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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze mit einer verbesserten Masseelektrode, welche insbesondere für eine Massenfertigung geeignet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine mobile Brennkraftmaschine mit einer derartigen Vorkammerzündkerze.
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Vorkammerzündkerzen für Gasbrennkraftmaschinen werden üblicherweise in großen stationären Anlagen verwendet. Bei diesen Zündkerzen ist die Standzeit der Vorkammerzündkerze ein entscheidender wirtschaftlicher und technischer Parameter. Zündkerzen für mobile Brennkraftmaschinen müssen jedoch insbesondere möglichst kostengünstig sein und insbesondere auch für eine Massenproduktion geeignet sein. Um die geforderten Standzeiten zu erfüllen, werden üblicherweise an der Mittelelektrode Edelmetallverschleißflächen verwendet, welche derartige Vorkammerzündkerzen jedoch erheblich verteuern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine einfache und kostengünstige Massenfertigung möglich ist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Masseelektrode eine verbesserte Wärmeübertragung zu einem Gehäuse und anderen benachbarten Bauteilen sicherstellen. Darüber hinaus ist eine einfache Montage der erfindungsgemäßen Masseelektrode möglich sowie eine sehr gute Positionseinstellung der Masseelektrode hinsichtlich einer Axialrichtung und einer Radialrichtung. Auch kann die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze durch die kostengünstige Möglichkeit der Massenfertigung in stationären und/oder mobilen Brennkraftmaschine, insbesondere auch bei Automotive-Anwendungen, verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze eine Mittelelektrode mit einem ersten Edelmetallkörper und eine Masseelektrode mit einem zweiten Edelmetallkörper aufweist. Ferner ist ein Gehäuse vorgesehen, an welchem die Masseelektrode fixiert ist. Ein Isolator isoliert die Mittelelektrode gegenüber der Masseelektrode elektrisch und eine Kappe definiert gemeinsam mit einem Teil des Gehäuses eine Vorkammer. Die Masseelektrode umfasst weiterhin eine Hülse und einen funkenerzeugenden Bereich, an welchem der zweite Edelmetallkörper angeordnet ist. Durch das Vorsehen der Hülse kann eine sehr große Kontaktmantelfläche zwischen der Masseelektrode und dem Gehäuse erreicht werden. Auch ist eine Montage der Masseelektrode vereinfacht, da die Hülse auf einfache Weise in Umfangsrichtung als auch Axialrichtung positioniert werden kann, so dass die Masseelektrode gegenüber der Mittelelektrode in der exakt definierten Position angebracht werden kann.
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Die Hülse ist ein röhrenförmiger Körper mit konstanter Wandstärke und kann beispielsweise durch Ablängen eines rohrförmigen Materials bereitgestellt werden. Eine axiale Länge der Hülse kann grundsätzlich frei gewählt werden. Bevorzugt ist eine axiale Länge der Hülse jedoch gleich oder größer einem Außendurchmesser der Hülse.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der funkenerzeugende Bereich steht bevorzugt in einen Innenbereich der Hülse vor. Vorzugsweise ist der funkenerzeugende Bereich in einem Innenbereich der Hülse angeordnet. Dies hat insbesondere Handhabungsvorteile bei der Montage der Masseelektrode, da der funkenerzeugende Bereich durch die umgebende Hülse vor Beschädigungen relativ gut geschützt ist.
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Besonders bevorzugt ist der funkenerzeugende Bereich ein Haken, insbesondere ein von der Hülse in Radialrichtung in den Innenbereich vorstehender Haken. Besonders bevorzugt ist der Haken dabei ein bogenförmiger, umgebogener Wandteil der Hülse. Hier können beispielsweise in die Hülse zwei parallele Schlitze von einer Stirnseite her eingebracht werden und der zwischen den Schlitzen befindliche Wandteil nach innen umgebogen werden, um den funkenerzeugenden Bereich zu bilden. An das Ende des umgebogenen Hakens wird dann der zweite Edelmetallkörper fixiert oder der zweite Edelmetallkörper wurde schon vor dem Umbiegen fixiert.
