-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzkappe für eine Zündkerze. Außerdem betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor sowie eine Zündkerze umfassend eine derartige Schutzkappe.
-
Aus dem Stand der Technik sind Zündkerzen für Verbrennungsmotoren bekannt. Durch steigende Anforderungen im Bereich Downsizing-Motoren, d.h. durch das erhöhte Bestreben, Motoren bei gleicher Leistung mit kleinerem Bauraum auszubilden, werden auch stets kleinere Zündkerzen benötigt. Die Anforderungen an die Zündkerze hinsichtlich Robustheit, Gasdichtheit und ertragbare Temperaturen steigen damit an, was eine Konstruktion von Zündkerzen erschwert.
-
Außerdem sind aus dem Stand der Technik Vorkammer-Zündkerzen bekannt, die ein Gemisch in einer Vorkammer des Brennraums zünden. Beispielsweise offenbart die
WO 2012/091739 A2 eine solche Vorkammer-Zündkerze.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Schutzkappe für eine Zündkerze erlaubt einen Schutz eines Fußbereichs eines Isolators der Zündkerze während des Betriebs der Zündkerze im Verbrennungsmotor. So entstehen während der Entflammung des Gasgemischs innerhalb des Brennraums Druckspitzen, die auch als „Mega-Knocking“ bekannt sind. Diese Druckspitzen können zu einem Isolatorfußbruch führen, was durch die erfindungsgemäße Schutzkappe verhindert ist. So weist die Zündkerze insbesondere eine Mittelelektrode und eine Massenelektrode auf. Die Mittelelektrode ist innerhalb des Isolators angebracht und dadurch gegenüber einem Gehäuse der Zündkerze elektrisch isoliert ist. Die Massenelektrode ist mit dem Gehäuse verbunden oder ist ein Teil des Gehäuses. Der Isolator ragt in Längsrichtung der Zündkerze zumindest teilweise über das Gehäuse hinaus. Das brennraumseitige Ende des Isolators ist der Isolatorfußbereich. Typischerweise erstreckt sich der Fußbereich des Isolators, von dessen brennraumseitigen Ende bis zum Isolator-Sitz, mit dem der Isolator auf einem auf der Innenseite des Gehäuses ausgebildeten Gehäuse-Sitz aufliegt.
-
Die erfindungsgemäße Schutzkappe für eine Zündkerze umfasst einen ringförmigen Basiskörper sowie einen Abdeckkörper. Der Basiskörper ist zur Verbindung mit einem Gehäuse der Zündkerze ausgebildet. Das Gehäuse ist insbesondere ein solcher Körper, in dem eine Mittelelektrode der Zündkerze geführt ist. Insbesondere ist eine unlösliche Verbindung zwischen Basiskörper und Gehäuse herstellbar. Der Abdeckkörper wiederum ist mit dem Basiskörper verbunden. Der Abdeckkörper deckt einen ersten zusammenhängenden Bereich einer Querschnittsfläche des ringförmigen Basiskörpers ab. Ein verbleibender zweiter zusammenhängender Bereich der Querschnittsfläche des ringförmigen Basiskörpers verbleibt hingegen frei, so dass Elektroden der Zündkerze teilweise abdeckbar sind. Auf diese Weise ist ein Schutzwall realisiert, der einen Teilbereich des Isolatorfußbereichs der Zündkerze verdeckt. Durch diesen abgedeckten Teilbereich ist insbesondere ermöglicht, die Zündkerze vor Druckspitzen zu schützen, so dass ein Bruch eines Isolators der Zündkerze verhindert ist. Durch den Isolator ist die Mittelelektrode der Zündkerze von dem Gehäuse und damit von der Masseelektrode der Zündkerze elektrisch isoliert. Insbesondere ist eine Belastung des besagten Isolators reduziert, da Druckspitzen bereits von dem Abdeckkörper aufgefangen werden. Es ist dabei vorgesehen, dass sich die Querschnittsfläche des Basiskörpers lediglich aus dem zuvor beschriebenen ersten zusammenhängenden Bereich und dem zuvor beschriebenen zweiten zusammenhängenden Bereich zusammensetzt. Somit ist erreicht, dass ein zusammenhängender Teilbereich der Querschnittsfläche des Basiskörpers abgedeckt ist.
