DE102019101872A1

DE102019101872A1 - Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019101872A1
Application number: DE102019101872.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Pawlik; Gerhard Weber; Christian Mayer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze (8) für eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit wenigstens einer Elektrode (9) zum Erzeugen wenigstens eines Zündfunkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, und mit wenigstens einem Armierungselement (11), welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet und unter Bildung einer Schweißzone (12) mit der Elektrode (9) verschweißt ist, wobei die Schweißzone (12) außenumfangsseitig zumindest teilweise mit einem Material (14) versehen ist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die EP 1 416 599 A2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, welche eine röhrenförmige metallische Hülle und einen röhrenförmigen Isolator umfasst, welcher in einer axialen Richtung der metallischen Hülle verläuft und in der metallischen Hülle befestigt ist.
Der DE 10 2007 052 266 A1 ist eine Zündkerze als bekannt zu entnehmen. Die Zündkerze umfasst einen Körper aus einem unedlen metallischen Werkstoff, in welchem ein Isolator angeordnet ist. Außerdem ist aus der EP 1 517 418 A2 eine Zündkerze bekannt, welche eine hohle metallische Hülle umfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Verschleißresistenz der Zündkerze realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Zündkerze weist wenigstens eine Elektrode zum Erzeugen wenigstens eines Zündfunkens auf, mittels welchem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskraftmaschine gezündet werden kann. Die Zündkerze umfasst darüber hinaus wenigstens ein Armierungselement, welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet und unter Bildung einer Schweißzone mit der Elektrode verschweißt ist. Hierdurch ist die Elektrode mit dem beispielsweise als ein Formteil ausgebildeten Armierungselement armiert. Das Armierungselement ist beispielsweise zumindest auf einem Teilbereich der Elektrode angeordnet, sodass die Elektrode zumindest in dem Teilbereich durch das Armierungselement armiert ist. Mit anderen Worten ist die Elektrode zumindest in dem Teilbereich der Elektrode mit dem Armierungselement versehen. Die Elektrode ist beispielsweise aus einem, insbesondere metallischen, ersten Werkstoff gebildet, welcher vorzugsweise ein unedler Werkstoff ist. Unter dem Merkmal, dass das Armierungselement aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet ist, kann insbesondere verstanden werden, dass das Armierungselement aus einem Edelmetallwerkstoff gebildet ist, welcher auch als zweiter Werkstoff bezeichnet wird. Der Edelmetallwerkstoff umfasst genau oder wenigstens ein Edelmetall. Somit ist das Armierungselement beispielsweise aus Platin und/oder Iridium gebildet.
Bei dem Edelmetallwerkstoff kann es sich um eine Edelmetalllegierung handeln. Mit anderen Worten kann das Armierungselement aus einer Legierung gebildet sein, welche wenigstens oder genau ein Edelmetall als Legierungsbestandteil aufweist. Ferner ist es denkbar, dass es sich bei dem ersten Werkstoff um eine Legierung, insbesondere um eine Stahllegierung, handelt, wobei beispielsweise der erste Werkstoff frei von Edelmetallen ist. Insbesondere ist der erste Werkstoff ein unedles beziehungsweise nicht edles Basismaterial, welches beispielsweise ein Stahl sein kann. Der erste Werkstoff kann somit auch als Basiswerkstoff bezeichnet werden. Bei dem Stahl handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit einem hohen Nickel-Anteil. Da das Armierungselement auf der Elektrode angeordnet ist, ist das Armierungselement beispielsweise eine Auflage, insbesondere eine Edelmetallauflage, welche auf die Elektrode, insbesondere zumindest auf den Teilbereich der Elektrode, aufgebracht ist. Da das Armierungselement mit der Elektrode verschweißt ist, ist das Armierungselement durch Schweißen mit der Elektrode verbunden. Somit ist das Armierungselement eine Auflage, insbesondere eine Edelmetallauflage, welche, insbesondere unter Bildung der Schweißzone, auf die Elektrode beziehungsweise auf das Basismaterial aufgeschweißt ist.
