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Die
Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraft- maschine
mit einer Aufnahmevorrichtung zum Befestigen und derartigen Anordnen
einer Zündkerze,
dass die Zündkerze
in Einbaulage mit ihrer Mittelelektrode in einen Brennraum der Brennkraftmaschine
ragt, eine Zündkerze
gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 8 näher
definierten Art sowie eine Masseelektrode für eine Zündkerze.
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Bei
aus der Praxis bekannten fremd gezündeten Brennkraftmaschinen,
wie Ottomotoren, wird die im Kraftstoff enthaltene Energie in Bewegungsenergie
umgewandelt. Dazu wird der Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine
eingebracht, verdichtet und anschließend durch Fremdzündung entflammt
und verbrannt. Die bei der Verbrennung freiwerdende Energie wird
in bekannter Weise zum Antreiben der Kolben verwendet. Der in den
Brennraum eingebrachte Kraftstoff wird dabei mittels einer Gemischaufbereitungsanlage
als ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf der Basis von Benzin oder Gas
bereitgestellt.
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Über eine
vom Motor gesteuerte Zündanlage wird
periodisch eine Hochspannung erzeugt, welche einen Funkenüberschlag
zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einer Zündkerze
im Brennraum bewirkt. Die in den Funken enthaltene Energie entzündet das
verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch.
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Bei
Direkteinspritz-Ottomotoren für
Schichtlade-Konzepte und Magerbetrieb werden die so genannten wand-
und luftgeführten
Brennverfahren mit einem eher indirekten Transport des Kraftstoffs
im Brennraum zur Zündkerze
eingesetzt. Des Weiteren befinden sich sogenannten strahlgeführte Brennverfahren
in der Entwicklung, bei welchen der Kraftstoff von oben durch einen
zentral angeordneten Injektor direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. Bei den letztgenannten Verfahren ergibt sich eine optimierte
Spraygeometrie und die bei den wand- und luftgeführten Brennverfahren erforderliche
starke Ausformung der Kolbenböden
wird nicht benötigt.
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Mit
den strahlgeführten
Brennverfahren ist im Vergleich zu den wand- oder luftgeführten Verfahren
eine Verbrauchsreduktion erzielbar, die sich aufgrund einer thermodynamisch
günstigeren
Verbrennung mit niedrigeren Wandwärmeverlusten ergibt. Darüber hinaus
sind Kohlenwasserstoff-Emissionen durch die beim strahlgeführten Brennverfahren
wesentlich kompaktere Gemischwolke um mehr als 30 % verringerbar.
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Die
zum Zünden
des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffes vorgesehenen Zündkerzen sind üblicherweise
in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt und
mit einem definierten Drehmoment angezogen. Dabei bleibt die Stellung
bzw. die Orientierung der Masseelektrode in Bezug auf einen oder
mehrere Einspritzstrahlen des über
einen Injektor in einen Brennraum direkt eingespritzten Kraftstoffes
unberücksichtigt.
Das bedeutet, dass die Stellung der Masseelektrode zum Einspritzstrahl
mehr oder weniger dem Zufall überlassen bleibt,
je nachdem, wie bei der Herstellung von Zündkerze oder Zylinderkopf die
korrespondierenden Gewinde angeschnitten worden sind, weshalb die
Masseelektrode in Einbaulage häufig
orientierungslos im Zylinderkopf angeordnet ist.
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Dies
führt jedoch
nachteilhafterweise dazu, dass die Ausbreitungsrichtung des eingespritzten Kraftstoffsprays
durch die mit einer möglicherweise ungünstigen
Orientierung im Brennraum angeordnete Masseelektrode gestört wird.
Des Weiteren ist von Nachteil, dass das beim strahlgeführten Brennverfahren
strahlförmig
in dem Brennraum eingespritzte Kraftstoffspray durch die Zündkerzenelektroden
unter Umständen
derart abgelenkt wird, dass die Isolationskeramik mit Kraftstoff
benetzt wird. Diese Benetzung bewirkt eine Verrußung, die unerwünschte Funkennebenschlüsse bewirken
kann.
