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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einer Zündkerze, die in einer in dem Zylinderkopf ausgebildeten Zündkerzenaufnahme angeordnet ist und in einen Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine hineinragt, wobei an einem Außenmantel der Zündkerze ein Außengewinde und an einem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme ein mit dem Außengewinde zum Halten der Zündkerze zusammenwirkendes Innengewinde vorgesehen ist.
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Eine derartige Brennkraftmaschine besteht beispielsweise aus einem Zylinderkurbelgehäuse und dem Zylinderkopf, welche vorzugsweise gemeinsam den wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine begrenzen beziehungsweise aufnehmen. Der Zylinderkopf kann, muss jedoch nicht als von dem Zylinderkurbelgehäuse separates Bauteil ausgebildet sein. In dem Zylinder ist auf bekannte Art und Weise ein Kolben verlagerbar angeordnet, wobei die Verlagerung entlang einer Längsmittelachse des Kolbens beziehungsweise des Zylinders vorgesehen ist. Der Zylinder verfügt über den Brennraum, in welchem während eines Betriebs der Brennkraftmaschine eine Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs erfolgt. Zur Initiierung dieser Verbrennung ist die Zündkerze vorgesehen, mittels welcher ein Zündfunken in dem Brennraum erzeugbar ist. Die Zündkerze liegt in der Zündkerzenaufnahme vor, welche bevorzugt in dem Zylinderkopf ausgebildet ist.
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Die Befestigung der Zündkerze in der Zündkerzenaufnahme ist mittels des Außengewindes und des Innengewindes realisiert. Das Außengewinde liegt dabei an der Zündkerze beziehungsweise deren Außenmantel vor, während das Innengewinde in der Zündkerzenaufnahme beziehungsweise an deren Innenmantel hergestellt ist. Die beiden Gewinde sind derart ausgebildet, dass die Zündkerze in die Zündkerzenaufnahme einschraubbar ist, wobei dieses Einschrauben vorzugsweise ausgehend von einer dem Brennraum abgewandten Seite des Zylinderkopfs vorgesehen ist. Üblicherweise ist der Innenmantel der Zündkerzenaufnahme über seine gesamte Längserstreckung der Zündkerzenaufnahme mit dem Innengewinde versehen, sodass das Gewinde unmittelbar an den Brennraum angrenzt. Entsprechend verfügt auch die Zündkerze in dem gesamten Bereich, mit welchem sie in der Zündkerzenaufnahme angeordnet ist, über das Außengewinde.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 679 408 bekannt. Diese beschreibt eine Zündkerze mit Schraubfassung und Dichtung zwischen Zündkerze und Motorgehäuse auf der dem Verbrennungsraum zugewandten Seite des Gewindeteils der Schraubfassung. Dabei ist vorgesehen, dass der unterste, über das Gewinde hinausragende Teil des Zündkerzenkörpers mit geringem Spiel an dem benachbarten Teil der Zylinderwandung ganz oder am größten Teil des Umfangs derart anliegt, dass der Dichtungsring gegen den unmittelbaren Zutritt der Verbrennungsgase im Wesentlichen geschützt ist.
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Weiterhin beschreiben die Druckschriften
DE 691 00 033 T2 und
US 2010/0175653 A1 jeweils einen Zündkerzenzusammenbau für einen Verbrennungsmotor. Weiter beschreibt die Druckschrift
KR 10 2011 0 009 939 A eine Zündeinrichtung, wohingegen die Druckschrift
DE 10 2006 042 457 A1 auf eine Zündkerze mit einem Zündkerzenkörper und zumindest einer Masseelektrode gerichtet ist.