-
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
-
Der Basiskörper weist vorteilhafterweise eine Vielzahl von Öffnungen auf. Insbesondere sind die Öffnungen um den Umfang des Basiskörpers verteilt angeordnet. Besonders vorteilhaft sind die Öffnungen regelmäßig um den Umfang des Basiskörpers verteilt. Allerdings ist auch ein asymmetrisches Verteilen der Öffnungen möglich. Durch die Öffnungen ist erreicht, dass ein Gasgemisch innerhalb des Brennraums die Elektroden der Zündkerze ungehindert erreichen kann. Somit wird ein Verbrennungsverhalten innerhalb des Brennraums nicht oder nahezu nicht beeinflusst, wenn die Schutzkappe vorhanden ist. Gleichzeitig wird jedoch erreicht, dass die Elektroden der Zündkerze vor Druckspitzen geschützt sind.
-
Der erste zusammenhängende Bereich umfasst einen Anteil an der Querschnittsfläche des Basiskörpers zwischen 20% und 80%, bevorzugt zwischen 60% und 40%, insbesondere 50%. Somit wird besonders vorteilhaft die Hälfte der Querschnittsfläche durch den Abdeckkörper abgedeckt. Die andere Hälfte verbleibt frei, so dass hier eine ungehinderte Fluidkommunikation zwischen den Elektroden der Zündkerze und dem Brennraum stattfinden kann. Somit ist eine Zündung des Gasgemischs durch die Zündkerze weiterhin problemlos möglich, während gleichzeitig aus der Entzündung des Gasgemischs resultierende Druckspitzen von dem Abdeckkörper aufgenommen werden können.
-
Der Basiskörper und/oder der Abdeckkörper sind bevorzugt aus einem metallischen oder aus einem keramischen Werkstoff gefertigt. Insbesondere die Fertigung aus einem keramischen Werkstoff erlaubt ein Hitzebeständiges Ausbilden der Schutzkappe, so dass ein sicheres und zuverlässiges Schützen der Elektroden und des Isolators, insbesondere des Fußbereichs des Isolators, vor Druckspitzen ermöglicht ist, selbst wenn sich die Schutzkappe im Betrieb des Verbrennungsmotors aufgrund des direkten Kontakts zum entflammten Gasgemisch aufheizt.
-
Der Basiskörper und der Abdeckkörper sind vorteilhafterweise aus demselben Material ausgebildet. Insbesondere ist außerdem vorgesehen, dass der Basiskörper und der Abdeckkörper einstückig ausgebildet sind. Somit ist die Schutzkappe insbesondere einfach und aufwandsarm herstellbar. Die Schutzkappe lässt sich entweder an einem Gehäuse der Zündkerze befestigen oder an einem Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors. In beiden Fällen ist ermöglicht, die Elektroden der Zündkerze teilweise von dem Brennraum abzugrenzen, so dass auftretende Druckspitzen durch die Schutzkappe aufgenommen werden können und nicht zu einer Belastung der Zündkerze selbst, insbesondere des Isolatorfußbereichs, führen.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zündkerze. Die Zündkerze umfasst ein Gehäuse, an dessen brennraumseitigen Ende zumindest eine Masseelektrode angeordnet ist, und eine Mittelelektrode. Die Mittelelektrode ist dabei insbesondere innerhalb eines Isolators angebracht, wobei der Isolator innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, sodass die Mittelelektrode gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist. Die Masseelektrode ist insbesondere direkt mit dem Gehäuse elektrisch verbunden. Außerdem weist die Zündkerze eine Schutzkappe wie zuvor beschrieben auf. Der Basiskörper der Schutzkappe ist dabei an dem Gehäuse angebracht, wobei der Abdeckkörper der Schutzkappe die Mittelelektrode und/oder die Masseelektrode teilweise bedeckt. Somit ist die Schutzkappe an der Zündkerze selbst angebracht. Die Zündkerze kann damit, analog zu herkömmlichen Zündkerzen, in einen Verbrennungsmotor eingesetzt werden, wobei die zuvor beschriebene Schutzwirkung aufgrund der Schutzkappe vorhanden ist. An dem Verbrennungsmotor sind dazu keine Modifikationen notwendig.
