DE212008000090U1

DE212008000090U1 - Zündkerzenaufbau für eine verbesserte Zündfähigkeiit

Info

Publication number: DE212008000090U1
Application number: DE212008000090U
Authority: DE
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Fram Group IP LLC
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-23
Also published as: JP2010541133A; US20090079319A1; DE112008002535T5; WO2009039478A3; WO2009039478A2; US8058785B2

Abstract

Zündkerze mit:
einer metallischen Hülse, die eine sich hierdurch axial erstreckende Hülsenbohrung und ein erstes offenes Ende nahe eines Funkenspalts hat,
einem Isolator, der zumindest teilweise innerhalb der Hülsenbohrung angeordnet ist, wobei der Isolator eine sich hierdurch axial erstreckende Isolatorbohrung und ein erstes offenes Ende nahe des Funkenspalts hat, und der Isolator einen Zwischenabschnitt hat, der an einen Endabschnitt grenzt, wobei der Endabschnitt einen Nasenabschnitt hat, der sich jenseits des ersten offenen Endes der metallischen Hülse über eine erste Länge zu dem ersten offenen Ende des Isolators axial erstreckt; und
einer im Wesentlichen zylindrischen Mittelelektrodenbaugruppe, die zumindest teilweise innerhalb der Isolatorbohrung angeordnet ist und ein erstes Ende hat, das einen Teil des Funkenspaltes ausbildet, wobei die Mittelelektrodenbaugruppe sich axial jenseits des ersten offenen Endes der metallischen Hülse um zumindest die erste Länge erstreckt, wobei der Endabschnitt des Isolators einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Außendurchmesser eines...

Description

Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung mit der Nr. 60/974 316, die am 21. September 2007 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Hintergrund
Diese Anmeldung bezieht sich auf eine Zündkerze zur Verwendung in Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Zündkerze, die einen Aufbau hat, der eine verbesserte Zündfähigkeit vorsieht.
Herkömmliche Zündkerzen zur Verwendung in Brennkraftmaschinen weisen im Allgemeinen eine rohrförmige metallische Hülse, einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf. Die Metallhülse hat einen Gewindeabschnitt zum Montieren der Zündkerze in eine Brennkammer der Maschine. In dem Isolator ist eine Mittelbohrung ausgebildet und er ist in der Metallhülse derart fixiert, dass ein Ende des Isolators von einem Ende der Metallhülse vorragt. Die Mittelelektrode ist in der Mittelbohrung des Isolators befestigt, so dass ihr eines Ende von dem Ende des Isolators vorragt. Die Masseelektrode hat einen vorderen Abschnitt und ist mit dem Ende der Metallhülse derart verbunden, dass der vordere Abschnitt dem Ende der Mittelelektrode über einen Funkenspalt dazwischen zugewandt ist.
In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach Brennkraftmaschinen, die einen höheren Leistungsausgang aufweisen, zu einer Erhöhung der Zahl und/oder Größe der Maschineneinlass- und Auslassventile geführt und hat ebenso zu der Einführung von Wassermänteln geführt, die an den Maschinen zum Vorsehen einer Kühlung angebracht sind. Dies hat zu einer Verringerung des Raums geführt, der für einen Zündkerzeneinbau in die Maschine verfügbar ist, wodurch die Entwicklung von Zündkerzen erforderlich wurde, die einen kompakten Aufbau haben. Insbesondere sind schmale Zündkerzen, in denen der Gewindeabschnitt der Metallhülse einen Außendurchmesser von 12 mm oder weniger hat, nicht standardisiert worden. In der Praxis resultieren kompakte Zündkerzen mit einer Hülse mit einem Außendurchmesser von 12 mm oder weniger in einem verringerten Abstand zwischen der Metallhülse und der Mittelelektrode des Isolators. Somit ist das Volumen der Lufttasche entsprechend verringert.