Der Zündfunken ist dabei insbesondere in dem mit dem Armierungselement versehenen Teilbereich erzeugbar, wodurch im Vergleich zu einer Zündkerze, welche nicht mit einem solchen Armierungselement versehen ist, eine verbesserte Verschleißfestigkeit gewährleistet werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrode lediglich lokal mit dem Armierungselement versehen, sodass sich beispielsweise an das Armierungselement anschließende Bereiche der Elektrode, insbesondere einer außenumfangsseitige Mantelfläche der Elektrode, frei von dem Armierungselement beziehungsweise frei von einem Armierungselement sind. Dadurch können die Kosten der Zündkerze in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
Unter der Schweißzone kann verstanden werden, dass in der Schweißzone der Werkstoff beziehungsweise das Basismaterial, aus welchem die Elektrode an sich hergestellt beziehungsweise gebildet ist, mit dem Edelmetall beziehungsweise der Edelmetalllegierung, aus welchem beziehungsweise welcher das Armierungselement gebildet ist, vermischt ist. Mit anderen Worten, um das Armierungselement mit der Elektrode zu verschweißen, werden die Elektrode und das Armierungselement beziehungsweise das Basismaterial und das Edelmetall erwärmt und dadurch aufgeschmolzen, insbesondere während das Armierungselement sich in Kontakt mit der Elektrode befindet. In der Folge vermischt sich das Basismaterial mit dem Edelmetall beziehungsweise mit der Edelmetalllegierung in der Schweißzone, wodurch die Elektrode mit dem Armierungselement beziehungsweise umgekehrt verschweißt wird.
Um nun eine besonders hohe Verschleißfestigkeit oder Verschleißresistenz der Zündkerze realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schweißzone außenumfangsseitig zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, mit einem Material versehen ist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist. Das Material ist vorzugsweise ein von dem Basismaterial und/oder von dem Edelmetall beziehungsweise von der Edelmetalllegierung oder von dem zweiten Werkstoff unterschiedliches Material. Die Austrittsarbeit ist eine für das Material beziehungsweise für das Edelmetall spezifische Kenngröße und bezeichnet die Arbeit, also die Energie, die mindestens aufgewandt werden muss, um ein Elektron aus einem ungeladenen Festkörper vorliegend in Form des Materials beziehungsweise des Armierungselements oder des Edelmetalls zu lösen. Mit anderen Worten bildet beispielsweise das Material einen ersten Festkörper, mit welchem die Schweißzone außenumfangsseitig zumindest teilweise versehen, das heißt ummantelt beziehungsweise überzogen ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt bildet das Material beispielsweise eine feste und somit als ein erster Festkörper ausgebildete Schicht oder Beschichtung, welche zumindest auf einem Teil der Schweißzone außenumfangsseitig aufgebracht ist. Das aus dem Edelmetall gebildete Armierungselement bildet beziehungsweise ist ein zweiter Festkörper beziehungsweise das Edelmetall bildet einen zweiten Festkörper in Form des Armierungselements. Somit weist beispielsweise das Material beziehungsweise der erste Festkörper eine erste Austrittsarbeit auf, welche aufgewendet werden muss, um ein Elektron aus dem Material zu lösen. Das Edelmetall beziehungsweise das Armierungselement oder der zweite Festkörper weist eine zweite Austrittsarbeit auf, welche aufgewendet werden muss, um ein Elektron aus dem Edelmetall beziehungsweise dem Armierungselement oder dem zweiten Festkörper zu lösen. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Austrittsarbeit der zweiten Austrittsarbeit entspricht oder dass die erste Austrittsarbeit größer als die zweite Austrittsarbeit ist. Hierdurch kann während eines Betriebs der Zündkerze ein übermäßiger Verschleiß der Zündkerze vermieden werden, sodass eine besonders hohe Lebensdauer der Zündkerze insbesondere auch dann dargestellt werden kann, wenn die Zündkerze in einem Zündsystem mit verlängerter Funkendauer und dabei beispielsweise mit einer Funkendauer von mehr als zwei Millisekunden verwendet wird.
