DE102016206993A1

DE102016206993A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102016206993A1
Application number: DE102016206993.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Maul; Steffen Kuhnert
Original assignee: DKT Verwaltungs GmbH
Current assignee: DKT Verwaltungs GmbH
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-10-26
Also published as: WO2017186239A1; EP3281264A1; EP3281264B1

Abstract

Eine Zündkerze, insbesondere Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse (5), einer Zündelektrode (4) und einer Masseelektrode (1), wobei eine Versorgungsleitung (9) zur Beaufschlagung der Zündelektrode (4) mit elektrischer Spannung angeordnet ist und wobei die Versorgungsleitung (9) einen der Zündelektrode (4) zugewandten vorderen Bereich (10) und einen einer Zündspule zugewandten hinteren Bereich (11) aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der hintere Bereich (11) der Versorgungsleitung (9) einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand aufweist, um als Entstörwiderstand zu wirken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse, einer Zündelektrode und einer Masseelektrode, wobei eine Versorgungsleitung zur Beaufschlagung der Zündelektrode mit elektrischer Spannung angeordnet ist und wobei die Versorgungsleitung einen der Zündelektrode zugewandten vorderen Bereich und einen einer Zündspule zugewandten hinteren Bereich aufweist.
Zündkerzen der in Rede stehenden Art sind seit Jahren aus der Praxis bekannt. Diese dienen bei einem Verbrennungsmotor der Entflammung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Zylinders. Dabei zündet ein Hochspannungsfunken an der Zündkerze das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Beispielsweise ist in der EP 1 961 090 A1 eine Zündkerze umfassend eine Zündelektrode und eine Masseelektrode beschrieben. Die Zündkerze weist ein verlängertes Rohrgehäuse auf, in dem eine Versorgungsleitung zur Beaufschlagung der Zündelektrode mit elektrischer Spannung verläuft. Die Versorgungsleitung umfasst einen der Zündspule zugewandten hinteren Bereich sowie einen der Zündelektrode zugewandten vorderen Bereich. Der vordere Bereich wird von einem Glaskörper gebildet, in dem Kupfer- und Kohlenstoffpartikel eingelagert sind, so dass sich ein definierter Widerstand ergibt, der als Entstörwiderstand wirkt. Der Entstörwiderstand dient dazu, die durch die Zündfunken erzeugten hochfrequenten Störimpulse zu unterdrücken, um die für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten.
Bei den bekannten Zündkerzen ist problematisch, dass diese im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt sind, so dass auch der Entstörwiderstand erhitzt wird. Des Weiteren heizt sich der Entstörwiderstand durch den fließenden Strom auf. Dies führt dazu, dass sich der elektrische Widerstand des Entstörwiderstandes ändert, nämlich aufgrund der erhöhten Temperatur. Des Weiteren heizt der Entstörwiderstand die Zündkerze insgesamt auf, was sich negativ auf die Zündung und somit die Lebensdauer der Zündkerze sowie die Funktion des Motors auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige Entstörung unter Vermeidung einer übermäßigen Erhitzung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Zündkerze dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der hintere Bereich der Versorgungsleitung einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand aufweist, um als Entstörwiderstand zu wirken.
In erfindungsgemäßer Weise ist in Abkehr von einem Vorurteil der Fachwelt zunächst erkannt worden, dass ein Entstörwiderstand nicht zwangsweise im vorderen Bereich der Versorgungsleitung vorgesehen sein muss. Im Konkreten ist erkannt worden, dass eine Entstörung in verblüffend einfacher Weise realisierbar ist, indem ausschließlich der hintere Bereich der Versorgungsleitung einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand aufweist und somit als Entstörwiderstand wirkt. Aufgrund des fehlenden Entstörwiderstandes im vorderen Bereich der Versorgungsleitung ist die Hitzeentwicklung äußerst gering, so dass sich die Zündeigenschaften wesentlich verbessern. Des Weiteren wirkt sich die erfindungsgemäße Konstruktion positiv auf die Lebensdauer der Zündkerze aus.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Begriff Entstörwiderstand im weitesten Sinne zu verstehen ist, nämlich eine Fernentstörung – die Herabsetzung der Störfeldstärke zum Schutz des Rundfunk- und Fernsehempfangs – und/oder eine Nahentstörung – beispielweise die Herabsetzung der Störfeldstärke zur Vermeidung von Störungen der Lichtmaschine – umfassen kann.