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Mit
zunehmender Verschmutzung im Bereich des Isolatorfußes wird
unter Umständen
ein derartig hoher Teil der Zündenergie
als Nebenschlussstrom abgeführt,
dass kein Zündfunke
mehr zustande kommt und sogenannte Verbrennungsaussetzer auftreten,
wobei dann der eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in den Abgastrakt
gelangt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf
sowie eine Zündkerze
zur Verfügung
zu stellen, mittels welchen ein Verbrennungsprozess von in den Brennraum
einer Brennkraftmaschine eingespritztem Kraftstoff verbessert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 und einer Zündkerze
mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Mit
dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine mit einer Aufnahmevorrichtung zum Befestigen
und derartigen Anordnen einer Zündkerze,
dass die Zündkerze
in Einbaulage mit ihrer Mittelelektrode in einen Brennraum der Brennkraftmaschine
ragt, ist die Entflammbarkeit eines in einem Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzten Kraftstoff-Luft-Gemisches, insbesondere bei einem
strahlgeführten
Brennverfahren mit Benzin-Direkteinspritzung im Schichtladebetrieb,
im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen verbessert.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass die Aufnahmevorrichtung mit einer Orientierungseinrichtung ausgebildet
ist, mittels der die Masseelektrode für die Zündkerze in einer vordefinierten
Einbaulage im Brennraum anordenbar ist. Damit ist gewährleistet, dass
die Masseelektrode der Zündkerze
in Einbaulage auf einfache Art und Weise mit einer derartigen Orientierung
im Brennraum angeordnet ist, die für eine optimale Verbrennung
des Kraftstoffes in dem Brennraum erforderlich bzw. gewünscht ist,
ohne einen aufwändig
gerichteten Gewindeschnitt des Gewindes im Zylinderkopf sowie des
Gewindes des Gehäuses
einer Zündkerze
herstellen zu müssen.
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Mit
dem erfindungsgemäß ausgeführten Zylinderkopf
ist eine Masseelektrode in einem Brennraum in einer vordefinierten,
eine optimale Ausbreitungsbewegung des in den Brennraum eingespritzten
Kraftstoffes so wenig als möglich
behindernden Position anordenbar. D.h., dass durch die Ausgestaltung
der Aufnahmevorrichtung mit der Orientierungseinrichtung gewährleistet
ist, dass die Masseelektrode bzw. der Massebügel der Masseelektrode im Ausbreitungsfeld
des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffes zufälligerweise
nicht quer oder angewinkelt zur Ausbreitungsrichtung des Einspritzsprays
angeordnet ist, sondern in radialer Richtung und stromlinienförmig mit
reduzierter Stirnfläche
in Ausbreitungsrichtung der Einspritzstrahlen im Brennraum positioniert
ist. Damit bietet die Masseelektrode dem sich in dem Brennraum ausbreitenden
Kraftstoff möglichst
wenig Angriffsfläche
und beeinträchtigt eine
für einen
optimalen Verbrennungsvorgang erzeugte Strömung des Kraftstoffes im Brennraum
so wenig wie möglich.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit,
die Masseelektrode derart definiert in dem Brennraum anzuordnen,
dass sich eine Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode und der
Masseelektrode im Windschatten und nicht quer zur Strahlausbreitungsrichtung,
d.h. ausgehend von dem Einspritzinjektor im Wesentlichen in Ausbreitungsrichtung
des eingespritzten Kraftstoffes, angeordnet ist. Das bedeutet, dass
das in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffspray im Bereich der
Funkenstrecke derart von der Masseelektrode abgelenkt wird, dass
das Kraftstoffspray zwar mit dem Zündfunken in Kontakt kommt und
von diesem entzündet
wird, jedoch nicht mit vol-ler
Wucht auf den Zündfunken
trifft und einen Zündfunkenabriss
verursacht. Dadurch wird eine Erhöhung der Dauerfestigkeit der
Zündkerze
sowie eine Erhöhung
der Robustheit der Verbrennung erreicht.