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Ausgehend von dem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, bei welcher ein Wärmeeintrag in die wenigstens eine Zündkerze verringert ist, um auf diese Art und Weise die Dauerfestigkeit der Zündkerze zu verbessern.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Außenmantel einen sich - in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse der Zündkerze gesehen - an das Außengewinde in Richtung des Brennraums anschließenden und mit dem Außengewinde einstückig ausgebildeten, gewindefreien Steckbereich aufweist, wobei der Steckbereich an wenigstens einer axialen Position über den gesamten Umfang der Zündkerze an dem Innenmantel anliegt und an einer weiteren axialen Position über den gesamten Umfang von dem Innenmantel beabstandet ist, sodass der Steckbereich lediglich bereichsweise an dem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme anliegt. Das lediglich bereichsweise Anliegen ist wiederum bei Betrachtung in axialer Richtung vorgesehen. Das bedeutet vorzugsweise, dass der Steckbereich an wenigstens einer axialen Position über den gesamten Umfang der Zündkerze an dem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme anliegt. Auf diese Art und Weise wird insbesondere eine Dichtwirkung erzielt. An einer weiteren axialen Position ist dagegen ein derartiges Anliegen über zumindest einen Teil des Umfangs, insbesondere den gesamten Umfang, nicht vorgesehen.
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Anders ausgedrückt kann es also vorgesehen sein, dass der gewindefreie Steckbereich bereichsweise von dem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme in radialer Richtung beabstandet ist, wobei dies insbesondere an wenigstens einer axialen Position realisiert ist. Besonders bevorzugt weist der Innenmantel der Zündkerzenaufnahme zusätzlich analog einen sich - in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse der Zündkerze gesehen - an das Innengewinde in Richtung des Brennraums anschließenden, gewindefreien Steckaufnahmebereich auf. Das bereichsweise Anliegen des Steckbereichs an den Innenmantel ist mithin bevorzugt in dem Steckaufnahmebereich des Innenmantels vorgesehen. Weil weder in dem Steckbereich noch in dem Steckaufnahmebereich ein Gewinde ausgebildet ist, kann die vorstehend erwähnte Dichtwirkung erzielt werden. Das bedeutet insbesondere, dass kein heißes Fluid aus dem Brennraum zu dem in axialer Richtung von dem Brennraum beabstandeten Gewinde gelangen kann.
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Ein Gewinde bedingt grundsätzlich - im Vergleich mit einer gewindefreien, also glatten, Oberfläche - eine große effektive Wärmeübertragungsfläche. Durch den Verzicht auf das Außengewinde in dem gewindefreien Steckbereich kann mithin dort und entsprechend für die gesamte Zündkerze die effektive Wärmeübertragungsfläche deutlich reduziert werden. Weil zusätzlich vorgesehen ist, dass der Steckbereich lediglich bereichsweise an dem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme (wärmeübertragend) anliegt, kann die effektive Wärmeübertragungsfläche, über welche Wärme von dem Zylinderkopf auf die Zündkerze übertragen wird, weiter reduziert werden. Durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen kann mithin die Wärmebeaufschlagung der Zündkerze durch den Zylinderkopf stark verringert werden. Dabei wird die Maßnahme des lediglich bereichsweise an dem Innenmantel anliegenden Steckbereichs üblicherweise durch den teilweisen Verzicht auf das Außengewinde, nämlich in dem Steckbereich, erst möglich.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Steckbereich bis zu einer Stirnseite des Außenmantels durchmesserkonstant ist und der Innenmantel wenigstens eine den Steckbereich in Umfangsrichtung vollständig umgreifende Ausnehmung aufweist. Grundsätzlich ist der Aufbau der Zündkerze wie folgt vorgesehen: Ausgehend von einem Grundkörper der Zündkerze, welcher wenigstens bereichsweise auf der dem Brennraum abgewandten Seite der Zündkerzenaufnahme außerhalb von dieser angeordnet ist und einen größeren Durchmesser aufweist als diese, schließt sich ein wenigstens bereichsweise in der Zündkerzenaufnahme angeordnetes Durchgriffsteil an, welches beispielsweise in radialer Richtung nach außen von dem Außenmantel der Zündkerze begrenzt ist. Das Durchgriffsteil weist mithin das Außengewinde sowie den Steckbereich auf. In axialer Richtung betrachtet kann sich an den Steckbereich eine Zündeinrichtung der Zündkerze anschließen, welche in den Brennraum des Zylinders hineinragt.