In vorteilhafter Weise kann der zweite Bereich der Versorgungsleitung einen elektrischen Widerstand von 3 kΩ/m bis 10 kΩ/m, insbesondere 4 kΩ/m bis 8 kΩ/m aufweisen. Insbesondere ein elektrischer Widerstand von 5 kΩ/m bis 6 kΩ/m hat sich als besonders vorteilhaft für die Realisierung eines Entstörwiderstandes erwiesen.
Im Konkreten kann der zweite Bereich der Versorgungsleitung durch ein Zündkabel realisiert sein. Dabei kann es sich um ein handelsübliches Zündkabel handeln, welches einen entsprechend hohen elektrischen Widerstand aufweist, so dass dieser als Entstörwiderstand wirkt. Durch diese konstruktive Maßnahme ist die Zündkerze besonders einfach und preisgünstig in der Herstellung. Beispielsweise kann es sich um eine Reaktanz-Zündleitung handeln, die einen Silikonmantel aufweist, der ein Textilgeflecht umgibt. Innerhalb des Textilgeflechtes kann eine Silikonisolierung vorgesehen sein, die einen Edelstahlwiderstandsdraht umgibt, der für eine optimale Hochspannungsübertragung bei gleichbleibenden Widerstandswerten sorgt. Innerhalb des Edelstahlwiderstandsdrahtes kann ein ferromagnetisches Silikon zur Realisierung der Entstörwirkung angeordnet sein, das von einem Träger gehalten wird.
In weiter vorteilhafter Weise kann der vordere Bereich der Versorgungsleitung einen elektrischen Leiter aufweisen. Bei dem elektrischen Leiter kann es sich beispielsweise um einen Draht handeln. Um eine zuverlässige Funktionsweise der Zündkerze zu gewährleisten kann der elektrische Leiter zumindest bereichsweise von einer Abdichtung umgeben sein. In idealer Weise kann es sich bei der Abdichtung um eine Glasschmelze handeln.
Um die Kapazität zwischen dem hinteren Bereich der Versorgungsleitung und der Zündelektrode möglichst gering zu halten, kann der elektrische Leiter einen Durchmesser von weniger als einem Millimeter, vorzugsweise von weniger als 0,7 mm, aufweisen. In idealer Weise kann der elektrische Leiter einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen. Zur Realisierung eines möglichst geringen elektrischen Widerstandes kann der elektrische Leiter aus Nickel oder einer Nickellegierung hergestellt sein.
Des Weiteren ist denkbar, dass der vordere Bereich einen Elektrodenstift aufweist, der an einem Ende mit einem Zündelektrodenträger und an dem anderen Ende mit dem elektrischen Leiter verbunden ist. Diese Anordnung gewährleistet eine äußerst effektive Beaufschlagung der Zündelektrode mit der benötigten Versorgungsspannung. Zur weiteren Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit kann der Elektrodenstift einen Kupferkern aufweisen.
Zur Abschirmung des vorderen Bereichs kann ein Isolator ausgebildet sein, welcher den vorderen Bereich zumindest teilweise umschließt. Der Isolator kann in bevorzugter Weise aus einer Keramik bestehen, beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder einem Verbundwerkstoff umfassend Aluminiumnitrid bzw. Aluminiumoxid.
