DE19705372C2 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Zündkerze für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine, insbesonde
re mit Gas befeuerte Brennkraftmaschine nach dem Gattungsbegriff
des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Zündkerze ist aus der US 5 408 961 bekannt.
Aus der DE 89 06 871 U1 ist es weiterhin bekannt, die Mit
telektrode einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer
Ummantelung aus Edelmetall zu versehen.
Eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zünd
kerzenkörper, einer Mittelektrode und einer Masseelektrode, die
in Form einer Ringelektrode ausgebildet ist, die den vorstehen
den Teil der Mittelektrode mit einem dazwischen gebildeten ring
förmigen Zündspalt umgibt, ist weiterhin aus der WO 91/06142
bekannt.
Die Anforderungen an die Lebensdauer von Zündkerzen für
Brennkraftmaschinen nehmen gegenwärtig erheblich zu, was ins
besondere für Zündkerzen gilt, die bei stationär betriebenen,
großvolumigen, hochverdichteten, mit Gas befeuerten Brennkraf
tmaschinen eingesetzt werden sollen. Zündkerzen für diesen Ein
satzzweck sollen eine lange Laufzeit in der Größenordnung von
wenigstens 5000 Stunden haben. Da derartige Brennkraftmaschinen
mit hohem Druck arbeiten, muß besonderer Wert auf den Elektro
denabstand gelegt werden. Real werden Elektrodenabstände von 0,2
bis 0,3 mm nominell eingestellt, was bedeutet, daß bei einer
Zündaussetzgrenze derartiger Brennkraftmaschinen von erfahrungs
gemäß 0,5 bis 0,6 mm das potentielle Abbrandreservoir von 0,2
bis 0,3 mm schnell verbraucht ist und die Zündaussetzgrenze
schnell erreicht ist. Die gegenwärtig verfügbaren Zündkerzen
genügen der Forderung nach einer langen Lebensdauer nicht, was
einen kostenintensiven Zündkerzenwechsel zur Folge hat.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher
darin, eine Zündkerze nach dem Gattungsbegriff des Patentan
spruchs 1 so auszubilden, daß sie eine längere Laufzeit hat.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung
gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze können aufgrund der
Edelmetallarmierung kleine Zündspalte ausgebildet werden und
kann der Elektrodenabstand sehr lange konstant gehalten werden.
Es kann eine große Funkenaustrittsfläche vorgesehen sein, so daß
die Erwartungen an die hohe Lebensdauer erfüllt werden können.
Weiterhin ist es bei der erfindungsgemäßen Zündkerze mög
lich, die Funkenlage optimal auszubilden, das heißt, die Funken
strecke möglichst weit in den Verbrennungsraum zu plazieren, um
auch extrem magere Gemische aussetzerfrei zu entflammen.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentan
sprüche 2 bis 14.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson
ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be
schrieben. Es zeigen
Fig. 1 in einer Schnittansicht die zündseitige Elektroden
konfiguration eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Zündkerze,
Fig. 2 in einer Schnittansicht die zündseitige Elektroden
konfiguration eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindngs
gemäßen Zündkerze,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Masseelektrode bei einem
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Masseelektrode bei noch
einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze,
Fig. 5 in perspektivischen Ansichten die Arbeitsschritte
bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 die verschiedenen Arbeitsschritte bei der Herstel
lung der Masseelektrode bei einem Ausführungsbeispiel des erfin
dungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 7 und 8 in einer Teilschnittansicht und einer Drauf
sicht ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Anbringen der
Ringelektrode.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Zündkerze umfaßt einen metallischen Körper 1 mit
Einschraubgewinde, in dem zentrisch ein keramischer Isolator 2
angeordnet ist. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, handelt es
sich dabei um eine Zündkerze mit vergezogener Funkenlage, bei
der der Isolator 2 über den vorderen Rand des metallischen Kör
pers 1 hinaus in den Brennraum der Brennkraftmaschine vorsteht.
Im keramischen Isolator 2 ist mittig eine Mittelelektrode 3
vorgesehen, die zusammen mit einer Masseelektrode 4 einen Zünd
spalt ZS für die Ausbildung eines Zündfunkens bildet. Die Masse
elektrode 4 ist elektrisch mit dem metallischen Körper 1 ver
bunden und in Form einer Ringelektrode ausgebildet, die den
gesamten Umfang der Mittelelektrode 3 umschließt.
