DE102012202335A1 - Zündkerze, insbesondere Wirbelkammerzündkerze - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze (1) umfassend eine sich entlang einer Längsachse (2) der Zündkerze (1) erstreckende Mittelelektrode (3) mit zumindest einer ersten Funkenfläche (6), und eine Masseelektrode (4) mit zumindest einer zweiten Funkenfläche (8), wobei die erste Funkenfläche (6) gegenüber der zweiten Funkenfläche (8) angeordnet ist, sodass zwischen der ersten Funkenfläche (6) und der zweiten Funkenfläche (8) ein Zündfunken erzeugbar ist, wobei die Mittelelektrode (3) gegenüber der Masseelektrode (4) koaxial zur Längsachse (2) drehbar ist, und/oder die Masseelektrode (4) gegenüber der Mittelelektrode (3) koaxial zur Längsachse (2) drehbar ist, und wobei die erste Funkenfläche (6) und die zweite Funkenfläche (7) derart geneigt sind, dass durch Drehen der Mittelelektrode (3) gegenüber der Masseelektrode (4) und/oder der Masseelektrode (4) gegenüber der Mittelelektrode (3) ein Abstand (18) zwischen der ersten Funkenfläche (6) und der zweiten Funkenfläche (8) einstellbar ist.
Description
- Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere eine Wirbelkammerzündkerze. Bevorzugt kommt die Wirbelkammerzündkerze für stationäre Gasmotoren zum Einsatz.
- Vorbekannte Wirbelkammerzündkerzen werden hauptsächlich in großen Gasmotoren verwendet. Bei diesen Zündkerzen ist die Standzeit der Zündkerze ein entscheidender wirtschaftlicher und technischer Parameter, da die Zündkerzen selbst und ihr Austausch relativ teuer sind. Bei vorbekannten Wirbelkammerzündkerzen werden die Edelmetallflächen der Elektroden, an denen der Funken entsteht, so groß wie möglich gestaltet. Dabei muss sehr viel teueres Edelmetall verwendet werden, da das Material in der Dicke nicht ausgenutzt werden kann. Des Weiteren können die Abstände der Elektroden in vorbekannten Wirbelkammerzündkerzen nicht nachjustiert werden, da die Kappe, die die Wirbelkammer bildet bzw. abschließt, den Zugang zu den Elektroden nicht ermöglicht.
1 zeigt eine Wirbelkammerzündkerze30 in einem Schnitt senkrecht zur Längsachse. Zu sehen ist eine Mittelelektrode3 und eine Masseelektrode4 . An der Mittelelektrode3 und der Masseelektrode4 sind jeweils vier Funkenflächen31 ausgebildet. Die Funkenflächen31 befinden sich an Edelmetallplättchen. In der vorbekannten Wirbelkammerzündkerze30 ist der Abstand zwischen den Funkenflächen31 nicht einstellbar oder nachjustierbar. - Offenbarung der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es nun, den Spalt zwischen den Funkenflächen einzustellen bzw. nachzujustieren, wodurch die verwendeten Edelmetallplättchen kleiner ausgeführt werden können. Dadurch können die Herstellungskosten der Zündkerze reduziert werden und gleichzeitig erhöht sich die Standzeit bzw. Lebenszeit der Zündkerze, so dass das Kosten-Nutzen-Verhältnis verbessert wird. All diese Vorteile werden erreicht durch eine Zündkerze, umfassend eine sich entlang einer Längsachse der Zündkerze erstreckende Mittelelektrode mit zumindest einer ersten Funkenfläche, und eine Masseelektrode mit zumindest einer zweiten Funkenfläche. Die erste Funkenfläche ist dabei gegenüber der zweiten Funkenfläche angeordnet, so dass zwischen den beiden Funkenflächen ein Zündfunken erzeugbar ist. Die Mittelelektrode ist gegenüber der Masseelektrode koaxial zur Längsachse drehbar, und/oder die Masseelektrode ist gegenüber der Mittelelektrode koaxial zur Längsachse drehbar. Des Weiteren sind die erste Funkenfläche und die zweite Funkenfläche derart geneigt, dass durch Drehen der Mittelelektrode gegenüber der Masseelektrode und/oder durch Drehen der Masseelektrode gegenüber der Mittelelektrode ein Abstand zwischen der ersten Funkenfläche und der zweiten Funkenfläche einstellbar, also veränderbar ist. Die Mittelelektrode ist selbstverständlich gegenüber der Masseelektrode isoliert angeordnet, so dass bei Anlegen eines Stroms der Zündfunken zwischen den jeweiligen Funkenflächen entsteht.
- Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
- Zur Definition der Neigung der Funkenflächen wird eine Ebene definiert. In dieser Ebene liegt die Längsachse der Zündkerze und diese Ebene schneidet die jeweilige Funkenfläche mittig. Bevorzugt ist die erste Funkenfläche und die ihr gegenüberliegende zweite Funkenfläche mit einem Winkel > 0 zu dieser Ebene geneigt. Vorzugsweise liegt dieser Winkel zwischen 5° und 90°. Besonders vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 30° und 60°. Des Weiteren sind jeweils die gegenüberliegenden Funkenflächen parallel zueinander angeordnet. Somit entsteht, zumindest im Auslieferungszustand der Zündkerze, ein einheitlicher Abstand über die gesamte Fläche der Funkenflächen.
- Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Funkenfläche an einem ersten Edelmetallblättchen der Mittelelektrode ausgebildet ist, und die zweite Funkenfläche an einem zweiten Edelmetallblättchen der Masseelektrode ausgebildet ist. Diese Edelmetallblättchen sind fester Bestandteil der jeweiligen Elektrode, so dass durch Drehen der jeweiligen Elektrode sich auch die Edelmetallblättchen und die darauf ausgebildeten Funkenflächen mitdrehen.
- Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Funkenfläche und die zweite Funkenfläche ebene oder abgerundete Flächen sind.
- Bevorzugt können an der Mittelelektrode mehrere, am Umfang verteilte erste Funkenflächen und an der Masseelektrode mehrere, am Umfang verteilte zweite Funkenflächen ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist für jede Funkenfläche jeweils ein Edelmetallblättchen vorgesehen. Des Weiteren weist jede Paarung aus erster Funkenfläche und zweiter Funkenfläche den gleichen Abstand auf. Darüber hinaus sind bevorzugt alle Funkenflächen so angeordnet, dass sie die gleiche Neigung aufweisen, so dass bei Verstellen des Abstandes an jeder Paarung von Funkenflächen stets derselbe Abstand vorherrscht.
- Um die Mittelelektrode gegenüber der Masseelektrode drehbar auszugestalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass ein brennraumabgewandtes Ende der Mittelelektrode bezüglich der Längsachse der Zündkerze rotationssymmetrisch ist. Mit diesem brennraumabgewandten Ende steckt die Mittelelektrode in einem Panat der Zündkerze. Dabei steckt die Mittelelektrode derart in dem Panat, so dass die Mittelelektrode gegenüber dem Panat drehbar ist. Besonders bevorzugt wird die Oberfläche des brennraumabgewandten Endes der Mittelelektrode mit einem Gleitmittel benetzt, so dass nach dem Festbacken des Panates die Mittelelektrode gegenüber dem Panat drehbar bleibt. Dieses Gleitmittel ist so ausgebildet, dass es elektrisch leitend und wärmeresistent ist, und chemisch nicht mit dem Panat reagiert.
- Des Weiteren ist bevorzugt an der Mittelelektrode brennraumseitig ein Werkzeugeingriff vorgesehen. Beispielsweise ist dieser Werkzeugeingriff als Innensechskant, Schlitz oder Kreuzschlitz ausgebildet. In diesen Werkzeugeingriff kann zur Verstellung des Abstandes zwischen den Funkenflächen mit einem Werkzeug eingegriffen werden. Durch Verdrehen des Werkzeugs wird sodann die Mittelelektrode gegenüber der Masseelektrode koaxial zur Längsachse der Zündkerze verdreht. Insbesondere ist dieser Werkzeugeingriff an einem brennraumseitigen Stirnende der Mittelelektrode ausgebildet.
- Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Wirbelkammerzündkerze. Diese Wirbelkammerzündkerze ist aufgebaut, wie die zuvor beschriebene Zündkerze und weist zusätzlich eine brennraumseitig angeordnete Kappe auf. Diese brennraumseitig angeordnete Kappe ist insbesondere mit einem Gehäuse der Zündkerze verbunden. Im Inneren der Kappe ist eine Wirbelkammer ausgebildet. Die Kappe überdeckt somit zumindest teilweise das brennraumseitige Ende der Mittelelektrode sowie die Masseelektrode. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Zündkerze beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf die erfindungsgemäße Wirbelkammerzündkerze.
- Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Masseelektrode drehfest mit der Kappe verbunden ist und die Kappe zum Einstellen des Abstandes zwischen der ersten Funkenfläche und der zweiten Funkenfläche gegenüber der Mittelelektrode koaxial zur Längsachse drehbar ist. Insbesondere ist dabei die Masseelektrode auch elektrisch leitend mit der Kappe verbunden. Die Kappe wiederum ist elektrisch leitend mit dem Gehäuse der Wirbelkammerzündkerze verbunden. Zur Drehbarkeit der Kappe und somit zur Drehbarkeit der Masseelektrode ist die Kappe bevorzugt mit dem Gehäuse der Wirbelkammerzündkerze drehbar verbunden.
- Zusätzlich oder alternativ zur drehbaren Anordnung der Kappe und der Masseelektrode ist es auch bei der Wirbelkammerzündkerze möglich die Mittelelektrode drehbar auszubilden. Insbesondere ist hierzu eine Werkzeugöffnung in der Kappe vorgesehen. In diese Werkzeugöffnung kann ein Werkzeug zum Verdrehen der Mittelelektrode durchgesteckt werden. Insbesondere befindet sich diese Werkzeugöffnung an einem brennraumseitigen Ende der Kappe. Besonders bevorzugt verläuft die Längsachse der Wirbelkammerzündkerze durch diese Werkzeugöffnung hindurch. Dadurch kann mit einem Werkzeug koaxial in den Werkzeugeingriff der Mittelelektrode eingegriffen werden.
- Da die Justierung bzw. Einstellung des Abstandes, zumindest bei der Wirbelkammerzündkerze, ohne Sicht auf den Abstand zwischen den Funkenflächen gemacht werden muss, werden bevorzugt folgende Schritte zum Einstellen des Abstandes vorgeschlagen: Zunächst erfolgt ein Drehen der Mittelelektrode und/oder Masseelektrode, bis die erste Funkenfläche die zweite Funkenfläche berührt. Der entsprechende zu messende Widerstand beträgt in diesem Falle zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode 0 Ω. In einem nächsten Schritt wird die Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode um einen bestimmten Winkel zurückgestellt, damit der Elektrodenabstand auf den vordefinierten bzw. gewünschten Betrag kommt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse einer vorbekannten Zündkerze, -
2 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse einer erfindungsgemäßen Zündkerze gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, -
3 eine Detailansicht aus2 , -
4 einen Schnitt parallel zur Längsachse der erfindungsgemäßen Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
5 einen Schnitt parallel zur Längsachse der erfindungsgemäßen Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und -
6 verschiedene Ausgestaltungen der Elektroden für die erfindungsgemäße Zündkerze des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. - Ausführungsformen der Erfindung
- Im Folgenden wird anhand der
2 und3 eine Zündkerze1 , ausgebildet als Wirbelkammerzündkerze, für beide Ausführungsbeispiele im Detail erläutert. -
4 zeigt die spezielle Ausführung der Zündkerze1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.5 zeigt die spezielle Ausführung der Zündkerze1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Anhand von6 werden Details beider Ausführungsbeispiele erläutert. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. -
2 zeigt die Zündkerze1 . Gezeigt ist ein Schnitt durch eine Längsachse2 der Zündkerze1 . Die Zündkerze1 umfasst eine Mittelelektrode3 und eine Masseelektrode4 . An der Mittelelektrode3 sind vier erste Edelstahlblättchen5 ausgebildet. An jedem der Edelstahlblättchen5 befindet sich eine erste Funkenfläche6 . Die Masseelektrode4 umfasst vier zweite Edelstahlblättchen7 . An jedem der zweiten Edelstahlblättchen7 ist eine zweite Funkenfläche8 ausgebildet. Dadurch entstehen vier Paare an Funkenflächen. Es liegt jeweils eine erste Funkenfläche6 einer zweiten Funkenfläche8 gegenüber. Die ersten und zweiten Funkenflächen6 ,8 sind jeweils eben ausgebildet. -
3 zeigt einen Detailausschnitt aus2 . In3 ist ein Abstand18 eingezeichnet. Durch die plane Ausbildung der ersten und zweiten Funkenflächen6 ,8 und deren parallele Anordnung ist der Abstand18 über die gesamte Fläche der Funkenflächen6 ,8 konstant. Des Weiteren zeigt3 eine imaginäre Ebene9 . In dieser Ebene9 liegt die Längsachse2 . Des Weiteren schneidet die Ebene9 die jeweilige erste oder zweite Funkenfläche6 ,8 mittig. in dem hier gezeigten Beispiel ist die Ebene9 für das dargestellte zweite Edelstahlblättchen7 an der Masseelektrode4 und somit für die zweite Funkenfläche8 eingezeichnet.3 zeigt einen Winkel α zwischen dieser Ebene9 und der zweiten Funkenfläche8 . Gemessen wird der jeweils kleinere Winkel. In den hier vorgestellten zwei Ausführungsbeispielen sind alle Funkenflächen6 ,8 mit dem gleichen Winkel α gegen die jeweilige imaginäre Ebene9 geneigt. - Durch Verdrehen der Mittelelektrode
