DE102006019949A1

DE102006019949A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102006019949A1
Application number: DE102006019949A
Authority: DE
Inventors: Christophe Houlle; Werner Niessner
Original assignee: Beru AG
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-08
Also published as: EP1850433A1; EP1850433B1; ATE522962T1

Abstract

Zündkerze mit einem Körper 1, einem im Körper angeordneten Isolator 2, einer im Isolator 2 angeordneten Mittelelektrode 3 und einer am Körper 1 angebrachten und aus einem Metalldraht ausgebildeten Körperelektrode 4. Die Querschnittsform des Metalldrahtes, aus dem die Körperelektrode 4 gebildet ist, besteht aus einer Geraden, auf der der Mittelelektrode 3 zugewandten Seite und einer Kurvenform mit sich an die Gerade anschließenden Abrundungen auf der der Mittelelektrode 3 abgewandten Seite.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem Körper, einem im Körper angeordneten Isolator, einer im Isolator angeordneten Mittelelektrode und einer am Körper angebrachten und aus einem Metalldraht gebildeten Körperelektrode.
Zündkerzen dieser Art sind bekannt und auf dem Markt erhältlich. Bei den bekannten Zündkerzen werden zur Bildung der Körperelektroden Metalldrähte verwandt, die im typischen Fall aus einem massiven Flachdraht bestehen, der aus einem Runddraht gezogen wird. Ein derartiger Flachdraht und damit die daraus gebildete Körperelektrode sind mit Naturkanten, d.h. Abrundungen an ihren vier Außenkanten versehen.
Bei Körperelektroden dieser Ausbildung ist es als nachteilig anzusehen, dass aufgrund der Abrundungen an den Außenkanten das Abbrandvolumen nicht optimal ist, da die Abrundungen an der Abbrandfläche das Abbrandvolumen verringern.
Insbesondere bei Zündkerzen mit kleinem Gewindedurchmesser ist die Körperstirnfläche weiterhin so klein, dass bei einem üblicherweise im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt des Metalldrahtes für die Körperelektrode diese mit ihren Ecken entweder über die Stirnfläche übersteht oder einen entsprechend geringeren Querschnitt haben muss. D.h., dass Metalldrähte in im Wesentlichen Rechteckform für die Bildung der Körperelektrode nur mit Abmessungen verwandt werden können, die auf die kreisringsförmige Schweißfläche auf der Körperstirnfläche passen.
Bei einer optimalen Anpassung der Abbrandfläche ist aber auch die thermische Eignung eines Flachdrahtes zur Bildung der Körperelektrode zu beachten. Um das Ziel von niedrigen Körperelektrodentemperaturen zu erreichen, ist insbesondere auf ein passendes Verhältnis der Wärme aufnehmenden Oberfläche zur Wärme abgebenden Querschnittsfläche des Drahtprofils zu achten.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein höheren Abbrandvolumen hat.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze ist somit eine Körperelektrode vorgesehen, die aus einem Metalldraht gebildet ist, dessen Querschnittsform oder Profil es ermöglicht, ein möglichst großes Abbrandvolumen der Mittelelektrode gegenüberzustellen, d.h. der Mittelelektrode eine große breite Fläche ohne Abrundungen entgegenzustellen, wobei berücksichtigt werden kann, dass ein Metalldraht mit diesem Profil auf eine vorgegebene kreisringförmige Schweißfläche der Stirnseite des Körpers aufgebracht werden kann.
Die erfindungsgemäße Zündkerze hat den weiteren Vorteil, dass aufgrund des Profils, d.h. der Querschnittsform des Metalldrahtes für die Körperelektrode diese im Motorbetrieb möglichst kalt bleibt.
Durch diese Ausbildung ergibt sich insbesondere eine höhere Lebensdauer der Zündkerze.
Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht auf den elektrodenseitigen Teil eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze und
2 eine schematische Draufsicht auf die Körperstirnseite mit der Darstellung der Querschnittsform des Metalldrahtes für die Körperelektrode nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung.
In 1 ist der elektrodenseitige Teil eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze mit einem Körper 1, einem im Körper angeordneten Isolator 2, einer im Isolator angeordneten Mittelelektrode 3 und einer am Körper 1 und zwar auf dessen Stirnseite 5 angeordneten Körperelektrode 4 dargestellt, die bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Dachelektrode ausgebildet ist.
Die Stirnfläche 5 des Körpers 1 hat einen Außendurchmesser D1 und einen Innendurchmesser D2, wobei der Innendurchmesser D2 einen Atmungsraum 6 begrenzt.
Der Isolator 2 kann ein keramischer Isolator sein und die Körperelektrode 4 ist auf die ringförmige Stirnfläche 5 des Körpers 1 geschweißt.
Der Außendurchmesser D1 dieser Ringfläche wird durch den Kerndurchmesser des Bolzengewindes des Zündkerzengewindes begrenzt. Der Innendurchmesser D2 wird durch die Anforderungen an den Atmungsraum 6 beeinflusst. Dabei ist ein großer Durchmesser des Atmungsraumes 6 anzustreben. Der Grund dafür besteht zum einen darin, dass in einem großen Spalt zwischen dem Isolatorfuß und dem Atmungsraum 6 ein guter Ladungswechsel stattfindet und somit der Fuß des Isolators 2 gekühlt wird und dass zum anderen ein großer Spalt zwischen dem Isolator 2 und dem Atmungsraum 6 anzustreben ist, damit bei Verschmutzungen der Zündkerze durch den Aufbau von kohlehaltigen Belägen ein Zusetzen des Spaltes vermieden wird und kein seitlicher Funken entsteht.
