DE102018222460A1

DE102018222460A1 - Zündkerze mit verrundetem Isolatorfuß-Abschnitt

Info

Publication number: DE102018222460A1
Application number: DE102018222460.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaske; Sergej Subkow; Matthias Blankmeister; Felix Traub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20220085578A1; JP7231739B2; US11394178B2; EP3900128A1; CN113169524A; CN113169524B; JP2022512133A; WO2020126663A1

Abstract

Zündkerze, aufweisend• ein Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators erstreckt, und wobei das Gehäuse entlang seiner Längsachse eine Bohrung aufweist, wodurch das Gehäuse eine Innenseite hat, wobei das Gehäuse auf seiner Innenseite einen Absatz aufweist,• einen teilweise in der Gehäuse-Bohrung angeordneten Isolator, wobei der Isolator eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators erstreckt, und wobei der Isolator einen Isolatorbund, der vom Gehäuse radial gegeben ist, einen Isolatorfuß, der das brennraumseitige End des Isolators ist und einen kleineren Durchmesser als der Isolatorbund hat, und einen Übergangsbereich hat, der den Isolatorbund und den Isolatorfuß miteinander verbindet und auf dem Absatz des Gehäuses aufliegt,• eine im Isolator angeordnete Mittelelektrode,• eine an einem brennraumseitigen Ende des Gehäuses angeordnete Masseelektrode, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass sie zusammen einen Zündspalt ausbilden, und• einen Atmungsraum, der am brennraumseitigen Ende der Zündkerze ausgebildet ist, wobei der Atmungsraum durch einen Abschnitt der Innenseite des Gehäuses und einen Abschnitt des Isolatorfußes begrenzt wird und eine Öffnung zum Brennraum hat, wobei der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes eine Verrundung aufweist, wobei die Verrundung im Querschnitt betrachtet eine erste Schenkellänge und eine zur ersten Schenkellänge abgewinkelte zweite Schenkellänge aufweist, wobei die erste Schenkellänge größer ist als die zweite Schenkellänge, wobei die erste Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem ersten Endpunkt der Verrundung und die zweite Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem zweiten Endpunkt der Verrundung sich erstrecken.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 und eine Vorkammer-Zündkerze gemäß Anspruch 10.
Bei heutigen Brennkraftmaschinen in der Automobil-Branche geht der Trend zu immer höheren Drücken und damit auch zu höheren Temperaturen in den jeweiligen Brennkammern der Zylinder. Durch diese hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen werden höhere Leistungen erzielt. Durch die höheren Drücke und die höheren Temperaturen in der Brennkammer steigen auch die Anforderungen an die einzelnen Komponenten, wie beispielsweise an die Zündkerze. So unterliegt die Zündkerze nicht nur den Druck-, Temperatur- und chemischen Bedingungen beim normalen Betrieb der Brennkraftmaschine, sondern auch extremeren Bedingungen bei irregulären Ereignissen in der Brennkraftmaschine. Eines dieser irregulären Ereignisse ist die Vorentflammung.
Bei der regulären Entflammung im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Entflammung des Luft-Kraftstoffgemisches durch die Zündkerze bei einem bestimmten Betriebstakt der Brennkraftmaschine initiiert. Durch die Entflammung entsteht ein gewünschter Druck- und Temperaturanstieg, der beispielsweise zum Antrieb der Räder beim Kraftfahrzeug oder eines Generators zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Brennraumtemperaturen einer hochaufgeladenen Brennkraftmaschine ist deutlich höher als bei einer niedrigaufgeladenen Brennkraftmaschine, dadurch ergibt sich eine höhere thermische Beanspruchung auf die Zündkerze sowie die Herausforderung, die Zündkerze so auszulegen, dass es nicht zu irregulären Verbrennungsereignissen, wie z.B. Glühzündungen, an der Zündkerze kommt.
Bei einem anderen irregulären Verbrennungsereignis, der Vorentflammung, entzündet sich in der Brennkammer, vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt, bei einem beliebigen Betriebstakt des Zylinders das Luft-Kraftstoffgemisch an irgendeiner anderen Stelle, die eine zu hohe Temperatur hat, als an der Zündkerze. Als Folge dieser Vorentflammung des Luft-Kraftstoffgemisches entsteht eine Flammenfront, die sich in der Brennkammer ausbreitet. Diese Flammenfront wird von einem Druckanstieg und einem entsprechenden Temperaturanstieg begleitet. Dieser Temperaturanstieg und der Druckanstieg können zum sogenannten Mega-Knocking oder Mega-Klopfen im Motor führen. Innerhalb eines Mega-Klopf-Ereignisses steigt der Druck in einer Druckspitze auf ein Vielfaches des maximalen Drucks bei einer regulären Verbrennung und belastet die Zündkerze und die anderen Komponenten in der Brennkammer. Durch diese Druckspitzen beim Mega-Klopf-Ereignis kann der Isolator der Zündkerze brechen und zu einem Ausfall des Zylinders in dem die beschädigte Zündkerze eingebaut ist führen.
