DE102020209834A1

DE102020209834A1 - Charge von Zündkerzen

Info

Publication number: DE102020209834A1
Application number: DE102020209834.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaske; Ulrich Stockmeier; Matthias Blankmeister; Matthias Budde; Philipp Rottmann; Ugur Yilmaz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-02-10
Also published as: EP4193432A1; US20230187909A1; US11901704B2; WO2022028825A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Charge von Zündkerzen, wobei jede Zündkerze (1) der Charge eine Längsachse (X-X), eine in Richtung der Längsachse (X-X) orientierte Mittelelektrode (5), eine unter einem Winkel zur Längsachse (X-X) orientierte Masseelektrode (12) aufweist, sodass zwischen einer Spitze der Mittelelektrode (5) und einer Spitze der Masseelektrode (12) ein Zündspalt (125) ausgebildet ist, und ein Außengewinde (4) zum Einschrauben der Zündkerze (1) in Längsrichtung in ein Innengewinde eines Zylinderkopfes eines Brennraums einer Brennkraftmaschine und eine senkrecht zur Längsachse (X-X) orientierte ringförmige Anlagefläche (60) zur Anlage der Zündkerze (1) an dem Zylinderkopf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei allen Zündkerzen (1) der Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze (1) in das Innengewinde des Zylinderkopfes die Masseelektroden (12) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) relativ zu dem Brennraum eine zueinander gleiche Orientierung aufweisen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Charge von Zündkerzen, insbesondere von Vorkammerzündkerzen.
Eine einzelne Vorkammerzündkerze und ein Verfahren zu ihrer Herstellung ist beispielsweise aus der DE 10 2017 107 728 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verbrennung innerhalb eines Brennraums einer Brennkraftmaschine durch eine abgestimmte Orientierung der Masseelektrode der zugehörigen Zündkerze optimierbar ist und dass auf diese Weise bei Vorkammerzündkerzen ein optimaler Gasaustausch innerhalb der Vorkammer bzw. zwischen der Vorkammer und dem Brennraum erreichbar ist.
Mit der Zielsetzung eine bestimmte Orientierung der Masseelektrode reproduzierbar zu realisieren, betrifft die Erfindung eine Charge von Zündkerzen, wobei jede Zündkerze der Charge eine Längsachse, eine in Richtung der Längsachse orientierte Mittelelektrode, eine unter einem Winkel zur Längsachse orientierte Masseelektrode aufweist, sodass zwischen einer Spitze der Mittelelektrode und einer Spitze der Masseelektrode ein Zündspalt ausgebildet ist, und ein Außengewinde zum Einschrauben der Zündkerze in Längsrichtung in ein Innengewinde eines Zylinderkopfes eines Brennraums einer Brennkraftmaschine und eine senkrecht zur Längsachse orientierte ringförmige Anlagefläche zur Anlage der Zündkerze an dem Zylinderkopf aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass bei allen Zündkerzen der Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze in das Innengewinde des Zylinderkopfes die Masseelektrode mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse der Zündkerze relativ zu dem Brennraum eine zueinander gleiche Orientierung aufweisen.
Es werden folglich bei jeder Zündkerze dieser Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze die abgestimmte Orientierung der Masseelektrode und damit die oben angegebenen Vorteile erreicht.
Ein bestimmungsgemäßes Einschrauben ist insbesondere ein Einschrauben mit einem für alle Zündkerzen fest vorgegebenen Drehmoment, z.B. 30Nm.
Unter der Orientierung eines Gewindes wird insbesondere die Orientierung des Anfangs (also der vom Brennraum abgewandten Seite) und/oder des Endes (also der dem Brennraum zugewandten Seite) des Gewindes mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse der Zündkerze verstanden.
