DE102018110571A1

DE102018110571A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018110571A1
Application number: DE102018110571.1A
Authority: DE
Inventors: Björn Dirumdam; Johannes Bär
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20190341747A1; CN110445015A; JP2019194984A; US10637213B2; CN110445015B; FI20195253A1; JP7254609B2; KR102624975B1; KR20190127569A

Abstract

Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Mittelelektrode (11), die einen ersten Körper (14) aus einem Elektrodengrundmaterial und einen zweiten Körper (15) aus einem Edelmetall umfasst, der mit dem ersten Körper (14) verbunden ist, mit einer in Radialrichtung um die Mittelelektrode (11) herum angeordneten Masseelektrode (12), mit einem zwischen der Mittelelektrode (11) und der Masseelektrode (12) ausgebildeten ringförmigen Zündspalt (13) zur Entzündung eines Brennstoffgemischs über einen sich zwischen der Mittelelektrode (11) und der Masseelektrode (12) ausbildenden Zündfunken, wobei der zweite Körper (15) der Mittelelektrode (11) als ringförmiges Element mit einer mittleren Ausnehmung (17) ausgebildet ist, wobei der erste Körper (14) der Mittelelektrode (11) einen Grundkörper (14a) und einen Vorsprung (14b) umfasst, der sich in die Ausnehmung (17) des zweiten Körpers (15) hinein erstreckt. Der zweite Körper (15) ist am ersten Körper (14) über einen im Bereich des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) zwischen dem ersten Körper (14) und dem zweiten Körper (15) ausgebildeten Hinterschnitt formschlüssig gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zündkerzen dienen der elektrischen Zündung eines in einer Brennkraftmaschine zu verbrennenden Brennstoffgemischs. Zwischen einer sogenannten Mittelelektrode und einer sogenannten Masseelektrode einer Zündkerze ist ein Zündspalt ausgebildet, in welchen sich zur Zündung des Brennstoffgemischs ein elektrischer Zündfunken ausbilden kann.
Bei Zündkerzen unterscheidet man grundsätzlich zwischen Zündkerzen mit einer hakenförmigen Masseelektrode und Zündkerzen mit einer ringförmigen Masseelektrode. So zeigt die DE 10 2011 077 279 A1 eine Zündkerze, deren Massenelektrode hakenförmig ausgebildet ist, wobei sich der Zündspalt in Axialrichtung der Mittelelektrode gesehen axial zwischen einem Ende der Mittelelektrode und einem Ende der hakenförmigen Masseelektrode erstreckt. Eine Zündkerze mit einer ringförmigen Masseelektrode ist aus der DE 10 2012 208 069 A1 bekannt, wobei sich dann der Zündspalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode in Radialrichtung um die Mittelelektrode herum erstreckt. Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer ringförmigen Masseelektrode, also einem sich in Radialrichtung um die Mittelelektrode herum erstreckenden Zündspalt.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass eine Mittelelektrode aus zwei Körpern zusammengesetzt ist, nämlich aus einem ersten Körper, der aus einem Elektrodengrundmaterial gefertigt ist sowie aus einem zweiten Körper, der aus einem Edelmetall gefertigt ist, wobei die beiden Körper miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, sind.
Bei aus der Praxis bekannten Zündkerzen besteht dabei die Gefahr, dass sich die beiden Körper der Mittelelektrode voneinander lösen und der aus Edelmetall gefertigte zweite Körper in die Brennkammer des die Zündkerze umfassenden Zylinders gelangt und unter Umständen aus dem Brennraum heraus in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine ausgetragen wird. Hierdurch können Beschädigungen an der Brennkraftmaschine verursacht werden.
Es besteht daher Bedarf an einer Zündkerze, bei welcher die Gefahr, dass sich die Körper der Mittelelektrode voneinander trennen, reduziert ist.
Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Zündkerze für eine Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der zweite Körper der Mittelelektrode als ringförmiges Element mit einer mittleren Ausnehmung ausgebildet. Der erste Körper der Mittelelektrode umfasst einen Grundkörper und einen Vorsprung, der sich in die Ausnehmung des zweiten Körpers hinein erstreckt. Der zweite Körper ist am ersten Körper über einen im Bereich des Vorsprungs des ersten Körpers zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper ausgebildeten Hinterschnitt formschlüssig gehalten.
Die hier vorliegende Erfindung schlägt erstmals vor, den zweiten Körper der Mittelelektrode am ersten Körper der Mittelelektrode über einen mechanischen Hinterschnitt, der zwischen diesen beiden Körpern der Mittelelektrode ausgebildet ist, formschlüssig zu fixieren. Selbst bei Versagen einer zwischen diesen beiden Körpern ausgebildeten Schweißverbindung kann so der zweite Körper sicher am ersten Körper gehalten werden. Die Gefahr von Beschädigungen an der Brennkraftmaschine wird hierdurch minimiert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ausnehmung im zweiten Körper trichterartig oder im Querschnitt konisch konturiert, und zwar konvergierend ausgehend von einer Axialfläche des zweiten Körpers, die eine Stirnfläche der Mittelelektrode abschnittsweise definiert, in Richtung auf eine Axialfläche des zweiten Körpers, die einer Axialfläche des Grundkörpers gegenüberliegt. Der Vorsprung des ersten Körpers ist kegelstumpfartig oder im Querschnitt konisch konturiert, und zwar divergierend ausgehend von der Axialfläche des Grundkörpers des ersten Körpers in Richtung auf eine Axialfläche des Vorsprungs des ersten Körpers, welche die Stirnfläche der Mittelelektrode abschnittsweise definiert. Hiermit kann der mechanische Hinterschnitt besonders einfach und vorteilhaft bereitgestellt werden, um den zweiten Körper formschlüssig am ersten Körper der Mittelelektrode zu halten.
Vorzugsweise ist der Vorsprung des ersten Körpers durch Umformung innerhalb der Ausnehmung im zweiten Körper ausgebildet ist. Hierdurch kann der Hinterschnitt besonders einfach bereitgestellt werden.
Vorzugsweise ist eine erste Schweißnaht zwischen einer axialen Fläche des Grundkörpers des ersten Körpers und einer axialen Fläche des zweiten Körpers ausgebildet, die sich vorzugsweise in Radialrichtung gesehen ausgehend von einer Umfangsfläche der Mittelelektrode in dieselbe hinein erstreckt. Vorzugsweise zusätzlich ist eine zweite Schweißnaht zwischen einer radial äußeren Fläche des Vorsprungs des ersten Körpers und einer die Ausnehmung des zweiten Körpers begrenzenden, radial inneren Fläche des zweiten Körpers ausgebildet, die sich vorzugsweise in Axialrichtung gesehen sich ausgehend von einer Stirnfläche der Mittelelektrode in dieselbe hinein erstreckt. Vorzugsweise sind beide Schweißnähte vorhanden. Hierdurch wird eine zur Verfügung stehende Schweißfläche erhöht. Selbst dann, wenn beide Schweißnähte versagen sollten, wird jedoch der zweite Körper am ersten Körper über den mechanischen Hinterschnitt sicher gehalten.
Vorzugsweise ist in die Axialfläche des Vorsprungs des ersten Körpers, welche die Stirnfläche der Mittelelektrode abschnittsweise definiert, eine Materialaussparung eingebracht. Über die Materialaussparung kann eine Spannungsreduktion im Bereich der Schweißnähte bereitgestellt werden, wodurch die Gefahr, dass die Schweißnähte versagen, reduziert werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Zündkerze.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Otto-Gasmotor, die der Zündung eines in der Brennkraftmaschine zu verbrennenden Brennstoffgemischs dient.