Im Stand der Technik gibt es unterschiedliche Ansätze wie man die Zündkerze selbst robuster aufbauen kann, damit diese den Druckspitzen bei Mega-Klopfen standhält.
Ein Beispiel für eine Zündkerze offenbart die Patentanmeldung DE 10 2012 012 210 A1 , bei der die Zündkerze am brennraumseitigen Ende des Gehäuses einen Ringabsatz aufweist, wodurch der Eingang des Atmungsraums verkleinert wird und die Druckspitzen von einem Mega-Klopf-Ereignis nicht in den Atmungsraum der Zündkerze eindringen können, wodurch der Isolator geschützt werden soll.
Die EP 289 064 B1 offenbart eine Zündkerze, bei der die Isolatorsitz-Geometrie dahin verbessert wurde, dass eine kleinere Vorspannung für eine gasdichte Montage des Isolators im Gehäuse ausreicht, somit wirkt insgesamt auf den Isolator eine geringere Zugspannung bei der Montage und der Isolator hat eine verbesserte Biegefestigkeit bei Mega-Klopf-Ereignissen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündkerze bereit zu stellen, bei der die Neigung zu unerwünschter Vorentflammung minimiert bzw. eliminiert wird, und die zusätzlich vor den aus den Vorentflammungsereignissen resultierenden Mega-Klopfern geschützt ist.
Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Zündkerze gelöst. Die Zündkerze weist ein Gehäuse, einen teilweise in dem Gehäuse angeordneten Isolator, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf. Das Gehäuse hat eine Längsachse, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Gehäuses erstreckt, wobei das Gehäuse entlang seiner Längsachse eine Bohrung aufweist, wodurch das Gehäuse eine Innenseite hat. Auf seiner Innenseite weist das Gehäuse einen Absatz auf. Der teilweise in der Gehäuse-Bohrung angeordnete Isolator hat eine Längsachse, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators erstreckt. Der Isolator hat einen Isolatorbund, der vom Gehäuse radial umgeben ist, einen Isolatorfuß, der das brennraumseitige Ende des Isolators ist und einen kleineren Durchmesser als der Isolatorbund hat, und einen Übergangsbereich, der den Isolatorbund und den Isolatorfuß miteinander verbindet und auf dem Absatz des Gehäuses aufliegt. Die Mittelelektrode ist im Isolator angeordnet. An einem brennraumseitigen Ende des Gehäuses ist die Masseelektrode angeordnet, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass sie zusammen einen Zündspalt ausbilden. Des Weiteren weist die Zündkerze einen Atmungsraum auf, der am brennraumseitigen Ende der Zündkerze ausgebildet ist, wobei der Atmungsraum durch einen Abschnitt des Gehäuses und einen Abschnitt des Isolatorfußes begrenzt wird und eine Öffnung zum Brennraum hat.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes eine Verrundung aufweist, wobei die Verrundung im Querschnitt betrachtet eine erste Schenkellänge und eine zur ersten Schenkellänge abgewinkelte zweite Schenkellänge aufweist, wobei die erste Schenkellänge größer ist als die zweite Schenkellänge, wobei die erste Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem ersten Endpunkt der Verrundung und die zweite Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem zweiten Endpunkt der Verrundung sich erstrecken. Durch die aus der Verrundung resultierende Kontur des Isolatorfußes ergibt sich der Vorteil, dass der Atmungsraum zwischen Gehäuse und Isolatorfuß bei normalen Betriebsbedingungen gut gespült wird, so dass sich eine gute Wärmeverteilung und Wärmeableitung im Isolatorfuß einstellt. Dadurch werden unerwünschte Vorentflammungen an der Zündkerze verhindert.
Untersuchungen der Anmelderin an Zündkerzen gemäß der Erfindung haben einen zweiten Effekt gezeigt. Bei Vorliegen einer Vorentflammung und den damit verbunden kritischen Druck- und Temperaturbedingungen, bei ca. 110 bar und ca. 850K, erhitzt sich das Gasgemisch im Atmungsraum so stark, dass es im Bereich des Isolatorfußes zu einer weiteren (zweiten) Entflammung kommt. Die Zündkerze ist danach von einem verbrannten Luft-Kraftstoffgemisch umgeben und der Atmungsraum der Zündkerze damit gefüllt. Dieses verbrannte Luft-Kraftstoffgemisch wirkt für die Zündkerze wie ein Schutzpolster gegen die Druckspitzen des Mega-Klopf-Ereignisses. Die Druckspitzen unterliegen im verbrannten Luft-Kraftstoffgemisch einer größeren Dispersion und Dämpfung als im unverbrannten Luft-Kraftstoffgemisch, deshalb werden die Druckspitzen im Schutzpolster der Zündkerze stärker gedämpft und die Druckspitzen erreichen die Zündkerze in einer deutlich abgeschwächten Form oder werden sogar komplett gedämpft. Dadurch wird die Zündkerze, insbesondere der Isolator, weniger stark durch die Druckspitzen des Megs-Klopf-Ereignisses belastet. Die Druck- und Temperaturbedingungen, ab denen der zweite Effekt dominierend wird hängen im Einzelnen von der Kombination aus Zündkerze und Motor ab.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Schenkellänge mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens das 2-fache, besonders vorzugsweise das 5-fache, der zweiten Schenkellänge beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verrundung am Abschnitt des Isolatorfußes groß genug ist, damit die oben beschriebenen technischen Effekte entstehen können.
