt in einem Bereich von 0,20 mm bis 0,60 mm und beträgt vorzugsweise 0,40 mm.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist in Axialrichtung X-X der Zündkerze der Absatz 20 zwischen einer ersten Wandfläche 21 und einer zweiten Wandfläche 22 angeordnet. Die erste Wandfläche 21 ist vorzugsweise zylindrisch und die zweite Wandfläche 22 ist ebenfalls vorzugsweise zylindrisch.
  • Am Gehäuse 3 ist auf Höhe der Dichtscheibe 4 ein sich verjüngender Bereich 30 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der sich verjüngende Bereich 30 konisch gebildet. Ein Winkel α des konischen Bereichs zu einer Senkrechten Y zur Axialrichtung X-X ist vorzugsweise ca. 115°.
  • Wie aus Figur 2 weiter ersichtlich ist, liegt im montierten Zustand die verformte Dichtscheibe 4 vollständig am bogenförmigen Absatz 20 an. Weiterhin liegt die verformte Dichtscheibe 4 ebenfalls vollständig an der konischen Fläche 30 des Gehäuses 3 an. Durch die Wahl des kleinen Radius R1 ergibt sich hierbei eine sehr hohe, hertzsche Flächenpressung von über 4500 N/mm2.
  • Eine Bogenlänge des Absatzes 20 zwischen der ersten und zweiten Wandfläche 21, 22 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 mm bis 26 mm und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 23 mm.
  • Somit kann eine verbesserte Dichtheit der Zündkerze zwischen dem Isolator 2 und dem Gehäuse 3 erreicht werden, indem die Bedingungen für eine erhöhte hertzsche Flächenpressung zwischen den Fügepartnern Isolator 2, Gehäuse 3 und Dichtscheibe 4 erreicht wird. Dadurch kann vermieden werden, dass Brennraumgase über den Spalt 5 in das Innere der Zündkerze gelangen.
  • Als Material für die Dichtscheibe 4 wird ein relativ leicht verformbares Material verwendet. Das Material weist vorzugsweise auch noch einen hohen Wärmeleitkoeffizienten auf, so dass eine Wärmeleitung vom Gehäuse 3 in Richtung zum Isolator 2 möglich ist.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Dichtscheibe 4 in Axialrichtung X-X der Zündkerze 1 auf Höhe des Außengewindes 10 am Gehäuse 3, insbesondere am Ende des Außengewindes 10, welches in Richtung zur brennraumabgewandten Seite der Zündkerze liegt, vorgesehen.
  • Das Außengewinde 10 weist reduzierte Abmessungen auf und ist vorzugsweise ein M10-Außengewinde oder ein M12-Außengewinde.

Claims (9)

  1. Zündkerze, umfassend:
    - einen Isolator (2),
    - ein Gehäuse (3), und
    - eine Dichtscheibe (4), die zwischen dem Isolator (2) und dem Gehäuse (3) angeordnet ist,
    - wobei die Dichtscheibe (4) verformbar ist,
    - wobei der Isolator (2) einen ringförmig umlaufenden Absatz (20) aufweist, der zwischen einer ersten Wandfläche (21) und einer zweiten Wandfläche (22) des Isolators (2) angeordnet ist, wobei die erste Wandfläche (21) und die zweite Wandfläche (22) parallel zu einer Längsachse (X) der Zündkerze sind,
    - wobei der Absatz (20) im Schnitt vollständig bogenförmig ausgebildet ist und an welchem die Dichtscheibe (4) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (20) einen Radius (R1) aufweist, welcher in einem Bereich von 0,20 mm bis 0,60 mm liegt.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Radius (R1) als konvexer Radius ausgebildet ist.
  3. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radius (R1) in einem Bereich von 0,30 mm bis 0,50 mm liegt und insbesondere 0,40 mm beträgt.
  4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Absatz (20) eine Bogenlänge aufweist, die in einem Bereich von 20 mm bis 26 mm liegt und insbesondere 23 mm beträgt.
  5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Isolator (2) und der Dichtscheibe (4) eine Flächenpressung von mind. 4500 N/mm2, vorzugsweise 5000 N/mm2, vorhanden ist.
  6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) an einem Kontaktbereich für einen Kontakt mit der Dichtscheibe (4) einen sicher verjüngenden Bereich (30), insbesondere sich konisch verjüngenden Bereich, aufweist.
  7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtscheibe (4) im montierten Zustand vollständig den Absatz (20) am Isolator kontaktiert.
  8. Zündkerze nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Dichtscheibe (4) im montierten Zustand vollständig den Kontaktbereich (30) am Gehäuse (3) kontaktiert.
  9. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) ein M10-Außengewinde oder ein M12-Außengewinde aufweist.
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