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Alternativ ist der vorstehende Haken ein separates Bauteil, welches mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Hülse verbunden ist. Vorzugsweise wird der separate Haken dabei an die Hülse angeschweißt. Weiter alternativ ist der funkenerzeugende Bereich einteilig mit der Hülse gebildet, z.B. als Stanzbauteil, welches dann zur Hülse gerollt wird.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der funkenerzeugende Bereich ein radial in den Innenbereich der Hülse vorstehender Fortsatz. Der Fortsatz wird vorzugsweise aus dem Material der Hülse gebildet, beispielsweise indem ein Dorn oder dgl. von außen in das Hülsenmaterial gedrückt wird und so an der Innenseite der Hülse der vorstehende Fortsatz gebildet wird. Alternativ kann der vorstehende Fortsatz auch ein separates Bauteil sein, welches stoffschlüssig mit dem Innenumfang der Hülse, beispielsweise mittels Schweißen, verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Alternative der vorliegenden Erfindung weist die Hülse eine Durchgangsöffnung in ihrem Mantel auf, welche insbesondere in Radialrichtung gerichtet ist. Dabei ist ein Masseelektrodenstift in der Durchgangsöffnung angeordnet, wobei der Masseelektrodenstift in den Innenbereich der Hülse vorsteht. Am freien Ende des Masseelektrodenstifts ist dann der Edelmetallkörper fixiert.
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Besonders bevorzugt ist die Durchgangsöffnung von einem vollständig umlaufenden Bund, welcher in den Innenbereich der Hülse vorsteht, umgeben. Ein Masseelektrodenstift ist dann bei der Montage zusätzlich durch den umlaufenden Bund geführt und gesichert. Weiterhin kann eine einfachere Fixierung des Masseelektrodenstifts, beispielsweise durch einen Schweißvorgang oder auch durch eine Presspassungsverbindung am Bund ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorkammerzündkerze einen Dichtring, welcher zwischen einem ersten stirnseitigen Hülsenende und dem Isolator angeordnet ist. Die Hülse wird vorzugsweise derart im Gehäuse fixiert, dass eine in Axialrichtung der Vorkammerzündkerze wirkende Kraft auf den Dichtring ausgeübt wird, so dass eine verbesserte Abdichtung eines Spalts zwischen dem Isolator und dem Gehäuse durch den Dichtring möglich ist. Die Hülse selbst stellt weiterhin auch eine zusätzliche Barriere gegen Brennraumgase, welche in den Spalt zwischen den Isolator und dem Gehäuse gelangen könnte, dar. Hierbei kann die Hülse an der von den Elektroden abgewandten Seite stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden werden, z.B. mittels Schweißen.
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Weiter bevorzugt umfasst das Gehäuse an einem Innenumfang einen radial nach innen vorstehenden Bund, wobei die Hülse am Bund angeordnet ist. Der Bund dient bei der Montage der Hülse als Anschlag, um eine exakte Positionierung und eine einfache Montage der Hülse zu ermöglichen. Der vorstehende Bund ist vorzugsweise benachbart zu einem Isolator am Gehäuse angeordnet. Alternativ ist der vorstehende Bund an einem zur Kappe der Vorkammerzündkerze gerichteten Ende des Gehäuses angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Masseelektrode einen bogenförmig gebogenen Flachdraht auf, welcher an einer zur Kappe gerichteten Stirnseite der Hülse befestigt ist. Der Flachdraht kann beispielsweise mittels Schweißen mit der Hülse verbunden sein. Dabei ist der Flachdraht derart ausgebildet, dass ein erster Abschnitt und ein zweiter Abschnitt vorgesehen sind, welche radial nach innen umgebogen sind und parallel in Richtung zur Mittelelektrode gerichtet sind. Der zweite Edelmetallkörper verbindet dabei die beiden zur Mittelelektrode gerichteten Abschnitte an deren freien Ende miteinander. Dadurch wird am Rand der Hülse ein radial nach innen gerichteter Bereich durch die beiden Abschnitte des Flachdrahts gebildet, welche dann zur Funkenerzeugung bereitstehen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze, insbesondere eine mobile Brennkraftmaschine für Automotive-Anwendungen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Masseelektrode von 2 bei einem Herstellungsschritt,
- 4 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
- 8 eine schematische Schnittansicht der Vorkammerzündkerze von 7.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wir unter Bezugnahme auf die 1 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 eine Mittelelektrode 2 und eine Masseelektrode 3. Die Mittelelektrode 2 liegt in einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze 1.