Bei einer Weiterbildung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Schenkellänge maximal das 10-fache, vorzugsweise das 7-fache, der zweiten Schenkellänge beträgt.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die erste Schenkellänge parallel zur Längsachse des Isolators und die zweite Schenkellänge senkrecht zur Längsachse des Isolators. Dadurch ergibt sich, insbesondere auch in Kombination mit der Obergrenze für die maximale erste Schenkellänge, dass der Atmungsraum eine ausreichend große Breite (Abstand zwischen Isolatorfuß und Gehäuse Innenseite senkrecht zur Längsachse an der Öffnung des Atmungsraum zum Brennraum hin) im Verhältnis zu seiner Länge (gemessen parallel zur Längsachse) hat, so dass der Atmungsraum einerseits bei normalen Betriebsbedingen ausreichend gut gespült werden kann, damit der Isolatorfuß nicht zu heiß wird und andererseits auch die die Zündkerze schützende zweite Zündung stattfinden kann.
Vorteilhafterweise kann die Verrundung durch die beiden Schenkellängen L1 und L2 sowie den beiden Winkel α₁ und α₂ beschrieben werden, wobei der Winkel α₁ sich zwischen der Tangente der Verrundung im zweiten Endpunkt der Verrundung und einer ersten durch den zweiten Endpunkt der Verrundung gehende Parallelen zur Längsachse des Isolators aufspannt, und wobei der Winkel α₂ sich zwischen der Tangente der Verrundung im ersten Endpunkt der Verrundung und einer zweiten durch den ersten Endpunkt der Verrundung gehende Parallelen zur Längsachse des Isolators aufspannt, wobei der Winkel α₁ einen Wert größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich arctan (L2/L1) hat und/oder der Winkel α₂ einen Wert von größer oder gleich arctan (L2/L1) und kleiner oder gleich 90° hat und wobei der zweite Endpunkt der Verrundung näher am Brennraumseitigen Ende der Zündkerze ist als der erste Endpunkt der Verrundung.
Insbesondere ist die Verrundung eine konkave Verrundung am Isolatorfuß. Dies bedeutet, dass die Verrundung sich zur Längsachse des Isolators hin wölbt. Dadurch wird die Strömung besonders gut und turbulenzarm im Atmungsraum gelenkt. Durch diesen Effekt werden die heißen Gase (Restgas) effektiv aus dem Atmungsraum gespült, wodurch sich eine gute Wärmeverteilung und Wärmeableitung im Isolatorfuß einstellt.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündkerze ist vorgesehen, dass die Verrundung sich über den gesamten den Atmungsraum begrenzenden Abschnitt des Isolatorfußes erstreckt. Dies kann insbesondere bei Zündkerzen mit kleinem Wärmewert und damit kurzem Isolatorfuß, sowie bei Vorkammer-Zündkerzen vorteilhaft sein.
Bei einer alternativen Ausgestaltung kann der Isolatorfuß auch mehrere Abschnitte aufweisen, wobei ein Abschnitt auch wiederrum mehrere Segmente aufweisen kann. Der Isolatorfuß hat einen Abschnitt, der den Atmungsraum begrenzt, wobei dieser Abschnitt mindestens ein Segment hat, das die erfindungsgemäße Verrundung aufweist. Der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes kann neben dem Segment mit der Verrundung auch ein oder mehrere Segmente aufweisen, die eine zylindrische und/oder konische Form oder Verrundung aufweisen. Die Segmente mit den unterschiedlichen Formen gehen stetig ineinander über. Die anderen Abschnitte des Isolatorfußes können eine zylindrische und/oder konische Form oder auch eine Verrundung aufweisen. Die Abschnitte mit den unterschiedlichen Formen gehen stetig ineinander über.
Alternativ oder zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Verrundung kann auf dem den Atmungsraum begrenzenden Abschnitt des Isolatorfußes und/oder auf der GehäuseInnenseite, die den Atmungsraum begrenzt, mindestens teilweise eine Schicht aufgetragen sein, die dazu eingerichtet ist bei irregulären Verbrennungen im Brennraum eine zweite Zündung an der Zündkerze auszulösen. Die Schicht ist beispielsweise eine katalytische Schicht, die ab einem bestimmten Druck und/oder ab einer bestimmten Temperatur eine exotherme chemische Reaktion durchläuft, wodurch eine zweite Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches initiiert wird, wodurch sich wiederum das Schutzpolster um die Zündkerze bildet.