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Mit
der erfindungsgemäßen Zündkerze,
die wenigstens eine Mittelelektrode, ein Gehäuse und eine Masseelektrode
aufweist, besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine Masseelektrode
in einer vordefinierten Einbaulage im Brennraum einer Brennkraftmaschine
anzuordnen, ohne eine an sich bekannte Montage einer Zündkerze
verändern
zu müssen.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass die Masseelektrode dem Gehäuse der
Zündkerze
derart zugeordnet ist, dass eine Einbaulage der Masseelektrode in
einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine unabhängig von
einer Orientierung des Gehäuses
einstellbar ist.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips
auf eine herkömmliche
Zündkerze
ergibt sich, dass die Zündkerze
weiter hin in der an sich bekannten Art und Weise in einem Zylinderkopf
eingeschraubt wird und die Masseelektrode ohne Beachtung einer definierten
Orientierung des Gehäuses sich
in ihrer für
eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes in dem Brennraum erforderlichen
Position befindet.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung
ist es vorgesehen, dass die Masseelektrode als ein separates Bauteil ausgeführt ist,
das vor einer Montage der Zündkerze in
den Zylinderkopf in ihrer vordefinierten Einbaulage montiert wird.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist die Masseelektrode drehbar an dem Gehäuse der Zündkerze befestigt und wird
wie bisher gemeinsam mit dem Gehäuse
der Zündkerze
in den Zylinderkopf eingeschraubt. Dabei ist es vorgesehen, dass
die Masseelektrode im Zylinderkopf während des Einschraubvorganges
des Gehäuses
in ihrer definierten Einbaulage gehalten wird und das Gehäuse in der
an sich bekannten Art und Weise in den Zylinderkopf eingeschraubt
wird.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes nach der Erfindung schematisch vereinfacht dar gestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer in einem Zylinderkopf angeordneten
Zündkerze
in einer Teilschnittansicht;
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2 eine
Draufsicht des in 1 dargestellten Zylinderkopfes
in Alleinstellung;
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3 eine 1 entsprechende
Darstellung eines Zylinderkopfes und einer darin angeordneten Zündkerze; 4 eine
Draufsicht des in 3 dargestellten Zylinderkopfes
in Alleinstellung;
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5 eine
stark schematisiert dargestellte Anordnung eines Injektors und der
Zündkerze
in einem Zylinderkopf in einer Seitenansicht;
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6 den
Injektor und die Zündkerze
gemäß 5 in
einer Unteransicht; und
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7 eine
Unteransicht eines in einem Zylinderkopf angeordneten Injektors
und einer Zündkerze.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Bezug
nehmend auf 1 ist eine Teilschnittansicht
einer in einem Zylinderkopf 1 angeordneten Zündkerze 2,
die mit einem an einem Gehäuse 3 ausgebildeten
Außengewinde 4 in
ein Innengewinde 5 einer Aufnahmevorrichtung 6 des
Zylinderkopfes 1 eingeschraubt ist, dargestellt.
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Die
Zündkerze 2 besteht
vorliegend aus Metall, Keramik und Glas. Diese Werkstoffe haben
unterschiedliche Eigenschaften, die durch materialgerechte Konstruktion
der Zündkerze genutzt
werden. Die wichtigsten Bestandteile der Zündkerze 2 sind ein
Anschlussbolzen 7, ein Isolator 8, das Gehäuse 3,
eine Mittelelektrode 9 sowie eine Masseelektrode 10,
wobei eine nicht näher
dargestellte und in dem Isolator 8 angeordnete elektrisch
leitende Glasschmelze die Mittelelektrode 9 mit dem Anschlussbolzen 7 verbindet.
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Der
Anschlussbolzen 7 besteht aus Stahl und ist im Isolator 8 in
der leitfähigen
Glasschmelze gasdicht eingeschmolzen. Des Weiteren hat der Anschlussbolzen 7 an
dem aus dem Isolator 8 herausragenden Ende ein Gewinde 11,
in das ein Anschlussstecker bzw. ein Kerzenstecker der Zündleitung
einrastet.
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Der
Isolator 8 besteht aus einer Spezialkeramik und hat die
Aufgabe die Mittelelektrode 9 und deren Anschlussbolzen 7 vom
Gehäuse 2 zu
isolieren. Das dichte Gefüge
der Spezialkeramik sorgt für
eine hohe Sicherheit gegen elektrische Durchschläge. Die Oberfläche der
Isolator-Anschlussseite ist glasiert. Auf der glatten Glasur haften
Feuchtigkeit und Schmutz weniger gut, wodurch Kriechströme weitgehend
vermieden werden.
