DE102015221394B4

DE102015221394B4 - Zündkerze mit erhöhtem Anzugsdrehmoment und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015221394B4
Application number: DE102015221394.3A
Authority: DE
Inventors: Chris Schimmel; Ba Thien Chuong Vo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2035-11-03
Also published as: EP3371861A1; DE102015221394A1; ES2932559T3; EP3371861B1; US20180323582A1; WO2017076650A1; US10340665B2

Abstract

Zündkerze (1), umfassend:- einen Isolator (2),- ein Gehäuse (3) mit einer Dichtfläche (4), und- einen Dichtring (6), welcher an der Dichtfläche (4) anliegt,- wobei die Dichtfläche (4) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Dichtrings (6) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1) größer ist als eine Tiefe (T) der Ausnehmungen (5) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche mit einem erhöhten Anzugsdrehmoment in einem Zylinderkopf oder dgl. einer Brennkraftmaschine fixiert werden kann, sowie eine Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise aus der US 5 937 813 A oder der JP S55 - 78 758 U , die den Oberbegriff offenbart. Zündkerzen werden üblicherweise mittels eines Gewindes in eine Gewindebohrung in einem Zylinderkopf eingedreht. Beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung werden in der Regel Drehmomente zwischen 10 Nm bis 30 Nm aufgebracht. Das Gewinde der Zündkerze ist üblicherweise an einem Gehäuse der Zündkerze vorgesehen. Eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Zylinderkopf erfolgt z.B. über einen äußeren Dichtring am Gehäuse, welcher im Schnitt in einer gefalteten Form vorgesehen ist und beim Eindrehen der Zündkerze gequetscht wird. Aufgrund der ansteigenden Anforderungen im Bereich von Brennkraftmaschinen werden in jüngster Zeit verstärkt kleinere Motoren mit kleineren Zylinderköpfen und einem kompakteren Aufbau verwendet. Hierbei benötigt man jedoch kleinere Zündkerzen, welche von den Gewindegrößen M14 und M12 auf die Gewindegrößen M10 und M8 übergehen. Hierdurch kann es jedoch beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung aufgrund der kleineren Größe des Gewindes zu einer plastischen Verformung am Gewinde bis hin zu einem Riss am Zündkerzengehäuse kommen. Für eine sichere Fixierung der Zündkerze muss diese jedoch mit einem vorbestimmten Mindestdrehmoment in den Zylinderkopf eingebracht werden, da ansonsten Undichtigkeiten sowie ein unbeabsichtigtes Lösen der Zündkerze auftreten könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Zündkerze bereitzustellen, bei der die oben beschriebene Nachteile minimiert sind.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Zündkerzen trotz reduzierten Abmessungen mit hohen Anzugsdrehmomenten in einer Zylinderkopfbohrung eingebracht werden können. Hierbei treten keine Verformungen der Gewindeverbindung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf auf. Erfindungsgemäß wird insbesondere ein vergrößerter Reibwert zwischen einem Dichtring und der Zündkerze einerseits und dem Dichtring und der Zylinderkopfbohrung andererseits erreicht. Hierdurch kann eine erhöhte Abdrehfestigkeit der Zündkerze erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zündkerze einen Isolator, ein Gehäuse mit einer Dichtfläche und einen Dichtring umfasst. Der Dichtring liegt an der Dichtfläche des Gehäuses an und die Dichtfläche weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Durch die Vielzahl von Ausnehmungen an der Dichtfläche wird erreicht, dass sich beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung der Dichtring plastisch verformt und teilweise und/oder vollständig die Ausnehmungen in der Dichtfläche ausfüllt. Hierdurch wird insbesondere nicht nur ein verbesserter Reibschluss zwischen Dichtring und Gehäuse der Zündkerze erreicht, sondern auch ein teilweise oder vollständiger Formschluss am Dichtring. Dadurch können erhöhte Reibwerte erreicht werden. Vorteilhafterweise beträgt der Reibwert mindestens 0,25.
Erfindungsgemäß ist eine Dicke des Dichtrings größer als eine Tiefe der Ausnehmungen in der Dichtfläche. Vorzugsweise ist die Dicke um einen Faktor in einem Bereich von 4 bis 6 größer als eine Tiefe der Ausnehmungen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung entspricht ein Außenumfang der Dichtfläche dem größten Durchmesser des Gehäuses der Zündkerze. Dadurch kann ein großer Dichtflächenbereich zwischen Dichtring und Gehäuse der Zündkerze ermöglicht werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise sind die Ausnehmungen in der Dichtfläche zu einem Außenumfang des Gehäuses der Zündkerze offen. Hierdurch wird insbesondere eine einfachere plastische Verformung des Dichtrings während des Eindrehens ermöglicht. Weiterhin kann gegebenenfalls überschüssiges plastisch verformtes Material des Dichtrings an der offenen Seite der Ausnehmung austreten.
Weiter bevorzugt ist die Dichtfläche an einem umlaufenden Vorsprung des Gehäuses vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere eine gute Abdichtung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf erreicht werden.
Bevorzugt ist die Dichtfläche an einem senkrecht zur Axialrichtung der Zündkerze vorgesehenen Mantelbereich des Gehäuses angeordnet. Hierdurch wird auch ein äußerer Dichtring zur Fixierung und Abdichtung der Zündkerze an der Zylinderkopfbohrung verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Ausnehmungen in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung an der Dichtfläche angeordnet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Reibwert entlang des Umfangs zwischen Dichtring und Gehäuse sichergestellt.