Alternativ oder zusätzlich kann an der Zündkerze ein piezoelektrisches Element angeordnet sein, dass ab einem bestimmten Druck einen elektrischen Impuls freisetzt, wodurch wiederum die zweite Zündung initiiert wird und sich das Schutzpolster um die Zündkerze bildet.
Diese beiden Alternativen zum Isolatorfuß mit einem verrundeten Abschnitt können auch bei Zündkerzen angewendet werden, bei denen aus irgendeinem Grund der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes keine Verrundung mit zwei unterschiedlichen Schenkellängen aufweisen kann, so dass auch bei diesen Zündkerzen der vorteilhafte zweite technische Effekt realisiert werden kann.
Des Weiteren kann der zweite technische Effekt, die Erzeugung eines Schutzpolsters bei irregulären Verbrennungen im Brennraum, auch durch eine andere geometrische Ausgestaltung des Isolatorfußes erzielt werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorkammer-Zündkerze. Die Vorkammer-Zündkerze weist ein Gehäuse auf, das eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Gehäuses erstreckt. Entlang seiner Längsachse weist das Gehäuse eine Bohrung auf, wodurch das Gehäuse eine Innenseite hat. Das Gehäuse hat auf seiner Innenseite einen Absatz. In der Gehäuse-Bohrung ist ein Isolator teilweise angeordnet, wobei der Isolator eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators erstreckt, und wobei der Isolator einen Isolatorbund, der vom Gehäuse radial gegeben ist, einen Isolatorfuß, der das brennraumseitige Ende des Isolators ist und einen kleineren Durchmesser als der Isolatorbund hat, und einen Übergangsbereich hat, der den Isolatorbund und den Isolatorfuß miteinander verbindet und auf dem Absatz des Gehäuses aufliegt. Des Weiteren weist die Zündkerze auch eine im Isolator angeordnete Mittelelektrode, eine an einem brennraumseitigen Ende des Gehäuses angeordnete Kappe, die eine Vorkammer ausbildet, eine am Gehäuse oder an der Kappe angeordnete Masseelektrode, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass sie zusammen einen Zündspalt ausbilden, und einen Atmungsraum auf, der am brennraumseitigen Ende der Zündkerze ausgebildet ist, wobei der Atmungsraum durch einen Abschnitt der Innenseite des Gehäuses und einen Abschnitt des Isolatorfußes begrenzt wird und eine Öffnung zum von der Kappe umschlossenen Brennraumvolumen hat. Erfindungsgemäß weist der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes eine Verrundung auf, wobei die Verrundung im Querschnitt betrachtet eine erste Schenkellänge und eine zur ersten Schenkellänge abgewinkelte zweite Schenkellänge aufweist, wobei die erste Schenkellänge größer ist als die zweite Schenkellänge, wobei die erste Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem ersten Endpunkt der Verrundung und die zweite Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem zweiten Endpunkt der Verrundung sich erstrecken.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Atmungsraum zwischen Gehäuse und Isolatorfuß bei normalen Betriebsbedingungen gut gespült wird, so dass sich eine gute Wärmeverteilung und Wärmeableitung im Isolatorfuß einstellt, wodurch erreicht wird, dass unerwünschte Vorentflammungen an der Zündkerze nicht auftreten.
Die erfindungsgemäße Vorkammer-Zündkerze kann mit den Merkmalen der oben beschriebenen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze auch weitergebildet werden.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:

Figur leine bekannte Zündkerze,
2 einen Ausschnitt des Isolators mit einer erfindungsgemäßen Verrundung am Isolatorfuß,
3 eine schematische Darstellung des Atmungsraums für zwei Ausführungsbeispiele, und
4 zeigt eine Vielzahl von Ausführungen der erfindungsgemäßen Verrundung am Isolatorfuß.

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt in einer halb geschnittenen Ansicht eine allgemein bekannte Zündkerze 1. Diese Übersichtsfigur dient dazu die verschiedenen Komponenten und Abschnitte der Zündkerze einzuführen und gegeneinander abzugrenzen. Die in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele für einen Isolatorfuß mit einer erfindungsgemäßen Verrundung können bei einer Zündkerze gemäß 1 angewendet werden.