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Die Mittelelektrode 2 umfasst einen ersten Edelmetallkörper 20, welcher an einer Stirnseite eines Mittelelektroden-Basismaterials 2a angeordnet ist, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung.
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Die Masseelektrode 3 umfasst einen zweiten Edelmetallkörper 30, eine Hülse 31 und einen funkenerzeugenden Bereich 32. Der funkenerzeugende Bereich 32 ist ein bogenförmiger Haken, welcher an die Hülse 31 angeschweißt ist. Am freien Ende des funkenerzeugenden Bereichs 32 ist der zweite Edelmetallkörper 30 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der funkenerzeugende Bereich 32 der Masseelektrode 3 derart gebogen, dass ein 90°-Bogen ausgeführt wird. Dadurch ist der zweite Edelmetallkörper 30 in den Innenraum einer Vorkammer 7 in Richtung auf den ersten Edelmetallkörper 20 der Mittelelektrode 2 gerichtet (vgl. 1).
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Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner ein Gehäuse 4, einen Isolator 5 und eine Kappe 6. Wie aus 1 ersichtlich ist, definieren dabei einen Teil des Gehäuses 4 und die Kappe 6 die Vorkammer 7 der Vorkammerzündkerze 1, in welcher die Mittelelektrode und die Masseelektrode zur Funkenerzeugung angeordnet sind.
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Die Kappe 6 weist mehrere Kappenlöcher 60 auf, um ein entzündetes Gasgemisch durch die Kappenlöcher 60 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zuzuführen und dort eine Hauptzündung des im Brennraum befindlichen Gasgemisches auszulösen.
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Das Gehäuse 4 weist ferner einen umlaufenden Bund 40 auf, welcher von der Gehäusewand radial nach innen vorsteht. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Masseelektrode 3 mit einem ersten stirnseitigen Ende am Bund 40 anliegend.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Hülse mit ihrer Innenfläche zur Vorkammer 7 gerichtet. Dadurch ist die Hülse einer hohen Wärmeintensität ausgesetzt.
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Durch die große Oberfläche kann jedoch eine sehr gute Wärmeableitung auf das Gehäuse 4 erfolgen.
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Der Bund 40 erleichtert eine Montage der Hülse 31 und bildet einen Anschlag für eine Endposition der Hülse 31 im endmontierten Zustand. Dadurch kann auch eine Positionierung des zweiten Edelmetallkörpers 30 relativ zum ersten Edelmetallkörper 20 der Mittelelektrode 2 exakt definiert werden, wodurch insbesondere eine Massenfertigung der Vorkammerzündkerze möglich ist.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist der funkenerzeugende Bereich 32 im ersten Ausführungsbeispiel in Axialrichtung zur Kappe 6 über der Hülse 31 angeordnet.
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Somit kann durch die erfindungsgemäße Masseelektrode 3 mit Hülse eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr im Bereich der Masseelektrode auf das Gehäuse 4 ermöglicht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Hülse, insbesondere in Verbindung mit Absatz 40, eine einfache und exakte Positionierung der Masseelektrode relativ zur Mittelelektrode. Somit kann insbesondere eine kostengünstige Massenfertigung realisiert werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel der zweite Edelmetallkörper 30 im Innenbereich der Hülse 31 angeordnet. Dabei ist der funkenerzeugende Bereich 32 wiederum als ein 90°-Bogen ausgebildeter Haken vorgesehen. Allerdings ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der funkenerzeugende Bereich 32 aus dem Material der Hülse 31 selbst hergestellt und muss nicht an die Hülse angeschweißt werden. Wie aus 3 ersichtlich ist, werden hierzu in die Hülse 31 von einer Stirnseite aus zwei parallele Schlitze 33 eingebracht. Dadurch entsteht ein Materialbereich 34 zwischen den Schlitzen 33. An das stirnseitige Ende dieses Materialbereichs 34 wird der zweite Edelmetallkörper 30 beispielsweise mittels Schweißen fixiert. Anschließend wird der Bereich 34, wie in 3 durch den Pfeil A angedeutet, nach innen in die Hülse 31 umgebogen, um den in 2 gezeigten Zustand des funkenerzeugenden Bereichs 32 zu erreichen. Anschließend wird die Hülse 31 im Gehäuse 4 montiert. Somit ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der funkenerzeugende Bereich 32 im Inneren der Hülse 31 angeordnet. Dabei kann der funkenerzeugende Bereich 32 besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden, wodurch insbesondere ein im ersten Ausführungsbeispiel notwendiger Schweißschritt entfallen kann.