Während eines Betriebs von kompakten Zündkerzen, die ein reduziertes Lufttaschenvolumen haben, gibt es eher eine erhöhte Tendenz, dass der Funken seitwärts von der Mittelelektrode entlang der Außenfläche des Isolators kriecht und über die Lufttasche der Metallhülse springt, als dass er sich, wie beabsichtigt, an der Elektrodenkappe ausbildet und dort verbleibt. Dieses als Innenfunken oder Nebenzündung bekanntes Phänomen kann eine Fehlzündung oder eine Teilverbrennung verursachen, die einen Maschinenwirkungsgrad reduziert. Ferner tendieren gewisse Zündkerzen dazu, insbesondere jene, die eine Hülsengröße von 12 mm oder weniger mit einer Hülsengewindelänge von 19 mm oder mehr haben, dass sie den zusätzlichen Nachteil haben, dass sie eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber Überlastdrehmomentkräften haben, die verursachen können, dass die Dichtung zwischen der Metallhülse und dem Isolator durch eine Ausdehnung gelockert wird.
Dementsprechend ist es gewünscht, einen verbesserten Zündkerzenaufbau zu schaffen, der das Innenfunken-/Nebenzündungsphänomen verhindert und in einer Dichtung resultiert, die gegenüber Überlastdrehmomentkräften widerstandsfähiger ist.
Zusammenfassung
Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Zündkerze, die eine rohrförmige metallische Hülse, einen Isolator und eine im Allgemeinen zylindrische Mittelelektrodenbaugruppe hat. Die metallische Hülse hat eine Hülsenbohrung, die sich hierdurch axial erstreckt, und ein erstes offenes Ende nahe eines Funkenspalts. Der Isolator ist zumindest teilweise innerhalb der Hülsenbohrung angeordnet. Der Isolator hat eine Isolatorbohrung, die sich hierdurch axial erstreckt, und ein erstes offenes Ende nahe des Funkenspalts. Der Isolator hat einen Zwischenabschnitt, der an einen Endabschnitt grenzt. Der Endabschnitt hat einen Nasenabschnitt, der sich axial jenseits des ersten offenen Endes der Metallhülse über eine erste Länge zu dem ersten offenen Ende des Isolators erstreckt. Die Mittelelektrodenbaugruppe ist zumindest teilweise innerhalb der Isolatorbohrung angeordnet und hat ein erstes Ende, das einen Teil des Funkenspalts ausbildet. Die Mittelelektrodenbaugruppe erstreckt sich axial jenseits des offenen Endes der metallischen Hülse über zumindest die erste Länge. Der Endabschnitt des Isolators hat einen Innendurchmesser, der größer als ein Außendurchmesser eines axial entsprechenden Abschnitts der Mittelelektrodenbaugruppe ist, um einen Isolationsspalt innerhalb der Isolatorbohrung auszubilden. Der Isolationsspalt erstreckt sich axial zwischen der Mittelelektrodenbaugruppe und dem Endabschnitt des Isolators zu dem ersten offenen Ende des Isolators.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine Schnittansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels einer Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereichs, der mit A in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel von 1 gekennzeichnet ist;
3 ist eine Schnittansicht eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels einer Zündkerze in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereichs, der mit B in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel von 3 gekennzeichnet ist;
5 ist eine Schnittansicht eines anderen alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels der Zündkerze in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels einer Zündkerze in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
7 bis 9 sind vergrößerte Schnittansichten von alternativen Endabschnitten eines Isolators gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele
1 und 2 stellen einen Gesamtaufbau einer Zündkerze 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Zündkerze 100 ist zur Verwendung in Brennkraftmaschinen von Automobilfahrzeugen konstruiert. Der Einbau der Zündkerze 100 in eine Brennkraftmaschine wird erzielt, indem sie montiert wird, so dass sie in eine Brennkammer (nicht gezeigt) der Maschine durch eine Gewindebohrung, die in dem Maschinenkopf (nicht gezeigt) vorgesehen ist, ragt.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die Zündkerze 100 im Wesentlichen eine im Wesentlichen rohrförmige Metallhülse 110, einen Isolator 120, eine zylindrische Mittelelektrode 130 und eine Masseelektrode 140, die an der Metallhülse 110 angebracht ist, an ihrem brennkammerseitigen Ende, auf.
In dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel besteht die Metallhülse 110 aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie beispielsweise Stahl. Die Metallhülse 110 hat einen Gewindeschaftabschnitt 111 an deren äußeren Umfang zum Montieren der Zündkerze 100 in die axiale Richtung in die Brennkammer der Maschine, wie vorstehend beschrieben ist. Die Metallhülse 110 weist eine axiale Bohrung 112 auf, die sich über ihre Länge erstreckt. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann der Gewindeabschnitt 111 der Metallhülse 110 einen Außengewindedurchmesser D1 von 14 mm oder weniger und eine axiale Hülsengewindelänge Ll von 12 mm oder mehr haben.