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Die
Forderungen nach guter Wärmeleitfähigkeit
bei hohem elektrischem Isoliervermögen stehen im starken Gegensatz
zu den Eigenschaften der meisten Isolierstoffe. Der vorliegend für den Isolator 8 verwendete
Werkstoff besteht aus Aluminiumoxid, dem in geringem Anteil andere
Stoffe zugemischt sind. Nachdem diese Spezialkeramik gebrannt und glasiert
ist, erfüllt
sie die an den Zündkerzenisolator gestellten
Forderungen nach hoher Isolierfähigkeit und
guter Wärme- leitfähigkeit
sowie nach mechanischer und chemischer Festigkeit.
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Das
Gehäuse 3 ist
ebenfalls aus Stahl gefertigt. Es dient zur Befestigung der Zündkerze 2 im
Zylinderkopf 1. Am oberen Teil des Gehäuses befindet sich ein Sechskant 12 zum
Ansetzen des Zündkerzenschlüssels und
im unteren Teil das Außengewinde 4.
Auf der Oberfläche
des Gehäuse 3 ist
galvanisch eine Nickelschicht aufgebracht, um Korrosion zu vermeiden,
das Gewinde gleitfähig
zu halten und um ein Festfressen, besonders in Aluminiumzylinderköpfen, zu
verhindern. Die Zündkerze 2 kann
je nach Ausführungsform
des Gehäuses
mit einem Dichtring oder einem Bördelring
versehen sein. Nach dem Einsetzen des Isolators 8 in das
Gehäuse 3 der
Zündkerze 2 erfolgt
ein Einbördeln
und ein Einschrumpfen durch induktive Erwärmung unter hohem Druck in
einem Arbeitsgang.
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Die
Mittelelektrode 9 und die Masseelektrode 10 sind
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine einem hohen Verschleiß ausgesetzt,
der aufgrund von Erosion und Korrosion hervorgerufen wird. Beide
Faktoren können
in ihrer Auswirkung auf den Verschleiß nicht getrennt behandelt
werden. Der Verschleiß bewirkt
eine Erhöhung
der Zündspannung. Weiter
wird ein gutes Wärmeableitvermögen von
den Elektroden verlangt. Die Anforderungen können je nach Betriebsbedingungen
und Anwendungsfall unterschiedliche Elektrodenformen und Elektrodenwerkstoffe
erforderlich machen.
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Die
Masseelektrode 10 ist vorliegend mit einem Kreisringelement 10A und
einem mit dem Kreisringelement 10A verbun denen und wenigstens
annähernd
bügelartig
ausgeführten
Elektrodenelement 10B ausgebildet, wobei letztgenanntes
einen rechteckigen Querschnitt aufweist und aufgrund seiner Anordnung
zur Mittelelektrode 9 als eine sogenannte Seitenelektrode
ausgebildet ist. Selbstverständlich liegt
es im Ermessen des Fachmannes, das Elektrodenelement mit jedem beliebigen
anderen, an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Querschnitt auszuführen.
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Die
Aufnahmevorrichtung 6 des Zylinderkopfes 1 ist
vorliegend mit einer Bohrung 13 ausgeführt, in der auf einem Brennraum 14 der
Brennkraftmaschine abgewandten Seite das Innengewinde 5 der Aufnahmevorrichtung 6 ausgebildet
ist. Des Weiteren ist die Bohrung 13 in ihrem dem Brennraum 14 zugewandten
Bereich mit einem kreisringförmig
ausgeführten
Anschlag 15 ausgebildet, auf dem das Kreisringelement 10A der
Masseelektrode 10 in Einbaulage aufliegt.
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Die
vorliegend von dem Gehäuse 3 getrennte
Masseelektrode 10 wird vor dem Einschrauben der Zündkerze 2 in
den Zylinderkopf 1 in einer vordefinierten Einbaulage in
die Bohrung 13 der Aufnahmevorrichtung 6 eingelegt.
Anschließend
wird die Zündkerze 2 in
den Zylinderkopf 1 eingeschraubt, wobei vor der Montage
der Zündkerze 2 eine
Federeinrichtung 16 in die Bohrung 13 eingelegt
wird. Die Masseelektrode 10 wird im Bereich ihres Kreisringelementes 10A von
der Federeinrichtung 16, die bei montierter Zündkerze 2 von
dem Gehäuse 3 vorgespannt
wird, gegen den Anschlag 15 gedrückt, wodurch ein fester Verbund
zwischen dem Gehäuse 3, der
Zündkerze 2,
der Federeinrichtung 16 und dem Kreisringelement 10A der
Masseelektrode 10 entsteht.
