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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine nach
der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine
derartige Zündkerze
zum Zünden
eines Brennstoffgemisches in einem Zylinder bei einer Brennkraftmaschine
ist beispielsweise aus der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 480 670 A1 bekannt.
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Der
für derartige
Zündkerzen
zur Verfügung stehende
Bauraum in einem Fahrzeug wird zunehmend geringer. Ein Grund dafür liegt
darin, dass bei modernen Motoren mehrere Einlassventile, z. B. vier oder
fünf Ventilen
pro Zylinder vorgesehen werden, um eine verbesserte Zylinderfüllung und
damit mehr Leistung, insbesondere mehr Drehmoment bereits bei niedrigen
Drehzahlen und über
einem großen Drehzahlbereich,
und hierbei eine kraftstoffsparende Betriebsweise zu erreichen.
Derartige Mehrventiler limitieren erheblich den für ein Einspritzventil
zur Verfügung
stehenden Bauraum.
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Eine
höhere
Leistung pro Hubraum erfordert zudem auch größere Kühlkanäle, welche zusätzlichen
Bauraum beanspruchen. Zusätzlich
wird bei Brennkraftmaschinen mit einer Direkteinspritzung weiterer
Bauraum für
das Hochdruckeinspritzventil benötigt.
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Um
diesen zusätzlichen
Bauraum bereitstellen zu können,
sind immer kleinere Durchmesser bei den Zündkerzen erforderlich. Außerdem werden
längere
Bauformen der Zündkerzen
bevorzugt, da durch eine größere Länge des
Gehäuses
der Zündkerze Bauraum
für die
größeren Kühlkanäle geschaffen wird.
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Darüber hinaus
ist zu beachten, dass sich neben einem durch die Durchmesserreduzierung
der Zündkerze
bedingten Anstieg der elektrischen Feldstärke im Isolator einer Zündkerze
die Feldstärke
zusätzlich
durch eine Erhöhung
der Zündspannung
vergrößert. Die
Erhöhung
der Zündspannung
ist durch die steigende Verdichtung der Brennkraftmaschinen, insbesondere
bei Direkteinspritzmotoren, und durch die Aufladung der Motoren
begründet.
Außerdem wird
in besonderen Betriebspunkten, z. B. beim Katalysatorheizen oder
bei der Antriebsschlupfregelung, durch Spätverstellung des Zündwinkels
eine besonders hohe Zündspannung
erreicht, welche bei der Gestaltung einer Zündkerze zu berücksichtigen
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze der eingangs genannten
Art mit einer möglichst
schmalen Bauform im Hinblick auf die oben genannten Anforderungen
weiterzubilden.
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Vorteile der
Erfindung
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 wird eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen,
mit einem Gehäuse
und einem in einem Einspannbereich des Gehäuses gehaltenen Isolator, welcher
eine Mittelelektrode elektrisch von dem Gehäuse isoliert, wobei im Bereich
eines brennraumseitigen Endabschnittes des Gehäuses ein Wärmeübergangsbereich mit einem umlaufenden Zwischenraum
zwischen dem Gehäuse
und dem Isolator zum Abführen
einer von dem Isolator aufgenommenen Wärme vorgesehen ist, und wobei
der Wärmeübergangsbereich
und der Einspannbereich räumlich
voneinander getrennt angeordnet sind.
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Durch
die räumliche
Trennung zwischen dem Wärmeübergangsbereich
und dem Einspannbereich wird vorteilhafterweise eine Zündkerzenkonstruktion
realisiert, die insbesondere eine Reduzierung des Durchmessers des
Gehäuses
und eine längere,
schmalere Bauform der Zündkerze
ermöglicht.