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Der Außenmantel ist im Querschnitt gesehen beispielsweise als Ring ausgebildet, welcher von einem Bereich der Zündeinrichtung durchgriffen sein kann. Dies ist insbesondere in dem Steckbereich des Außenmantels der Fall. Der Außenmantel weist eine in Richtung des Brennraums weisende Stirnseite auf, welche beispielsweise wenigstens bereichsweise als ebener Kreisring ausgebildet ist. Der Steckbereich soll nun ausgehend von dem Außengewinde bis hin zu der Stirnseite einen konstanten Durchmesser beziehungsweise Außendurchmesser aufweisen und mithin durchmesserkonstant sein. Gleichzeitig weist der Innenmantel beziehungsweise der Steckaufnahmebereich eine Ausnehmung auf, die den Steckbereich in Umfangsrichtung vollständig umgreift, sodass an wenigstens einer axialen Position der Steckbereich nicht an dem Innenmantel anliegt, sondern vielmehr in radialer Richtung über den gesamten Umfang hinweg von ihm beabstandet ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Steckbereich in axialer Richtung zumindest zwei Teilbereiche mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungen ist der Steckbereich, der sich zwischen dem Außengewinde und der Stirnseite erstreckt, also nicht durchmesserkonstant, sondern weist wenigstens zwei Teilbereiche auf, welche mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind. Das bedeutet, dass der Durchmesser des Steckbereichs innerhalb jedes der Teilbereiche konstant bleibt, unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Teilbereiche jedoch über unterschiedliche Durchmesser verfügen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass einer der Teilbereiche einen Außendurchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser des Innenmantels im Wesentlichen entspricht, sodass der Steckbereich in dem einen Teilbereich an dem Innenmantel anliegt. Ein anderer der Teilbereiche weist jedoch einen kleineren Durchmesser auf, sodass der Steckbereich in diesem anderen Teilbereich nicht an dem Innenmantel der Zündkerzenaufnahme anliegt und mithin von diesem beabstandet angeordnet ist. Zusätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Innenmantel die vorstehend bereits beschriebene Ausnehmung aufweist, sodass eine zusätzliche Beabstandung in radialer Richtung hergestellt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das bereichsweise Anliegen derart vorgesehen ist, dass ein Kontaktbereich des Innenmantels in Umfangsrichtung vollflächig mit einem Gegenkontaktbereich des Außenmantels in Anlagekontakt steht. Der Kontaktbereich liegt also an dem Innenmantel, der Gegenkontaktbereich an dem Außenmantel vor. Der Kontaktbereich und der Gegenkontaktbereich sollen über ihre gesamte Fläche, also vollflächig, miteinander in Anlagekontakt beziehungsweise Berührkontakt stehen, sodass entsprechend eine Dichtwirkung gegeben ist. Der Anlagekontakt liegt dabei über dem gesamten Umfang vor.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zylinderkopf einen die Zündkerzenaufnahme in Umfangsrichtung vollständig umgreifenden, in die Brennkammer hineinragenden Ringwulst aufweist, dessen der Brennkammer zugewandte Seite im Längsschnitt gesehen eine Krümmung aufweist, die sich, insbesondere stetig, an den Innenmantel anschließt. Die Ringwulst ist auf der der Brennkammer zugewandten Seite der Zündkerzenaufnahme vorgesehen und umgreift diese in Umfangsrichtung vollständig. Das Vorsehen des Ringwulstes wird insbesondere durch den Verzicht auf das Innengewinde in dem Steckaufnahmebereich möglich. Im Vergleich zu bekannten Brennkraftmaschinen kann auf diese Art und Weise eine Stegbreite eines die Zündkerzenaufnahme ausbildenden Aufnahmevorsprungs des Zylinderkopfs auf seiner dem Brennraum zugewandten Seite deutlich vergrößert werden. Entsprechend wird das Risiko von Stegrissen, welche den Halt der Zündkerze in der Zündkerzenaufnahme beeinträchtigen können, verringert.