-
Besonders vorteilhaft sind das Gehäuse und der Basiskörper formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Besonders vorteilhaft ist eine Pressung zwischen dem Basiskörper und dem Gehäuse vorhanden. Alternativ ist der Basiskörper mit dem Gehäuse verschweißt. Ist der Basiskörper aus einem keramischen Werkstoff gefertigt, so ist vorteilhaftweise ein Formschluss zwischen Gehäuse und Basiskörper vorhanden.
-
Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor umfasst ein Zylindergehäuse, das einen Brennraum definiert. Außerdem umfasst der Verbrennungsmotor eine Schutzkappe wie zuvor beschrieben. Die Schutzkappe ist mit dem Zylindergehäuse verbunden und dient dazu, eine Zündkerzenaufnahme zur Aufnahme einer Zündkerze teilweise von dem Brennraum abzugrenzen. Somit ist wiederum erreicht, dass Elektroden der Zündkerze teilweise die Schutzkappe abgedeckt sind, so dass Druckspitzen innerhalb des Raums nicht unmittelbar auf die Elektroden und den Isolator 16, insbesondere den Fußbereich des Isolators 16, wirken, sondern vielmehr von der Schutzkappe abgefangen werden. Somit lassen sich die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer der Zündkerze erreichen.
-
Der Basiskörper und das Zylindergehäuse sind insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Insbesondere kann der Basiskörper mit dem Zylindergehäuse verschweißt sein. Ist der Basiskörper aus einem keramischen Werkstoff gefertigt, so ist vorteilhafterweise ein Formschluss vorhanden.
-
Der Abdeckkörper ist bezüglich dem Zylindergehäuse vorteilhafterweise derart ausgerichtet, dass während eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors auftretende Druckspitzen auf den Abdeckkörper treffen. So lässt sich insbesondere eine Druckwellenrichtung der Druckspitzen bestimmen. Der Abdeckkörper ist dabei derart ausgerichtet, dass die Druckwellenrichtung auf den Abdeckkörper trifft, was bedeutet, dass die Druckwellenrichtung auf den ersten zusammenhängenden Bereich der Querschnittsfläche des ringförmigen Basiskörpers trifft. Dadurch ist eine optimale Ausrichtung der halboffenen Schutzkappe erreicht. So ist einerseits eine optimale Fluidkommunikation zwischen Elektroden und Brennraum ermöglicht, andererseits ist eine Schutzwallwirkung vorhanden, die die Elektroden vor Druckspitzen schützt.
-
Die Schutzkappe ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Abdeckkörper halbkugelförmig ausgebildet ist. So ist insbesondere vorgesehen, dass sich der Abdeckkörper halbkugelförmig über die Querschnittsfläche des Basiskörpers erstrecken würde, wobei aus dieser Halbkugelform derjenige Teilbereich entfernt ist, der dem zweiten zusammenhängenden Bereich der Querschnittsfläche des Basiskörpers entspricht. Somit ist eine einfache Geometrie und gleichzeitig eine stabile Ausgestaltung des Abdeckkörpers gegeben. Der Abdeckkörper kann somit optimal die Elektroden vor Druckspitzen schützen.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine erste schematische Ansicht einer Schutzkappe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine zweite schematische Ansicht der Schutzkappe gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine schematische Ansicht einer Zündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
1 zeigt schematisch eine Schutzkappe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Außerdem sind Teile einer Zündkerze 2 (vgl. 3) gezeigt, insbesondere ein Gehäuse 4 sowie Elektroden 9, 10 und ein Isolator 16.