Wie es in 2 dargestellt ist, ist die Körperelektrode 4 aus einem Metalldraht gebildet, für den üblicherweise ein Flachdraht verwendet wird, der mit seiner breiten Seite der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt und dazwischen einen Entladungsspalt bildet. Die Querschnittsform dieses Flachdrahtes aus einem Rechteckprofil mit Naturkanten, d.h. Abrundungen an den vier Kanten ist in 2 auf der linken Seite dargestellt.
Ein derartiger Flachdraht wird aus einem Runddraht gezogen, woraus sich das dargestellte rechteckige Profil mit definierter Breite L und Höhe H ergibt. Die Geometrie der Kanten des Profils ergibt sich durch den Ziehprozess und besteht aus starken Abrundungen an den Kanten.
Die dadurch entstandenen Naturkanten K auf der breiten Seite des Profils haben den Nachteil, dass die abgerundeten Kanten des Flachdrahtes nicht mehr als Abbrandpotential zur Verfügung stehen und sich dadurch eine verkleinerte Abbrandfläche mit der Breite B ergibt.
Bei der Verwendung von Flachdrähten ohne derartige Naturkanten, d.h. mit einem rechteckigen Profil ergibt sich jedoch der Nachteil, dass diese Drähte bei optimaler Breite nicht mehr auf die Kreisringfläche der Stirnfläche 5 des Körpers geschweißt werden können, da sie über diese Kreisringfläche überstehen.
Eine entsprechende Anpassung eines rechteckigen Profils würde dann bedeuten, dass das Verhältnis zwischen der Breite zur Höhe verändert werden müsste, wobei eine Verringerung der Höhe H bei gleich bleibender Breite L des Flachdrahtes eine Verschlechterung des Verhältnisses der Wärme aufnehmenden Drahtoberfläche zur Wärme abführenden Drahtquerschnittsfläche zu Ungunsten des thermischen Verhaltens zur Folge hätte. Daraus ergäbe sich eine höhere Körperelektrodentemperatur im Motorbetrieb mit potentiell höherem Verschleiß.
In 2 ist auf der rechten Seite das Drahtprofil, d.h. die Querschnittsform des Metalldrahtes 7 dargestellt, aus dem die Körperelektrode 4 bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze gebildet ist.
Wie es in 2 auf der rechten Seite dargestellt ist, besteht die Querschnittsform des Metalldrahtes 7 aus einer Geraden auf der der Mittelelektrode zugewandten Seite und einer Kurvenform mit sich an die Gerade anschließenden Abrundungen auf der der Mittelelektrode abgewandten Seite. Diese Querschnittsform ist vorzugsweise etwa halbkreisförmig, kreissektorförmig, halbelliptisch oder ellipsensektorförmig.
Bei der Verwendung eines Metalldrahtes mit Naturkante, wie es nach dem Stand der Technik der Fall ist, steht wie bereits erwähnt durch die Abrundungen K an den Kanten weniger Abbrandvolumen zur Verfügung. Die potentielle Abbrandfläche wird daher im Wesentlichen durch die verringerte Breite B bestimmt, die bei einer Gesamtdrahtbrei te von 2,5 mm bei etwa 1,9 mm liegt. Aus 2 ist gleichfalls erkennbar, dass beim Stand der Technik die Gestaltung des Drahtes in reiner Rechteckform mit gleicher Abmessung von z.B. 2,5 × 1,3 mm nicht möglich ist, da das Profil eines solchen Drahtes nicht auf die kreisringförmige Stirnfläche 5 des Körpers passen würde.
Eine Modifikation eines derartigen rechteckigen Drahtes durch Verkleinerung der Drahttiefe oder Höhe wäre in thermischer Hinsicht nachteilig, da sich das Verhältnis der Drahtoberfläche zum Drahtquerschnitt verändern würde und somit höhere Temperaturen an der Körperelektrode im Motorbetrieb entstehen würden.
Demgegenüber ist gemäß der Erfindung die Körperelektrode aus einem Metalldraht mit einem Profil und Querschnitt gebildet, der zündseitig mit einer optimalen Breite der Mittelelektrode gegenübersteht und der auf die kreisringförmige Stirnseite 5 des Zündkerzenkörpers 1 problemlos aufgeschweißt werden kann.
Die Geometrie dieses Drahtprofils ist derart, dass dabei das Verhältnis der Wärme aufnehmenden Drahtoberfläche zur Wärme abgebenden Querschnittsfläche klein ist.
Es sind Untersuchungen mit verschiedenen Drahtprofilen angestellt worden, die zu dem folgenden Ergebnis geführt haben:
Aus der obigen Tabelle ergibt sich, dass der Querschnitt des Metalldrahtes 7, aus dem die Körperelektrode 4 gebildet ist, eine Grundform haben sollte, bei der zündseitig, d.h. auf der der Mittelelektrode zugewandten Seite die größte Abbrandfläche vorgesehen ist und auf der der Mittelelektrode abgewandten Seite eine Geometrie mit Abrundungen zu finden ist. Bei einem Drahtquerschnitt von 2,5 × 1,3 mm ist vorzugsweise ein Mindestradius von 0,5 bis 0,7 mm für die Abrundungen zu verwenden.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze hat somit eine Körperelektrode, die aus einem Metalldraht gebildet ist, dessen Querschnitt eine Breite L von 2,0 bis 3,0 mm, eine Höhe oder Tiefe H von 1,0 bis 2,0 mm und abgerundete Kanten mit Radien 0,4 bis 1,0 mm hat. Bei einer Zündkerze mit einem M12 Gewinde hat die Drahtgeometrie vorzugsweise folgende Abmessungen: L = 2,4 bis 2,6mm, H = 1,2 bis 1,4 mm und R = 0,5 bis 0,7 mm.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Körperelektrode 4 in Form einer Dachelektrode ausgebildet, die mit großer Mittelfläche der Mittelelektrode gegenüber steht.
Es ist aber auch möglich, die Körperelektrode als Seitenelektrode auszugestalten, da auch bei dieser Ausbildung die erfindungsgemäß erzielten Vorteile gegeben sind.
Auch bei einer Edelmetallarmierung der Elektrode oder Elektroden kann das Abbrandpotential rund um das Edelmetallplättchen der Armierung genutzt werden und dadurch ein Vorteil bezüglich der Lebensdauer erreicht werden. Die Masse- und/oder die Mittelelektrode der erfindungsgemäßen Zündkerze kann/können somit mit Edelmetallarmierungen im Bereich des Zündspaltes versehen sein.