In weiter vorteilhafter Weise kann sich eine Gehäuseverlängerung, beispielsweise aus Stahl, an das Gehäuse der Zündkerze anschließen. Die Gehäuseverlängerung kann dabei insbesondere rohrförmig ausgebildet sein und/oder an dem Gehäuse über eine Schweißverbindung festgelegt sein. Des Weiteren kann zwischen der Gehäuseverlängerung und der Versorgungsleitung ein elektrisch isolierendes Material angeordnet sein, insbesondere mit einer Durchschlagfestigkeit von über 5 kV/m. Das elektrisch isolierende Material kann beispielsweise ein Gel, insbesondere ein Silikongel sein. Vorzugsweise kann es sich dabei um eine gießbare Zwei-Komponenten-Mischung handeln.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze und
2 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Vorkammerzündkerze, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht zwangsweise als Vorkammerzündkerze ausgebildet sein muss.
Die Zündkerze umfasst eine als Masseelektrode 1 dienende Kappe 2. Innerhalb der von der Kappe 2 gebildeten Vorkammer 3 ist eine Zündelektrode 4 angeordnet. Des Weiteren schließt sich an die Kappe 2 ein Gehäuse 5 an, ist nämlich mit der Kappe 2 über eine Schweißnaht 6 verbunden. An dem Gehäuse 5 sind ein Gewinde 7 sowie eine Dichtung 8 ausgebildet, so dass die Zündkerze sicher mit dem Zündraum verbindbar ist und diesen abschließt. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass ein Abschnitt des Gehäuses 5 konisch ausgebildet ist, so dass die Zündkerze über eine Klemmung mit dem Zündraum verbindbar ist.
Die Zündelektrode 4 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von zwei Streifen mit jeweils bogenförmig gekrümmten Enden realisiert. Die Streifen weisen jeweils zwei Enden auf, die als Zündfläche wirken. Dabei ist denkbar, dass die Streifen aus einer Iridiumlegierung oder einer Platinlegierung bestehen.
Um die Zündelektrode 4 mit elektrischer Spannung zu versorgen, ist eine Versorgungsleitung 9 vorgesehen, die einen vorderen Bereich 10 und einen hinteren Bereich 11 aufweist. Der vordere Bereich 10 wird von einem Elektrodenstift 12 und einem elektrischen Leiter 13 gebildet. Der elektrische Leiter 13 kann als Draht, insbesondere bestehend aus Nickel oder aus einer Nickellegierung, realisiert sein. Der elektrische Leiter 13 ist mit dem Elektrodenstift 12 verbunden, der mit einem Zündelektrodenträger 14 in Kontakt steht. Des Weiteren ist eine Abdichtung 15 um einen Bereich des elektrischen Leiters 13 und des Elektrodenstiftes 12 ausgebildet. Die Abdichtung 15 kann beispielsweise als Glasschmelze realisiert sein. Der vordere Bereich 10 ist von einem Isolator 16 umgeben, der aus einer Keramik hergestellt sein kann, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Durch die Konstruktion des vorderen Bereichs 10 weist dieser einen äußerst geringen elektrischen Widerstand auf.
An den elektrischen Leiter 13 schließt sich ein Zündkabel 17 an, das den hinteren Bereich 11 bildet und somit integraler bzw. fester Bestandteil der Zündkerze ist. An dem der Zündspule zugewandten Ende des Zündkabels 17 ist ein Verbindungsmittel 18 vorgesehen, um eine sichere mechanische und elektrische Verbindung mit der Zündspule bzw. der Zündanlage zu gewährleisten. Aufgrund des geringen Durchmessers des elektrischen Leiters 13 ist die Kapazität des Abschnitts zwischen Zündkabel 17 und Zündelektrode 4 äußerst niedrig. Das Zündkabel 17 weist einen elektrischen Widerstand auf, der ausreichend ist, um als Entstörwiderstand zu wirken. Somit wird der Entstörwiderstand ausschließlich von dem hinteren Bereich 11, nämlich dem Zündkabel 17 realisiert. Dadurch wird die Hitzeentwicklung der Zündkerze mit verblüffend einfachen Mitteln optimiert und eine sichere Entstörung ist gewährleistet.