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Die
Trennung des Einspannbereichs, das heißt des zur Aufnahme einer Einspannkraft
des Isolators dienenden Längsabschnitts
der Zündkerze, von
dem Wärmeübergangsbereich
ermöglicht
es, das Gehäuse
der Zündkerze
insbesondere im Bereich des Wärme übergangsbereiches
geringer zu dimensionieren, da ein bei bekannten Zündkerzen
vorgesehener Gehäuseabsatz
als Abstützpunkt
für den Isolator
in diesem Bereich nicht erforderlich ist.
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Auf
diese Weise können
einerseits vergleichsweise kleine Gewindedurchmesser von z. B. M10
oder kleiner an dem Gehäuse
zum Einschrauben der Zündkerze
in ein Zylinderkopfgehäuse
realisiert werden, und andererseits größere Wandstärken des Isolators in diesem
Bereich ermöglicht
werden, ohne die Abmessungen des Gehäuses in diesem Bereich zu vergrößern. Durch
die Vergrößerung der Wandstärke des
Isolators eignet sich die Zündkerze zum
Einsatz bei Zylinderköpfen
mit größeren Kühlkanälen und
motorisch bedingten hohen Zündspannungen,
da die Wahrscheinlichkeit von elektrischen Durchschlägen bei
größeren Keramikwandstärken auch
bei höheren
Zündspannungen
minimal ist.
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Im
Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung
ist der Einspannbereich zwischen einem axial mittleren Abschnitt
und einem brennraumabgewandten Ende des Gehäuses ausgebildet. Somit kann
die brennraumseitige Auflage des Isolators im Gehäuse konstruktiv
auf die Höhe
einer üblicherweise
als Mehrkant-Umfangsfläche
ausgebildeten Werkzeugangriffsfläche
des Gehäuseschafts etwa
in einen Mittelbereich der Zündkerze
verlagert werden, so dass eine schlanke Bauform realisiert werden
kann.
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Der
größte Teil
des Wärmeübergangs
von dem Isolator zum Gehäuse
kann wie auch bei bekannten Konstruktionen durch direkten Komponentenkontakt
im Bereich der Isolatorfußbasis
stattfinden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführung
umgibt der Einspannbereich des Gehäuses einen mittels Anlageschultern
begrenzten Längsabschnitt
des Isolators, welcher etwa im Mittelbereich des länglichen Isolators
angeordnet ist, wobei das Gehäuse
zum Einspannen des Isolators einen entsprechenden Längsabschnitt
des Isolators durch eine Umbördelung
des Gehäuses
und durch einen Gehäuseabsatz axial
umgeben kann und z. B. auf diesen Abschnitt des Isolators aufgeschrumpft
sein kann.
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Durch
die Verlagerung der brennraumseitigen Auflagefläche des Isolators an dem Gehäuse in den
Zündkerzenmittelbereich
bzw. den Bereich der Werkzeugangriffsfläche an dem Gehäuseschaft
ergibt sich auch der Vorteil, dass die Einspannlänge zwischen der Umbördelung
und dem Gehäuseabsatz sehr
kurz gewählt
werden kann. Dadurch kann das Problem einer mangelnden Warmdichtheit,
welches bei bekannten Zündkerzen
mit großer
Baulänge
zu beobachten ist, vermieden werden.
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Um
den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Isolator abzudichten,
kann gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen
sein, dass der Gehäuseabsatz im
Einspannbereich als Dichtsitz mit einem Dichtring zum brennraumseitigen
Abdichten des Zwischenraumes ausgebildet ist. Auf diese Weise wird
auch bei der erfindungsgemäßen Zündkerze
sichergestellt, dass kein Gas aus dem Brennraum durch den Zwischenraum
in die Umgebung austreten kann.
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Bei
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zündkerze
kann der Wärmeübergang
von dem Isolator an das Gehäuse
vorteilhaft gestaltet werden, indem zumindest ein den Wärmeübergang
verbesserndes Element in dem Zwischenraum zwischen dem Isolator
und dem Gehäuse
angeordnet ist. Beispielsweise kann als solches Element ein Federelement,
ein Ring, ein Hohlprofil, ein gewickelter Draht oder auch eine Hülse aus
einem wärmeleitenden Werkstoff
verwendet werden.