Die Zündkerze 1 umfasst ein Gehäuse 2. In das Gehäuse 2 ist ein Isolator 3 eingesetzt. Das Gehäuse 2 und der Isolator 3 haben jeweils eine Bohrung und haben jeder eine Längsachse, die mit der Mittelachse 8 der Zündkerze zusammenfallen. In den Isolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 eingesetzt. Des Weiteren steckt in dem Isolator 3 ein Anschlussbolzen 5. Zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussbolzen 5 befindet sich ein Widerstandselement 6 im Isolator 3. Das Widerstandselement 6 verbindet die Mittelelektrode 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbolzen 5. An das Gehäuse 2 ist auf der brennraumzugewandten Seite eine Masseelektrode 7 elektrisch leitend angebunden. Zwischen der Masseelektrode 7 und der Mittelelektrode 4 wird der entsprechende Zündfunken erzeugt. Die Zündkerze 1 erstreckt sich um die Mittelachse 8.
Das Gehäuse 2 weist einen Schaft 9 auf. An diesem Schaft 9 sind ein Mehrkant 10, ein Schrumpfeinstich 11 und Gewinde 12 ausgebildet. Das Gewinde 12 dient zum Einschrauben der Zündkerze 1 in eine Brennkraftmaschine.
Der Anschlussbolzen 5 umfasst einen Bolzenschaft 14, der sich entlang der Mittelachse 8 erstreckt, und einen Bund 13. Mit dem Bund 13 liegt der Anschlussbolzen 5 auf dem Isolator 3 auf.
Der Isolator 3 weist einen Isolatorkopf 31, einen Isolatorbund 32 und einen Isolatorfuß 34 auf. Der Isolatorkopf 31 ist das brennraumabgewandte Ende des Isolators 3 und ragt auf der brennraumabgewandten Seite der Zündkerze 1 aus dem Gehäuse 2 heraus. Der Isolatorfuß 34 ist das brennraumzugewandte Ende des Isolators 3. Zwischen Isolatorkopf 31 und Isolatorfuß 34 ist der Isolatorbund 32 angeordnet. Der Isolatorbund 32 ist radial vom Gehäuse 2 umgeben. Zwischen Isolatorbund 32 und Isolatorfuß 34 gibt es einen Übergangsbereich 33, mit dem der Isolator 3 auf dem Absatz 22 des Gehäuses 2 aufliegt. In 1 sind die Übergänge 33a, 33b vom Isolatorbund 32 zum Übergangsbereich 33 sowie vom Übergangsbereich 33 zum Isolatorfuß 34 gekennzeichnet.
Der Isolatorfuß 34 erstreckt sich von der Fußkehle 33b, die der Übergang vom Übergangsbereich 33 zum Isolatorfuß 34 ist und typischerweise als Verrundung ausgeformt ist, bis zur Isolatorfußspitze, die das brennraumseitige Ende des Isolatorfußes 34 ist. Der Isolatorfuß 34 der Zündkerze 1 in 1 hat eine konische Form und kann in zwei Abschnitt 341, 348 unterteilt werden. Direkt an die Fußkehle 33b grenzt der erste Abschnitt 341 des Isolatorfußes 34 an. Der erste Abschnitt 341 des Isolatorfußes 34 ist radial von einem auf der Innenseite des Gehäuses 2 angeordneten Vorsprungs 23 umgeben. Der Vorsprung 23 wird auf der brennraumabgewandten Seite durch den Absatz 22 begrenzt, auf dem der Isolator 3 aufliegt, und auf seiner brennraumzugewandten Seite durch einen Abschnitt 22b begrenzt, bei dem sich der Gehäuse-Innendurchmesser wieder vergrößert. Der Vorsprung 23 selbst hat einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser. Zusammen mit diesem Vorsprung 23 bildet der erste Abschnitt 341 einen schmalen Spalt 51, einen sogenannten Flaschenhals. Dieser schmale Spalt 51 hat eine wesentlich kleinere Breite und somit ein wesentlich kleineres Volumen als der Atmungsraum 50 und gehört im Rahmen dieser Anmeldung nicht zum Atmungsraum 50. Der Atmungsraum 50 erstreckt sich von dem brennraumseitigen Ende des Spaltes 51 bis zur brennraumseitigen Stirnseite des Gehäuses 2. Des Weiteren wird der Atmungsraum 50 von einem Abschnitt 24 des Gehäuses und einem zweiten Abschnitt 348 des Isolatorfußes 34 begrenzt.
Alternative kann das Gehäuse 2 auch nur den Absatz 22 aufweisen, auf dem der Isolator 2 aufliegt, und in Richtung Brennraum einen konstanten oder sich konischen vergrößern Innendurchmesser aufweisen. In diesem Fall gibt es keinen schmalen Spalt 51 und der Atmungsraum 50 beginnt direkt an dem brennraumzugewandten Ende der Fußkehle 33b.
Nicht gezeigt in 1 ist eine Innendichtung, die beispielsweise zwischen dem Absatz 22 des Gehäuses 2 und dem Übergangsbereich 33 des Isolators 3 angeordnet sein kann und so den Zwischenraum zwischen Gehäuse 2 und Isolator 3 abdichtet.