Der Isolator 120 ist ein länglicher Bestandteil, der teilweise innerhalb der axialen Bohrung 112 angeordnet ist und aus einem nichtleitenden Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminiumoxidkeramik, in exemplarischen Ausführungsbeispielen besteht, so dass er die Mittelelektrode 130 fest halten kann, während ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Mittelelektrode und der geerdeten Metallhülse 110 verhindert wird. Der Isolator 120 ist in der Metallhülse 110 fixiert und teilweise untergebracht, so dass ein Ende 120a des Isolators von einem Ende 110a der Metallhülse vorragt, während das entgegengesetzte Ende 120b des Isolators von dem entgegengesetzten Ende 110b der Metallhülse vorragt. Der Isolator 120 weist im Allgemeinen eine sich hierdurch erstreckende axiale Bohrung 121, in der die Mittelelektrode 130 gehalten ist, ebenso wie äußere Schultern 122, 123 auf, die an jedem Ende eines erweiterten Flanschabschnitts 124 des Isolators angeordnet sind.
In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Mittelelektrode 130 aus einem stark wärmeleitfähigem Metallmaterial, wie beispielsweise Kupfer, als dem Kernmaterial und einem gegenüber großer Hitze widerstandsfähigem, korrosionswiderstandsfähigem Metallmaterial, wie beispielsweise einer festen Nickellegierung, Inconel oder einer anderen nickelbasierenden Legierung, oder einem anderen geeigneten Metall oder einer anderen geeigneten Metalllegierung als dem Kaschiermaterial bestehen. In anderen exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Mittelelektrode insgesamt aus einer nickelbasierten Legierung bestehen, ohne dass sie separate Kern- oder Kaschierbestandteile hat. Die Mittelelektrode 130 ist in der Mittelbohrung 121 des Isolators 120 festgemacht, so dass sie gegenüber der Metallhülse 110 elektrisch isoliert ist. Die Mittelelektrode 130 ist teilweise in der Metallhülse 110 zusammen mit dem Isolator 120 so beinhaltet, dass ein Ende 130a der Mittelelektrode im Wesentlichen mit dem Ende 120a des Isolators fluchtend ist, so dass die Mittelelektrode nur leicht jenseits des Isolators vorragt.
Die Masseelektrode 140, die aus einer nickelbasierten Legierung besteht, die sich hauptsächlich aus Nickel in dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel zusammensetzt, ist als ein krummliniges annähernd L-förmiges Prisma vorgesehen und wirkt mit der Mittelelektrode 130 zusammen. Die Masseelektrode 140 ist mit dem Ende 110a der Metallhülse 110 (zum Beispiel durch Schweißen) verbunden. Die Masseelektrode 140 hat einen vorderen Abschnitt, der eine Seitenfläche 141 aufweist, die dem Ende 130a der Mittelelektrode 130 über einen Funkenspalt 150 zugewandt ist.
Die spezielle Konstruktion der Metallhülse 110 kann in den exemplarischen Ausführungsbeispielen variieren. In dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel weist, wie in 1 gezeigt ist, die Metallhülse 110 einen Gewindeabschnitt 111, eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Innenschulter 113 und eine im Wesentlichen zylindrische Befestigungs- oder Montageeinrichtung 115 auf, die sich zwischen einem Paar verformbaren Ränder 114, 116 an einer Außenseite der Metallhülse erstreckt. Wie vorstehend erwähnt ist, wird der Gewindeabschnitt 111 verwendet, um eine Zündkerze 100 in ein Gewindeloch in dem Zylinderkopf einer Maschine einzubauen. Die Einbaueinrichtung 115 kann zum Beispiel in der Form eines doppelten Sechsecks, das einen kleiner ausgebildeten Bereich 118 hat, geformt sein, um einem geeigneten Werkzeug, wie beispielsweise einem Schraubenschlüssel, zu erlauben, mit der Metallhülse 110 zum Einbau in den Zylinderkopf oder zu deren Entfernung aus dem Zylinderkopf einzugreifen. In dem Übergangsbereich zwischen dem Gewindeabschnitt 111 und der Montageeinrichtung 115 dient ein konischer Rand 116 als ein äußerer Motorsitz zum Sicherstellen einer Dichtigkeit der Brennkammer in diesem Bereich.