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Die
Federrate der Federeinrichtung 16 ist dabei derart hoch
dimensioniert, dass unter dem Einfluss des maximalen Verbrennungsdruckes
im Brennraum 14 das Kreisringelement 10A nicht
von dem Anschlag 15 abhebt. Dabei kann die Feder der Federeinrichtung 16 als
Spiralfeder, Tellerfeder oder als eine andere geeignete Feder ausgebildet
sein.
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In 2 ist
eine Draufsicht des in 1 dargestellten Zylinderkopfes 1 in
Alleinstellung gezeigt. Der Anschlag 15 der Aufnahmevorrichtung 6 ist
mit einer Orientierungseinrichtung 18 der Aufnahmevorrichtung 6 ausgebildet,
durch welche das bügelartige Elektrodenelement 10B der
Masseelektrode 10 in Einbaulage der Masseelektrode 10 in
dem Zylinderkopf 1 in den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine geführt wird.
Das bedeutet, dass die als Inlay im Zylinderkopf 1 angeordnete
Masseelektrode 10 in die Aufnahmevorrichtung 6,
d. h. in die Bohrung 13, eingeführt wird und mit ihrem Elektrodenelement 10B durch
die als Durchbruch ausgeführte
Ausnehmung 17 der Orientierungseinrichtung 18 in
den Brennraum 14 eingeführt
wird, bis das Kreisringelement 10A auf der dem Brennraum 14 abgewandten
Seite des Anschlags 15 zum Anliegen kommt. Anschließend wird die
Federeinrichtung 16 und die Zündkerze 2 mit ihrem
Gehäuse 3 in
den Zylinderkopf 1 eingebracht.
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Während des
Einschraubvorganges des Gehäuses 3 in
den Zylinderkopf 1 wird die Masseelektrode 10,
welche über
das Elektrodenelement 10B in der Ausnehmung 17 drehfest
gehalten ist, von der Orientierungsrichtung 18 in ihrer
vordefinierten Einbaulage gehalten.
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Der
Innendurchmesser des Anschlages 15 entspricht vorliegend
dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 im
Bereich des dem Brennraum zugewandten Endes des Gehäuses 3.
In montiertem Zustand der Zündkerze 2 durchdringt
lediglich die Mittelelektrode 9 mit dem die Mittelelektrode 10 umgebenden
Isolator 8 den Anschlag 15 und ragt in den Brennraum 14 vor.
Eine Höhe
H des Absatzes 15 ist derart bemessen, dass der Anschlag 15 die
auf ihn wirkenden Federkräfte
der Federeinrichtung 16 sicher abstützen kann, wobei die Federkräfte aus
den Anzugkräften
der eingeschraubten Zündkerze
unter Berücksichtigung
der Federkompression der Federeinrichtung 16 resultieren.
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Eine
Breite B des Anschlages 15 entspricht vorliegend der Wandstärke des
Gehäuses 3 der Zündkerze 2 an
dem dem Brennraum 14 zugewandten Ende des Gehäuses 3,
wodurch einerseits eine ausreichende Auflagefläche für die Masseelektrode 10,
deren Elektrodenelement 10B mit dem Kreisringelement 10A verschweißt ist,
zur Verfügung
steht und andererseits einem unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten des
Isolators 8 und der ihn umgebenden Bauteile Rechnung getragen
wird.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes nach der Erfindung, welches grundsätzlich dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
entspricht, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung lediglich
auf die Unterschiede eingegangen wird. Der Übersichtlichkeit halber werden in
der nachfolgenden Beschreibung zu 3 für bau- und
funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet wie
in der Beschreibung zu 1 und 2.
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In 3 ist
die als so genannte Dachelektrode ausgebildete Masseelektrode 10 mit
einem Kreisringelement 10A ausgeführt, an dem ein im Querschnitt
halbkreisförmig
ausgeführtes
Elektrodenelement 10B angeschweißt ist. Die Mittelelektrode 9 sowie
die Masseelektrode 10 sind im Bereich des Elektrodenabstandes
jeweils mit einem Platinblättchen 19 bzw. 20 ausgeführt, so
dass sowohl die Mittelelektrode 9 als auch die Masseelektrode 10 eine
gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Abbrandfestigkeit
aufweisen.