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Steckbereich einen Durchmesser aufweist, der höchstens so groß ist wie der Fußkreisdurchmesser des Außengewindes, insbesondere kleiner ist als dieser. Um die effektive Wärmeübertragungsfläche so gering als möglich zu gestalten, soll der Durchmesser der Zündkerze auf ihrer dem Brennraum zugewandten Seite möglichst gering sein. Erfindungsgemäß weist der Steckbereich - in axialer Richtung gesehen - wenigstens bereichsweise einen Durchmesser auf, der größer ist als der Fußkreisdurchmesser. Insbesondere ist auch eine Ausführung denkbar, bei welcher der Steckbereich wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, einen Durchmesser aufweist, welcher zumindest dem Kopfkreisdurchmesser des Außengewindes entspricht, besonders bevorzugt sogar größer ist als dieser.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einer Zündkerze, wobei die Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsform vorliegt,
- 2 der Bereich der Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsform,
- 3 der Bereich der Brennkraftmaschine in einer Abwandlung der ersten Ausführungsform, und
- 4 der Bereich der Brennkraftmaschine in einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, nämlich insbesondere einen Bereich eines Zylinderkopfes 2 und einer Zündkerze 3. Die Darstellung liegt dabei als Längsschnittdarstellung entlang einer Längsmittelachse 4 der Zündkerze 3 vor. Die Zündkerze 3 besteht aus einem Grundkörper 5, einem Durchgriffsteil 6 und einer Zündeinrichtung 7. Die Zündkerze 3, insbesondere deren Zündeinrichtung 7, ragt wenigstens bereichsweise in einen Brennraum 8 eines hier nicht weiter dargestellten Zylinders der Brennkraftmaschine 1 hinein. Der Brennraum 8 wird wenigstens bereichsweise von dem Zylinderkopf 2 begrenzt beziehungsweise umschlossen. Die Zündkerze 3 ist in einer in dem Zylinderkopf 2 ausgebildeten Zündkerzenaufnahme 9 angeordnet. Zur Befestigung der Zündkerze 3 in dem Zylinderkopf 2 beziehungsweise der Zündkerzenaufnahme 9 ist an einem Außenmantel 10 der Zündkerze 3 bereichsweise (in Richtung der Längsmittelachse 4 gesehen) ein Außengewinde 11 ausgebildet. Dieses wirkt mit einem an einem Innenmantel 12 der Zündkerzenaufnahme 9 vorgesehenen Innengewinde 13 zum Halten der Zündkerze 3 zusammen.
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Der Außenmantel 10 weist nun in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachs 4 der Zündkerze 3 gesehen einen sich an das Außengewinde 11 in Richtung des Brennraums 8 anschließenden, gewindefreien Steckbereich 14 auf. Dieser Steckbereich 14 liegt lediglich bereichsweise an dem Innenmantel 12 der Zündkerzenaufnahme 9 an. Der Innenmantel 12 erstreckt sich vorzugsweise in Richtung der Längsmittelachs 4 und in Richtung des Brennraums 8 lediglich bis zu derjenigen Position, ab welcher sich die Zündkerzenaufnahme 9 in Richtung des Brennraums 8 öffnet beziehungsweise zu öffnen beginnt. Das lediglich bereichsweise Anliegen an dem Innenmantel 12 soll jedoch auch abseits dieses Bereichs bereits vorliegen.