1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt aus einer Zündkerze 10 im Bereich einer Mittelelektrode 11 und einer in Radialrichtung um die Mittelelektrode 11 herum angeordneten Masseelektrode 12. Zwischen der Mittelelektrode 11 und der Masseelektrode 12 ist ein ringförmiger Zündspalt 13 in Form eines Ringspalts oder eines segmentierten Ringspalts ausgebildet, welcher zur Entzündung eines Brennstoffgemischs über einen sich zwischen der Mittelelektrode 11 und der Masseelektrode 12 ausbildenden, elektrischen Zündfunken vorgesehen ist.
Die Mittelelektrode 11 besteht aus einem ersten Körper 14 und einem zweiten Körper 15, die vorzugsweise durch Verschweißen miteinander verbunden sind. Der erste Körper 14 besteht aus einem Elektrodengrundmaterial. Der zweite Körper 15 besteht aus einem Edelmetall.
Um eine gute Verbindung zwischen den beiden Körpern 14, 15 der Mittelelektrode 11 zu gewährleisten und die Gefahr zu verringern, dass sich der zweite Körper 15 aus dem Edelmetall von dem ersten Körper 14 aus dem Elektrodengrundmaterial löst, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Körper 14 der Mittelelektrode 11 einen Grundkörper 14a und ein gegenüber dem Grundkörper 14a in Axialrichtung A vorstehenden Vorsprung 14b aufweist. Der zweite Körper 15 ist als ringförmiges Element mit einer mittleren Ausnehmung 17 ausgebildet, in die sich der Vorsprung 14b des ersten Körpers 14 hinein erstreckt. Der zweite Körper 15 ist am ersten Körper 14 über einen im Bereich des Vorsprungs 14b des ersten Körpers 14 zwischen dem ersten Körper 14 und dem zweiten Körper 15 ausgebildeten Hinterschnitt formschlüssig gehalten. Sollte eine Schweißverbindung, auf die später eingegangen wird und die zwischen den beiden Körpern 14, 15 ausgebildet ist, versagen, so wird durch den mechanischen Hinterschnitt der zweite Körper 15 dennoch am ersten Körper 14 unverlierbar gehalten.
Zur Bereitstellung des mechanischen Hinterschnitts zwischen den beiden Körpern 14, 15 der Mittelelektrode 11 ist die Ausnehmung 17 im zweiten Körper 15 trichterförmig bzw. im Querschnitt konisch konturiert. Die Ausnehmung 15 im zweiten Körper 15 ist dabei derart konisch konturiert, dass die Ausnehmung 17 konvergiert, nämlich ausgehend von einer Axialfläche 26 des zweiten Körpers 15, die eine Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 abschnittsweise definiert, in Richtung auf eine Axialfläche 25 des zweiten Körpers 15, die einer Axialfläche 24 des Grundkörpers 14a der Mittelelektrode 11 gegenüberliegt.
Der Vorsprung 14b des ersten Körpers 14, der sich in diese Ausnehmung 17 im zweiten Körper 15 der Mittelelektrode 11 hinein erstreckt, ist im Querschnitt kegelstumpfartig bzw. konisch konturiert, und zwar derart, dass derselbe divergiert, nämlich ausgehend von der Axialfläche 24 des Grundkörpers 14a des ersten Körpers 14 der Mittelelektrode 11 in Richtung auf eine Axialfläche 27 des Vorsprungs 14b des Körpers 15, die zusammen mit der Axialfläche 26 des zweiten Körpers 15 die Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 definiert.
Der Vorsprung 14b des ersten Körpers 14, der zusammen mit der Ausnehmung 17 des zweiten Körpers 15 den mechanischen Hinterschnitt ausbildet, ist durch Umformung innerhalb der Ausnehmung 17 ausgebildet. So zeigt 1 in gestrichelter Linienführung einen zylinderartigen Vorsprung 14b' des ersten Körpers 14 der Mittelelektrode 11, der sich in die Ausnehmung 17 im zweiten Körper 15 der Mittelelektrode 11 hinein erstreckt und gegenüber der Axialfläche 26 des zweiten Körpers 15, welche die Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 abschnittsweise definiert, in Axialrichtung A vorsteht. In Radialrichtung besteht ein deutliches Spiel zwischen diesem zylinderartigen Vorsprung 14b' und der konisch konturierten Ausnehmung 17 des zweiten Körpers 15.