Unter einer Charge von Zündkerzen ist eine Vielzahl von Zündkerzen zu verstehen, zum Beispiel mindestens zwei oder drei. Es kann sich insbesondere um eine Vielzahl von Zündkerzen handeln, die beispielsweise in einer laufenden Serienproduktion, zeitlich hintereinander oder parallel gefertigt wurden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede Zündkerze der Charge eine Kappe mit wenigstens einer Durchgangsöffnung aufweist, sodass sich eine Vorkammer ausbildet, die über die Durchgangsöffnung mit dem Brennraum kommuniziert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung mit Hinblick auf ihren Ort und/oder ihre Richtung zur Längsachse der Zündkerze versetzt und/oder verkippt ist, also nicht auf der Längsachse der Zündkerze liegt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass bei allen Zündkerzen der Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze in das Innengewinde des Zylinderkopfes die Durchgangsöffnungen mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse der Zündkerze relativ zu dem Brennraum eine zueinander gleiche Orientierung aufweisen. In diesem Fall sind die Vorkammerzündkerzen der Charge mit Hinblick auf ihre Kappen und auf ihre Masseelektroden zueinander gleich im Brennraum orientierbar. Die Verbrennung ist so optimierbar.
Jede Brennkraftmaschine hat individuelle Eigenschaften, beispielsweise betreffend der Lage der Zündkerze zu einem Einspritzstrahl. Aus diesem Grunde ist eine abgestimmte Positionierung und Orientierung der Masseelektrode sehr vorteilhaft für einen optimalen Gasaustausch innerhalb der Vorkammer der Zündkerze sowie zwischen der Vorkammer und dem Brennraum.
Unterschiedliche Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Charge von Zündkerzen sind in den Unteransprüchen und Ausführungsbeispielen angegeben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische, perspektivische Teilansicht der Vorkammerzündkerze von 1 ohne Vorkammer,
3 eine schematische, perspektivische Teilansicht einer alternativen Vorkammerzündkerze,
4 - 6 zeigen Flussdiagramme unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 eine Vorkammer 2, welche durch eine im Schnitt U-förmige Kappe 3 definiert ist.
Die Kappe 3 ist an einem Gehäuse 6 der Vorkammerzündkerze 1 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung 9 fixiert.
Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner eine Mittelelektrode 5 und einen Isolator 7.
Am Gehäuse 6 ist am Außenumfang ein Außengewinde 4 vorgesehen. Der Anfang des Außengewindes 4 liegt auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Außengewindes 4 und definiert eine Orientierung des Außengewindes 4 relativ zu der Vorkammerzündkerze 1. Das Außengewinde 4 ist benachbart zur Kappe 3 ausgebildet und dient beispielsweise zur Fixierung der Vorkammerzündkerze 2 in einem Zylinderkopf eines Brennraums einer Brennkraftmaschine.
In der Kappe 3 sind mehrere Durchgangslöcher 30 vorgesehen, welche jeweils in einem Winkel α zu einer Längsachse X-X der Vorkammerzündkerze 1 angeordnet sind. Wenn eine Zündung in der Vorkammer 2 der Vorkammerzündkerze 1 erfolgt, werden sog. Fackelstrahlen durch die Durchgangslöcher 30 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine durch die Durchgangslöcher 30 ausgegeben, welche dann ein Gemisch im Brennraum entzünden.
Auf Höhe des Außengewindes 4 weist das Gehäuse 6 eine Bohrung auf, in der eine Masseelektrode 12 beispielsweise eingepresst ist, sodass zwischen einer Spitze der Mittelelektrode 5 und einer Spitze der Masseelektrode 12 ein Zündspalt 125 ausgebildet ist.
Die Zündkerze 1 weist ferner eine senkrecht zur Längsachse X-X orientierte ringförmige Anlagefläche 60 auf.
Ein bestimmungsgemäßes Einschrauben der Zündkerze 1 in ein Innengewinde eines Zylinderkopfes sieht beispielsweise vor, dass die Anlagefläche 60 an einem Zylinderkopf einer Zündkerze 1 zu Anlage kommt. Entsprechend einem vorgegebenen, auf die Zündkerze um die Längsachse X-X einwirkenden Drehmoment (z.B. 30 Nm) kommt das bestimmungsgemäße Einschrauben zu seinem Abschluss. Die Zündkerze 1 ist dann fertig am Zylinderkopf montiert und die Orientierung der Masseelektrode 12 ist festgelegt durch seine Orientierung relativ zum Außengewinde 4 des Zündkerze.