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Die
Masseelektrode 10 des in 3 dargestellten
Ausführungsbeispieles
liegt wie bei der Ausführungsform
des Zylinderkopfes 1 gemäß 1 auf dem
Anschlag 15 auf und ragt durch die beiden in 4 näher dargestellten
Ausnehmungen 17A und 17B der Orientierungseinrichtung 18 in
den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine hinein.
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Um
die Masseelektrode 10 im Betrieb in axialer Richtung gegen
den Anschlag 15 zu fixieren, ist auf der dem Brennraum 14 abgewandten
Seite der Masseelektrode 10 ein Seegerring 21 vorgesehen, der
in einer in dem Zylinderkopf 1 eingearbeitete Umfangsnut 22 eingesetzt
ist. Der axiale Abstand zwischen der Umfangsnut 22 und
dem Anschlag 15 entspricht vorliegend der Höhe des Kreisringelements 10A der
Masseelektrode 10.
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Die
Fixierung der Masseelektrode 10 in axialer Richtung der
Zündkerze 2 über den
Seegerring 21 bietet im Vergleich zu der Festlegung der
Masseelektrode 10 über
die in 1 dargestellte Federeinrichtung 16 den
Vorteil, dass auf den zylinderkopfseitigen Anschlag 15 geringere
Axialkräfte
aufgebracht werden.
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Es
liegt selbstverständlich
im Ermessen des Fachmannes, die Masseelektrode auch über andere geeignete
Einrichtungen gegen ein Verdrehen im Brennraum sowie in axialer
Richtung der Aufnahmevorrichtung des Zylinderkopfes zu fixieren.
Dabei kann das Kreisringelement und/oder das bügelartige Elektrodenelement
der Masseelektrode mit einem Eingriffselement ausgeführt sein,
das in Einbaulage der Masseelektrode in eine Ausnehmung der Orientierungseinrichtung
eingreift. Darüber
hinaus kann es alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass
das Kreisringelement und/oder das bügelartige Elektrodenelement
der Masseelektrode mit einer Aussparung ausgeführt ist, in welche in Einbaulage der
Masseelektrode ein Vorsprung derart eingreift, dass die Masseelektrode
gegen ein Verdrehen in Bezug auf den Zylinderkopf gesichert ist.
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Die
in 1 und 3 jeweils dargestellte Aufnahmevorrichtung 6 des
Zylinderkopfes 1 ist einfach und kostengünstig herstellbar.
Zunächst
wird in den Zylinderkopf 1 eine erste Bohrung mit einem
Innendurchmesser eingebracht, der dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 der
Zündkerze 2 an
dem dem Brennraum 14 zugewandten Ende entspricht. Anschließend werden
die Ausnehmungen 17 bzw. 17A und 17B für die Masseelektrode 10 durch
Fräsen
oder Stoßen
eingearbeitet. Daran anschließend wird
ausgehend von der dem Brennraum 14 abgewandten Seite des
Zylinderkopfes 1 die erste Bohrung aufgebohrt, wobei die
erste Bohrung in diesem Bereich mit einem Innendurchmesser ausgeführt ist, der
dem Gewindekerndurchmesser des Außengewindes 4 des
Gehäuses 3 entspricht.
Die erste Bohrung wird dabei in axialer Richtung über eine
derartige Tiefe aufgebohrt, dass der Anschlag 15 mit dem kleineren
Durchmesser mit der Höhe
H verbleibt. Im Anschluss wird in die nunmehr in ihrer endgültigen Form
vorliegenden Bohrung 13 das Innengewinde 5 unter
Berücksichtigung
der Zündkerzenauflagefläche und
der Dichtfläche
unterhalb des steckerseitigen Sechskantes 12 geschnitten,
wobei bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 zusätzlich noch
die Umfangsnut 22 für
den Seegerring 21 in den Zylinderkopf 1 eingearbeitet
wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit,
die Masseelektrode einer Zündkerze
in einer vordefinierten Einbaulage in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine
zu positionieren und die Zündkerze
in herkömmlicher
Art und Weise mit aus der Praxis bekannten Zündkerzen entsprechend vergleichbarer
Abdichtung und vergleichbarem Wärmeübergang
in den Zylinderkopf einzuschrauben. Die Masseelektrode einer Zündkerze
ist in Bezug auf das Gehäuse 3 der
Zündkerze 2 im
Zylinderkopf 1 verdrehsicher eingebaut. Der vergleichbare
Wärmeübergang
erfolgt nach wie vor über die
Gewindegänge
im Bereich des Gehäuses
und die Gasdichtheit des Brennraumes gegenüber seiner Umgebung wird wie
mit aus der Praxis bekannten Zündkerzen
erreicht, ohne dass ein gezielter und mit hohen Fertigungskosten
verbundener Gewindeanschnitt, mittels dem eine gewünschte Orientierung der
Masseelektrode im Brennraum erzielt werden könnte, berücksichtigt werden muss.
