DE102007024878A1

DE102007024878A1 - Zündkerze und Zylinderkopf dafür

Info

Publication number: DE102007024878A1
Application number: DE102007024878A
Authority: DE
Inventors: Peter Seeger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-12-04
Also published as: US20080295792A1; US8104445B2; CN101459319A

Abstract

Eine Zündkerze (2) umfasst einen Zündkerzenkörper (4), der an einem Ende zwei einen Zündspalt begrenzende Elektroden (6, 7) trägt und eine Drehcodierung (20) aufweist, und eine um den Zündkerzenkörper (4) drehbare, ein Außengewinde tragende Mutter (14). Ein Zylinderkopf (1) weist eine zur Drehcodierung (20) des Zündkerzenkörpers (4) komplementäre Drehcodierung (21) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze und einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, in dem die Zündkerze verwendbar ist.
Herkömmliche Zündkerzen für Ottomotoren haben einen lang gestreckten Zündkerzenkörper, der in einem mittigen Abschnitt ein Außengewinde und an einem Ende zwei einen Zündspalt begrenzende Elektroden trägt. In der Regel ist eine dieser Elektroden auf einer Längsachse des Zündkerzenkörpers angeordnet und mit Hochspannung beaufschlagbar, und die andere Elektrode ist eine Masseelektrode, die sich von dem Zündkerzenkörper aus hakenförmig um die Hochspannungselektrode herum erstreckt. Beide Elektroden zusammen definieren eine auf der Achse des Zündkerzenkörpers liegende Funkenstrecke.
Wenn eine solche herkömmliche Zündkerze in einen Zylinderkopf eingeschraubt wird, ist die Drehorientierung, die die fertig montierte Zündkerze einnimmt, absolut zufällig. Bei Brennkraftmaschinen mit homogener Verbrennung ist die Orientierung der Zündkerze für das Verbrennungsverhalten ohne Bedeutung. Bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung wurde jedoch festgestellt, dass das Verbrennungsverhalten einer Brennkammer je nach Orientierung der Zündkerze variieren kann.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zündkerze und einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zu schaffen, die ein einheitliches Verbrennungsverhalten aller Zylinder der Brennkraftmaschine gewährleisten.
Die Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass bei einer Zündkerze mit einem Außengewinde und einem Zündkerzenkörper, der an einem Ende wenigstens einen Zündspalt begrenzende Elektroden trägt, der Zündkerzenkörper eine Drehcodierung aufweist und das Außengewinde an einer um den Zündkerzenkörper drehbaren Mutter gebildet ist.
Die Aufgabe wird zum anderen dadurch gelöst, dass bei einem Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung und einer Fassung für eine Zündkerze die Fassung eine zu einer Drehcodierung der Zündkerze komplementäre Drehcodierung aufweist.
Die erfindungsgemäße Zündkerze kann in dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf nur in einer durch die komplementären Drehcodierungen vorgegebenen Orientierung eingesetzt werden. Eine Fixierung der Zündkerze erfolgt mit Hilfe der das Außengewinde tragenden Mutter, die in die Fassung des Zylinderkopfs hineingeschraubt werden kann, um die Zündkerze zu fixieren, ohne dabei den Zündkerzenkörper zu drehen.
Während bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen der zusammen mit der Frischluft in einen Zylinder eingesogene Kraftstoff im wesentlichen verdampft ist, wenn er die Elektroden der Zündkerze erreicht, und diese gleichmäßig umspült, besteht bei einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung aufgrund der räumlichen Nähe von Kraftstoffeinspritzöffnung und Zündkerze das Problem, dass der Kraftstoff die Elektroden noch in Tröpfchenform erreicht. Die Tröpfchen bewegen sich im Wesentlichen geradlinig, so dass die Elektroden einer herkömmlichen Zündkerze den Zündspalt je nach Orientierung mehr oder weniger stark abschatten können. Indem die Erfindung die Orientierung der Zündkerze im Bezug auf den Zylinderkopf festlegt, wird eine für alle Zylinder gleiche Kraftstoffverteilung am Zündspalt erhalten, was das Verbrennungsverhalten des Motors vereinheitlicht.
Vorzugsweise ist am Zündkerzenkörper ein eine axiale Bewegungsfreiheit der Mutter begrenzender Flansch zwischen der Mutter und der die Elektroden tragenden Spitze angeordnet. Eine von der Mutter abgewandte Oberfläche dieses Flansches kann gleichzeitig als Dichtfläche zwischen Zündkerze und Zylinderkopf dienen.
Diese Oberfläche kann flach kegelförmig sein, um gegebenenfalls eine zuverlässige Metall-auf-Metall-Abdichtung in direktem Kontakt mit einem Sitz des Zylinderkopfs zu realisieren. Selbstverständlich kann alternativ auch ein Dichtring zwischen der besagten Oberfläche und dem Sitz des Zylinderkopfs vorgesehen sein.
Die Codierung kann zweckmäßigerweise an einem Rand des Flansches gebildet sein. Sie kann beispielsweise die Form eines vorspringenden Stiftes, einer Kerbe oder eines von dem ansonsten kreisrunden Flansch abgeschnittenen Kreissegments haben.
Die axiale Bewegungsfreiheit der Mutter am Zündkerzenkörper ist zweckmäßigerweise in zwei Richtungen begrenzt, so dass die Mutter am Zündkerzenkörper unverlierbar ist.
