AT413904B

AT413904B - Zündkerze

Info

Publication number: AT413904B
Application number: AT0148503A
Authority: AT
Inventors: Christian Francesconi; Christoph Egger
Original assignee: Ge Jenbacher Ag
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2006-07-15
Also published as: EP1517416A3; EP1517416B1; ATA14852003A; EP1517416A2; US20050062386A1; US7408293B2; JP2005093431A

Description

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AT 413 904 B

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, mit einem Zündkerzengehäuse und einem Masseelektrodenträgergehäuse sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zündkerze. 5 Die beim Stand der Technik bekannten Zündkerzen weisen ein Masseelektrodenträgergehäuse auf, mit welchem die Zündkerze z. B. in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeführt wird. Meist weist das Masseelektrodenträgergehäuse an seiner Außenfläche ein Gewinde auf, mit dem die Zündkerze in den Zylinderkopf eingeschraubt werden kann. Es sind jedoch auch Zündkerzen mit glatten zylinderförmigen Masseelektrodenträgergehäusen bekannt, welche in io den Zylinderkopf eingeklemmt oder z. B. mit einem Bajonett-Verschluss daran befestigt werden. An dem brennkammerseitigen Ende des Masseelektrodenträgergehäuses sind eine oder mehrere Masseelektroden vorgesehen. Das Masseelektrodenträgergehäuse selber ist einstückig mit dem restlichen Zündkerzengehäuse ausgeführt oder daran mittels Widerstandsschweißverfahren angeschweißt. Aus der GB 2 327 459, der US 5,493,171 wie auch der US 5,017,826 ist es 15 bekannt, die Masseelektrode(n) aus anderem Material als das Masseelektrodenträgergehäuse zu fertigen und über Ringe auf diesem zu befestigen. Bei den beim Stand der Technik bekannten Zündkerzen treten am brennkammerseitigen Ende des Masseelektrodenträgergehäuses häufig Probleme mit den dort extrem hohen Temperaturen auf. Es kommt immer wieder zur Heißkorrosion im Bereich des Masseelektrodenträgergehäuses und damit zur negativen Beein-20 trächtigung bzw. zur Zerstörung der Zündkerze.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündkerze bereitzustellen, bei der eine Heißkorrosion des Masseelektrodenträgergehäuses unterbunden ist. 25 Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Masseelektrodenträgergehäuse zumindest zwei jeweils ein Gewinde und voneinander unterschiedliche Materialien aufweisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitte hat und/oder das Masseelektrodenträgergehäuse anderes Material als das Zündkerzengehäuse und ein Gewinde aufweist. 3o Erfindungsgemäß ist in dem Bereich, in dem die größte Hitzeentwicklung am Masseelektrodenträgergehäuse auftritt, ein spezielles Material vorgesehen, durch das die Heißkorrosion wirksam verhindert ist. Der restliche Aufbau der Zündkerze kann dabei in der bisher bekannten Form und unter Verwendung der auch bisher üblichen Materialien und damit in der Regel kostengünstig ausgeführt sein. Hierbei gibt es sowohl die Möglichkeit einen Teil des Masseelektroden-35 trägergehäuses, als auch das ganze Masseelektrodenträgergehäuse aus einem anderen Material als das Zündkerzengehäuse bzw. des daran verbliebenen anderen Teiles des Masseelektrodenträgergehäuses auszuführen. In jedem Fall ist jedoch vorgesehen, dass das zur Verhinderung der Heißkorrosion vorgesehene Material der Zündkerze über ein Gewinde in das entsprechende Gewinde des Zylinderkopfes eingreift, da durch diesen innigen Kontakt eine besonders 40 gute Wärmeübertragung bzw. -ableitung auf den Zylinderkopf sichergestellt wird.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zündkerze sieht vor, dass das Masseelektrodenträgergehäuse mit mindestens zwei Masseelektrodenträgergehäuseabschnitten ausgebildet wird, wobei diese jeweils ein Gewinde und unterschiedliche Materialien 45 aufweisen und/oder das Masseelektrodenträgergehäuse aus einem anderen Material als das Zündkerzengehäuse ausgebildet wird und ein Gewinde aufweist. Besonders kostengünstig kann eine erfindungsgemäße Zündkerze ausgehend von einer handelsüblichen Zündkerze hergestellt werden, wenn an einer handelsüblichen Zündkerze mit einem Masseelektrodenträgergehäuse an dessen in Einbaustellung zu einer Brennkammer weisenden Ende ein Teil des so Masseelektrodenträgergehäuses oder das gesamte Masseelektrodenträgergehäuse und gegebenenfalls die dort vorhandene Masseelektrode oder Masseelektrodenanordnung entfernt wird und anschließend ein Masseelektrodenträgerring auf den verbliebenen Teil des Masseelektrodenträgergehäuses oder auf das Zündkerzengehäuse der handelsüblichen Zündkerze aufgesetzt bzw. daran angeschweißt wird, wobei der Masseelektrodenträgerring anderes Material als 55 der verbliebene Teil des Masseelektrodenträgergehäuses oder das Zündkerzengehäuse der 5 3