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Des
Weiteren bietet die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise die
Möglichkeit,
im Betrieb stark beanspruchte Masseelektroden auszutauschen, um
eine optimale Verbrennung gewährleisten zu
können.
Dabei ist besonders vorteilhaft, dass eine Zündkerzenmontage sowie eine
Zündkerzendemontage
in der an sich bekannten, unkomplizierten Art und Weise durchführbar ist.
Des Weiteren ist die Masseelektrode mit ihrem Kreisringelement direkt
an den Zylinderkopf 1 angebunden, so dass ein während der
Verbrennung in die Masseelektrode eingebrachter Energieeintrag gut
in den Zylinderkopf abführbar
ist.
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Aufgrund
der konstruktiv einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zylinderkopf-Zündkerzen-Systems,
das mit geringen Fertigungskosten herstellbar ist, stellt der erfindungsgemäße Gegenstand
eine preisgünstige
Umsetzung dar, bei der zudem breite Ausgestaltungsmöglichkeiten
von Zündkerzenelektrodengeometrien
zur Verfügung
stehen.
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Das
erfindungsgemäße Zylinderkopf-Zündkerzen-System
ist grundsätzlich
prädestiniert
für den Einbau
in Zylinderköpfen
von Brennkraftmaschinen, die vorzugsweise mit strahlgeführter Kraftstoff-
bzw. Benzin-Direkteinspritzung betrieben werden, wobei das System
aber auch bei allen anderen Motoren bzw. Brennkraftmaschinen eingesetzt
werden kann, die mit Fremdzündung
bzw. Funkenzündung
betrieben werden.
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Dabei
ist es besonders von Vorteil, dass das Außengewinde des Gehäuses 3 sowie
das Innengewinde 5 der Aufnahmevorrichtung 6 in
axialer Richtung verkürzt
ausgeführt
werden können,
da im Bereich das Anschlages 15, durch welchen die Mittelelektrode
in den Brennraum 14 ragt, ein in den 5 bis 7 dargestellter
Injektor 23 mit einem geringeren Abstand zu der Zündkerze 2 bzw.
deren Elektroden 9 und 10 im Brennraum 14 positioniert
werden kann, als dies bei aus der Praxis bekannten Zylinderkopf-Zündkerzen-Systemen
der Fall ist.
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Bezug
nehmend auf 5 bis 7 ist eine Anordnung
der Masseelektrode 10 der Zündkerze 2 bzw. eine
Orientierung des Elektrodenelementes 10B im Brennraum 14 näher dargestellt.
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Die
Masseelektrode 10 bzw. das bügelartige Elektrodenelement 10B ist
in Bezug auf ein im Wesentlichen strahlenförmig über den Injektor 23 in
dem Brennraum 14 eingespritzten Kraftstoff derart angeordnet,
dass die dem Kraftstoff aufgezwungene Ausbreitungsbewegung im Brennraum 14 durch
die Masseelektrode 10 möglichst
wenig beeinflusst bzw. gestört
wird. Andererseits ist die Masseelektrode 10 im Bezug auf
den in dem Brennraum 14 eingespritzten Kraftstoff derart
im Brennraum 14 positioniert, dass die in 6 und 7 jeweils
nächstliegenden
Kraftstoffstrahlen sicher mit dem zwischen der Mittelelektrode 9 und
der Masseelektrode 10 erzeugten Funken in Kontakt kommen
und das Luft-Kraftstoff-Gemisch
im Brennraum 14 gezündet
wird.