Zur Erfindung gehört somit vorzugsweise auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei die Zündkerze in einem Zündsystem verwendet wird, um wenigstens einen Zündfunken mit einer Funkendauer zu erzeugen, welche größer als zwei Millisekunden ist. Außerdem können die Kosten der erfindungsgemäßen Zündkerze besonders gering gehalten werden, da nicht die gesamte Elektrode, sondern nur deren verschleißrelevanter Teilbereich durch das Armierungselement und somit durch das Edelmetall geschützt ist. Außerdem kann das beispielsweise als Überzug fungierende und vorzugsweise in festem Zustand beziehungsweise in festem Aggregatszustand auf der Schweißzone angeordnete beziehungsweise die Schweißzone umgebende Material besonders dünn gehalten werden, sodass ein übermäßiger Einfluss auf das thermische Verhalten der Zündkerze vermieden werden kann. Das thermische Verhalten stellt einen besonders großen Einflussfaktor für den Verschleiß der Elektrode dar, wobei ein unerwünschter, durch das Material bewirkter Einfluss auf das thermische Verhalten der Zündkerze vermieden werden kann.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei modernen, beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen insbesondere von Kraftfahrzeugen, steigt die Belastung an der jeweiligen Zündkerze bei gleichzeitig gestiegenen Lebensdaueranforderungen, um wirtschaftlich attraktive, möglichst lange Wechselintervalle zu erreichen. Um hier verschleißfeste Zündkerzen realisieren zu können, wird die jeweilige Elektrode mit Edelmetallen wie Platin und/oder Iridium versehen, um in einem sogenannten Funkenbereich, in welchem der Zündfunke entsteht, eine übermäßige Erosion der Elektrode an sich zu verringern beziehungsweise gering zu halten. Aus wirtschaftlichen Gründen wird das Armierungselement, welches als Edelmetallauflage fungiert, so klein wie möglich ausgestaltet und auf das vorzugsweise unedle Basismaterial aufgeschweißt.
Üblicherweise wird die Zündkerze derart verwendet, dass die Elektrode und dabei insbesondere das Armierungselement und der mit dem Armierungselement versehene Teilbereich der Elektrode in einem beispielsweise durch einen Zylinder begrenzten Brennraum angeordnet sind. Dadurch kann der Zündfunke in dem Brennraum erzeugt werden, um in dem Brennraum das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Bei einem Ladungswechsel des Brennraums kommt es zu einer durch den Ladungswechsel bedingten Strömung in dem Brennraum beziehungsweise in dem Zylinder. Durch diese durch den Ladungswechsel bedingte Strömung sowie durch elektromagnetische Effekte wird der Zündfunke gegebenenfalls ausgelenkt und kann bezüglich einer herkömmlichen Zündkerze auf oder in Bereiche der Elektrode und somit des Basismaterials wandern, die nicht durch das Armierungselement beziehungsweise nicht durch Edelmetall geschützt sind. Dadurch kann dort ein erhöhter Verschleiß auftreten. Da das Basismaterial üblicherweise eine nur geringe Austrittsarbeit aufweist, wird der zuvor beschriebene Effekt begünstigt. Bei deutlich verlängerten Funkenbrenndauern beispielsweise mit Funkendauern von mehr als zwei Millisekunden kommt es zu einer weiteren Verstärkung des Effekts, sodass das Basismaterial einer herkömmlichen Zündkerze erodiert und somit übermäßig verschlissen wird.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun bei der erfindungsgemäßen Zündkerze vermieden werden, da die Schweißzone, welche sich vorzugsweise an das Edelmetall an sich anschließt, außenumfangsseitig mit dem vorzugsweise festen Material versehen und somit vor übermäßiger Erosion beziehungsweise übermäßigem Verschleiß geschützt ist. Mit anderen Worten ist die Schweißzone außenumfangsseitig mit dem Material versehen beziehungsweise ummantelt oder überzogen, wobei das Material die gleiche oder eine höhere Austrittsarbeit für Elektronen besitzt im Vergleich zum verwendeten Edelmetall des Armierungselements. Dadurch kann beispielsweise ein Fußpunkt des Zündfunkens auf den Bereich der Elektrode beziehungsweise des Basismaterials begrenzt werden, der beziehungsweise das durch das Edelmetall geschützt, das heißt mit dem Edelmetall armiert ist.
