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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zündkerze
für Brennkraftmaschinen, die in Kraft-Wärme-Kopplungs-Systemen verwendet
werden können, und genauer gesagt auf eine Vorkammerzündkerze,
die dazu ausgelegt ist, das Einstellen eines Funkenspalts zu vereinfachen.
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Es
gibt Zündkerzen für Brennkraftmaschinen, die in
Kraft-Wärme-Kopplungs-Systemen verwendet werden können.
Solche Zündkerzen sind mit einer Metallhülse ausgestattet,
die ein Kerzeninstallationsgewinde, einen in der Metallhülse
gehaltenen Porzellanisolator, eine innerhalb des Porzellanisolators
angeordnete Mittelelektrode und eine Masseelektrode hat, die so
angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode zugewandt ist, sodass
zwischen ihr selbst und der Mittelelektrode ein Funkenspalt definiert
ist.
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Es
sind einige der vorgenannten Zündkerzenbauweisen bekannt,
die dazu ausgelegt sind, dass sich der Funkenspalt hinter der Vorderseite
der Metallhülse befindet. Beispielsweise lehrt die internationale
Offenlegungsschrift Nr.
WO
03/071644 und das
U.S.P.
Nr. 5,554,908 eine solche Zündkerzenbauart, bei
der innerhalb der Vorderseite oder der Vorderseite der Metallhülse
eine Gaskammer (auch als Vorkammer bezeichnet) ausgebildet ist,
in der der Funkenspalt definiert ist.
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Beim
Betrieb solcher Vorkammerzündkerzen wird zunächst
ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine
während des Verdichtungstakts in die Vorkammer geladen. Das
Luft-Kraftstoff-Gemisch wird dann durch einen innerhalb des Funkenspalts
erzeugten Funken gezündet, sodass in der Vorkammer eine
Flamme erzeugt wird. Vom Inneren der Vorkammer werden nach außen
Funkenstrahlen abgegeben, sodass sich die Flamme in der gesamten
Verbrennungskammer verteilt, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit des
Luft-Kraftstoff-Gemischs verbessert wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Vorkammerzündkerzen sind dazu
ausgelegt, eine Innenwand der Metallhülse als Masseelektrode
zu verwenden und den Funkenspalt zwischen der Innenwand und der
Mittelelektrode zu definieren. Die Metallhülse ist für
gewöhnlich aus einer Eisenlegierung gefertigt, sodass die
Innenwand (d. h., die Masseelektrode) durch eine Abfolge von Funken
frühzeitig abgenutzt wird, was zu einer Abnahme der Lebensdauer
der Zündkerze führt.
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Um
das vorgenannte Problem zu vermeiden, lehrt die deutsche Patentoffenlegungsschrift
DE 3821688 A1 eine
Vorkammerzündkerze, die mit einem Edelmetallbauteil ausgestattet
ist, das als Masseelektrode an die Innenseitenwand der Metallhülse angefügt
ist. Eine solche Zündkerzenbauart bringt jedoch den Nachteil
mit sich, dass die Installation des Edelmetallbauteils innerhalb
der Metallhülse zu einer Schwierigkeit beim Einstellen
der Größe des Funkenspalts führt. Dieses
Problem liegt den beiden vorgenannten Veröffentlichungen
zugrunde.
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands
der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Struktur
einer Vorkammerzündkerze für Brennkraftmaschinen
zu schaffen, die so ausgelegt ist, dass das Einstellen eines Funkenspalts verbessert
werden kann.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Zündkerze für
Brennkraftmaschinen vorgesehen, die in Kraft-Wärme-Kopplungs-Systemen
eingesetzt werden können. Die Zündkerze weist
Folgendes auf: (a) eine hohle Metallhülse mit einer Länge einschließlich
eines oberen Abschnitts und eines Basisabschnitts; (b) einen innerhalb
der Metallhülse installierten Porzellanisolator; (c) eine
innerhalb des Porzellanisolators angeordnete Mittelelektrode; (d) einen
schraubbar an den oberen Abschnitt der Metallhülse gesicherten
Massehalter; und (e) eine durch den Massehalter gehaltene Masseelektrode,
sodass zwischen dieser und der Mittelelektrode an einer Stelle ein
Funkenspalt definiert ist, die sich medial bzw. zur Mitte hin eines
vorderen Endes des vorderen Abschnitts der Metallhülse
in einer Längsrichtung der Metallhülse befindet.
