DE10338743A1

DE10338743A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10338743A1
Application number: DE10338743A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner
Original assignee: Beru AG
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-23
Also published as: EP1508947B1; ATE524860T1; DE10338743B4; EP1508947A1

Abstract

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, der mit einem Sechskant (2), einem Anlagebund (6) und einem Einschraubgewinde (7) zum Einschrauben in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Zündkerze weist eine Mittelelektrode (3) und eine Masseelektrode (4) auf, die gegenüber der Mittelelektrode durch einen keramischen Isolator (2) isoliert ist. Um den Zündkerzenkörper herum ist ein Dicht- und Ausgleichselement (5) in Ringform angeordnet, das beim Anziehen der Zündkerze zwischen dem Anlagebund (6) und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine so eingespannt wird, dass seine Elastizitätsgrenze nicht überschritten ist. Das Dicht- und Ausgleichselement (5) ist so ausgebildet, dass sein Material bei einem Weiterdrehen der Zündkerze über das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment hinaus zu fließen beginnt, so dass die Zündkerze um wenigstens einen Gewindegang weitergedreht werden kann und dadurch die Position der Masseelektrode (4) in der gewünschten Weise eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, der ein Einschraubgewinde zum Einschrauben der Zündkerze in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist, einer Mittelektrode und einer Masseelektrode, die gegenüber der Mittelektrode isoliert ist.
Eine derartige Zündkerze dient zum Erzeugen des Zündfunkens für den Verbrennungsvorgang und wird mit ihrem Einschraubgewinde in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geschraubt.

Das Einschrauben erfolgt mittels eines Schraubenschlüssels, der an einem Sechskant angreift, der am Zündkerzenkörper vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, dass die Zündker ze bis zu einem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment angezogen wird.

Bei üblichen Zündkerzen mit dem oben beschriebenen Aufbau besteht allerdings das Problem, dass im voll eingeschraubten Zustand, das heißt bei Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes die Position der Masseelektrode nicht genau bestimmt ist, da sich immer unterschiedliche Einbaupositionen ergeben und die Zündkerze nicht genau in der gewünschten Lage eingeschraubt werden kann. Da sich die Lage der Masseelektrode auf die Qualität des Verbrennungsvorganges auswirkt, ist die Position der Masseelektrode insbesondere bei BDE Motoren, das heißt bei strahlgeführten Motoren von besonderer Bedeutung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die so in den Zylinderkopf eingeschraubt werden kann, dass eine bestimmte gewünschte Position der Masseelektrode sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze ist dafür gesorgt, dass eine Drehung auch über das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment hinaus möglich ist, so dass über diese zusätzliche Drehung die Mittelelektrode genau in die gewünschte Position gebracht werden kann.

Gemäß der Erfindung wird das unter Beibehaltung der derzeitig üblichen Auslegung von Zündkerzen, der Beibehaltung der üblichen Montage von Zündkerzen mittels eines Einschraubgewindes, bei Zündkerzen, die zu den vorhandenen Zylinderkopfgeometrien passend sind, unter Verwendung üblicher Montagetechniken und bei unveränderter Hochspannungsschnittstelle im Fall von Hochspannungszündkerzen erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze handelt es sich somit um eine Serienzündkerze mit Einschraubgewinde in Normgeometrie, die so in den Zylinderkopf geschraubt werden kann, dass die Masseelektrode in einer genau positionierten Lage im Verbrennungsraum angeordnet werden kann. Dabei sind keine Änderungen am Zylinderkopf, an der Steckverbindung des Hochspannungsanschlusses sowie bei der Montage notwendig, da die Zündkerze im Wesentlichen die gleiche Geometrie wie eine genormte bekannte Serienzündkerze hat.

Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 11.

Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze,
1a eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Bereiches zwischen dem Anlagebund und dem Einschraubgewinde bei der in 1 dargestellten Zündkerze,
1b eine Draufsicht auf den Sechskant der in 1 dargestellten Zündkerze und
2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei 2A den Zustand bei Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes und 2B den Zustand nach Erreichen der gewünschten Position der Masseelektrode zeigen.
Wie es in 1 dargestellt ist, besteht eine übliche Zündkerze für eine Brennkraftmaschine aus einem metallischen Zündkerzenkörper mit Sechskant 1, Anlagebund 6 und Schraubgewinde 7, einer Mittelelektrode 3 und einer Masseelektrode 4, sowie einem keramischen Isolator 2, der die Masseelektrode 4 und die Mittelektrode 3 gegeneinander elektrisch isoliert.
Die in 1 dargestellte Zündkerze ist so ausgebildet, das heißt in der dargestellten Weise mit einem Dicht- und Ausgleichselement 5 versehen, dass sie beim Einschrauben in den Zylinderkopf nach Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes insbesondere um mindestens einen Gewindegang weiter gedreht werden kann.
Dazu ist das Dicht- und Ausgleichselement 5 mit einer derartigen Geometrie und/oder aus einem derartigen Werkstoff gefertigt und so angeordnet, dass beim Anziehen der Zündkerze bis zum vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment von beispielsweise 30 Nm die Streckgrenze des Dicht- und Ausgleichselementes 5 nicht überschritten wird und dieses somit bis zu einer Elastizitätsgrenze belastet wird.
Wenn die Zündkerze anschließend weiter gedreht wird, wird die Streckgrenze des Dicht- und Ausgleichselementes 5 überschritten und beginnt der Werkstoff des Dicht- und Ausgleichselementes zu fließen. Durch den Spannungsabfall kann dann mit einer geringen Zunahme des Kraftaufwands das Dicht- und Ausgleichselement 5 stark gedehnt werden, so dass es möglich ist, mit einer geringen Kraftaufwandszunahme, das heißt mit einer kleinen Erhöhung des Drehmoments an der Zündkerze eine große Wegstrecke, beispielsweise eine Gewindeumdrehung zurückzulegen.
Durch diese Ausbildung ist ein Weiterdrehen der Zündkerze nach Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes möglich, bis die gewünschte Position der Masseelektrode erreicht ist. Theoretisch ist es möglich, die Zündkerze um eine Gewindeumdrehung weiter zu drehen, ohne das Drehmoment signifikant zu erhöhen.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel bedeutet das, dass die Zündkerze mit einem Drehmoment von 30 Nm angezogen wird und dass ein Weiterdrehen der Zündkerze um eine Gewindeumdrehung (bei M12 und M14 ist dieses gleich 1,25 mm) mit einem zusätzlichen Kraftaufwand in der Größenordnung von 10 bis 15 Nm möglich ist.
Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist dazu in der in 1 dargestellten Weise so angeordnet, dass es beim Anziehen der Zündkerze mit dem vorgeschriebenen Drehmoment zwischen dem Anlagebund 6 am Zündkerzenkörper und dem Zylinderkopf eingespannt ist. Es befindet sich somit zwischen dem Anlagebund 6 und dem Einschraubgewinde 7.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, das im Einzelnen in 1a dargestellt ist, ist das Dicht- und Ausgleichselement 5 ringförmig mit einer Dicke H so ausgebildet, dass seine obere Außenfläche am Anlagebund 6 anliegt und seine untere Außenfläche in Kontakt mit dem Zylinderkopf steht. Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist der in 1a dargestellten Weise mittig mit einer Rille 8 ausgebildet, deren Querschnittsfläche so gewählt ist, dass die Belastung nach Anlegen einer definierten Kraft, die einem Anzugsdrehmoment von 30 Nm beispielsweise entspricht, die Streckgrenze überschreitet und sich das Dicht- und Ausgleichselement 5 durch Fließen seines Werkstoffes auf eine geringe Dicke beispielsweise auf eine Dicke (H-1,25) mm verformt.
1b zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Bestimmung der Position der Masseelektrode. Diese Einrichtung besteht beispielsweise aus einer Bihex-Ausbildung 9 an einer Außenfläche des Sechskantes 1, der die Lage der Masseelektrode 4 so zugeordnet werden kann, wie es in 1b dargestellt ist.
Zum Erkennen der Lage der Masseelektrode ist somit der Sechskant 1 der Zündkerze so ausgebildet, dass der Zündkerzenschraubenschlüssel nur in einer genau definierten Position auf den Sechskant 1 passt, wodurch eine Bestimmung der relativen Lage zwischen der Masseelektrode 4 und dem Zündkerzenschlüssel sichergestellt ist. Beim Einschrauben und Festziehen der Zündkerze kann die Position der Masseelektrode 4 durch eine entsprechende Markierung am Zündkerzenschlüssel abgelesen werden. Nachdem in dieser Weise die Position der Masseelektrode 4 nach dem Anziehen mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment bestimmt worden ist, kann durch ein Weiterdrehen der Zündkerze die Masseelektrode 4 in die gewünschte Position gebracht werden.
2 zeigt in einer Seitenansicht ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Zündkerze, wobei auf der linken Seite von 2, das heißt in 2A der Zustand dargestellt ist, den die Zündkerze nach dem Ein schrauben mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment einnimmt, während auf der linken Seite, das heißt in 2B der Zustand dargestellt ist, den die Zündkerze nach dem Weiterdrehen und Erreichen der gewünschten Position der Masseelektrode 4 einnimmt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dicht- und Ausgleichselement 5 in Form eines Ringes mit einem Durchmesser D1 und einem Innenkonus 10 mit einem Winkel α ausgebildet und ist der Anlagebund 6 des Zündkerzenkörpers seinerseits ebenfalls mit einem entsprechenden Konus mit dem Winkel α versehen. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 5° und 45°. Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist vor der Kerzenmontage auf den Konus des Zündkerzenkörpers gepresst. Beim Einschrauben der Zündkerze liegt das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment von beispielsweise 30 Nm an der Zündkerze, ohne dass sich das Dicht- und Ausgleichselement 5 verformt, wie es in 2A dargestellt ist.
Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist mit einer derartigen Geometrie und aus einem Werkstoff mit einer derartigen Festigkeit gebildet, dass seine Elastizitätsgrenze nach dem Anliegen einer definierten Kraft, die dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment entspricht, überschritten wird und das Dicht- und Ausgleichselement 5 nach Überschreiten seiner Streckgrenze ins Fließen kommt, wie es in 2B dargestellt ist. Durch ein Weiterdrehen der Zündkerze mit einem geringen zusätzlichen Kraftaufwand von 10 bis 15 Nm kann dann die gewünschte Positionierung der Masseelektrode 4 erreicht werden.
Bei dieser Verformung des Dicht- und Ausgleichselementes 5 vergrößert sich sein Durchmesser auf D2, was bei der geometrischen Auslegung der Zündkerze zu berücksichtigen ist, damit ein Festsitzen in der Zylinderkopfbohrung ausgeschlossen wird.
Das Anbringen eines standardmäßigen Zündkerzenaußendichtrings ist möglich und kann zur Verbesserung der Dichtheit zwischen Zylinderkopfgewinde und Zündkerzenkörper bei tragen.