AT 413 904 B handelsüblichen Zündkerze aufweist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Zündkerze gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer Zündkerze,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf das brennkammerseitige Ende der erfindungsgemäßen Zündkerze aus Fig. 2 in einer ersten Ausführungsform, 10

Fig. 4 einen Schnitt durch den oberen Teil des Masseelektrodenträgergehäuses gemäß Fig. 3 entlang der Schnittgeraden AA und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des brennkammerseitigen Endes einer erfindungsgemäßen Zündkerze in perspektivischer Ansicht. 15 Beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 weist die Zündkerze einen Isolatorkörper 1 sowie ein diesen umfassendes Zündkerzengehäuse 2 auf. Mit dem Zündkerzengehäuse 2 meist einstückig oder per Widerstandsschweißen verbunden ist das Masseelektrodenträgergehäuse 3, welches bei der in Fig. 1 gezeigten handelsüblichen Zündkerze das Gewinde 9 trägt, mit dem die Zündkerze z. B. in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt wird. Am 20 brennkammerseitigen bzw. zur Brennkammer weisenden Ende 10 des Masseelektrodenträgergehäuses 3 ist eine Hakenelektrode 4 als Masseelektrode angeordnet. Dem Ende der Hakenelektrode 4 gegenüber ragt die Mittelelektrode 5 aus dem Isolatorkörper 1. Zur Verbindung der im Isolatorkörper 1 geführten Mittelelektrode 5 mit einem nicht dargestellten Zündstecker ist der Anschlusskontakt 7 vorgesehen. 25 Während beim Stand der Technik das Masseelektrodenträgergehäuse 3 zusammen mit dem Zündkerzengehäuse 2 aus ein und dem selben Material gefertigt ist, sieht eine erste Variante der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 2 gezeigt, zumindest zwei verschiedene Masseelektrodenträgergehäuseabschnitte 3' und 3" vor, welche voneinander unterschiedliches Material 30 aufweisen. Beide Masseelektrodenträgergehäuseabschnitte 3' und 3" tragen im gezeigten Beispiel ein Gewinde 9. Der Abstand zwischen den beiden Abschnitten 3' und 3" ist hierbei so gewählt, dass beide Abschnitte zusammen in ein Standardgewinde eingeschraubt werden können. Um Heißkorrosion zu verhindern, weist der zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3" günstigerweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der 35 andere Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3' auf, wodurch die am brennkammerseitigen Ende 10 auftretende Wärme schnell abgeführt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der brennkammerseitige Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3" als Ring auf den anderen Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3’ aufgesetzt bzw. daran angeschweißt. Ein günstiges Verfahren sieht hierzu vor, dass von der handelsüblichen Zündkerze gemäß Fig. 1 zu-40 nächst der Bereich 6 des Masseelektrodenträgergehäuses 3 samt Masseelektrode 4 entfernt und anschließend der anderes Material aufweisende Masseelektrodenträgerring 3" auf den in der handelsüblichen Zündkerze verbleibenden Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3’ aufgesetzt und günstigerweise daran angeschweißt wird. In einer zweiten erfindungsgemäßen Variante besteht das gesamte Masseelektrodenträgergehäuse 3 aus einem anderen Material 45 als das Zündkerzengehäuse 2. Bei einem zum oben geschilderten Verfahren ansonsten analogen Herstellungsverfahren wird dann nicht nur ein Teil des Masseelektrodenträgergehäuses 3, sondern das ganze Masseelektrodenträgergehäuse 3 der Standardzündkerze entfernt und durch einen Masseelektrodenträgerring 3" aus anderem Material ersetzt. Dieser wird wiederum am Zündkerzengehäuse 2 angeschweißt. In beiden Varianten ist das gepulste oder ungepulste so Laserschweißverfahren ein bevorzugtes Schweißverfahren.