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Genauer
gesagt ist die Masseelektrode an dem Massehalter montiert, der schraubbar
an der Metallhülse gesichert ist, wodurch die Installation
der Masseelektrode in der Zündkerze und das Einstellen der
Größe des Funkenspalts vereinfacht wird. Die Einstellung
des Funkenspalts wird durch Festziehen oder Lockern des Massehalters
bewerkstelligt, um die Position des Massehalters in der Axialrichtung der
Zündkerze festzulegen.
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Gemäß der
bevorzugten Art der Erfindung ist der Massehalter in ein Innengewinde
eingeschraubt, das an einer Innenseitenwand der Metallhülse
ausgebildet ist.
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Die
Zündkerze hat zudem eine Frontkappe, die das obere Ende
der Metallhülse bedeckt, wobei die Frontkappe ein sich
dort hindurch erstreckendes Loch hat.
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Die
Frontkappe ist mittels Gewinde an den oberen Abschnitt der Metallhülse
gefügt. Beispielsweise kann die Frontkappe in ein Innengewinde
geschraubt sein, das an einer Innenseitenwand der Metallhülse
ausgebildet ist. Es ist ratsam, dass das Innengewinde, in das die
Frontkappe eingeschraubt ist, derart bearbeitet ist, dass es von
dem Innengewinde der Metallhülse fortfährt, in
welches der Massehalter eingeschraubt ist.
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Die
Frontkappe ist zudem mittels Gewinde an den Massehalter gefügt.
Beispielsweise kann die Frontkappe derart gestaltet sein, dass sie
mit einem Außengewinde in Eingriff gelangt, das an einer
Außenumfangswand des Massehalters ausgebildet ist. Es ist
ratsam, dass das Außengewinde, mit dem die Frontkappe in
Eingriff ist, in Fortführung des Außengewindes
des Massehalters gefertigt ist, der in die Metallhülse
eingeschraubt ist.
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An
die Masseelektrode ist ein Edelmetallbauteil gefügt, welches
den Funkenspalt zwischen sich selbst und der Mittelelektrode definiert,
um die Langlebigkeit des Funkenspalts zu verbessern.
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An
der Mittelelektrode ist zudem ein Edelmetallbauteil gefügt,
welches den Funkenspalt zwischen sich selbst und der Masseelektrode
definiert, um die Langlebigkeit der Zündkerze noch weiter
zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger aus der im Weiteren
gegebenen ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden
werden, die jedoch nicht dazu herangezogen werden sollten, die Erfindung
auf die besonderen Ausführungsbeispiele zu beschränken,
sondern die lediglich dem Zwecke der Erläuterung und dem Verständnis
dienen.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
Teilschnittseitenansicht, die eine Vorkammerzündkerze gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen
oberen Abschnitt der Zündkerze aus 1 zeigt;
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3 eine
Perspektivansicht, die eine Baugruppe einer Masseelektrode und eines
in der Zündkerze aus 1 installierten
Massehalters zeigt;
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4(a) eine Draufsicht, die den in der Zündkerze
aus 1 installierten Massehalter zeigt;
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4(b) ein Längsschnitt entlang der Linie A-A
aus 4(a);
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5(a) eine Draufsicht, die eine an die Zündkerze
von 1 gefügte Frontkappe zeigt;
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5(b) ein Längsschnitt entlang der Linie B-B
aus 5(a);
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6(a) und 6(b) Längsteilschnitte,
die eine Abfolge der Schritte zum Einstellen der Größe des
Funkenspalts in der Zündkerze von 1 zeigen;
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7 ein
Teillängsschnitt, der eine Vorkammerzündkerze
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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8(a) eine Draufsicht, die einen in der Zündkerze
von 7 installierten Massehalter zeigt;
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8(b) ein Längsschnitt entlang der Linie C-C
aus 8(a);
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9(a) eine Draufsicht, die eine an die Zündkerze
von 7 gefügte Frontkappe zeigt; und
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9(b) ein Längsschnitt entlang der Linie D-D
aus 9(a).