Eine alternative Ausführungsform ist in der 3 gezeigt. Sie unterscheidet sich dadurch, das zwischen der Anlagefläche 60 der Zündkerze 1 und dem Zylinderkopf eine Dichtscheibe 8 vorgesehen ist, deren Dicke D beträgt. In diesem Fall sieht ein bestimmungsgemäßes Einschrauben der Zündkerze 1 in ein Innengewinde eines Zylinderkopfes beispielsweise vor, dass die Anlagefläche 60 an der Dichtscheibe 8 und diese wiederum an einem Zylinderkopf einer Zündkerze 1 zur Anlage kommt. Entsprechend einem vorgegebenen, auf die Zündkerze 1 um die Längsachse X-X einwirkenden Drehmoment (z.B. 30 Nm) kommt das bestimmungsgemäße Einschrauben zu seinem Abschluss. Die Zündkerze 1 ist dann mit der Dichtscheibe 8 fertig am Zylinderkopf montiert und die Orientierung der Masseelektrode 12 ist festgelegt durch seine Orientierung relativ zum Außengewinde 4 der Zündkerze 1 und durch die Dicke D der Dichtscheibe 8. Wird die Dicke D der Dichtscheibe 8 hierbei stets gleich gewählt, so kann die Orientierung der Masseelektrode 12 als durch seine Orientierung relativ zum Außengewinde 4 der Zündkerze 1 festgelegt verstanden werden. Anderseits kann die Dicke D der Dichtscheibe 8 auch gezielt variiert werden, um die Orientierung der Masseelektrode 12 im bestimmungsgemäß eingeschraubten Zustand einzustellen.
Mit Bezug auf 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Demgemäß werden Zündkerzen 1 einer Charge hergestellt, indem für jede Zündkerze 1 zunächst das Außengewinde 4 mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse X-X der Zündkerze 1 mit einer individuell willkürlichen Orientierung hergestellt wird (Schritt 101), nachfolgend in einem Messschritt die Orientierung des Außengewindes 4 gemessen wird (Schritt 102) und wiederum nachfolgend in einem Montageschritt eine Montage der Masseelektrode 12 (Schritt 103) unter einer definierten Orientierung zu dem Außengewinde 4 erfolgt. Zu diesem Behufe wird beispielsweise eine Bohrung in das Gehäuse 6 der Zündkerze 1 eingebracht und in der Bohrung die Masseelektrode 12 verpresst und/oder verschweißt.
Mit Bezug auf 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Demgemäß werden Zündkerzen 1 einer Charge hergestellt, indem für jede Zündkerze 1 eine Montage der Masseelektrode 12 mit einer im Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse X-X der Zündkerze 1 individuell willkürlichen Orientierung erfolgt (Schritt 104), nachfolgend in einem Messschritt die Orientierung der Masseelektrode 12 gemessen wird (Schritt 105) und wiederum nachfolgend das Außengewinde 4 unter einer definierten Orientierung zu der Masseelektrode 12 hergestellt wird (Schritt 106).
Mit Bezug auf 6 wird ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Demgemäß werden Zündkerzen 1 einer Charge hergestellt, indem für jede Zündkerze 1 eine Montage der Masseelektrode 12 mit einer im Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse X-X der Zündkerze individuell willkürlichen Orientierung erfolgt (Schritt 107a) und das Außengewinde 4 mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse X-X der Zündkerze 1 mit einer individuell willkürlichen Orientierung hergestellt wird (Schritt 107b), in einem ersten Messschritt die Orientierung der Masseelektrode 12 gemessen wird (Schritt 108a), in einem zweiten Messschritt die Orientierung des Außengewindes 4 gemessen wird (Schritt 108b), in einem Rechenschritt aus der Orientierung der Masseelektrode 12 und der Orientierung des Außengewindes 4 eine Solldicke Ds einer Dichtscheibe 8 errechnet wird (Schritt 109), und abschließend der Zündkerze 1 eine Dichtscheibe 8, deren Dicke D der Solldicke Ds entspricht, zur Montage zwischen der Anlagefläche 60 und dem Zylinderkopf zugeordnet wird (Schritt 110).