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4 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel beim dritten Ausführungsbeispiel der Bund 40 am Innenbereich des Gehäuses 4 nahe der Kappe 6 angeordnet ist und in die entgegengesetzte Axialrichtung gerichtet ist. Dadurch muss die Hülse 31 der Masseelektrode 3 im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel von der entgegengesetzten Richtung (in 4 der Richtung, an der der Isolator 5 angeordnet ist) montiert werden. Weiterhin umfasst das dritte Ausführungsbeispiel der Vorkammerzündkerze 1 einen Dichtring 8. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist der Dichtring zwischen einem ersten stirnseitigen Ende 31a der Hülse 31 und dem Isolator 5 angeordnet. Dadurch kann der Dichtring 8 insbesondere einen Spalt 80 zwischen dem Isolator 5 und dem Gehäuse 4 sicher abdichten. An der heißen Seite des Dichtrings 8 ist der Dichtring 8 durch die Hülse 31 der Masseelektrode 3 geschützt. Somit kann eine deutliche Funktionsverbesserung und Verlängerung einer Lebensdauer der Vorkammerzündkerze 1 erreicht werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Masseelektrode 3 des vierten Ausführungsbeispiels unterschiedlich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet. Die Masseelektrode 3 umfasst als funkenerzeugenden Bereich 32 einen Elektrodenstift 37, an dessen Stirnseite der zweite Edelmetallkörper 30 fixiert ist. Die Hülse 31 weist eine Durchgangsöffnung 35 auf, in welcher der Elektrodenstift 37 angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung 35 ist dabei von einem umlaufenden, nach innen gerichteten Bund 36 umgeben. Die Durchgangsöffnung 35 und der Bund 36 können beispielsweise in einem Herstellungsschritt durch Stanzen und Umbiegen von Material der Hülse 31 hergestellt werden. Der Elektrodenstift 37 ist beispielsweise mittels einer Presspassung oder mittels einer Schweißverbindung am Bund 36 fixiert. Ein Abstand zwischen den beiden Elektrodenkörpern 20, 30 kann dabei auf einfache Weise durch Einstellen einer Tiefe, in welcher der Elektrodenstift 37 in den Bund 36 eingeführt ist, bestimmt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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6 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, ist an der Hülse 31 eine radial nach innen gerichtete Ausbuchtung bzw. ein Fortsatz 38 ausgebildet. Dieser kann beispielsweise mittels eines Dorns, welcher an einem Außenumfang der Hülse 31 angesetzt wird und nach innen gedrückt wird, erzeugt werden. An der Innenseite des Fortsatzes 38 ist der zweite Edelmetallkörper 30, beispielsweise mittels Schweißen, fixiert. Hierdurch kann die Masseelektrode 3 der Vorkammerzündkerze 1 besonders kostengünstig hergestellt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Die 7 und 8 zeigen eine Vorkammerzündkerze gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Wie aus den 7 und 8 ersichtlich ist, umfasst die Masseelektrode 3 wiederum eine Hülse 31, bei der der funkenerzeugende Bereich 32 aus einem ringförmig gebogenen Flachdraht 39, dessen beide freien Enden 39a, 39b radial nach innen umgebogen sind. An den beiden freien Enden 39a, 39b ist dann der zweite Edelmetallkörper 30 fixiert, wodurch die beiden freien Enden 39a, 39b miteinander verbunden sind. Der Flachdraht 39 selbst ist mit der Hülse 31 beispielsweise mittels Schweißen an dem zur Kappe gerichteten stirnseitigen Ende der Hülse verbunden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