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen
auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere unter
Bezugnahme auf 1, ist eine Zündkerze 1 zur
Verwendung in Brennkraftmaschinen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Die
dargestellte Zündkerze 1 ist als sogenannte Vorkammerzündkerze
ausgelegt und hat ein hohles, zylindrisches Kerzengehäuse
oder eine Metallhülse 2, einen Porzellanisolator 3,
eine Mittelelektrode 4 und eine Masseelektrode 5.
An einem Außenumfang der Metallhülse 2 ist
ein Kerzeninstallationsgewinde zum Installieren der Zündkerze 1 in
der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet. Der Porzellanisolator 3 ist
innerhalb der Metallhülse 2 gehalten. Die Mittelelektrode 4 ist
in den Porzellanisolator 3 gepasst, um einen Funkenspalt 11 zwischen
sich selbst und der Masseelektrode 5 zu definieren.
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Der
Funkenspalt 11 ist, wie dies in 1 und 2 deutlich
dargestellt ist, medial der oberen Endfläche 21 der
Metallhülse 2 in der Längsrichtung der Zündkerze 1 definiert.
Mit anderen Worten befindet sich der Funkenspalt 11 näher
an einem Basisende (d. h., einem oberen Ende gesehen in 1)
der Zündkerze 1, als an der oberen Endfläche 21 der
Metallhülse 2.
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Die
Masseelektrode 5 ist an einem Massehalter 6 montiert,
der innerhalb des vorderen Endes der Metallhülse 2 angeordnet
ist. Genauer gesagt ist der Massehalter 6 in ein Innengewinde 22 geschraubt,
das an einer Innenseitenwand der Metallhülse 2 ausgebildet
ist.
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Eine
Frontkappe 7 ist über dem vorderen Ende der Metallhülse 2 angeordnet.
Die Frontkappe 7 hat Drosselöffnungen oder Löcher 21,
die sich dort hindurch erstrecken.
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Die
Zündkerze 1 ist von einer Bauweise, die mit einer
Vorkammer zum Gebrauch in Kraft-Wärme-Kopplungs-Brennkraftmaschinen
ausgestattet ist.
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Die
Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 haben
an ihren gegenüberliegenden Enden Edelmetallbauteile 51 und 41 angeschweißt,
die beispielsweise aus Platin (Pt), Iridium (Ir) oder einer Legierung
daraus (d. h., Pt-Rh oder Ir-Rh) gefertigt sind.
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Der
Massehalter 6 ist, wie aus 3, 4(a) und (b) gesehen werden kann, aus einem hohlen
Zylinder gefertigt, an dessen Umfang ein Außengewinde 61 ausgebildet
ist. Die Masseelektrode 5 ist an eines von entgegengesetzten
Enden des Massehalters 6 geschweißt. Die Masseelektrode 5 erstreckt
sich senkrecht zu der Mittelachse des Massehalters 6 einwärts.
Das Edelmetallbauteil 51 ist an die Oberfläche
der Masseelektrode 5 angeschweißt.
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Die
Mittelachse des Edelmetallbauteils 51 ist an der des Massehalters 6 ausgerichtet.
Mit anderen Worten ist das Edelmetallbauteil 51 an der
Mittelachse des an die Oberseite der Mittelelektrode 4 angeschweißten
Edelmetallbauteils 41 ausgerichtet, wie dies deutlich in 2 gezeigt
ist.
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An
der Frontkappe 7 ist, wie in 5(b) gezeigt
ist, an deren Innenwand ein Innengewinde 72 ausgebildet,
welches den gleichen Durchmesser wie das Innengewinde 22 der
Metallhülse 2 hat, wie dies in 2 zu
sehen ist, und das mit dem Außengewinde 61 des
Massehalters 6 in Eingriff gelangt, um mit dem vorderen
Ende der Metallhülse 2 eine mechanische Verbindung
herzustellen.
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Die
Frontkappe 7 hat die sich dort hindurch erstreckenden Löcher 71,
wie dies in 5(a) und 5(b) dargestellt
ist. Eines der Löcher 71 erstreckt sich durch
die Mitte des Bodens der Frontkappe 7 in Ausrichtung an
einer längsgerichteten Mittellinie der Zündkerze 1.
Die verbleibenden vier Löcher 71 erstrecken sich
radial um das in der Mitte liegende Loch und sind diagonal zu der
längs verlaufenden Mittellinie der Zündkerze 1 gerichtet.