Die Innenschulter 113 ist an einem ringförmigen Absatz oder Rand ausgebildet, der an der Innenfläche der Metallhülse 110 angeordnet ist, die der axialen Bohrung 112 in dem Abschnitt zugewandt ist, in dem der Innendurchmesser der Bohrung steigt. Die Innenschulter 113 greift mit einer komplementär großen Außenschulter 122 des Isolators 120 über eine gasdichte ringförmige Dichtung 180 ein, so dass verhindert wird, dass sich der Isolator innerhalb der Metallhülse 110 abwärts bewegt. Der Rand 114 ist an dem Ende 110b der Metallhülse 110 mit der Innenschulter 117 versehen, um die Metallhülse 110 auf der komplementär großen zweiten Außenschulter 123 des Isolators 120 mechanisch zu sperren, so dass verhindert ist, dass sich der Isolator innerhalb der Metallhülse aufwärts bewegt. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Metallhülse 110 auch über eine gasdichte ringförmige Dichtung 181 mit der zweiten Außenschulter 123 verbunden sein. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen können die ringförmige Dichtung 180 und, falls vorhanden, die ringförmige Dichtung 181 Metallringdichtungen der Bauart sein, die im Allgemeinen in Zündkerzenkonstruktionen verwendet werden und zum Beispiel aus Stahl oder Eisen bestehen.
In dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Isolator 120 mit einem Flanschabschnitt 124 versehen, der zwischen den Außenschultern 122, 123 gelegen ist. Der Außendurchmesser des Flanschabschnitts 124 ist in dem Isolator 120 am größten, um in die axiale Bohrung 112 der Einbaueinrichtung 115 zu passen. Der Isolator 120 hat einen Zwischenabschnitt 125, der innerhalb der Metallhülse 110 angeordnet ist, die den Flanschabschnitt 125 an der Außenschulter 122 angrenzt. Der Zwischenabschnitt 125 hat einen Außendurchmesser, der geringer als der des Flanschabschnitts 124 ist. Wie in 1 gezeigt ist, hat die Außenschulter 122 eine äußere Fläche, die von dem Flanschabschnitt 124 zu dem Zwischenabschnitt 125 verjüngt ist. Der Isolator 120 hat ferner einen Endabschnitt 126, der das Ende 120a des Isolators 120 aufweist.
Der Aufbau des Isolators 120 ist konfiguriert, um eine Zündkerze 100 mit guten Isoliereigenschaften und einer hohen Zündfähigkeit zu schaffen. Wie in dem umkreisten Abschnitt A in 1 und der vergrößerten Darstellung des umkreisten Abschnitts A, die in 2 bereitgestellt ist, gezeigt ist, hat der Endabschnitt 126 einen Innen- oder Ringdurchmesser, der größer als jener des Zwischenabschnitts 125 ist und der axial von dem Zwischenabschnitt zu dem Ende 120a größer wird. Das heißt, dass der Zwischenabschnitt 125 und der Endabschnitt 126 des Isolators 120 einen gleichmäßigen Außendurchmesser entlang ihrer Länge haben und der Endabschnitt 126 eine reduzierte Wanddicke hat, um eine isolierende Lufttasche oder Ansenkung 128 innerhalb der Mittelbohrung 121 vorzusehen, die zu dem Zündende hin aufgeweitet ist. Der Endabschnitt 126 erstreckt sich von der Metallhülse 110 nach außen und ragt um die Strecke L2 jenseits des Endes 110a vor, wie in 2 darggestellt ist. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen hängen die speziellen Abmessungen, die die Länge, die Breite und die Vergrößerung des Innendurchmessers des Endabschnitts 126 betreffen, stark von der speziellen Anwendung ab, für die die Zündkerze verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist der vergrößerte Innendurchmesser des Endabschnitts 126 vorgesehen, um eine Ansenkung 128 innerhalb einer Mittelbohrung 121 zwischen dem Endabschnitt und der Mittelelektrode 130 zu erzeugen. Der verhältnismäßig große Luftfreiraum, der in der Zündkerze 100 um die Mittelelektrode 130 durch die Ansenkung 128 ausgebildet ist, hat einen Bereich in die Längsrichtung von dem Ende 120a des Isolators 120 zu dem Punkt, an dem der Isolator von dem Endabschnitt 126 zu der aufgeweiteten Wand des Zwischenabschnitts 125 übergeht. Somit erstreckt sich in dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel die Ansenkung 128 jenseits des Endes 110a der Metallhülse 110.