Das beispielsweise als Überzug oder Ummantelung fungierende Material kann auf unterschiedliche Weise auf die Schweißzone aufgebracht werden. Beispielsweise ist das Material durch Galvanik oder Sputtern auf die Schweißzone aufgebracht. Somit gehört vorzugsweise zur Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei bei dem Verfahren das Material durch Galvanik oder Sputtern auf die Schweißzone, insbesondere auf die zuvor hergestellte Schweißzone, aufgebracht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Material auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone anschließenden zweiten Teilbereich der Elektrode angeordnet, wodurch eine besonders hohe Robustheit der Elektrode gegenüber Verschleiß realisiert werden kann. Unter dem Merkmal, dass sich der zweite Teilbereich der Elektrode an die Schweißzone anschließt, ist insbesondere zu verstehen, dass in dem zweiten Teilbereich bezogen auf das Edelmetall und das Basismaterial ausschließlich das Basismaterial vorliegt. Mit anderen Worten liegt in dem zweiten Teilbereich keine Vermischung des Edelmetalls mit dem Basismaterial vor, sodass der zweite Teilbereich nicht zur Schweißzone gehört.
Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der Elektrode und somit der Zündkerze insgesamt zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Material auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone anschließenden dritten Teilbereich des Armierungselements angeordnet ist. Mit anderen Worten ist vorzugsweise auch der zweite Teilbereich und/oder der dritte Teilbereich mit dem Material versehen und somit mit dem Material ummantelt beziehungsweise überzogen, sodass auch der zweite Teilbereich und/oder der dritte Teilbereich durch das Material vor übermäßiger Erosion beziehungsweise vor übermäßigem Verschleiß geschützt werden kann. Unter dem Merkmal, dass sich der dritte Teilbereich des Armierungselements an die Schweißzone anschließt, ist insbesondere zu verstehen, dass in dem dritten Teilbereich bezogen auf das Edelmetall und das Basismaterial ausschließlich das Edelmetall beziehungsweise der zweite Werkstoff vorliegt. Mit anderen Worten liegt in dem dritten Teilbereich keine Vermischung des Edelmetalls mit dem Basismaterial vor, sodass der dritte Teilbereich nicht zur Schweißzone gehört.
Dies bedeutet, dass das beispielsweise als Überzug, insbesondere als fester Überzug, oder als Ummantelung, insbesondere als feste Ummantelung, wirkende beziehungsweise ausgebildete Material während des Herstellens der Zündkerze auch das insbesondere als Edelmetallauflage ausgebildete Armierungselement beziehungsweise den zweiten Teilbereich und/oder den dritten Teilbereich überdecken kann beziehungsweise darf, insbesondere da während des Betriebs der zweite Teilbereich und/oder der dritte Teilbereich zügig frei erodiert wird, insbesondere durch Erzeugen des Zündfunkens beziehungsweise von mehreren Zündfunken. Durch eine geeignete Wahl der Elektrode beziehungsweise deren Geometrie kann dafür gesorgt werden, dass durch lokale Feldüberhöhungen der Zündfunke in dem durch das Edelmetall geschützten Teilbereich der Elektrode entsteht und somit eine gewünschte beziehungsweise gewollte Erosion des Materials gezielt stattfindet. Das Material beziehungsweise der Überzug kann aus einer Atom-Art oder aus Molekülen wie zum Beispiel einem Oxid gebildet sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Material aus dem gleichen Edelmetall wie das Armierungselement selbst gebildet ist. Im Rahmen des Herstellens der Zündkerze ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zunächst das Armierungselement mit der Elektrode beziehungsweise mit dem Basismaterial unter Bildung der Schweißzone verschweißt wird, woraufhin das Material auf die Schweißzone beziehungsweise auf zumindest einen Teil der Schweißzone aufgebracht wird.
Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Elektrode als eine Mittelelektrode ausgebildet ist, welche zumindest teilweise in einem, insbesondere elektrischen, Isolator der Zündkerze angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Zündkerze eine Gegenelektrode aufweist, mit welcher ein aus wenigstens oder genau einem zweiten Edelmetall gebildetes zweites Armierungselement verbunden ist. Dadurch kann eine besonders hohe Robustheit der Zündkerze gegenüber Verschleiß gewährleistet werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das zweite Edelmetall das gleiche wie das erste Edelmetall ist. Das Armierungselement ist unter Bildung eines zwischen den Armierungselementen angeordneten Luftspalts von dem ersten Armierungselement beabstandet angeordnet, wobei in dem Luftspalt der Zündfunke mittels der Elektrode und der Gegenelektrode erzeugbar ist.
Um dabei eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der Zündkerze realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zündkerze ein zweites Material aufweist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des zweiten Edelmetalls ist. Somit können die vorigen und folgenden Ausführungen zum ersten Material ohne weiteres auch auf das zweite Material übertragen werden und umgekehrt.
Das zweite Material kann zumindest auf einem Teilbereich der Gegenelektrode und/oder des zweiten Armierungselements angeordnet sein, um dadurch eine besonders hohe Verschleißfestigkeit realisieren zu können.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zweite Armierungselement unter Bildung einer zweiten Schweißzone mit der Gegenelektrode verschweißt ist. Hierdurch kann eine besonders hohe Robustheit der Zündkerze gewährleistet werden.
Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders hohen Verschleißfestigkeit als vorteilhaft gezeigt, wenn die zweite Schweißzone außenumfangsseitig zumindest teilweise mit dem zweiten Material versehen ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum und wenigstens eine dem Brennraum zugeordnete Zündkerze auf, welche vorzugsweise als eine erfindungsgemäße Zündkerze gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Die Zündkerze weist wenigstens eine Elektrode zum Erzeugen wenigstens eines Zündfunkens auf, mittels welchem in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden kann. Außerdem umfasst die Zündkerze gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wenigstens ein Armierungselement, welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet und unter Bildung einer Schweißzone mit der Elektrode verschweißt ist.
Um bei dem zweiten Aspekt der Erfindung eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der Zündkerze zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schweißzone außenumfangsseitig zumindest teilweise mit einem Material versehen ist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil einer außenumfangsseitigen Mantelfläche der Schweißzone mit dem Material versehen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt:

1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine; und
2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zündkerze der Verbrennungskraftmaschine.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst und mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Gehäuseelement 2 auf, durch welches wenigstens ein Zylinder 3 gebildet ist. Der Zylinder 3 begrenzt zumindest teilweise einen Brennraum 4 der Verbrennungskraftmaschine 1. Insbesondere ist der Brennraum 4 seitlich durch eine den Zylinder 3 begrenzende Zylinderwand 22 des Gehäuseelements 2 begrenzt. Außerdem ist der Brennraum 4 durch ein Brennraumdach 5 begrenzt. In dem Zylinder 3 ist ein Kolben 6 translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der Brennraum 4 auch durch den Kolben 6 begrenzt ist.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine in den Fig. nicht dargestellte und beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 1 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Dabei ist der Kolben 6 über ein Pleuel 7 gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens 6 in dem Zylinder 3 in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können. Die Abtriebswelle ist somit um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement 2 drehbar. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 werden Luft und ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, in den Brennraum 4 eingeleitet. Der Kraftstoff und die Luft bilden in dem Brennraum 4 ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches vorliegend durch Fremdzündung gezündet und in der Folge verbrannt wird. Dadurch wird der Kolben 6 angetrieben. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist somit als fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 als Ottomotor ausgebildet sein kann.