Bevorzugt ist zwischen den Ausnehmungen und der Dichtfläche ein sprunghafter Übergang vorgesehen. Hierdurch können besonders hohe Reibwerte zwischen Dichtring und Dichtfläche im montierten Zustand erreicht werden.
Vorzugsweise sind an der Dichtfläche eine gerade Zahl von Ausnehmungen, insbesondere zwischen 4 und 10 Ausnehmungen, vorgesehen.
Ferner weist das Gehäuse vorzugsweise ein metrisches ISO-Gewinde M10 oder ein M8 gemäß DIN 13-1, Ausgabe 11.1999, auf. Dadurch können die Abmessungen des Gehäuses und somit der gesamten Zündkerze reduziert werden, so dass diese insbesondere für kleinbauende Motoren mit beengten Platzverhältnissen geeignet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei zwischen der Zündkerze und einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein metrisches M10-Gewinde oder ein metrisches M8-Gewinde gemäß DIN 13-1, Ausgabe 11.1999, vorgesehen ist.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Zündkerze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht eines Gehäuses der Zündkerze von 1 mit eingelegtem Dichtring,
3 eine schematische, perspektivische Ansicht des Gehäuses von 2 ohne Dichtring, und
4 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses der Zündkerze von 1.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Zündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolator 2, welcher üblicherweise aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. Ferner ist ein Gehäuse 3 vorgesehen, welches aus einem Metallmaterial vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Mittelelektrode und das Bezugszeichen 9 eine Masseelektrode. Die 1 zeigt die Zündkerze im Schnitt in Axialrichtung X-X.
Die Zündkerze 1 umfasst ferner eine Dichtfläche 4, welche am Gehäuse 3 vorgesehen ist. Die Dichtfläche 4 ist dabei senkrecht zur Axialrichtung X-X ausgerichtet. Die Dichtfläche 4 ist an einem Vorsprung 30 des Gehäuses 3 vorgesehen. Ein Außenumfang 40 im Bereich des Vorsprungs 30 ist dabei größer als ein Durchmesser eines Außengewindes 41 zur Fixierung der Zündkerze in einem Zylinderkopf. Der Außenumfang 40 stellt dabei den größten Durchmesser des Gehäuses 3 bereit.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, weist die Dichtfläche 4 eine Vielzahl von Ausnehmungen 5 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind acht Ausnehmungen 5 vorgesehen. Die Ausnehmungen 5 weisen eine bogenförmige Form auf und sind in Richtung zum Außenumfang 40 offen (vgl. 3 und 4). Alternative können die Ausnehmungen 5 auch eine keilförmige Form aufweisen, wobei sich die keilförmige Ausnehmung 5 vom Außenumfang 40 in Richtung der Zündkerzen Längsachse erstreckt. Dabei ist die Spitze der keilförmigen Ausnehmung 5 in Richtung Zündkerzen Längsachse und die Basis der keilförmigen Ausnehmung 5 in Richtung Außenumfang 40 angeordnet, wobei die die Basis der keilförmigen Ausnehmung 5 in Richtung zum Außenumfang 40 offen ist.
Zwischen den Ausnehmungen 5 und der Dichtfläche 4 ist jeweils ein sprunghafter Übergang 7 vorgesehen. Eine Grundfläche 50 der Ausnehmungen 5 ist dabei parallel zur Fläche der Dichtflächen 4.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 einen Dichtring 6. Der Dichtring 6 liegt im montierten Zustand an der Dichtfläche 4 an. Der Dichtring 6 weist einen rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen quadratischen Querschnitt, auf.
Eine Dicke D des Dichtrings 6 in Axialrichtung X-X der Zündkerze ist dabei größer als eine Tiefe T der Ausnehmung 5 in Axialrichtung X-X.
Die Tiefe der Ausnehmungen ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 1 mm.
2 zeigt den Zustand der Zündkerze, in welchem der Dichtring 6 lose auf die Dichtfläche 4 aufgelegt ist. Hierbei sind deutlich die Ausnehmungen 5 mit Tiefe T erkennbar. Beim Eindrehen der Zündkerze 1 in eine nicht gezeigte Zylinderkopfbohrung mit Innengewinde erfolgt nun, sobald der Dichtring 6 an einer Auflagefläche des Zylinderkopfs aufliegt, eine plastische Verformung des Dichtrings 6 derart, dass dieser teilweise oder vollständig die Ausnehmungen 5 ausfüllt. Da die Ausnehmungen 5 zur radialen Außenseite offen ausgestaltet sind (vgl. 3), kann somit gegebenenfalls auch überschüssiges, plastisch verformtes Material des Dichtrings 6 nach außen abfließen.
Erfindungsgemäß wird somit während des Eindrehvorgangs neben der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Dichtfläche 4 und dem Dichtring 6 auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem plastisch verformten Dichtring 6 und den Ausnehmungen 5 erreicht. Hierdurch wird auch ein höherer Reibwert zwischen Dichtring und Gehäuse 3 ermöglicht. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Abdrehfestigkeit der Zündkerze, somit kann die Zündkerze, auch bei einem kleineren Gewindedurchmesser des Außengewindes 41, z.B. M8 oder M10 (metrische Gewinde DIN 13-1, Ausgabe 11.1999), mit einem hohen Anzugsdrehmoment im Zylinderkopf fixiert werden, ohne dass es zu einer Beschädigung der Gewindegänge oder gar zu einem Riss des Gehäuses 3 kommt.
Es sei angemerkt, dass eine Summe aller Flächen der Ausnehmungen 5 ungefähr 50% der Gesamtfläche der zur Dichtfläche 4 gerichteten Fläche des Dichtrings 6 entspricht.
Die Ausnehmungen 5 werden vorzugsweise mittels eines Umformverfahrens mit einem entsprechend ausgeformten Stempel erzeugt.
Weiter bevorzugt ist eine Oberfläche der Dichtfläche 4 und der Ausnehmungen 5 mit einer vorbestimmten Rauhheit ausgeführt. Hierdurch kann ein Reibwert weiter erhöht werden. Vorteilhafterweise beträgt der Reibwert mindestens 0,25.
Somit kann erfindungsgemäß eine Zündkerze für kleinere Brennkraftmaschinen mit relativ kleinem Gewinde bereitgestellt werden, welche trotz des kleineren metrischen Gewindes (z.B. M8 oder M10) mit erhöhtem Anzugsdrehmoment fixiert werden kann.