3 und/oder der Masseelektrode4 koaxial zur Längsachse3 ändert sich der Abstand18 zwischen erster Funkenfläche6 und zweiter Funkenfläche8 . Dadurch kann, beispielsweise nach einem gewissen Verschleiß der Edelmetallblättchen5 ,7 , der Abstand18 nachjustiert werden. Durch die Neigung der Funkenflächen6 ,8 mit dem Winkel α und aufgrund der planen und parallelen Ausgestaltung der Funkenflächen6 ,8 verschieben sich die Funkenflächen6 ,8 annähernd parallel zueinander beim Einstellen des Abstandes18 . -
4 zeigt den Aufbau der Zündkerze1 , ausgebildet als Wirbelkammerzündkerze, des ersten Ausführungsbeispiels. Als weiterer Bestandteil der Zündkerze1 ist hier ein Gehäuse10 , ein Isolator11 , ein Panat12 und eine Kappe19 gezeigt. Mittels des Gehäuses10 wird die Zündkerze1 , beispielsweise in einen stationären Gasmotor, eingeschraubt. Das Gehäuse10 stellt dabei den Massekontakt zum Gasmotor her. In dem Gehäuse10 befindet sich die Mittelelektrode3 . Die Mittelelektrode3 greift dabei elektrisch leitend in das Panat12 ein. Das Panat12 und die Mittelelektrode3 sind mittels des Isolators11 gegenüber dem Gehäuse10 isoliert.4 zeigt des Weiteren eine Brennraumseite14 und eine brennraumabgewandte Seite15 der Zündkerze1 . Dementsprechend wird an der Mittelelektrode3 ein brennraumabgewandtes Ende13 definiert. Dieses brennraumabgewandte Ende13 der Mittelelektrode3 ist bezüglich der Längsachse2 rotationssymmetrisch ausgebildet und ist gegenüber dem Panat12 drehbar. Hierzu wird insbesondere ein Gleitmittel zwischen dem brennraumabgewandten Ende13 und dem Panat12 verwendet. Um ein Herausrutschen der Mittelelektrode3 aus dem Panat12 bzw. aus dem Isolator11 zu vermeiden, weist das brennraumabgewandte Ende13 einen Absatz16 auf. Mit diesem Absatz16 stützt sich die Mittelelektrode3 am Isolator11 ab. - Die Kappe
19 ist brennraumseitig fest mit dem Gehäuse10 verbunden. Dadurch bildet die Kappe19 eine Wirbelkammer20 . In dieser Wirbelkammer20 befinden sich die Masseelektrode4 und ein brennraumseitiger Anteil der Mittelelektrode3 . Des Weiteren weist die Kappe19 eine Werkzeugöffnung21 auf. Diese Werkzeugöffnung21 ist koaxial mit der Längsachse2 ausgebildet. Die Mittelelektrode3 weist an ihrem brennraumseitigen Stirnende einen Werkzeugeingriff17 , ausgebildet als Schlitz, auf. Über die Werkzeugöffnung21 kann ein Werkzeug22 in die Wirbelkammer20 eingeführt werden. Mit dem Werkzeug22 kann in den Werkzeugeingriff17 an der Mittelelektrode3 eingegriffen werden und somit über das Werkzeug22 die Mittelelektrode3 verdreht werden. -
4 zeigt die Zündkerze1 , ausgebildet als Wirbelkammerzündkerze, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Hier ist die Kappe19 gegenüber dem Gehäuse10 drehbar angeordnet. Für einen dichten Abschluss zwischen der Kappe19 und dem Gehäuse10 ist ein Ring24 vorgesehen. Über eine Schweißverbindung23 ist die Masseelektrode4 drehfest und elektrisch leitend mit der Kappe19 verbunden. Somit kann durch Rotation der Kappe19 koaxial um die Längsachse2 die Masseelektrode4 verdreht werden. Alternativ oder zusätzlich ist es im zweiten Ausführungsbeispiel auch möglich, die Mittelelektrode3 , beispielsweise wie im ersten Ausführungsbeispiel, drehbar anzuordnen. - Die drehbare Mittelelektrode
3 und/oder die drehbare Masseelektrode4 sind mit einer selbsthemmenden Drehverbindung angeordnet, sodass ein eingestellter Abstand18 , z.B. bei Vibrationen, sich nicht selbstständig verändert. -
6 zeigt verschiedene Ausgestaltungen des Winkels α für die beiden Ausführungsbeispiele. Die linke Darstellung in6 zeigt den Winkel α mit 0°, wie er im Stand der Technik vorkommt. Hierbei befinden sich die Edelmetallblättchen5 ,7 in der sogenannten „Tangenten“-Lage. Die mittlere und die rechte Darstellung zeigen, wie erfindungsgemäß der Winkel α ausgebildet werden kann. So beträgt der Winkel α beispielsweise ca. 45° und kann bis zu 90° betragen.
