DE102018110580A1

DE102018110580A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018110580A1
Application number: DE102018110580.0A
Authority: DE
Inventors: Björn Dirumdam
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: US10490981B1; KR20190127555A; FI20195255A1; CN110445014A; JP2019194981A; CN110445014B; US20190341748A1; JP7248489B2

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) verschweißt 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, wobei eine erste 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, und wobei eine zweite 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.

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 Masseelektrode 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 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. Eine erste Schweißnaht ist 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. Eine zweite Schweißnaht ist zwischen einer axialen Fläche des Grundkörpers des ersten Körpers und einer axialen Fläche des zweiten Körpers ausgebildet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Mittelelektrode der Zündkerze aus dem den Vorsprung aufweisenden ersten Körper und dem als ringförmiges Element ausgebildeten zweiten Körper sowie durch die Verbindung dieser beiden Körper über die beiden Schweißnähte ist die Gefahr, dass sich der zweite Körper vom ersten Körper trennt und Beschädigungen an der Brennkraftmaschine verursacht, deutlich reduziert. Die beiden Schweißnähte erhöhen die Schweißfläche und können mit einfacher Schweißung zuverlässig ausgebildet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die erste Schweißnaht in Axialrichtung gesehen ausgehend von einer Stirnfläche der Mittelelektrode in dieselbe hinein. Die zweite Schweißnaht erstreckt sich in Radialrichtung gesehen ausgehend von einer Umfangsfläche der Mittelelektrode in dieselbe hinein. Diese Orientierung der beiden Schweißnähte erhöht die zur Verfügung stehende Schweißfläche besonders vorteilhaft und erlaubt eine zuverlässige Ausbildung der beiden Schweißnähte.
Vorzugsweise sind der Durchmesser d des Vorsprungs und die axiale Erstreckung h des Vorsprungs so dimensioniert, dass gilt: d≤8h. Auch dieses Merkmal dient der Vergrößerung der zur Verfügung stehenden Schweißfläche.
Vorzugsweise ist in eine Stirnfläche des Vorsprungs des ersten Körpers eine Materialaussparung eingebracht. Über die Materialaussparung kann eine Spannungsreduktion in der Schweißzone bereitgestellt werden, wodurch die Gefahr reduziert wird, dass sich die Schweißverbindung zwischen den beiden Körpern der Mittelelektrode, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind und demnach unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, löst.
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 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.
Zur Verbindung von zweitem Körper 15 und erstem Körper 14 sind zwei Schweißnähte 18, 19 ausgebildet. Eine erste Schweißnaht 18 ist 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. Diese erste Schweißnaht 18 erstreckt sich in Axialrichtung A gesehen ausgehend von einer Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 in dieselbe hinein, wobei eine Eindringtiefe der ersten Schweißnaht 18 in die Mittelelektrode 11 in etwa der axialen Länge h des Vorsprungs 14b des ersten Körpers 14 entspricht.
Die zweite Schweißnaht 19 ist zwischen einer axialen Fläche 24 des Grundkörpers 14a des ersten Körpers 14 und einer angrenzenden axialen Fläche 25 des zweiten Körpers 15 ausgebildet. Diese zweite Schweißnaht 19 erstreckt sich ausgehend von einer Umfangsfläche 23 der Mittelelektrode 11 in dieselbe hinein, wobei die Eindringtiefe der zweiten Schweißnaht 19 dem Radialabstand zwischen der Umgangsfläche 23 der Mittelelektrode 11 und dem Vorsprung 14b des ersten Körpers 14 entspricht.
Die sich in Axialrichtung in die Mittelelektrode 11 hinein erstreckende erste Schweißnaht 18, die in Umfangsrichtung um die Flächen 20, 21 umläuft, ist um in etwa 90° oder um 90° zu der zweiten Schweißnaht 19 versetzt, die zwischen den Axialflächen 24 und 25 ausgebildet ist und sich in Radialrichtung in die Mittelelektrode 11 hinein erstreckt.
Vorzugsweise ist der Vorsprung 14b des ersten Körpers 14 und damit die Ausnehmung 17 des zweiten Körpers 15 derart konturiert, dass ein Durchmesser d des Vorsprungs 14b und die axiale Länge h des Vorsprungs 14b folgende Beziehung gilt: d≤8h.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in die Stirnfläche des Vorsprungs 14b, die sich in der Ebene der Stirnfläche 22 der Mittelelektrode 11 erstreckt, eine Materialaussparung 16 eingebracht ist, die vorzugsweise parabolisch konturiert ist.
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.
Die Schweißnähte 17, 18 verfügen jeweils über eine relativ geringe Eindringtiefe, stellen jedoch in Kombination eine hohe zur Verfügung stehende Schweißfläche bereit, die zuverlässig ausgebildet werden kann.
Über die optionale Materialaussparung 16 können Spannungen in der Schweißzone reduziert werden, wodurch die Gefahr eines Versagens der Schweißverbindung reduziert werden kann.
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: Vorsprung
15: zweiter Körper
16: Materialaussparung
17: Ausnehmung
18: erste Schweißnaht
19: zweite Schweißnaht
20: radial äußere Fläche
21: radial innere Fläche
22: Stirnfläche
23: Umfangsfläche
24: Axialfläche
25: Axialfläche

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

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) verschweißt 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, eine erste 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, eine zweite 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.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schweißnaht (18) und die zweite Schweißnaht (19) um in etwa 90° oder um 90° zueinander versetzt sind.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schweißnaht (18) in Axialrichtung gesehen sich ausgehend von einer Stirnfläche (22) der Mittelelektrode (11) in dieselbe hinein erstreckt.
Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe der ersten Schweißnaht (18) der axialen Länge (h) des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) entspricht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schweißnaht (19) in Radialrichtung gesehen sich ausgehend von einer Umfangsfläche (23) der Mittelelektrode (11) in dieselbe hinein erstreckt.
Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindringtiefe der zweiten 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 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Stirnfläche des Vorsprungs (14b) des ersten Körpers (14) eine Materialaussparung (16) eingebracht ist.
Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (16) parabolisch konturiert ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser d des Vorsprungs (14b) und die axiale Länge (h) des Vorsprungs (14b) so dimensioniert sind, dass gilt: d≤8h.