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Diese
Aufzählung
der den Wärmeübergang verbessernden
Elemente ist nur beispielhaft und nicht abschließend, so dass auch andere konstruktive
Formen bei dem Element denkbar sind. Es ist auch denkbar, dass mehrere
Elemente in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Isolator zum besseren
Abführen
der Wärme
von dem Isolator in das Gehäuse
verwendet werden können,
um so Wärmespannungen
abzubauen.
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Als
wärmeleitender
Werkstoff kann z. B. Kupfer verwendet werden.
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Der
Kontakt zwischen Isolator und Gehäuse kann auch durch ein dauerelastisches
Element wie z. B. eine Kupferpaste oder dergleichen realisiert werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen einer Zündkerze
gemäß der Erfindung
sind den Patentansprüchen,
der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu
entnehmen.
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Zeichnung
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Mehrere
Ausführungsvarianten
einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Zündkerze
sind prinzipmäßig in den
Figuren der Zeichnung darstellt. Dabei zeigen
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1 eine
vereinfachte teilgeschnittene Ansicht einer Zündkerze;
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2 eine
Detailansicht eines Bereiches A gemäß 1 mit einem
als Ringkörper
ausgebildeten Element zum Verbessern des Wärmeübergangs;
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3 eine
erste Ausführungsvariante
des Bereiches A der 1 mit einem als Federelement ausgebildeten
Element zum Verbessern des Wärmeübergangs;
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4 eine
zweite Ausführungsvariante
des Bereiches A der 1 mit einem als Hohlprofil ausgebildeten
Element zum Verbessern des Wärmeübergangs;
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5 eine
dritte Ausführungsvariante
des Bereiches A der 1 mit einem gewickelten Draht als
Element zum Verbessern des Wärmeübergangs; und
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6 eine
vierte Ausführungsvariante
des Bereiches A der 1 mit einem als Hülse ausgebildeten
Element zum Verbessern des Wärmeübergangs.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine teilgeschnittene Gesamtansicht einer möglichen Ausführungsform
einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Zündkerze 1 dargestellt.
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Die
Zündkerze 1 weist
ein längliches
metallisches Gehäuse 2 mit
einer Axialbohrung auf, in dem ein Isolator 3 gehalten
ist. Der aus einem keramischen Material gebildete Isolator 3 wiederum
weist eine gestufte Längsbohrung
auf, in der eine Mittelelektrode 4 angeordnet ist, welche
durch den Isolator 3 gegenüber dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert
ist.
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Das
Gehäuse 2 weist
in einem im Einbauzustand einem Brennraum zugewandten Bereich ein Gewinde 6 auf,
mit dem die Zündkerze 1 in
ein nicht weiter dargestelltes Zylinderkopfgehäuse einer Brennkraftmaschine
geschraubt werden kann. Des Weiteren ist an dem brennraumseitigen
Ende des Gehäuses 2 eine
Masseelektrode 5 vorgesehen, so dass sich beim Anlegen
einer Zündspannung
zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 ein
Zündfunke
zum Zünden
eines in dem Brennraum einer Brennkraftmaschine enthaltenen Kraftstoffgemisches
bildet.
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Um
die aus dem Brennraum auf den Isolator 3 übertragene
Wärme an
das Gehäuse 2 abzuführen, ist
ein zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Isolator 3 im Bereich des brennraumseitigen Endes des
Gehäuses 2 umlaufender
Zwischenraum 7 bzw. Spalt mit vorbestimmter Länge als
Wärmeübergangsbereich 8 vorgesehen.
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Entlang
dieses Wärmeübergangsbereiches 8 ist
ein zusätzliches
Element 9 zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem Isolator 3 und dem
Gehäuse 2 in
dem den Isolator umgebenden Zwischenraum 7 vorgesehen,
welches bei der Ausführung
der 1 als ein Ringkörper ausgebildet ist.