Der in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3" trägt eine Masseelektrode 8 oder eine Masseelektrodenträgeranordnung. Eine besonders betriebsfeste Zündkerze wird hierbei erreicht, wenn die Masseelektrode 8 oder 55 die Masseelektrodenanordnung im Wesentlichen im Inneren des in Einbaustellung der Zünd-

Claims

4 AT 413 904 B kerze zu einer Brennkammer weisenden Masseelektrodenträgergehäuseabschnitts 3" bzw. des Masseelektrodenträgergehäuses 3 angeordnet ist. Dies ist beispielhaft in Fig. 3 gezeigt. Die integrierte Masseelektrode 8 sitzt dabei im Inneren des Abschnitts 3", ist günstigerweise aus demselben Material wie der Abschnitt 3" gefertigt und kann einstückig mit diesem ausgeführt 5 sein. Das Gewinde 9 bzw. die Wandung des Masseelektrodenträgergehäuses 3 bzw. seines brennkammerseitigen Abschnitts 3" ragt günstigerweise über den Zündspalt 14 (siehe Fig. 4) hinaus. Vor allem durch ein einstückiges Ausbilden der Masseelektrode 8 mit dem Masseelektrodenträgergehäuse 3 oder seinem brennkammerseitigen Abschnitt 3" wird eine optimale Wärmeableitung von der unmittelbaren Zündstelle in die Aufnahme der Zündkerze (das Gewinde io eines Zylinderkopfes) erreicht. Die Mittelelektrode 5 und/oder die Masseelektrode 8 kann - wie an sich bekannt - ein Elektrodenplättchen 11, vorzugsweise aus Edelmetall, als Elektrode tragen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der brennkammerseitige Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt 3" bzw. das gesam-15 te Masseelektrodenträgergehäuse 3 eine Nickelbasislegierung bzw. eine Nickel-Chrom-Legierung aufweist, wobei diese neben Nickel und Chrom zusätzlich auch mindestens eines der Elemente Aluminium, Titan, Niob, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Wolfram oder Eisen aufweisen kann. Eine besonders bevorzugte Nickelbasislegierung ist der unter dem Handelsnamen Inco Alloy 600 vertriebene Werkstoff - Nr.: 2.4816. Das Zündkerzengehäuse 2 sowie der gegebe-20 nenfalls vorhandene Abschnitt 3' des Masseelektrodenträgergehäuses 3 kann aus den bisher üblichen, meist kostengünstigeren Materialien gefertigt sein. Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Geraden AA durch das brennkammerseitige Ende des Masseelektrodenträgergehäuses 3. Neben der bereits besprochenen einstückigen Ausbildung 25 der Masseelektrode 8 mit dem Abschnitt 3" und dem Vorsehen von Elektrodenplättchen 11 (vorzugsweise aus Edelmetall) wird die Gemischzugänglichkeit zum Zündort verbessert, indem die die Masseelektrode 8 umfassende Wandung des Abschnitts 3" oder des Masseelektrodenträgergehäuses 3 zumindest bereichsweise zur Masseelektrode 8 hin, in einem Winkel α zwischen 10° und 60° gegen eine Parallele 13 zur Mittelelektrode 5 der Zündkerze, geneigt ist. Im 30 Sinne einer besonders optimalen Gemischzugänglichkeit zum Zündort 14 sind Neigungswinkel α von ca. 30° bevorzugt. Eine weitere Verbesserung der Gemischzugänglichkeit zum Zündort 12 wird wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt durch Ausnehmungen 15 am brennkammerseitigen Ende des Abschnittes 3" 35 bzw. des Masseelektrodenträgergehäuses 3 erreicht. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Zündkerzen beschränkt. Auch bei Zündkerzen, bei denen das Masseelektrodenträgergehäuse 3 anders ausgeformt ist, kann die Erfindung realisiert werden. Desweiteren sind unterschiedlichste Masseelektrodenkonfigurationen möglich. 40 Neben den gezeigten zwei Abschnitten 3' und 3" kann das Masseelektrodenträgergehäuse 3 auch weitere Abschnitte mit wiederum anderen Materialien aufweisen. Patentansprüche: 45 1. Zündkerze, insbesondere zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, mit einem Zündkerzengehäuse und einem Masseelektrodenträgergehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Masseelektrodenträgergehäuse (3) zumindest zwei jeweils ein Gewinde (9) und voneinander unterschiedliche Materialien aufweisende Masseelektrodenträgergehäuseab- 50 schnitte (3', 3") hat und/oder das Masseelektrodenträgergehäuse (3) anderes Material als das Zündkerzengehäuse und ein Gewinde (9) aufweist. 