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, der ein Einschraubgewinde zum Einschrauben in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist, einer Mittelektrode und einer Masseelektrode, die gegenüber der Mittelelektrode elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze so ausgebildet ist, dass sie beim Einschrauben in den Zylinderkopf nach Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes weitergedreht werden kann.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, dass sie um wenigstens einen Gewindegang weitergedreht werden kann.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein verformbares Dicht- und Ausgleichselement (5), dass so angeordnet ist, dass es beim Einschrauben der Zündkerze mit dem Anzugsdrehmoment belastet wird.
Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht- und Ausgleichselement (5) beim Einschrauben der Zündkerze zwischen einem Anlagebund (6) am Zündkerzenkörper und dem Zylinderkopf zur Anlage kommt.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Außendichtring am Zündkerzenkörper.
Zündkerze nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht- und Ausgleichselement (5) mit einer derartigen Geometrie und aus einem derartigen Werkstoff gebildet ist, dass es beim Anliegen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes bis zu seiner Elastizitätsgrenze belastet ist und bei einem Weiterdrehen der Zündkerze sein Material oberhalb der Streckgrenze zum Fließen kommt.
Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht- und Ausgleichselement (5) ringförmig ausgebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenfläche des ringförmigen Dicht- und Ausgleichselementes (5) mittig eine Rille (8) ausgebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dicht- und Ausgleichselement (5) an seiner Innenfläche einen Konus (10) aufweist, mit dem es auf eine entsprechend konisch ausgebildete Außenfläche des Zündkerzenkörpers gepresst ist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sechskant (1) am Zündkerzenkörper so ausgebildet ist, dass die Masseelektrode (4) beim Aufsetzen des Montagewerkzeuges für die Zündkerze auf den Sechskant (1) eine genaue bestimmte und erkennbare Position zum Montagewerkzeug hat.
Zündkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sechskant (1) an einer Sechskanntfläche eine Bihex-Ausbildung (9) hat.