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Die
Gemischentflammung im Schichtladebetrieb beim strahlgeführten Brennverfahren
mit Benzin-Direkteinspritzung ist besonders dann optimiert, wenn
das bügelartige
Elektrodenelement der Masseelektrode 10 in Ausbreitungsrichtung
der Einspritzstrahlen radial stromlinienförmig orientiert ist und dem
aus Kraftstoff und Luft bestehenden Spray möglichst wenig Angriffsfläche bietet.
Dann wird der Strahl, welcher aus einem als Mehrlochventil, Kegelstrahlventil
oder auch Drallventil ausgeführten
Injektor in den Brennraum eingespritzt wird, durch die Masseelektrode
der Zündkerze,
welche auch mehrere bügelartige
Elektrodenelemente oder anderweitig ausgestaltete Elektrodenelemente
aufweisen kann, nur in geringem Umfang in seiner für eine optimale Verbrennung
bevorzugten Ausbreitungsbewegung gestört bzw. behindert.
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Aus
der Praxis bekannte Injektoren führen den
Kraftstoff vorzugsweise über
sechs bis zwölf
Einzelstrahlen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ein, die über den
Umfang der Injektorspitze verteilt angeordnet sind und über die
beiden in 6 und 7 zu der
Zündkerze 2 benachbart
angeordneten Einzelstrahlen entzündet
werden, wobei die in 6 dargestellten Strahlen des
eingespritzten Kraftstoffes eine gerade Strahlgeometrie aufweisen und
die Einsritzstrahlen gemäß 7 mit
einem Drall in den Brennraum 14 eingeführt werden.
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Bei
einer nicht näher
dargestellten Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung
ist es vorgesehen, dass die Masseelektrode mit ihrem Kreisringelement
drehbar an dem Gehäuse
der Zündkerze
befestigt ist und in ihrer vordefinierten Einbaulage gemeinsam mit
dem Gehäuse,
das in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt wird,
montierbar ist. Während
der Montage des Gehäuses
der Zündkerze
wird die Masseelektrode über die
Orientierungseinrichtung der Aufnahmevorrichtung des Zylinderkopfes
drehfest in ihrer vordefinierten Einbaulage gehalten, während das
Gehäuse
in an sich bekannter Art und Weise in den Zylinderkopf eingeschraubt
wird.
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Alternativ
zu der letztgenannten Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung
kann es auch vorgesehen sein, dass die Masseelektrode als separates
Bauteil ausgeführt
ist, dass in die mit der Orientierungseinrichtung ausgeführte Aufnahmevorrichtung
des Zylinderkopfes eingehängt
und durch das anschließende
Einschrauben des Gehäuses
der Zündkerze
in den Zylinderkopf in die Aufnahmevorrichtung gedrückt und
im Zylinderkopf in einer vordefinierten Einbaulage fixiert ist.
Dabei ist die Masseelektrode im Bereich ihres Ringkörpers auf
der dem Brennraum zugewandten Seite mit einem Dichtsitz, vorzugsweise
einem Kegeldichtsitz, ausgeführt,
der von dem eingeschraubten Gehäuse
der Zündkerze derart
gegen einen damit korrespondierenden Dichtsitz des Zylinderkopfes
gedrückt
wird, dass der Brennraum gasdicht abgedichtet ist.
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Zusätzlich ist
sowohl die Masseelektrode auf ihrer dem Gehäuse der Zündkerze zugewandten Seite als
auch das Gehäuse
der Zündkerze
auf ihrer der Masseelektrode zugewandten Seite jeweils derart ausgeführt, dass
der Brennraum auch im Bereich zwischen dem Gehäuse der Zündkerze und der Masseelektrode
gasdicht gegenüber
der Umgebung abgeschlossen ist.
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Dazu
kann sowohl das Gehäuse
als auch die Masseelektrode vorzugsweise mittels eines Schleiffertigungsverfahrens
oder dergleichen plangeschliffen ausgeführt werden. Darüber hinaus
besteht selbstverständlich
auch die Möglichkeit,
zwi schen der Masseelektrode und der dem Brennraum zugewandten Stirnfläche des
Gehäuses
der Zündkerze ein
zusätzliches
Dichtelement, beispielsweise eine Kupferscheibe, zur Erhöhung der
Dichtwirkung vorzusehen.