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Die
vier Löcher 71 um das Mittelloch erstrecken sich
zudem in einer tangentialen Richtung der Frontkappe 7,
gesehen von einer Achsrichtung der Zündkerze 1,
wie dies aus 5(a) ersichtlich ist, wodurch
die Flammenstrahlen von der Innenseite der Frontkappe 7 derart
in eine Verbrennungskammer der Kraftmaschine gerichtet werden, dass
sie einen Wirbel bilden. Die vier Löcher 71 um
das Mittelloch können alternativ so gestaltet sein, dass
sie sich gerade in der Radialrichtung der Frontkappe 7 erstrecken.
Die Anzahl und die Stellen der Löcher 71 sind ebenso
nicht darauf beschränkt, wie sie dargestellt sind.
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Die
Installation der Masseelektrode 5 in der Metallhülse 2 wird
durch Schrauben des Massehalters 6, an den die Masseelektrode 5 gefügt
ist, in das an dem vorderen Ende der Metallhülse 2 ausgebildete
Innengewinde 22 und dadurch erreicht, dass der Massehalter 6 festgezogen
wird, bis das Edelmetallbauteil 51 der Masseelektrode 5 das
Edelmetallbauteil 41 der Mittelelektrode 4 trifft,
wie dies in 6(a) dargestellt ist. Daraufhin
wird der Massehalter 6, wie dies in 6(b) gezeigt
ist, in der Gegenrichtung gedreht oder gelockert, sodass die Masseelektrode 5 von
der Mittelelektrode 4 wegbewegt wird, um den Funkenspalt 11 zu
definieren. Die Anzahl von Malen, mit denen der Massehalter 6 gedreht
werden sollte und die Winkelstellung, an der der Massehalter 6 gestoppt
werden sollte, werden als eine Funktion einer Sollabmessung des
Funkenspalts 11 ausgewählt. Wenn es beispielsweise
erforderlich ist, dass der Funkenspalt 11 eine Größe
hat, die einer Steigung bzw. einem Gewindegang des Gewindes 61 (oder des
Gewindes 22) entspricht, dann wird der Massehalter 6 um
360 Grad gedreht. Wenn es alternativ dazu erforderlich ist, dass
der Funkenspalt 11 eine Größe haben soll,
der eine einem Viertel einer Steigung des Gewindes 61 entsprechende
Abmessung hat, dann wird der Massehalter 6 um 90 Grad gedreht.
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Das
Einstellen des Funkenspalts 11 auf die vorstehend beschriebene
Weise macht es erforderlich, dass das Innengewinde 22 der
Metallhülse 2 oder das Außengewinde 61 des
Massehalters 6 bei einer vorausgewählten Steigung
präzise bearbeitet wird.
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Das
Einstellen des Funkenspalts 11 kann alternativ durch Drehen
des Massehalters 6 bei gleichzeitigem Messen der Abmessung
des Funkenspalts 11 durchgeführt werden.
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Nachdem
die Abmessung des Funkenspalts 11 bestimmt wurde, wird
der Massehalter 6 an die Metallhülse 2 geschweißt.
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Schließlich
wird die Frontkappe 7 auf den Massehalter 6 gebracht
und solange festgezogen, bis er die obere Endfläche 21 der
Metallhülse 2 trifft.
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Die
Vorteile des Aufbaus der Zündkerze werden nachstehend beschrieben.
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Die
Masseelektrode 5 wird, wie dies vorstehend erwähnt
ist, an den in die Metallhülse 2 geschraubten
Massehalter 6 gesichert, wodurch das Einstellen der Abmessung
des Funkenspalts 11 vereinfacht wird. Genauer gesagt wird
der Funkenspalt 11 einfach durch Festziehen oder Lockern
des Massehalters 6 angepasst, sodass die Position des Massehalters 6 in
der Axialrichtung der Zündkerze 1 festgelegt wird.
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Der
Massehalter 6 wird in das Innengewinde 22 eingeschraubt,
das an der Innenwand der Metallhülse 2 ausgebildet
ist, wodurch die Installation des Massehalters 6 an der
Metallhülse 2 vereinfacht wird und ermöglicht
wird, die Abmessung des Massehalters 6 zu verkleinern.