Um möglichst den kompletten zur Verfügung stehenden Ab
brandvorrat an der Funkenstrecke zu nützen, ist diese zwischen
der Mittelelektrode 3 und der Ringelektrode 4 ringförmig so
ausgebildet, daß der gesamte Mantelbereich der Mittelelektrode
3 und die Innenfläche der Bohrung der Ringelektrode 4 als Fun
kenaustrittsfläche genutzt werden kann und als Abbrandreserve
zur Verfügung steht. Die Lebensdauer der Zündkerze mit einer
derartigen Funkenstreckenausbildung ist durch den Einsatz eines
abbrandfesten Werkstoffes nämlich eines Edelmetalls wie Platin
oder einer Platinlegierung erheblich erhöht. Wie es in Fig. 1
dargestellt ist, ist dazu im gesamten Bereich der Funkenstrecke
die potentiele Funkenaustrittsfläche mit dem Edelmetall ausge
kleidet. Die Mittelelektrode 3 ist im zündseitigen Bereich, d. h.
im Abschnitt der Funkenstrecke oder an der Fläche, die die Fun
kenstrecke begrenzt, mit einer Edelmetallarmierung in Form einer
Edelmetallhülse 5 versehen. Die Ringelektrode 4 ist an ihrer In
nenseite d. h. an der den Zündspalt begrenzenden Fläche mit einer
Edelmetallbuchse 6 versehen. Die Edelmetallhülse 5 und die Edel
metallbuchse 6 bestehen insbesondere aus Platin oder einer Pla
tinlegierung.
Die Ringelektrode 4 ist formgebogen und unter einem Winkel
α mit dem Körper 1 verbunden.
Zum Anbringen der Edelmetallhülse 5 an der Mittelelektrode
3 ist am zündseitigen Ende der Mittelelektrode 3 eine Verjüngung
vorgesehen, auf die die Edelmetallhülse 5 aufgeschoben oder
aufgepresst ist. An der Stirnseite der Mittelelektrode 3 ist
beispielsweise durch eine Ansenkung oder Bohrung eine Vertiefung
ausgebildet, so daß sich ein ringförmiger Bord ergibt. Dieser
Bord wird über die Edelmetallhülse 5 gebördelt, wodurch eine
formschlüssige Verbindung erzielt wird. Die Edelmetallhülse 5
kann mit der Mittelelektrode 3 darüber hinaus verschweißt sein.
Die Edelmetallbuchse 6 wird an der Ringelektrode 4 dadurch
angebracht, daß die Edelmetallbuchse 6 in die in der Ringelek
trode 4 befindliche Bohrung eingeführt und eingepresst wird und
zwar derart, daß am zündseitigen Ende die Edelmetallbuchse 6
ringförmig über die Ringelektrode 4 übersteht. Der überstehende
Rand der Edelmetallbuchse 6 wird gebördelt oder genietet, um
eine formschlüssige Verbindung zu erzielen. Auch die Edelmetall
buchse 6 kann zusätzlich mit der Ringelektrode 4 verschweißt
sein.
Die Ringelektrode 4 ist vorzugsweise glockenförmig mit
einem Winkel α von 10° bis 30° angebogen. Durch diese schräge
Anstellung der Ringelektrode 4 wird weniger Metalloberfläche der
Verbrennungswärme ausgesetzt, so daß die Ringelektrode 4 beim
Betrieb zu geringeren Glühzündungen neigt.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Ringelektrode 4
vorzugsweise sternförmig mit drei speicherartigen Zacken ausge
bildet, die glockenförmig umgebogen und an ihren Enden an den
Körper 1 angeschweißt sind. Die Ringelektrode 4 kann mit mehr
als drei speichenartigen Zacken ausgebildet sein oder auch nur
zwei Speichen aufweisen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Bei
dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich nach
dem Umbiegen der Zacken eine bügelartige Ringelektrode. Dieses
in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den besonderen
Vorteil einer besseren Umspülung des Gemisches und einer Minde
rung des Quenching-Effektes, z. B. einer Verhinderung der Flamm
ausbreitung.
Um weniger Metalloberfläche der Verbrennungswärme auszuset
zen sind auch die speicherartigen Zacken der Ringelektrode 4 zum
Elektrodenring hin verjüngt, so daß der Querschnitt der Ring
elektrode 4 zum kalten Teil des Körpers 1 immer größer wird und
eine optimale Wärmeableitung garantiert ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Elektrodenabstand ZS mit einen Spalt Sp1 so ausgebildet, daß der
Elektrodenabstand, d. h. der Zündspalt ZS und der Spalt Sp1 zwi
schen der Isolatorfußspitze und der Unterkante der Ringelektrode
4 mindestens im Verhältnis 1 : 1 ausgelegt sind, und nach dem
Aufbrauchen der Luftfunkenstrecke ZS sich ein Funke als kombi
nierter Gleit- und Luftfunke zwischen dem Spalt Sp1 ausbilden
kann.