Die komplementären Drehcodierungen der Zündkerze und des Zylinderkopfs sind vorzugsweise so angeordnet, dass wenn die Zündkerze in an sich bekannter Weise eine Hochpotenzialelektrode und eine sich von einer Wurzel am Zündkerzenkörper aus hakenförmig über die Hochpotenzialelektrode erstreckende Masseelektrode aufweist, die Zündkerze in dem Zylinderkopf nur in einer Orientierung montierbar ist, in der die Wurzel der Masseelektrode und die Kraftstoffeinspritzöffnung auf verschiedenen Seiten der Hochpotenzialelektrode liegen. So ist eine Verschattung des Zündspalts durch die Masseelektrode ausgeschlossen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt durch eine in einem Zylinderkopf montierte Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 einen Schnitt durch die Zündkerze und den Zylinderkopf in einem Schnitt entlang der in 1 mit II-II bezeichneten Ebene.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Zylinderkopfs 1 und eine Zündkerze 2 gemäß der vorliegenden Erfindung teilweise geschnitten entlang einer Längsachse 3 der Zündkerze 2. Die Zündkerze 2 hat in an sich bekannter Weise einen lang gestreckten Körper 4, der an einem Ende einen Steckkontakt zum Anschließen eines (nicht dargestellten) Zündspannungsversorgungssteckers und am anderen Ende eine Masseelektrode 6 und eine mit dem Steckkontakt 5 durch einen entlang der Achse 3 verlaufenden Leiter verbundene Hochspannungselektrode 7 trägt. Die Masseelektrode 6 hat die Form eines Hakens mit einem der Hochspannungselektrode 7 auf der Achse 3 gegenüberliegenden freien Ende und einer Wurzel 8, die von einer zu der Längsachse 3 koaxialen metallischen Hülse 9 des Zündkerzenkörpers 4 ausgeht. Über die Hülse 9 ist die Masseelektrode 6 mit einem im Wesentlichen kreisrunden Flansch 10 galvanisch verbunden.
Ein Dichtring 11 ist zwischen der Unterseite des (in der Darstellung der 1) horizontal orientierten Flansches 10 und einem Sitz 12 einer die Zündkerze 2 aufnehmenden Bohrung 13 des Zylinderkopfs 1 eingeklemmt.
Es ist auch denkbar, den Dichtring 11 wegzulassen und den Flansch 10 unmittelbar am Sitz 12 dichten zu lassen, insbesondere wenn z. B. der Zylinderkopf 1 aus einer Aluminiumlegierung und der Flansch 10 aus Stahl besteht. In diesem Fall ist vorzugsweise die Unterseite des Flansches 10 flach kegelförmig, um eine Dichtlinie unmittelbar entlang eines inneren Randes des Sitzes 12 zu erzeugen.
Der Flansch 10 ist gegen den Sitz 12 durch eine Mutter 14 mit Außengewinde angedrückt, die in ein Innengewinde der Bohrung 13 eingreift. Die Mutter 14 ist gegen den Körper 4 der Zündkerze frei um die Längsachse 3 drehbar, so dass die Mutter 14 mit Hilfe eines an einem Außensechskantabschnitt 15 der Mutter 14 angreifenden Werkzeugs (nicht dargestellt) in die Bohrung 13 ein- oder ausgeschraubt werden kann, ohne den Körper 4 dabei zu drehen.
Die Mutter 14 kann ein vom Zündkerzenkörper unabhängiges Bauteil sein, das beim Einbau der Zündkerze 2 über den Zündkerzenkörper 4 von dessen oberen Ende her übergestülpt wird und bei ihrem Ausbau von dem Körper 4 wieder abziehbar ist; denkbar ist aber auch, die Mutter 14 am Körper 4 unverlierbar zu verankern. Dies kann zum Beispiel, wie in 1 angedeutet, durch einen Sprengring 16 erreicht werden, der in einer zu dem inneren Hohlraum der Mutter 14 hin offenen Nut aufgenommen ist und beim Aufstecken der Mutter 14 auf den Körper 4 ein oder mehrere elastisch eindrückbare Rastnasen 17 des Zylinderkörpers 4 überwindet.
2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf 1 und die Zündkerze 2 entlang der in 1 mit II bezeichneten Linie. Im Zentrum des Schnitts erkennt man den den Steckkontakt mit der Hochspannungselektrode 7 verbindenden Leiter 18, umgeben von einem Isolatorkörper 19. In der linken Hälfte der Fig. ist rings um den Isolatorkörper 19 die Mutter 14 zu sehen; in der rechten Hälfte erkennt man den Flansch 10. Von dem Flansch 10 steht ein Codiervorsprung 20 ab, der in eine achsparallele Nut 21 der Zylinderkopfbohrung 13 formschlüssig eingreift und auf diese Weise eine Drehorientierung festlegt, in der allein die Zündkerze 2 in der Zylinderkopfbohrung 13 montierbar ist.
Wieder bezogen auf 1 ist der Verlauf einer Kraftstoffeinspritzbohrung durch den Zylinderkopf 1 durch eine gestrichelte Linie 22 angedeutet, und ein von einer Einspritzöffnung 23 dieser Bohrung ausgehender Kraftstoff-Sprühkegel ist in 1 als Dreieck mit punktiertem Umriss dargestellt. Die Einspritzöffnung 23, die Hochspannungselektrode 7 und die Wurzel 8 der Masseelektrode 6 liegen sämtlich in der Schnittebene der 1, wobei die Hochspannungselektrode 7 sich zwischen den zwei anderen Elementen 23, 8 befindet. Die von den beiden Elektroden 6, 7 begrenzte Funkenstrecke liegt somit zur Einspritzöffnung 23 hin offen, das heißt von dort ausgehende Kraftstofftröpfchen sind nicht durch die hakenförmige Masseelektrode 6 daran gehindert, die Funkenstrecke zu erreichen.
Um eine Verschattung der Funkenstrecke zu verhindern, ist es nicht erforderlich, dass sich bezüglich der Achse 3 die Einspritzöffnung 23 und die Wurzel 8 diametral gegenüberliegen. Die Nut 21 kann daher deutlich breiter sein als der Codiervorsprung 20 des Zündkerzenkörpers 4, so dass dieser eine gewisse Drehbewegungsfreiheit um die Achse 3 aufweist. Denkbar ist auch, mehrere Nuten 21 vorzusehen, in die der Codiervorsprung 20 wahlweise einführbar ist, z. B. zwei Nuten 21, die jeweils bezüglich einer durch die Achse 3 und die Einspritzöffnung 22 verlaufenden Ebene spiegelbildliche Stellungen des Zündkerzenkörpers 4 festlegen.
Es liegt auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Zündkerze mit der oben beschriebenen Elektrodenanordnung beschränkt ist sondern auch beispielsweise auf Zündkerzen mit mehr als zwei Elektroden und/oder mehreren Zündspalten übertragbar ist.