2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt (3") 55 eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der andere oder die anderen Masseelektrodenträger- 5 AT 413 904 B gehäuseabschnitt(e) (3') und/oder das Masseelektrodenträgergehäuse (3) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Zündkerzengehäuse (2) aufweist. 3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in Einbaustellung 5 der Zündkerze zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt (3") oder das gesamte Masseelektrodenträgergehäuse (3) als Ring auf den anderen oder die anderen Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt(e) (3') oder das Zündkerzengehäuse (2) aufgesetzt bzw. daran angeschweißt ist. io 4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgergehäuseabschnitt (3") bzw. das Masseelektrodenträgergehäuse (3) eine Masseelektrode (8) oder eine Masseelektrodenanordnung trägt und vorzugsweise einstückig mit der Masseelektrode (8) ausgebildet ist. 15 5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (8) oder die Masseelektrodenanordnung im Wesentlichen im Inneren des in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisenden Masseelektrodenträgergehäuseabschnitts (3") oder des Masseelektrodenträgergehäuses (3) angeordnet ist. 20 6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Masseelektrode (8) umfassende Wandung des in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisenden Masseelektrodenträgergehäuseabschnitts (3") oder des Masseelektrodenträgergehäuses (3) zumindest bereichsweise zur Masseelektrode (8) hin, in einem Winkel α zwi- 25 sehen 10° und 60° gegen eine Parallele (13) zur Mittelelektrode (5) der Zündkerze, geneigt ist. 7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer weisende Masseelektrodenträgerge- 30 häuseabschnitt (3") eine Nickelbasislegierung bzw. eine Nickel-Chrom-Legierung aufweist. 8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Chrom-Legierung neben Nickel und Chrom zusätzlich zumindest eines der Elemente Aluminium, Titan, Niob, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Wolfram oder Eisen aufweist. 35
9. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit einem Zündkerzengehäuse und einem Masseelektrodenträgergehäuse, insbesondere zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Masseelektrodenträgergehäuse (3) mit mindestens zwei Masseelektrodenträgergehäuseabschnitten (3', 3") ausgebildet wird, wobei diese je- 40 weils ein Gewinde (9) und unterschiedliche Materialien aufweisen und/oder das Masseelektrodenträgergehäuse (3) aus einem anderen Material als das Zündkerzengehäuse (2) ausgebildet wird und ein Gewinde (9) aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer handelsüblichen 45 Zündkerze mit einem Masseelektrodenträgergehäuse (3) an dessen in Einbaustellung zu einer Brennkammer weisenden Ende ein Teil des Masseelektrodenträgergehäuses (3) oder das gesamte Masseelektrodenträgergehäuse (3) und gegebenenfalls die dort vorhandene Masseelektrode (4) oder Masseelektrodenanordnung entfernt wird und anschließend ein Masseelektrodenträgerring (3") auf den verbliebenen Teil (3') des Masseelektrodenträ- 50 gergehäuses (3) oder auf das Zündkerzengehäuse (2) der handelsüblichen Zündkerze aufgesetzt bzw. daran angeschweißt wird, wobei der Masseelektrodenträgerring (3") anderes Material als der verbliebene Teil (3') des Masseelektrodenträgergehäuses (3) oder das Zündkerzengehäuse (2) der handelsüblichen Zündkerze aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseelektrodenträger- 6 AT 413 904 B ring (3") mittels gepulstem oder ungepulstem Laser am verbliebenen Teil (31) des Masseelektrodenträgergehäuses (3) bzw. des Zündkerzengehäuses (2) der handelsüblichen Zündkerze angeschweißt wird. 5 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55