In 2 ist eine schematische Darstellung des Isolatorfußes 34 gezeigt. Diese Darstellung dient zur Verdeutlichung der verschiedenen Abschnitte des Isolatorfußes 34 sowie der Darstellung der Schenkellängen L1, L2 sowie der Winkel α₁ , α₂ . Der Isolatorfuß 34 kann in diesem Beispiel in zwei Abschnitte 341, 348 unterteilt werden. Der erste Abschnitt 341 hat eine zylindrische Form und könnte beispielsweise den schmalen Spalt 51 unterhalb der Fußkehle 33b begrenzen. Der zweite Abschnitt 348 hat zwei Segmente 342, 343. Das erste Segment 342 weist die erfindungsgemäße Verrundung 345 auf. Das zweite Segment 343 hat eine konische Form und einen kleineren Außendurchmesser als der erste Abschnitt 341.
Die Verrundung 345 hat ihren ersten Endpunkt 346 am Übergangspunkt zum ersten Abschnitt 341 des Isolatorfußes 34. In dieser Figur ist der Übergangspunkt als Ecke dargestellt. Die Verrundung 345 hat ihren zweiten Endpunkt 347 am Übergangspunkt zum zweiten Segment 343. Dieser Übergangspunkt ergibt sich dadurch, dass der Winkel α₁ zu einer Parallelen der Längsachse 8 des Isolators 3, die durch den zweiten Endpunkt 347 geht, minimal wird und bleibt oder minimal ist oder das Vorzeichen ändert. In dem hier gezeigten Beispiel wird α₁ = 0 und bleibt bei 0, da das zweite Segment 343 eine zylindrische Form hat. Die Schenkellängen L1, L2 erstecken sich parallel bzw. senkrecht zur Längsachse 8 des Isolators 3. Dabei wird eine Schenkellänge immer zwischen dem Schnittpunkt der Schenkel miteinander und dem ersten bzw. zweiten Endpunkt 346, 347 der Verrundung 345 gemessen.
Beispielsweise kann die erste Schenkellänge L1 größer oder gleich 3 mm und kleiner oder gleich 20 mm sein. Die zweite Schenkellänge L2 hat dann beispielsweise einen Wert von gleich oder größer 0,6 mm und kleiner oder gleich 3 mm.
In 3 sind zwei Beispiele gezeigt, bei denen der den Atmungsraum 50 begrenzende Abschnitt 24 des Gehäuses 2 und der den Atmungsraum 50 begrenzende Abschnitt 348 des Isolatorfußes 34 und somit auch der resultierende Atmungsraum 50 gezeigt sind. Angedeutet ist der Vorsprung 23 auf der Innenseite des Gehäuses 2 sowie der erste Abschnitt 341 des Isolatorfußes 34, der zusammen mit dem Vorsprung 23 den schmalen Spalt 51 bildet. In Richtung Brennraum grenzt an den schmalen Spalt 51 der Atmungsraum 50 an, der von einem zweiten Abschnitt 348 des Isolatorfußes 34 und einem Gehäuseabschnitt 24 begrenzt wird. Beispielhaft ist zu sehen, dass beim Gehäuse 2 und beim Isolator 3 Kanten und Ecken eckig, konisch oder mit Verrundungen ausgebildet sind.
In 3a und 3b hat der zweite Abschnitt des Isolatorfußes 34 immer ein zweites Segment 343, das eine konvexe Verrundung aufweist. Die erfindungsgemäße Verrundung 345 hat eine konkave Form. Der zweite Endpunkt 347 der erfindungsgemäßen Verrundung 345 ergibt sich an dem Punkt, wenn der Winkel α₁ minimal wird. Bei 3a wird α1=0°, L1 ist 4,2 mm und L2 ist 1,2 mm. Für das Ausführungsbeispiel gemäß 3a ergibt sich ein Verhältnis von L1/L2 von 3,5.
Bei 3b wird α₁ minimal und ist dabei ungleich 0°. Beispielsweise können L1 = 2 mm und L2 = 1 mm sein, somit ergibt sich ein Verhältnis von L1 zu L2 von 2. Im zweiten Segment 343 nimmt der Winkel α₁ für eine Tangente entlang der Oberfläche des zweiten Segments 343 wieder zu. Mit anderen Worten der Krümmungsradius der Verrundung 345 des ersten Segments 342 hat ein anderes Vorzeichen als der Krümmungsradius der Verrundung des zweiten Segments 343. Der Punkt, in dem der Krümmungsradius sein Vorzeichnen wechselt ist der zweite Endpunkt 347 der erfindungsgemäßen Verrundung 345. Die erfindungsgemäße Verrundung 345 muss nicht in einer Geraden enden.