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Um
den Isolator 3 bei der erfindungsgemäßen Zündkerze 1 in dem Gehäuse 2 zu
verspannen, ist ein sogenannter Einspannbereich 14 vorgesehen. Der
Einspannbereich 14 ist etwa in einem Mittelbereich der
erfindungsgemäßen Zündkerze 1 im
Bereich eines Aussenmehrkants 15 des Gehäuses 2 vorgesehen.
Der Aussenmehrkant 15 dient dazu, die Zündkerze 1 mit einem
Werkzeug in ein nicht weiter dargestelltes Zylinderkopfgehäuse einzuschrauben.
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Der
Einspannbereich 14 wird axial durch eine Umbördelung 18 des
Gehäuses 2 und
durch einen Gehäuseabsatz 19 begrenzt,
wobei der Abstand zwischen der Umbördelung 18 und dem
Gehäuseabsatz 19 als
Einspannlänge
bezeichnet wird. Dem Einspannbereich 14 ist ein durch Anschlagschultern 16, 17 begrenzter
Abschnitt des Isolators 3 zugeordnet, welcher durch Aufschrumpfen
des Gehäuses 2 in dem
Einspannbereich 14 gehalten ist.
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Erfindungsgemäß ist der
Wärmeübergangsbereich 8 räumlich von
dem Einspannbereich 14 getrennt, womit insbesondere im
Bereich des Gewindes 6 eine besonders schlanke Bauform
der Zündkerze 1 realisiert
werden kann.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform dient der Gehäuseabsatz 19 im
Mittelbereich der Zündkerze 1 als
Dichtsitz zum brennraumseitigen Abdichten des Zwischenraumes 7 und
ist mit einem Dichtring 20 ausgerüstet. Auf diese Weise ist der
in den Brennraum mündende
Zwischenraum 7 gegenüber
der Umgebung abgedichtet.
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Das
dem Brennraum abgewandte, anschlussseitige Ende 21 der
Zündkerze 1 weist
im Wesentlichen ein Anschlussmittel 22 auf, wobei das Anschlussmittel 22 die
elektrische Kontaktierung der Mittelelektrode 4 mit einer
externen Spannungsversorgung gewährleistet.
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In
den 2 bis 6 ist jeweils eine Ausführungsvariante
des Bereiches A aus 1, d. h. des Bereiches des Wärmeübergangsbereiches 8 mit dem
die Wärmeabführung an
das Gehäuse 2 verbessernden
Element in dem Zwischenraum 7 zwischen dem Isolator 3 und
dem Gehäuse 2 dargestellt,
wobei die verschiedenen Ausführungsformen
auch miteinander kombiniert werden können.
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In 2 ist
entsprechend der 1 das Element zum Verbessern
des Wärmeüberganges
als im Querschnitt runder Ringkörper 9 ausgebildet,
welcher aus einem gut wärmeleitenden
Material, wie z. B. Kupfer, gefertigt ist.
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In 3 ist
das den Wärmeübergang
verbessernde Element als rotationssymmetrisches Federelement 10 ausgebildet.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform gezeigt,
bei der das den Wärmeübergang
verbessernde Element als Hohlprofil in Form eines offenen Hohlringes 11 ausgebildet
ist.
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Ferner
zeigt 5 eine mögliche
Ausführung,
bei der das den Wärmeübergang
verbessernde Element als gewickelter Draht 12 bzw. als
Spirale ausgeführt
ist.
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Schließlich zeigt 6 eine
Ausgestaltung, bei der das den Wärmeübergang
verbessernde Element als Hülse 13 ausgeführt ist.
Auch diese Hülse ist
vorzugsweise aus einem besonders gut wärmeleitenden Material, wie
z. B. Kupfer, gefertigt.