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Die
Verwendung der an der Oberseite der Metallhülse 2 installierten
Frontkappe 7 stellt die Aktivitäten der Vorkammer
sicher, die innerhalb der Metallhülse 2 definiert
ist, sodass die Verbrennungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs
in der Kraftmaschine verbessert wird.
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Die
Frontkappe 7 ist mittels Gewinde an dem Massehalter 6 gesichert,
wodurch dessen Installation an der Oberseite der Zündkerze 1 vereinfacht
wird.
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Die
Verwendung der Edelmetallbauteile 51 und 41 beim
Herstellen der Zündkerze 11 verbessert die Langlebigkeit
der Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 4,
was zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Zündkerze 1 führt.
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Das
an der Masseelektrode 5 angeschweißte Edelmetallbauteil 51 ist
innerhalb der Zündkerze 1 angeordnet, indem der
Massehalter 6 in die Metallhülse 2 geschraubt
wird, wodurch dessen Installation in der Zündkerze 1 und
der Zusammenbau der Zündkerze 1 vereinfacht wird.
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7 bis 9 veranschaulichen die Zündkerze 1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die
Masseelektrode 5 direkt an das vordere Ende des Massehalters 6 gefügt
ist.
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Der
Massehalter 6 ist in die Metallhülse 2 eingeschraubt
und ist an einer Stelle gehalten, die tiefer als die Vorderseite
der Mittelelektrode 4 liegt. Die Mittelelektrode 4 befindet
sich innerhalb des Massehalters 6. Die Masseelektrode 5 ist,
wie aus 7 und 8(b) ersichtlich
ist, in eine L-Form gebogen und ist an den Massehalter 6 angeschweißt. Genauer
gesagt erstreckt sich die Masseelektrode 5 von der Vorderseite
des Massehalters 6 im Wesentlichen parallel zu der längsgerichteten
Mittellinie der Zündkerze 1 und ist über
der Oberseite der Mittelelektrode 4 nach innen gebogen.
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Das
Edelmetallbauteil 51 ist an eine der Mittelelektrode 4 zugewandten
Fläche der Masseelektrode angeschweißt, wie dies
in 8(a) und 8(b) dargestellt
ist.
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Wie
in 7 und 9(b) dargestellt
ist, ist an einem kleindurchmessrigen Abschnitt der Frontkappe 7 ein
Außengewinde 720 ausgebildet, das mit dem Innengewinde 22 der
Metallhülse 2 in Eingriff ist, sodass eine Verbindung
zwischen der Frontkappe 7 und der Metallhülse 2 hergestellt ist.
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Die
präzise Einstellung des Funkenspalts 11 wird ähnlich
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel einfach durch Drehen
des Massehalters 6 erreicht.
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Andere
Anordnungen sind identisch zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels
und deren ausführliche Beschreibung wird hier ausgelassen.
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Während
die vorliegende Erfindung durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele
zum Zwecke ihres besseren Verständnisses offenbart wurde,
ist es so zu verstehen, dass die Erfindung auf verschiedene Arten
ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung
abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass
sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen
der gezeigten Ausführungsbeispiele beinhaltet, die ausgeführt
werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen,
wie es in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist. Beispielsweise
kann eines oder können beide Edelmetallbauteilen 41 und 51 ausgelassen
werden.
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Es
ist eine Vorkammerzündkerze für eine Brennkraftmaschine
bereitgestellt, die eine Metallhülse, einen Porzellanisolator,
eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist. Der Porzellanisolator ist
innerhalb der Metallhülse angeordnet. Die Mittelelektrode
ist in dem Porzellanisolator so gehalten, dass ein Funkenspalt zwischen
ihr und der Masseelektrode definiert ist. Die Zündkerze
hat zudem einen Massehalter, an dem die Masseelektrode montiert ist.
Der Massehalter ist mittels Gewinde an der Metallhülse
gesichert, wodurch die Installation der Masseelektrode in der Zündkerze
und die Einstellung der Abmessung des Funkenspalts verbessert werden. Die
Einstellung des Funkenspalts wird durch Festziehen oder Lockern
des Massehalters bewerkstelligt, um die Position des Massehalters
in der Axialrichtung der Zündkerze festzulegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/071644 [0003]
- - US 5554908 [0003]
- - DE 3821688 A1 [0006]