Somit ist das vorliegende exemplarische Ausführungsbeispiel konfiguriert, so dass die Ansenkung 128 besser innerhalb der Mittelbohrung 121 zwischen dem Isolator 120 und der Mittelelektrode 130 als innerhalb der axialen Bohrung 112 zwischen dem Isolator 120 und der Metallhülse 110 angeordnet ist. Eine derartige Konfiguration erlaubt, dass sich die Ansenkung 128 in axialer Ausrichtung mit dem Endabschnitt 126 jenseits des Endes 110a der Metallhülse 110 zu einem Punkt in enger Umgebung des Endes 130a der Mittelelektrode 130 erstreckt.
In dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel dient die Ansenkung 128, die am besten in 2 gezeigt ist, dazu, den Wärmebereich der Zündkerze 100 zu steuern. Der Vorsprung des Isolatorendabschnitts 126 jenseits des Endes 110a der Metallhülse 110, der durch die axiale Länge L2 in 2 repräsentiert ist, dient dazu, die Tendenz zu blockieren, dass Seitenfunken oder Innenzündung seitlich von dem Zündende 130a der Mittelelektrode 130 zu der Metallhülse springen. Das heißt, dass durch Erstrecken der Ansenkung 128 in axialer Ausrichtung mit dem Endabschnitt 126 des Isolators 130 im Wesentlichen zu dem Zündende 130a der Mittelelektrode 130 in eine derartig nahe Umgebung zu der Mittelelektrode die Zündkerze 100 das Potenzial für Innenzündung oder Seitenfunken erheblich verringern kann, da Funken, die eine Tendenz haben, seitlich von der Mittelelektrode zu kriechen, in den verhältnismäßig großen Luftzwischenraum der Isolatoransenkung, die um die Mittelelektrode ausgebildet ist, besser wie gewünscht eintreten als entlang der äußeren Fläche des Isolators 120 kriechen. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Länge L2 des Vorsprungs 0,5 mm oder mehr betragen.
Um die Ausbildung der Ansenkung 128 innerhalb der Mittelbohrung 121 in einer Art und Weise unterzubringen, so dass sich die Ansenkung zu einem Punkt jenseits des Endes 110a der Metallhülse 110 erstreckt, wie es beschrieben ist, ist die innere ringförmige Dichtung 180 zwischen der Innenschulter 113 der Metallhülse und der Außenschulter 122 des Isolators 120 an einem Punkt entlang der Zündkerze 100 oberhalb des konischen Rands 116 angeordnet. Dies resultiert in einer verkürzten axialen Strecke L3 zwischen der Außenschulter 123 des Isolators 120 an dem oberen Ende der Anbringungseinrichtung 115 und der inneren ringförmigen Dichtung 180. Vorteilhaft erlaubt das Verkürzen der Strecke L3 von der Oberseite der Metallhülse 110 zu der inneren ringförmigen Dichtung 130 auf diese Weise, dass die innere ringförmige Dichtung zwischen dem Isolator 120 und der Metallhülse 110 gegenüber einem Lockern im Ansprechen auf das Anlegen eines übermäßigen Moments während eines Einbaus widerstandsfähiger ist. Das heißt, dass die resultierende reduzierte Strecke L3 zwischen den Dichtungskontaktpunkten in einer ringförmigen Dichtung 180 resultiert, die robuster gegenüber einem übermäßigen Drehmoment während eines Einbaus der Zündkerze 100 in eine Maschine und widerstandsfähiger gegenüber thermischer Ausdehnung ist.
Bezug nehmend auf 6 ist eine alternative Konfiguration einer Zündkerze 100' vorgesehen. Die Zündkerze 100' weist einen Isolator 120' zum Vorsehen einer Isolierung zwischen einer Mittelelektrode 130' und einer Metallhülse 110' auf. In dieser Konfiguration weist der Isolator 120'. mehrere Stufen 121' auf, die durch Außenschultern 122' ausgebildet sind. Die Metallhülse 110' weist eine Vielzahl von Stufen 123' und Innenschultern 113' auf, die benachbart zu den Außenschultern 122' angeordnet sind. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist eine ringförmige Dichtung 180', wie beispielsweise eine Flachdichtung, zwischen einer oder mehreren der Innenschultern 113' und der Außenschultern 123' zum Dichten der Zündkerze 100' vorgesehen.