Claims

Zündkerze (1), umfassend: - einen Isolator (2), - ein Gehäuse (3) mit einer Dichtfläche (4), und - einen Dichtring (6), welcher an der Dichtfläche (4) anliegt, - wobei die Dichtfläche (4) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Dichtrings (6) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1) größer ist als eine Tiefe (T) der Ausnehmungen (5) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1).
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenumfang (40) der Dichtfläche (4) dem größten Durchmesser des Gehäuses (3) entspricht.
Zündkerze (1), umfassend: - einen Isolator (2), - ein Gehäuse (3) mit einer Dichtfläche (4), und - einen Dichtring (6), welcher an der Dichtfläche (4) anliegt, - wobei die Dichtfläche (4) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenumfang (40) der Dichtfläche (4) dem größten Durchmesser des Gehäuses (3) entspricht.
Zündkerze (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Dichtrings (6) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1) größer ist als eine Tiefe (T) der Ausnehmungen (5) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1).
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5) zu einem Außenumfang (40) des Gehäuses (3) offen sind.
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) am Gehäuse (3) an einem umlaufenden Vorsprung (30) des Gehäuses (3) vorgesehen ist.
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) an einem senkrecht zur Axialrichtung (X-X) der Zündkerze (1) vorgesehenen Mantelbereich des Gehäuses (3) angeordnet ist.
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5) in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausnehmungen (5) und der Dichtfläche (4) ein sprunghafter Übergang (7) vorgesehen ist.
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ausnehmungen (5) eine gerade Zahl ist, insbesondere in einem Bereich von 4 bis 10 Ausnehmungen (5).
Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (3) ein Außengewinde (41) als metrisches Gewinde M10 oder M8 vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine, umfassend eine Zündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und eine metrische M8-Gewinde-Verbindung oder eine metrische M10-Gewinde-Verbindung zwischen Zündkerze (1) und Zylinderkopf.