Im Rechenschritt 109 kann die Solldicke Ds der Dichtscheibe 8 berechnet werden aus einer Standarddicke D0 der Dichtscheibe 8 zuzüglich einer Kostanten c multipliziert mit der Steigung d des Außengewindes 4 und mit einem Winkel der eine Orientierung der Masseelektrode 12 relativ zum Außengewinde 4 repräsentiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017107728 A1 [0002]

Claims

Charge von Zündkerzen, wobei jede Zündkerze (1) der Charge eine Längsachse (X-X), eine in Richtung der Längsachse (X-X) orientierte Mittelelektrode (5), eine unter einem Winkel zur Längsachse (X-X) orientierte Masseelektrode (12) aufweist, sodass zwischen einer Spitze der Mittelelektrode (5) und einer Spitze der Masseelektrode (12) ein Zündspalt (125) ausgebildet ist, und ein Außengewinde (4) zum Einschrauben der Zündkerze (1) in Längsrichtung in ein Innengewinde eines Zylinderkopfes eines Brennraums einer Brennkraftmaschine und eine senkrecht zur Längsachse (X-X) orientierte ringförmige Anlagefläche (60) zur Anlage der Zündkerze (1) an dem Zylinderkopf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei allen Zündkerzen (1) der Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze (1) in das Innengewinde des Zylinderkopfes die Masseelektroden (12) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) relativ zu dem Brennraum eine zueinander gleiche Orientierung aufweisen.
Charge von Zündkerzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zündkerze (1) der Charge eine Kappe (3) mit wenigstens einer Durchgangsöffnung (30) aufweist, sodass sich eine Vorkammer (2) ausbildet, die über die Durchgangsöffnung (30) mit dem Brennraum kommuniziert.
Charge von Zündkerzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (30) mit Hinblick auf ihren Ort und/oder ihre Richtung zur Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) versetzt und/oder verkippt ist und dass bei allen Zündkerzen (1) der Charge nach bestimmungsgemäßem Einschrauben der Zündkerze (1) in das Innengewinde des Zylinderkopfes die Durchgangsöffnungen (30) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) relativ zu dem Brennraum eine zueinander gleiche Orientierung aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Charge von Zündkerzen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder der Zündkerzen (1) das Außengewinde (4) und/oder die Masseelektrode (12) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) mit einer individuell willkürlichen Orientierung vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Zündkerze (1) zunächst das Außengewinde (4) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) mit einer individuell willkürlichen Orientierung hergestellt wird, nachfolgend in einem Messschritt die Orientierung des Außengewindes (4) gemessen wird und wiederum nachfolgend in einem Montageschritt eine Montage der Masseelektrode (12) unter einer definierten Orientierung zu dem Außengewinde (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Zündkerze (1) zunächst eine Montage der Masseelektrode (12) mit einer im Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) individuell willkürlichen Orientierung erfolgt, nachfolgend in einem Messschritt die Orientierung der Masseelektrode (12) gemessen wird und wiederum nachfolgend das Außengewinde (4) unter einer definierten Orientierung zu der Masseelektrode (12) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Zündkerze (1) eine Montage der Masseelektrode (12) mit einer im Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) individuell willkürlichen Orientierung erfolgt und das Außengewinde (4) mit Hinblick auf eine Drehung um die Längsachse (X-X) der Zündkerze (1) mit einer individuell willkürlichen Orientierung hergestellt wird, in einem Messschritt die Orientierung der Masseelektrode (12) relativ zur Orientierung des Außengewindes (4) gemessen wird, in einem Rechenschritt aus der relativen Orientierung der Masseelektrode (12) eine Solldicke (Ds) einer Dichtscheibe (8) errechnet wird, und abschließend der Zündkerze (1) eine Dichtscheibe (8), deren Dicke (D) der Solldicke (Ds) entspricht, zur Montage zwischen der Anlagefläche (60) und dem Zylinderkopf zugeordnet wird.