Um das Gemisch per Fremdzündung zu zünden, weist die Verbrennungskraftmaschine 1 wenigstens oder genau eine dem Brennraum 4 zugeordnete Zündkerze 8 auf. Mittels der Zündkerze 8 kann wenigstens ein Zündfunke erzeugt und somit bereitgestellt werden, mittels welchem das Gemisch gezündet werden kann beziehungsweise gezündet wird. Die Zündkerze 8 ist ausschnittsweise und vergrößert in 2 dargestellt.
Wie aus 2 erkennbar ist, weist die Zündkerze 8 eine erste Elektrode 9 auf, welche vorliegend eine Mittelelektrode der Zündkerze 8 ist. Die Mittelelektrode ist in einem Isolator 10 der Zündkerze 8 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, aufgenommen. Die Elektrode 9 an sich ist aus einem ersten Werkstoff gebildet, welcher auch als Basismaterial bezeichnet wird. Das Basismaterial ist ein unedler beziehungsweise nicht edler Werkstoff, wobei es sich bei dem Basismaterial um einen Stahl insbesondere mit einem hohen Nickel-Anteil handeln kann. Der zuvor genannte Zündfunke ist dabei mittels der Elektrode 9 erzeugbar.
Die Zündkerze 8 weist auch ein der Elektrode 9 zugeordnetes und beispielsweise zumindest auf einem Teilbereich T der Elektrode 9 angeordnetes Armierungselement 11 auf, welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall und somit aus einem Edelmetallwerkstoff gebildet ist. Der Edelmetallwerkstoff ist beispielsweise eine Edelmetalllegierung. Somit sind die Elektrode 9 an sich und das Armierungselement 11 an sich aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Das Armierungselement 11 ist unter Bildung einer in 2 durch eine Kreuzschraffur veranschaulichten Schweißzone 12 auf der Elektrode 9 beziehungsweise auf das Basismaterial, insbesondere auf den Teilbereich T, aufgeschweißt, sodass das Armierungselement 11 unter Bildung der Schweißzone 12 mit der Elektrode 9 verschweißt ist. Dies bedeutet, dass die Schweißzone 12 hergestellt wird, während das Armierungselement 11 mit der Elektrode 9 beziehungsweise mit dem Basismaterial verschweißt wird. Bei dem Verschweißen des Armierungselements 11 mit der Elektrode 9 wird zumindest ein Teil des Armierungselements 11 und zumindest ein Teil der Elektrode 9 aufgeschmolzen, sodass das Edelmetall und das Basismaterial zumindest teilweise aufgeschmolzen werden. Das aufgeschmolzene Basismaterial vermischt sich in der Schweißzone 12 mit dem aufgeschmolzenen Edelmetall, sodass in der Schweißzone 12 eine das Edelmetall und das Basismaterial umfassende Schmelze entsteht. Die Schmelze ist somit ein Gemisch aus dem Basismaterial und dem Edelmetall, wobei die Schmelze nach dem Verschweißen erstarrt.
Um nun eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der Zündkerze 8 zu realisieren, ist die Schweißzone 12 außenumfangsseitig zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, mit einem ein festes, insbesondere eigensteifes, Bauelement 13 bildenden Material 14 versehen, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist. Aus 2 ist erkennbar, dass das Material 14 beziehungsweise das Bauelement 13 einen Überzug oder eine Ummantelung bildet, mit welcher die Schweißzone 12 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, ummantelt ist. Dabei ist das Material 14 auf der Schweißzone 12, insbesondere auf einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 15 der Schweißzone 12, aufgebracht, insbesondere derart, dass das Material 14 die außenumfangsseitige Mantelfläche 15 direkt berührt. Das Material 14 ist beispielsweise auf die Schweißzone 12 aufgesputtert oder durch Galvanik auf die Schweißzone 12 aufgebracht. Aus 2 ist erkennbar, dass das Material 14 auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone 12 anschließenden zweiten Teilbereich T2 der Elektrode 9 beziehungsweise des Basismaterials an sich angeordnet ist, sodass das Material 14 auch den sich an die Schweißzone 12 anschließenden Teilbereich T2 der Elektrode 9 ummantelt beziehungsweise überzieht. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist das Material 14 auch auf den zweiten Teilbereich T2 einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 16 der Elektrode 9 beziehungsweise des Basismaterials angeordnet.