Durch Umformen des zylinderartigen Vorsprungs 14b', nämlich durch plastisches Verformen desselben, ist derselbe in die kegelstumpfartig bzw. im Querschnitt konisch konturierte Gestaltung überführbar, und zwar unter Ausbildung des Vorsprungs 14b, der zusammen mit der Ausnehmung 17 im zweiten Körper 15 den mechanischen Hinterschnitt zur formschlüssigen Fixierung des zweiten Körpers 15 am ersten Körper 14 bereitstellt.
Zur zusätzlichen stoffschlüssigen Verbindung von zweitem Körper 15 und erstem Körper 14 sind vorzugsweise zwei Schweißnähte 18, 19 ausgebildet.
Eine Schweißnaht 18 ist zwischen einer radial äußeren, kegelstumpfförmig konturierten Fläche 20 des Vorsprungs 14b des ersten Körpers 14 und einer die Ausnehmung 17 des zweiten Körpers 15 begrenzenden, radial inneren, trichterförmig konturierten Fläche 21 des zweiten Körpers 15 ausgebildet. Diese Schweißnaht 18 erstreckt sich in Axialrichtung A gesehen ausgehend von der Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 in dieselbe hinein, wobei eine Eindringtiefe dieser Schweißnaht 18 in die Mittelelektrode 11 in etwa der axialen Länge h des umgeformten Vorsprungs 14b des ersten Körpers 14 entspricht.
Eine Schweißnaht 19 ist zwischen der axialen Fläche 24 des Grundkörpers 14a des ersten Körpers 14 und der angrenzenden axialen Fläche 25 des zweiten Körpers 15 ausgebildet. Diese Schweißnaht 19 erstreckt sich ausgehend von einer Umfangsfläche 23 der Mittelelektrode 11 in dieselbe hinein, wobei die Eindringtiefe dieser Schweißnaht 19 dem Radialabstand zwischen der Umgangsfläche 23 der Mittelelektrode 11 und dem Vorsprung 14b des ersten Körpers 14 entspricht.
Die Schweißnähte 18, 19 verfügen jeweils über eine relativ geringe Eindringtiefe, stellen jedoch in Kombination eine hohe zur Verfügung stehende Schweißfläche bereit, die zuverlässig ausgebildet werden kann.
Sollte nur eine einzige Schweißnaht vorhanden sein, so ist vorzugsweise die Schweißnaht 19 vorhanden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in die Axialfläche 27 des Vorsprungs 14b des ersten Körpers 14, welche die Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 abschnittsweise definiert, eine Materialaussparung 16 eingebracht ist, die vorzugsweise parabolisch konturiert ist. Über die optionale Materialaussparung 16 können Spannungen in der Schweißzone reduziert werden, wodurch die Gefahr eines Versagens der Schweißverbindung reduziert werden kann.
Für die Mittelelektrode 11 der erfindungsgemäßen Zündkerze 10 besteht eine verringerte Gefahr, dass sich der aus Edelmetall gefertigte zweite Körper 15 der Mittelelektrode 11 von dem aus dem Elektrodengrundwerkstoff gefertigten ersten Körper 14 der Mittelelektrode 11 ungewollt löst. Ein weiterer Vorteil der Zündkerze 10 besteht darin, dass durch die Ausnehmung 17 im zweiten Körper 15 der Mittelelektrode 11 weniger Edelmetall benötigt wird. Dies reduziert die Herstellungskosten der Zündkerze 10.