An dem Gehäuse 5 ist eine Gehäuseverlängerung 19 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gehäuseverlängerung 19 rohrförmig ausgebildet und über eine Schweißnaht 20 mit dem Gehäuse verbunden. Die Gehäuseverlängerung 19 schließt zumindest einen Teil des vorderen Bereichs 10 und des hinteren Bereichs 11 ein. Zwischen dem vorderen Bereich 10 bzw. dem hinteren Bereich 11 und der Gehäuseverlängerung 19 ist ein elektrisch isolierendes Material 21, beispielsweise ein Silikongel, angeordnet. Das isolierende Material 21 kann in besonders vorteilhafter Weise eine Durchschlagsfestigkeit von über 5 kV/mm aufweisen. In 1 ist weiterhin eine Angriffstelle 22 für ein Handhabungsmittel gezeigt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Sechskant handeln, so dass die Zündkerze mit einem korrespondierenden Schlüssel in den Zündraum einschraubbar ist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Masseelektrode
2: Kappe
3: Vorkammer
4: Zündelektrode
5: Gehäuse
6: Schweißnaht
7: Gewinde
8: Dichtung
9: Versorgungsleitung
10: vorderer Bereich
11: hinterer Bereich
12: Elektrodenstift
13: elektrische Leiter
14: Zündelektrodenträger
15: Abdichtung
16: Isolator
17: Zündkabel
18: Verbindungsmittel
19: Gehäuseverlängerung
20: Schweißnaht
21: isolierendes Material
22: Angriffstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1961090 A1 [0003]

Claims

Zündkerze, insbesondere Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse (5), einer Zündelektrode (4) und einer Masseelektrode (1), wobei eine Versorgungsleitung (9) zur Beaufschlagung der Zündelektrode (4) mit elektrischer Spannung angeordnet ist und wobei die Versorgungsleitung (9) einen der Zündelektrode (4) zugewandten vorderen Bereich (10) und einen einer Zündspule zugewandten hinteren Bereich (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der hintere Bereich (11) der Versorgungsleitung (9) einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand aufweist, um als Entstörwiderstand zu wirken.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Bereich (11) einen elektrischen Widerstand von 3 kΩ/m bis 10 kΩ/m, insbesondere 4 kΩ/m bis 8 kΩ/m, vorzugsweise 5 kΩ/m bis 6 kΩ/m, aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Bereich (11) durch ein Zündkabel (17) realisiert ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Bereich (10) einen elektrischen Leiter (13), insbesondere einen Draht, aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (13) zumindest bereichsweise von einer Abdichtung (15), insbesondere einer Glasschmelze, umgeben ist.
Zündkerze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (13) einen Durchmesser von weniger als 1,0 mm, vorzugsweise von weniger als 0,7 mm, aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (13) aus Nickel oder einer Nickellegierung hergestellt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Bereich (10) einen Elektrodenstift (12) aufweist, der an einem Ende mit einem Zündelektrodenträger (14) und an dem anderen Ende mit dem elektrischen Leiter (13) verbunden ist.
Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstift (12) einen Kupferkern aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolator (16) vorzugsweise aus Keramik, den vorderen Bereich (10) zumindest teilweise umschließt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine, insbesondere rohrfömige, Gehäuseverlängerung (19) an das Gehäuse (5) anschließt.
Zündkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseverlängerung (19) zumindest einen Teil der Versorgungsleitung (9) umgibt und dass zwischen der Gehäuseverlängerung (19) und der Versorgungsleitung (9) ein elektrisch isolierendes Material (21) angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrisch isolierenden Material (21) um ein Gel, insbesondere ein Silikongel, handelt.