Außerdem ist das Material 14 auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone 12 anschließenden dritten Teilbereich T3 des Armierungselements 11 an sich angeordnet. Der dritte Teilbereich T3 ist beispielsweise ein dritter Teilbereich einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 17 des Armierungselements 11 an sich, wobei sich der dritte Teilbereich T3 an die Schweißzone 12 anschließt. Somit ist weder der Teilbereich T2 noch der Teilbereich T3 Bestandteil der Schweißzone 12, sodass beispielsweise in dem Teilbereich T2 bezogen auf das Edelmetall und das Basismaterial ausschließlich das Basismaterial vorliegt, und in dem Teilbereich T3 liegt bezogen auf das Edelmetall und das Basismetall ausschließlich das Edelmetall vor. Somit ummantelt das Material 14 auch den Teilbereich T3. Insbesondere ist es denkbar, dass während einer Herstellung der Zündkerze 8 zunächst das gesamte Armierungselement 11 außenumfangsseitig mit dem Material 14 ummantelt wird. Durch Erzeugen des Zündfunkens wird dann das zunächst auf das Armierungselement 11 aufgebrachte Material 14 in zumindest einem solchen Bereich durch den Zündfunken erodiert und somit von dem Armierungselement 11 abgetragen, in welchem der Zündfunke erzeugt wird.
Die Zündkerze 8 weist darüber hinaus eine zweite Elektrode in Form einer Masseelektrode auf, welche für die Elektrode 9 eine Gegenelektrode 18. Die Masseelektrode (Gegenelektrode 18) ist beispielsweise aus dem zuvor beschriebenen Basismaterial gebildet. Außerdem ist mit der Gegenelektrode 18 ein zweites Armierungselement 19 verbunden, insbesondere verschweißt, wobei das Armierungselement 19 aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet ist. Die Armierungselemente 11 und 19 können beispielsweise aus dem gleichen Edelmetall beziehungsweise aus den gleichen Edelmetallen gebildet sein. Aus 2 ist erkennbar, dass das jeweilige Armierungselement 11 beziehungsweise 19 als Edelmetallauflage für die jeweilige Elektrode 9 beziehungsweise für die Gegenelektrode 18 fungiert, um die Elektrode 9 beziehungsweise die Gegenelektrode 18 zu schützen. Dabei sind jeweilige, sich an die jeweilige Edelmetallauflage anschließende Teile der jeweiligen Elektrode 9 beziehungsweise der Gegenelektrode 18 an sich frei von der Edelmetallauflage, wodurch die Kosten der Zündkerze 8 besonders gering gehalten werden können.