Fig. 5 zeigt die Arbeitsfolge der Herstellung der Mittel
elektrode 3 mit einer Edelmetallhülse, insbesondere einer Pla
tinhülse 5. Fig. 5A zeigt die Mittelelektrode 3, die am zündsei
tigen Ende beispielsweise durch Drehen, Anreduzieren oder Kalt
fliespressen verjüngt ist. Die Stirnseite der Mittelelektrode 3
ist mit einer Vertiefung 7 beispielsweise durch Versenken oder
Versenkbohren ausgebildet, so daß sich zwischen der Verjüngung
8 und der Vertiefung 7 ein ringförmiger Bord 9 ergibt. Wie es in
Fig. 5B dargestellt ist, wird danach die Platinhülse 5 über die
Mittelelektrode 3 gefügt, d. h. insbesondere geschoben oder ge
preßt. Anschließend wird gemäß Fig. 5C die Platinhülse 5 mit der
Mittelelektrode 3 durch Umlegen des Bordes 9 formsicher
montiert. In dem in Fig. 5D dargestellten Arbeitsschritt wird
die Platinhülse 5 mit der Mittelelektrode 3 nach dem Umlegen
zusätzlich verschweißt oder verlötet.
Fig. 6 zeigt die Arbeitsschritte bei der Herstellung der
Ringelektrode 4 bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei
spiel.
In dem in Fig. 6A dargestellten Arbeitsschritt werden die
Außen- und die Innenkontur der Ringelektrode 4 einstückig aus
einem Metallband z. B. einem Nickelband oder einem Nickellegie
rungsband beispielsweise durch Stanzen hergestellt. In dem in
Fig. 6B dargestellten Arbeitsschritt wird die Ringelektrode 4
glockenförmig gebogen. Anschließend wird im Arbeitsschritt gemäß
Fig. 6C die Ringelektrode 4 mit einer Edelmetallbuchse 6 ar
miert. Dabei wird die Edelmetallbuchse 6 in die Bohrung 10 der
Ringelektrode 3 gedrückt und werden anschließend die überstehen
den Enden der Edelmetallbuchse 6 durch Bördeln umgelegt, um eine
formsichere Armierung zu erreichen, wie es in Fig. 6D darge
stellt ist. Die Verbindung zwischen der Edelmetallbuchse 6 und
der Ringelektrode 4 kann zusätzlich geschweißt oder gelötet
werden.
Wenn als Edelmetallbuchse 6 eine Platinbuchse vorgesehen
wird, dann wird die Ringelelektrode 4 aus Inconel gefertigt, um
eine gute Verbindung zwischen der Platinbuchse und der Inconel
ringelektrode zu erzielen.
Die Ringelektrode 4 und/oder die Edelmetallbuchse 6 können
weiterhin aus einem Zweistoffmaterial gefertigt werden, das z. B.
aus Nickel mit einer Platinauflage besteht. Aus Kostengründen
ist dann das Trägermaterial Nickel und ist die abbrandfeste
Platinauflage durch Oberflächenplattierung ausgebildet. Dadurch
läßt sich der Verbrauch an hochwertigem Edelmetall so gering wie
möglich halten.
Bei der Herstellung der Ringelektrode 4 und der Mittelelek
trode 3 werden somit die Edelmetallarmierungen durch mechanische
Befestigung beispielsweise durch Bördeln und Pressen angebracht.
Ein Schweißen der Edelmetallarmierungen nach der Montage bietet
eine zusätzliche Sicherung. In dieser Weise wird das Edelmetall
großflächig angebracht, so daß keine Konzentrizitätsprobleme der
Anordnung des Edelmetalls auftreten.
Im folgenden wird anhand der Fig. 7 und 8 ein besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens der Anbringung
der Ringelektrode 4 am Körper 1 beschrieben.
Es kommt vor, daß der Elektrodenabstand wegen mangelnder
Zentrizität der Ringelektrode 4 ungleichmäßig ist und daß un
terschiedliche Wandstärken der Ringelektrode 4 zu einer
schlechteren Wärmeableitung führen. Wenn die Ringelektrode 4
nicht zentrisch auf den Metallkörper 1 aufgeschweißt ist, muß
sie nachgestanzt werden und innen und außen entgratet werden.