-
Eine übliche Zündkerze 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem eine Mittelelektrode 9 geführt ist. Diese ist über den Isolator 16 von dem Gehäuse 4 elektrisch isoliert. Elektrisch mit dem Gehäuse 4 verbunden ist eine Masseelektrode 10, die einen Abstand zu der Mittelelektrode 9 aufweist. Soll eine Zündung erfolgen, so wird eine elektrische Spannung zwischen der Mittelelektrode 9 und der Masseelektrode 10 angelegt, wodurch ein Funke zwischen den beiden Elektroden 9, 10 entsteht, der für eine Zündung des Gemischs innerhalb eines Brennraums eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Um die Elektroden 9, 10 vor Druckspitzen innerhalb des Verbrennungsraums zu schützen, ist die Schutzkappe 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen. Die Schutzkappe 1 umfasst dazu einen Basiskörper 3 und einen Abdeckkörper 5, wobei Basiskörper 3 und Abdeckkörper 5 einstückig ausgebildet sind.
-
Der Basiskörper 3 erstreckt sich ringförmig und ist mit dem Gehäuse 4 verbunden. Der Basiskörper 3 weist eine Vielzahl von Öffnungen 8 auf, die sich in diesem Ausführungsbeispiel gleichmäßig um den Umfang des ringförmigen Basiskörpers 3 erstrecken. Durch die Öffnungen 8 ist eine ungehinderte Fluidkommunikation zwischen einem Brennraum und den Elektroden 9, 10 ermöglicht.
-
Der Basiskörper 3 weist aufgrund seiner Ringform eine kreisförmige Querschnittsfläche auf, was insbesondere in 2 gezeigt. Diese kreisförmige Querschnittsfläche unterteilt sich in einen ersten zusammenhängenden Bereich 6 und einen zweiten zusammenhängenden Bereich 7. Der erste zusammenhängende Bereich 6 ist durch den Abdeckkörper 5 abgedeckt. Der zweite zusammenhängende Bereich 7 ist nicht von dem Abdeckkörper 5 abgedeckt und verbleibt somit frei. Diese bedeutet, dass über den zweiten zusammenhängenden Bereich 7 eine Fluidkommunikation zwischen Elektroden 9, 10 und Brennraum ermöglicht ist. Andererseits erlaubt der Abdeckkörper 5 ein teilweises Abdecken der Elektroden 9, 10, so dass ein Abschirmen gegenüber Druckspitzen ermöglicht ist. Dazu wird die Schutzkappe 1 vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Abdeckkörper nach einer Druckwellenrichtung der Druckspitzen ausgerichtet ist.
-
Der Abdeckkörper 5 ist insbesondere halbkugelförmig ausgebildet. So würde sich der Abdeckkörper 5 halbkugelförmig über den gesamten Querschnitt des Basiskörpers 3 erstrecken, wobei derjenige Bereich dieser Halbkugelform ausgenommen ist, der sich oberhalb des zweiten zusammenhängenden Bereichs 7 befindet. Durch eine derartige Ausgestaltung ist die Schutzkappe 1 robust ausgebildet, so dass ein sicheres und zuverlässiges Aufnahmen von Druckspitzen ermöglicht ist.
-
Die Schutzkappe 1 ist insbesondere aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt. Der Basiskörper 3 und der Abdeckkörper 5 sind bevorzugt einstückig ausgebildet und aus demselben Material hergestellt.