Das Armierungselement 19 ist unter Bildung eines zwischen den Armierungselementen 11 und 19 angeordneten Luftspalts L von dem Armierungselement 11 beabstandet angeordnet, sodass in dem Luftspalt L der zuvor beschriebene Zündfunke mittels der Elektrode 9 und mittels der Gegenelektrode 18 erzeugbar ist beziehungsweise erzeugt wird. Dabei ist ein zweites Material 20 vorgesehen, welches beispielsweise ein zweites, festes und/oder eigensteifes Bauelement 21 bildet. Beispielsweise kann das zweite Material 20 dem ersten Material 14 entsprechen. Die Austrittsarbeit des zweiten Materials 20 ist größer oder gleich der Austrittsarbeit des zweiten Edelmetalls, aus welchem das zweite Armierungselement 19 gebildet ist. Aus 2 ist erkennbar, dass das zweite Material 20 zumindest auf einem vierten Teilbereich T4 der Gegenelektrode 18 und/oder zumindest auf einem fünften Teilbereich T5 des Armierungselements 19 angeordnet ist. Es ist denkbar, dass das zweite Armierungselement 19 unter Bildung einer in den Fig. nicht näher dargestellten zweiten Schweißzone mit der Gegenelektrode 18 verschweißt ist. Vorzugsweise schließen sich die Teilbereiche T4 und T5 an die zweite Schweißzone an, sodass die Teilbereiche T4 und T5 nicht Bestandteile der zweiten Schweißzone sind. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die zweite Schweißzone außenumfangsseitig zumindest teilweise mit dem zweiten Material 20 versehen und somit ummantelt beziehungsweise überzogen ist. Dadurch kann ein übermäßiger Verschleiß der Zündkerze 8 vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Gehäuseelement
3: Zylinder
4: Brennraum
5: Brennraumdach
6: Kolben
7: Pleuel
8: Zündkerze
9: Elektrode
10: Isolator
11: Armierungselement
12: Schweißzone
13: Bauelement
14: Material
15: außenumfangsseitige Mantelfläche
16: außenumfangsseitige Mantelfläche
17: außenumfangsseitige Mantelfläche
18: Gegenelektrode
19: zweites Armierungselement
20: zweites Material
21: zweites Bauelement
22: Zylinderwand
L: Luftspalt
T: Teilbereich
T2: zweiter Teilbereich
T3: dritter Teilbereich
T4: vierter Teilbereich
T5: fünfter Teilbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1416599 A2 [0002]
DE 102007052266 A1 [0003]
EP 1517418 A2 [0003]

Claims

Zündkerze (8) für eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit wenigstens einer Elektrode (9) zum Erzeugen wenigstens eines Zündfunkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, und mit wenigstens einem Armierungselement (11), welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet und unter Bildung einer Schweißzone (12) mit der Elektrode (9) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißzone (12) außenumfangsseitig zumindest teilweise mit einem Material (14) versehen ist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist.
Zündkerze (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (14) auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone (12) anschließenden Teilbereich (T2) der Elektrode (9) angeordnet ist.
Zündkerze (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (14) auch zumindest auf einem sich an die Schweißzone (12) anschließenden Teilbereich (T3) des Armierungselements (11) angeordnet ist.
Zündkerze (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (9) als eine Mittelelektrode ausgebildet ist, welche zumindest teilweise in einem Isolator (10) der Zündkerze (8) angeordnet ist.
Zündkerze (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gegenelektrode (18), mit welcher ein aus wenigstens oder genau einem zweiten Edelmetall gebildetes zweites Armierungselement (19) verbunden ist, welches unter Bildung eines zwischen den Armierungselementen (11, 19) angeordneten Luftspalts (L), in welchem der Zündfunke mittels der Elektrode (9) und der Gegenelektrode (18) erzeugbar ist, von dem ersten Armierungselement (11) beabstandet angeordnet ist.
Zündkerze (8) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein zweites Material (20), dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des zweiten Edelmetalls ist.
Zündkerze (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (20) zumindest auf einem Teilbereich (T4, T5) der Gegenelektrode (18) und/oder des zweiten Armierungselements (19) angeordnet ist.
Zündkerze (8) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Armierungselement (19) unter Bildung einer zweiten Schweißzone mit der Gegenelektrode (18) verschweißt ist.
Zündkerze (8) nach Anspruch 8 in dessen Rückbezug auf Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schweißzone (12) außenumfangsseitig zumindest teilweise mit dem zweiten Material (20) versehen ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum (4), und mit wenigstens einer dem Brennraum (4) zugeordnete Zündkerze (8), welche aufweist: - wenigstens eine Elektrode (9) zum Erzeugen wenigstens eines Zündfunkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum (4); und - wenigstens ein Armierungselement (11), welches aus wenigstens oder genau einem Edelmetall gebildet und unter Bildung einer Schweißzone (12) mit der Elektrode (9) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißzone (12) außenumfangsseitig zumindest teilweise mit einem Material (14) versehen ist, dessen Austrittsarbeit größer oder gleich der Austrittsarbeit des Edelmetalls ist.