Claims (10)
- Zündkerze (
1 ) umfassend – eine sich entlang einer Längsachse (2 ) der Zündkerze (1 ) erstreckende Mittelelektrode (3 ) mit zumindest einer ersten Funkenfläche (6 ), und – eine Masseelektrode (4 ) mit zumindest einer zweiten Funkenfläche (8 ), – wobei die erste Funkenfläche (6 ) gegenüber der zweiten Funkenfläche (8 ) angeordnet ist, sodass zwischen der ersten Funkenfläche (6 ) und der zweiten Funkenfläche (8 ) ein Zündfunken erzeugbar ist, – wobei die Mittelelektrode (3 ) gegenüber der Masseelektrode (4 ) koaxial zur Längsachse (2 ) drehbar ist, und/oder die Masseelektrode (4 ) gegenüber der Mittelelektrode (3 ) koaxial zur Längsachse (2 ) drehbar ist, und – wobei die erste Funkenfläche (6 ) und die zweite Funkenfläche (7 ) derart geneigt sind, dass durch Drehen der Mittelelektrode (3 ) gegenüber der Masseelektrode (4 ) und/oder der Masseelektrode (4 ) gegenüber der Mittelelektrode (3 ) ein Abstand (18 ) zwischen der ersten Funkenfläche (6 ) und der zweiten Funkenfläche (8 ) einstellbar ist. - Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funkenfläche (
6 ) und die zweite Funkenfläche (8 ) mit einem Winkel (α) zu einer Ebene (9 ) geneigt sind, wobei die Längsache (2 ) in der Ebene (9 ) liegt und die Ebene (9 ) die jeweilige Funkenfläche (6 ,8 ) mittig schneidet, und wobei der Winkel (α) größer 0° ist, vorzugsweise zwischen 5° und 90° liegt. - Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funkenfläche (
6 ) an einem ersten Edelmetallblättchen (5 ) der Mittelelektrode (3 ) ausgebildet ist, und die zweite Funkenfläche (8 ) an einem zweiten Edelmetallblättchen (7 ) der Masseelektrode (4 ) ausgebildet ist. - Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funkenfläche (
6 ) und die zweite Funkenfläche (8 ) ebene oder abgerundete Flächen sind. - Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere am Umfang der Mittelelektrode (
3 ) verteilte erste Funkenflächen (6 ) und mehrere am Umfang der Masseelektrode (4 ) verteilte zweite Funkenflächen (8 ). - Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein brennraumabgewandtes Ende (
13 ) der Mittelelektrode (3 ) bezüglich der Längsachse (2 ) rotationssymmetrisch ist und drehbar in einem Panat (12 ) steckt. - Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen brennraumseitigen Werkzeugeingriff (
17 ) an der Mittelelektrode (3 ), wobei die Mittelelektrode (3 ) mittels des Werkzeugeingriffes (17 ) gegenüber der Masseelektrode (4 ) koaxial zur Längsachse (2 ) drehbar ist. - Wirbelkammerzündkerze, insbesondere für stationäre Gasmotoren, umfassend – eine Zündkerze (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und – eine brennraumseitig angeordnete Kappe (19 ) an der Zündkerze (1 ) zur Ausbildung einer Wirbelkammer (20 ). - Wirbelkammerzündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (
4 ) drehfest mit der Kappe (19 ) verbunden ist und die Kappe (19 ) zum Einstellen des Abstandes (18 ) zwischen der ersten Funkenfläche (6 ) und der zweiten Funkenfläche (8 ) gegenüber der Mittelelektrode (3 ) koaxial zur Längsachse (2 ) drehbar ist. - Wirbelkammerzündkerze nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Werkzeugöffnung (
21 ) in der Kappe (19 ), wobei ein Werkzeug (22 ) zum Verdrehen der Mittelelektrode (3 ) durch die Werkzeugöffnung (21 ) durchsteckbar ist.
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