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Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird dies erzielt, indem der Steckbereich 14 in zwei Teilbereiche 15 und 16 in axialer Richtung aufgeteilt ist. Der Teilbereich 15 weist dabei einen größeren Durchmesser auf als der Teilbereich 16. Dagegen weist der Innenmantel 12 in einem den Steckbereich 14 aufnehmenden Steckaufnahmebereich 17 einen konstanten Durchmesser auf, wobei dieser Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Teilbereichs 15 entspricht. Folglich liegt der Außenmantel 10 mit dem Teilbereich 15 an dem Innenmantel 12 an, während er in dem Teilbereich 16 in radialer Richtung von ihm beabstandet ist.
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Der Teilbereich 15 schließt sich unmittelbar an das Außengewinde 11 an, während der Teilbereich 16 auf der dem Außengewinde 11 abgewandten Seite des Teilbereichs 15 angeordnet ist. Der Teilbereich 16 ragt dabei beispielsweise teilweise in den Brennraum 8 hinein. In dem Teilbereich 15 liegt insoweit ein Kontaktbereich 18 des Innenmantels 12 vor, welcher in Umgangsrichtung vollflächig mit einem Gegenkontaktbereich 19 des Außenmantels 10 in Anlagekontakt steht. Der Durchmesser des Steckbereichs 14 ist in dem Teilbereich 15 größer als der Fußkreisdurchmesser des Außengewindes 11, jedoch kleiner als dessen Kopfkreisdurchmesser.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Die Ausführungsform ähnelt grundsätzlich der vorstehend beschriebenen, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen darin, dass der Steckbereich 14 bis zu einer Stirnseite 20 des Außenmantels 10 durchmesserkonstant ist. Um die bereichsweise Beabstandung des Steckbereichs 14 von dem Innenmantel 12 zu realisieren, ist nun in dem Innenmantel 12 eine Ausnehmung 21 ausgebildet, welche den Steckbereich 14 in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Die Ausnehmung 21 mündet dabei bevorzugt nicht in den Brennraum 8 ein. Vielmehr soll die Ausnehmung 21 in axialer Richtung von diesem beabstandet sein. Die Zündkerzenaufnahme 9 ist insoweit beispielsweise in Form einer Stufenbohrung ausgebildet.
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Die 3 zeigt einen Bereich der Brennkraftmaschine 1 in einer Abwandlung der ersten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der ersten Ausführungsform, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Während im Fall der ersten Ausführungsform das Innengewinde 13 geschnitten ist, soll es nun durch Formen, insbesondere Druckverformen, hergestellt sein. Dabei entspricht der Innendurchmesser des Steckaufnahmenbereichs 17 dem Kopfkreisdurchmesser des Innengewindes 13.
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Anders ausgedrückt ist der Innendurchmesser der Zündkerzenaufnahme 9 über einen Großteil seiner axialen Erstreckung konstant.
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Die 4 zeigt einen Bereich der Brennkraftmaschine 1 in einer Ausführungsform, welche im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform entspricht. Insoweit wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Zusätzlich ist es nun vorgesehen, dass der Zylinderkopf 2 einen die Zündkerzenaufnahme 9 in Umfangsrichtung vollständig umgreifenden Ringwulst 22 aufweist, welcher in die Brennkammer 8 hineinragt. Im Längsschnitt gesehen weist dieser Ringswulst 22 eine Krümmung auf, die in den Innenmantel 12, vorzugsweise in dessen Innenkontur, übergeht, wobei dabei insbesondere ein stetiger Verlauf vorliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Zündkerze
- 4
- Längsmittelachse
- 5
- Grundkörper
- 6
- Durchgriffsteil
- 7
- Zündeinrichtung
- 8
- Brennraum
- 9
- Zündkerzenaufnahme
- 10
- Außenmantel
- 11
- Außengewinde
- 12
- Innenmantel
- 13
- Innengewinde
- 14
- Steckbereich
- 15
- Teilbereich
- 16
- Teilbereich
- 17
- Steckaufnahmebereich
- 18
- Kontaktbereich
- 19
- Gegenkontaktbereich
- 20
- Stirnseite
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Ringwulst