-
Die Schutzkappe 1 kann entweder Teil einer Zündkerze 2 (vgl. 3) oder Teil eines Verbrennungsmotors 11 (vgl. 4) sein. Dabei ist stets vorgesehen, dass die Schutzkappe 1 fest mit einer jeweiligen Komponente entweder der Zündkerze 2 oder des Verbrennungsmotors 11 verbunden ist. In jedem Fall ist erreicht, dass die Schutzkappe 1 die Elektroden 9, 10 und den Isolator 16, insbesondere den Fußbereich des Isolators 16, der Zündkerze 2 teilweise abdeckt, so dass eine Schutzwirkung gegenüber Druckspitzen erreicht ist. Dadurch wird insbesondere der Isolator 16 vor solchen Druckspitzen abgeschirmt, so dass eine erhöhte Lebensdauer des Isolators 16 erreicht werden kann.
-
3 zeigt schematisch eine Zündkerze 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zündkerze 2 umfasst eine Schutzkappe 1 wie zuvor beschrieben und in den 1 und 2 gezeigt. Die Zündkerze 2 umfasst außerdem ein Gehäuse 4, der ein Gehäuse darstellt, in dem die Mittelelektrode 9 aufgenommen ist. Wie bereits beschrieben, ist die Mittelelektrode 9 durch den Isolator 16 (vgl. 1) von dem Gehäuse 4 getrennt. Die Schutzkappe 1 ist über den Basiskörper 3 mit dem Gehäuse 4 gekoppelt. Insbesondere ist eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen Basiskörper 3 und Gehäuse 4 vorhanden. Ist die Schutzkappe 1 aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, so ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Basiskörper 3 mit dem Gehäuse 4 verschweißt ist. Ebenso kann der Basiskörper 3 durch Pressung auf dem Gehäuse 4 angebracht sein. In jedem Fall wird die Schutzkappe integraler Bestandteil der Zündkerze 2, so dass die Zündkerze 2 analog zu herkömmlichen Zündkerzen 2 in ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann. An dem Verbrennungsmotor selbst ist keine oder nahezu keine Modifikation vorzunehmen, um die erwünschte Schutzwirkung durch die Schutzkappe 1 zu erreichen.
-
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, in dem die Schutzkappe 1 Teil eines Verbrennungsmotors 11 ist. Der Verbrennungsmotor 11 umfasst ein Zylindergehäuse 12, das einen Brennraum 13 definiert. Außerdem ist durch das Zylindergehäuse 12 ein Kolben 15 geführt. Die Schutzkappe 1 ist formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Zylindergehäuse 12 verbunden. Insbesondere ist der Basiskörper 3 der Schutzkappe 1 mit dem Zylindergehäuse 12 verschweißt oder verpresst oder formschlüssig verbunden.
-
Die Schutzkappe 1 dient zum teilweisen Trennen einer Zündkerzenaufnahme 14 von dem Brennraum 13. Somit lassen sich herkömmliche Zündkerzen 2 in die Zündkerzenaufnahme 14 einsetzen, wobei durch die Schutzkappe 1 ein teilweises Abdecken der Elektroden 9, 10 der Zündkerze 2 erfolgt. Damit sind die Elektroden 9, 10 und der Isolator 16, insbesondere der Fußbereich des Isolators 16, der Zündkerze 2 vor Druckspitzen geschützt. Somit kann eine herkömmliche Zündkerze verwendet werden, wobei die Lebensdauer dieser herkömmlichen Zündkerze im Vergleich zum Stand der Technik erhöht ist.
-
Um ein optimales Verhältnis zwischen Abschirmwirkung und freier Fluidzirkulation zwischen Brennraum 13 und Elektroden 9, 10 zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Anteil des ersten zusammenhängenden Bereichs 6, der durch den Abdeckkörper 5 abgedeckt ist, an der gesamten Querschnittsfläche des Basiskörpers 3 zwischen 20% und 80%, bevorzugt zwischen 60% und 40%, besonders bevorzugt 50%, beträgt. Somit ist einerseits ermöglicht, dass Druckspitzen sicher und zuverlässig abgefangen werden, andererseits ist eine Zündung des innerhalb des Brennraums 13 vorhandenen Gasgemischs weiterhin ermöglicht, ohne dass mit negativen Einschränkungen bei dem Zündvorgang und der Entflammung des Gasgemischs zu rechnen ist.
-
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
-