Claims

Zündkerze mit – einem Körper, – einem im Körper angeordneten Isolator, – einer im Isolator angeordneten Mittelelektrode und – einer am Körper angebrachten und aus einem Metalldraht gebildeten Körperelektrode, dadurch gekennzeichnet dass, – die Querschnittsform des Metalldrahtes, aus dem Körperelektrode gebildet ist, aus einer Geraden auf der der Mittelelektrode zugewandten Seite und einer Kurvenform mit sich an die Gerade anschließenden Abrundungen auf der der Mittelelektrode abgewandten Seite besteht.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Metalldrahtes im Wesentlichen halbkreisförmig oder kreissektorförmig ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Metalldrahtes im Wesentlichen halbelliptisch oder ellipsensektorförmig ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht im Querschnitt eine Breite 2,0 bis 3,0 mm, eine Höhe von 1,0 bis 2,0 mm und Abrundungen mit einem Radius von 0,4 bis 1,0 mm aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem M12 Gewinde der Querschnitt des Metalldrahtes eine Breite von 2,4 bis 2,6 mm, eine Höhe von 1,2 bis 1,4 mm und einen Radius der Abrundungen von 0,5 bis 0,7 aufweist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektrode als Dachelektrode ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektrode als Seitenelektrode ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode und/oder die Körperelektrode mit Edelmetallarmierungen im Bereich des Zündspaltes versehen ist/sind.