Um diese Probleme zu beseitigen, wird bei dem in Fig. 7 und
8 dargestellten Verfahren eine Zentrierungsrille 11 für die
Ringelektrode 4 konzentrisch im Körper 1 vorgesehen, werden
Schweißnocken an der Ringelektrode 4 angeformt und wird an
schließend die Ringelektrode 4 mit den Schweißnocken in zentri
scher Anordnung in der Zentrierungsrille 11 mit dem Körper 1
verschweißt.
Bei einer derartigen Ausbildung ist eine einfache Zentrie
rung der Ringelektrode 4 in der konzentrisch ausgebildeten Zen
trierungsrille 11 am Körper 1 möglich. Die Ringelektrode 4 kann
daher vorher fertig ausgestanzt werden, ein Nachstanzen der
Bohrung im am Körper 1 bereits angebrachten Zustand entfällt.
Gleichfalls erübrigt sich ein Entgraten der Schweißstelle, da
das Material in die Zentrierungsrille 11 fließt.
Die somit erzielte zentrische Montage der Ringelektrode 4
führt zu einem gleichmäßigen Elektrodenabstand und einer gleich
mäßigen Wärmeabführung. Es können in dieser Weise zwei-, drei-
oder vierpolige Zündkerzen aus Ringelektroden für 14er und 18er
Gewinde gefertigt werden.
Claims (14)
1. Zündkerze für eine insbesondere mit Gas befeuerte
Brennkraftmaschine mit
einem elektrisch leitenden Zündkerzenkörper,
einer Mittelelektrode, die im Zündkerzenkörper und demgegenüber elektrisch isoliert angeordnet ist und vom Zündkerzenkörper vorsteht, und
einer Masseelektrode, die mit dem Zündkerzenkörper elektrisch verbunden und in Form einer Ringelektrode ausge bildet ist, die den vorstehenden Teil der Mittelektrode mit einem dazwischen gebildeten ringförmigen Zündspalt umgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß,
die Mittelelektrode (3) an ihrer den Zündspalt be grenzenden Mantelfläche mit einer Edelmetallarmierung in Form einer aufgeschobenen oder aufgepreßten Edelmetallhülse (5) versehen ist.
einem elektrisch leitenden Zündkerzenkörper,
einer Mittelelektrode, die im Zündkerzenkörper und demgegenüber elektrisch isoliert angeordnet ist und vom Zündkerzenkörper vorsteht, und
einer Masseelektrode, die mit dem Zündkerzenkörper elektrisch verbunden und in Form einer Ringelektrode ausge bildet ist, die den vorstehenden Teil der Mittelektrode mit einem dazwischen gebildeten ringförmigen Zündspalt umgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß,
die Mittelelektrode (3) an ihrer den Zündspalt be grenzenden Mantelfläche mit einer Edelmetallarmierung in Form einer aufgeschobenen oder aufgepreßten Edelmetallhülse (5) versehen ist.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringelektrode (4) an ihrer den Zündspalt begrenzen
den Ringfläche mit einer Edelmetallarmierung in Form einer
Edelmetallbuchse (6) versehen ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ringelektrode (4) aus Nickel oder einer
Nickellegierung besteht.
4. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ringelektrode (4) aus Inconel gebildet
ist.
5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Edelmetall der Edelmetallarmierung der Ringelektrode
(4) Platin oder eine Platinlegierung ist.
6. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Edelmetallarmierung der Mittelelektrode
(3) und/oder die Ringelektrode (4) aus einem Zweistoffmate
rial bestehen.
7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zweistoffmaterial Nickel oder eine Nickellegierung
als Trägermaterial mit einer Platinauflage ist.
8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (4) über
sternförmige Speichen mit dem Zündkerzenkörper (1) verbunden
ist, wobei der ringförmige Zündspalt zwischen einer Bohrung
(10) in der Ringelektrode (4) und der Mittelelektrode (3)
gebildet ist.
9. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine zusätzlich vorgesehene Gleitfun
kenstrecke, die zwischen der Isolatorfußspitze und der Un
terkante der Ringelektrode (4) ausgebildet ist.
10. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftfunkenstrecke des Zündspaltes und die Gleitfun
kenstrecke im Verhältnis von 1 : 1 stehen.
11. Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die sternförmigen Speichen der Ringelektrode (4) gloc
kenartig angeschrägt sind.
12. Zündkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschrägungswinkel 10° bis 30° beträgt.
13. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenlage vorgezogen ist.
14. Zündkerze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funkenlage 6 mm beträgt.
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