4 zeigt eine Reihe von verschiedenen Ausgestaltungen des Isolatorfußes 34, dabei ist die Aufzählung nicht abschließend. Bei allen Ausgestaltungen hier hat der Isolatorfuß 34 einen ersten Abschnitt 341, der zwischen der Fußkehle 33b und dem Abschnitt 348 des Isolatorfußes 34 mit der erfindungsgemäßen Verrundung 345 ausgebildet ist. Dieser erste Abschnitt 341 kann zusammen mit einem am Gehäuse 2 ausgebildeten Vorsprung 23 den schmalen Spalt 51 bilden oder kann parallel zur Längsachse gemessen so kurz sein, dass dieser Abschnitt quasi vernachlässigbar ist. Des Weiteren zeigen alle Ausführungsformen den zweiten Abschnitt 348 des Isolatorfußes 34, der ein erstens Segment 342 mit der erfindungsgemäßen Verrundung 345 und teilweise ein zweites Segment 343 ohne erfindungsgemäße Verrundung hat. Für alle Ausführungsbeispiele sind die Schenkellängen L1 und L2 sowie die ungefähre Position des ersten und des zweiten Endpunkts 346, 347 der erfindungsgemäßen Verrundung 345 eingetragen.
In 4a hat der erste Abschnitt 341 eine zylindrische Form. Die erfindungsgemäße Verrundung 345 hat an ihrem ersten Endpunkt 346 α2= 90° und an ihrem zweiten Endpunkt 347 α1=0°. Am zweiten Endpunkt 347 geht die Verrundung 345 in eine Gerade über, die in die zylindrische Form des zweiten Segments 343 übergeht.
4b unterscheidet sich von 4a dadurch, dass der erste Endpunkt 346 der erfindungsgemäßen Verrundung 345 radial weiter innen ist und nicht direkt auf der Kante und Übergang zum ersten Abschnitt 341 des Isolatorfußes 34 liegt. In diesem Beispiel geht die Verrundung 345 in ihrem ersten Endpunkt 346 auch in eine Gerade über.
4c unterscheidet sich von 4a dadurch, dass im ersten Endpunkt 346 die Tangente einen Winkel α₂ von kleiner 90° und größer 45° hat.
4d unterscheidet sich von 4a dadurch, dass der erste Abschnitt 341 eine konische Form hat.
4e unterscheidet sich von 4a dadurch, dass der zweite Abschnitt 348 des Isolatorfuß 34 nur das erste Segment 342 mit der erfindungsgemäßen Verrundung 345 aufweist.
4f unterscheidet sich von der 4a dadurch, dass im zweiten Endpunkt 347 der Winkel α₁ größer als 0° und kleiner als 45 ° ist.
4g unterscheidet sich von 4 a dadurch, dass das zweite Segment 343 eine konische Form hat.
4h unterscheidet sich von 4d dadurch, dass im ersten Endpunkt 346 der erfindungsgemäßen Verrundung 345 der Winkel α₂ kleiner ist als 90° und größer ist als 45°.
4i unterscheidet sich von 4f dadurch, dass das zweite Segment 343 eine konische Form hat.
Alle gezeigten Kanten können auch abgeschrägt sein oder kleine konvexe Verrundungen haben.
Die hier gezeigten Ausführungsformen für einen Isolatorfuß mit einer erfindungsgemäßen Verrundung können auch bei einer Vorkammer-Zündkerze verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012012210 A1 [0006]
EP 289064 B1 [0007]

Claims

Zündkerze (1), aufweisend • ein Gehäuse (2), wobei das Gehäuse (2) eine Längsachse (8) hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Gehäuses (2) erstreckt, und wobei das Gehäuse (2) entlang seiner Längsachse (8) eine Bohrung aufweist, wodurch das Gehäuse (2) eine Innenseite hat, wobei das Gehäuse (2) auf seiner Innenseite einen Absatz (22) aufweist, • einen teilweise in der Gehäuse-Bohrung angeordneten Isolator (3), wobei der Isolator (3) eine Längsachse (8) hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators (3) erstreckt, und wobei der Isolator (3) einen Isolatorbund (32), der vom Gehäuse (2) radial gegeben ist, einen Isolatorfuß (34), der das brennraumseitige Ende des Isolators (3) ist und einen kleineren Durchmesser als der Isolatorbund (32) hat, und einen Übergangsbereich (33) hat, der den Isolatorbund (32) und den Isolatorfuß (34) miteinander verbindet und auf dem Absatz (22) des Gehäuses (2) aufliegt, • eine im Isolator (3) angeordnete Mittelelektrode (4), • eine an einem brennraumseitigen Ende des Gehäuses (2) angeordnete Masseelektrode (7), wobei die Masseelektrode (7) und die Mittelelektrode (4) so angeordnet sind, dass sie zusammen einen Zündspalt ausbilden, und • einen Atmungsraum (50), der am brennraumseitigen Ende der Zündkerze ausgebildet ist, wobei der Atmungsraum (50) durch einen Abschnitt (24) des Gehäuses (2) und einen Abschnitt (348) des Isolatorfußes (34) begrenzt wird und eine Öffnung zum Brennraum hat, dadurch gekennzeichnet, dass der den Atmungsraum (50) begrenzende Abschnitt (348) des Isolatorfußes (34) eine Verrundung (345) aufweist, wobei die Verrundung (345) im Querschnitt betrachtet eine erste Schenkellänge L1 und eine zur ersten Schenkellänge L1 abgewinkelte zweite Schenkellänge L2 aufweist, wobei die erste Schenkellänge L1 größer ist als die zweite Schenkellänge L2, wobei die erste Schenkellänge L1 zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem ersten Endpunkt (346) der Verrundung (345) und die zweite Schenkellänge L2 zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem zweiten Endpunkt (347) der Verrundung (345) sich erstrecken.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schenkellänge L1 mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens das 2-fache, besonders vorzugsweise das 5-fache, der zweiten Schenkellänge L2 beträgt.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schenkellänge L1 maximal das 10-fache, vorzugsweise das 7-fache, der zweiten Schenkellänge L2 beträgt.
Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schenkellänge L1 parallel zur Längsachse (8) des Isolators (3) und die zweite Schenkellänge L2 senkrecht zur Längsachse (8) des Isolators (3) sich erstrecken.
Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrundung (345) durch die beiden Schenkellängen L1, L2 und den beiden Winkel α₁ und α₂ beschrieben wird, wobei der Winkel α₁ sich zwischen der Tangente der Verrundung im zweiten Endpunkt (347) der Verrundung und einer ersten durch den zweiten Endpunkt (347) der Verrundung gehende Parallelen zur Längsachse des Isolators aufspannt, und wobei der Winkel α₂ sich zwischen der Tangente der Verrundung im ersten Endpunkt (346) der Verrundung und einer zweiten durch den zweiten Endpunkt (346) der Verrundung gehende Parallelen zur Längsachse (8) des Isolators aufspannt, wobei der Winkel α₁ einen Wert größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich arctan (L2/L1) hat und/oder der Winkel α₂ einen Wert von größer oder gleich arctan (L2/L1) und kleiner oder gleich 90° hat und wobei der zweite Endpunkt (347) der Verrundung näher am brennraumseitigen Ende der Zündkerze (1) ist als der erste Endpunkt (346) der Verrundung.
Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrundung (345) eine konkave Verrundung am Isolatorfuß (34) ist.
Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrundung (345) sich über den gesamten den Atmungsraum begrenzenden Abschnitt (342) des Isolatorfußes erstreckt.
Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem den Atmungsraum (50) begrenzenden Abschnitt (348) des Isolatorfußes (34) mindestens teilweise eine Schicht aufgetragen ist, die dazu eingerichtet ist bei irregulären Verbrennungen im Brennraum eine Entflammung an der Zündkerze (1) auszulösen.
Vorkammer-Zündkerze, aufweisend • ein Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Gehäuses erstreckt, und wobei das Gehäuse entlang seiner Längsachse eine Bohrung aufweist, wodurch das Gehäuse eine Innenseite hat, wobei das Gehäuse auf seiner Innenseite einen Absatz aufweist, • einen teilweise in der Gehäuse-Bohrung angeordneten Isolator, wobei der Isolator eine Längsachse hat, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende des Isolators erstreckt, und wobei der Isolator einen Isolatorbund, der vom Gehäuse radial gegeben ist, einen Isolatorfuß, der das brennraumseitige End des Isolators ist und einen kleineren Durchmesser als der Isolatorbund hat, und einen Übergangsbereich hat, der den Isolatorbund und den Isolatorfuß miteinander verbindet und auf dem Absatz des Gehäuses aufliegt, • eine im Isolator angeordnete Mittelelektrode, • eine an einem brennraumseitigen Ende des Gehäuses angeordnete Kappe, die eine Vorkammer ausbildet, • eine am Gehäuse oder an der Kappe angeordnete Masseelektrode, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass sie zusammen einen Zündspalt ausbilden, und • einen Atmungsraum, der am brennraumseitigen Ende der Zündkerze ausgebildet ist, wobei der Atmungsraum durch einen Abschnitt des Gehäuses und einen Abschnitt des Isolatorfußes begrenzt wird und eine Öffnung zum von der Kappe umschlossenen Brennraumvolumen hat, dadurch gekennzeichnet, dass der den Atmungsraum begrenzende Abschnitt des Isolatorfußes eine Verrundung aufweist, wobei die Verrundung im Querschnitt betrachtet eine erste Schenkellänge und eine zur ersten Schenkellänge abgewinkelte zweite Schenkellänge aufweist, wobei die erste Schenkellänge größer ist als die zweite Schenkellänge, wobei die erste Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem ersten Endpunkt der Verrundung und die zweite Schenkellänge zwischen dem Schnittpunkt der Schenkellängen miteinander und einem zweiten Endpunkt der Verrundung sich erstrecken.