Bezugszeichenliste

10: Zündkerze
11: Mittelelektrode
12: Masseelektrode
13: Zündspalt
14: erster Körper
14a: Grundkörper
14b, 14b': Vorsprung
15: zweiter Körper
16: Materialaussparung
17: Ausnehmung
18: zweite Schweißnaht
19: erste Schweißnaht
20: radial äußere Fläche
21: radial innere Fläche
22: Stirnfläche
23: Umfangsfläche
24: Axialfläche
25: Axialfläche
26: Axialfläche
27: Axialfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011077279 A1 [0003]
DE 102012208069 A1 [0003]

Claims

Zündkerze (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Mittelelektrode (11), die einen ersten Körper (14) aus einem Elektrodengrundmaterial und einen zweiten Körper (15) aus einem Edelmetall umfasst, der mit dem ersten Körper (14) verbunden ist, mit einer in Radialrichtung um die Mittelelektrode (11) herum angeordneten Masseelektrode (12), mit einem zwischen der Mittelelektrode (11) und der Masseelektrode (12) ausgebildeten ringförmigen Zündspalt (13) zur Entzündung eines Brennstoffgemischs über einen sich zwischen der Mittelelektrode (11) und der Masseelektrode (12) ausbildenden, elektrischen Zündfunken, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper (15) der Mittelelektrode (11) als ringförmiges Element mit einer mittleren Ausnehmung (17) ausgebildet ist, der erste Körper (14) der Mittelelektrode (11) einen Grundkörper (14a) und einen Vorsprung (14b) umfasst, der sich in die Ausnehmung (17) des zweiten Körpers (15) hinein erstreckt, der zweite Körper (15) am ersten Körper (14) über einen im Bereich des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) zwischen dem ersten Körper (14) und dem zweiten Körper (15) ausgebildeten Hinterschnitt formschlüssig gehalten ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (17) im zweiten Körper (15) trichterförmig oder im Querschnitt konisch konturiert ist, und zwar konvergierend ausgehend von einer Axialfläche (26) des zweiten Körpers (15), die eine Stirnfläche (22) der Mittelelektrode (11) abschnittsweise definiert, in Richtung auf eine Axialfläche (25) des zweiten Körpers (15), die einer Axialfläche (24) des Grundkörpers (14a) gegenüberliegt.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (14b) des ersten Körpers (14) kegelstumpfartig oder im Querschnitt konisch konturiert ist, und zwar divergierend ausgehend von einer Axialfläche (24) des Grundkörpers (14a) des ersten Körpers (14) in Richtung auf eine Axialfläche (27) des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14), die eine Stirnfläche (22) der Mittelelektrode (11) abschnittsweise definiert.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (14b) des ersten Körpers (14) durch Umformung innerhalb der Ausnehmung (17) im zweiten Körper (15) ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schweißnaht (19) zwischen einer axialen Fläche (24) des Grundkörpers (14a) des ersten Körpers (14) und einer axialen Fläche (25) des zweiten Körpers (15) ausgebildet ist, die vorzugsweise in Radialrichtung gesehen sich ausgehend von einer Umfangsfläche (23) der Mittelelektrode (11) in dieselbe hinein erstreckt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Schweißnaht (18) zwischen einer radial äußeren Fläche (20) des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) und einer die Ausnehmung (17) des zweiten Körpers (15) begrenzenden, radial inneren Fläche (21) des zweiten Körpers (15) ausgebildet ist, die vorzugsweise in Axialrichtung gesehen sich ausgehend von einer Stirnfläche (22) der Mittelelektrode (11) in dieselbe hinein erstreckt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe der zweiten Schweißnaht (18) der axialen Länge (h) des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) entspricht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe der ersten Schweißnaht (19) dem Radialabstand zwischen der Umfangsfläche (23) der Mittelelektrode (11) und dem Vorsprung (14b) des ersten Körpers (14) entspricht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Axialfläche (27) des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14), welche die Stirnfläche (22) der Mittelelektrode (11) abschnittsweise definiert, eine Materialaussparung (16) eingebracht ist.
Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (16) parabolisch konturiert ist.