1: Zylinderkopf
2: Zündkerze
3: Längsachse
4: Zündkerzenkörper
5: Steckkontakt
6: Masseelektrode
7: Hochspannungselektrode
8: Wurzel
9: Hülse
10: Flansch
11: Dichtring
12: Sitz
13: Bohrung
14: Mutter
15: Außensechskantabschnitt
16: Sprengring
17: Rastnase
18: Leiter
19: Isolatorkörper
20: Codiervorsprung
21: Nut
22: Kraftstoffeinspritzbohrung
23: Einspritzöffnung

Claims

Zündkerze (2) mit einem Außengewinde und einem Zündkerzenkörper (4), der an einem Ende zwei einen Zündspalt begrenzende Elektroden (6, 7) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündkerzenkörper (4) eine Drehcodierung (20) aufweist und dass das Außengewinde an einer um den Zündkerzenkörper (4) drehbaren Mutter (14) gebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Zündkerzenkörper (4) ein eine axiale Bewegungsfreiheit der Mutter (14) begrenzender Flansch (10) zwischen der Mutter (14) und der die Elektroden (6, 7) tragenden Spitze angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der die Elektroden (6, 7) tragenden Spitze zugewandte Oberfläche des Flansches (10) flach kegelförmig ist.
Zündkerze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung (20) an einem Rand des Flansches (10) gebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegungsfreiheit der Mutter (14) am Zündkerzenkörper (10) in zwei Richtungen begrenzt ist.
Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung (23) und einer Fassung (13) für eine Zündkerze (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (13) eine zu der Drehcodierung (20) der Zündkerze komplementäre Drehcodierung (21) aufweist.
Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Zündkerze (2) eine Hochpotenzialelektrode (7) und eine sich von einer Wurzel (8) am Zündkerzenkörper (4) aus hakenförmig über die Hochpotenzialelektrode (7) erstreckende Masseelektrode (6) aufweist, die komplementären Drehcodierungen (20, 21) eine Montage der Zündkerze (2) in dem Zylinderkopf (1) nur in einer Orientierung gestatten, in der die Wurzel (8) der Masseelektrode (7) und die Kraftstoffeinspritzöffnung (23) auf verschiedenen Seiten der Hochpotenzialelektrode (7) liegen.