In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann eine Ansenkung 128 in der Größe und der Form variiert werden, um einen Zündkerzenheizbereich, wie beschrieben, zu beeinflussen. In Übereinstimmung mit einem nicht beschränktem alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel stellen die 3 und 4 eine Zündkerze 200 dar, die sich von der Zündkerze 100 des exemplarischen Ausführungsbeispiels der 1 und 2 in der Ansenkung 228 hinsichtlich einer unterschiedlichen Größe und Form als der Ansenkung 128 unterscheidet. Die Ansenkung 228 ist am besten in 4 zu sehen, die eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Abschnitts B in 3 bereitstellt. In diesem alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Isolator 220 einen inneren ringförmigen Vorsprung 229 auf, der sich innerhalb der axialen Bohrung 221 benachbart zu der Mittelelektrode 230 von dem Zwischenabschnitt 225 zu dem Ende 220a des Isolators axial erstreckt.
Bezug nehmend auf 7 bis 9 sind alternative Konfigurationen der Isolatorendabschnitte vorgesehen. Diese Konfigurationen haben mehrere Vorteile dahingehend, dass sie eine Wärmeverteilung durch die Zündkerze durch Vorsehen unterschiedlicher Formkonfigurationen des Endabschnitts des Isolators, insbesondere der Ansenkung, haben. Sie sehen ebenso eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Innenfunken, einer Nebenzündung oder dergleichen, durch Vergrößern des Abstands zwischen einer Mittelelektrode und der Metallhülse vor. Zum Beispiel ist unter Bezugnahme auf 7 eine Zündkerze 400 vorgesehen, die einen Endabschnitt 426 eines Isolators 420 zeigt, wobei der Isolator eine Isolierung zwischen der Mittelelektrode 430 und dem Metallgehäuse 410 vorsieht. Der Isolator 420 weist eine Ansenkung 428 auf, die eine Innenwand 433 ausbildet. In dieser Konfiguration ist/sind entlang der Innenwand 433 einer oder mehrere oder sogar eine Vielzahl von Vorsprüngen, wie beispielsweise Rippen 435, angeordnet.
Bezug nehmend auf 8 ist eine andere Zündkerze 500 vorgesehen, die einen Endabschnitt 526 eines Isolators 520 zeigt, wobei der Isolator zwischen der Mittelelektrode 530 und dem Metallgehäuse 510 eine Isolierung vorsieht. Der Isolator 520 weist eine Ansenkung 528 auf, die eine Innenwand 533 ausbildet. In dieser Konfiguration ist/sind entlang der Innenwand 533 ein gestufter Abschnitt 535, der eine Vielzahl von Stufen 537 ausbildet, oder mehrere gestufte Abschnitte 535 angeordnet.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine andere Zündkerze 600 vorgesehen, die einen Endabschnitt 626 eines Isolators 620 zeigt, wobei der Isolator eine Isolierung zwischen der Mittelelektrode 630 und dem Metallgehäuse 610 vorsieht. Der Isolator 620 weist eine Ansenkung 628 auf, die eine erste Innenwand 633 und eine zweite Innenwand 635 ausbildet, wobei sich die erste und die zweite Wand in eine Richtung nicht parallel zueinander erstrecken.
Rückbezug nehmend auf das exemplarische Ausführungsbeispiel von 2 ist die Zündkerze 100 ferner mit einem ersten Edelmetallblättchen 135 und zweiten Edelmetallblättchen 145 versehen, die beide eine zylindrische Form haben. Das erste Edelmetallblättchen 135 und das zweite Edelmetallblättchen 145 sind voneinander beabstandet, um einen Funkenspalt 150 dazwischen auszubilden. Der Funkenspalt 150 ist ein axialer Funkenspalt, was bedeutet, dass sich der Funken hauptsächlich in die axiale Richtung bewegt, wenn er zwischen den Funkenflächen überspringt. Wie vorstehend beschrieben ist, dient die Ausbildung der Ansenkung 128 in den vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispielen dazu, den Zündkerzenwärmebereich zu beeinflussen, um die Tendenz für Seitenfunken oder Innenzündung zu verhindern.
Das erste Edelmetallblättchen 135, das als ein Funkenelement einer Zündkerze 100 dient, ist mit dem Ende 130a der Mittelelektrode 130 durch Laserschweißen in den vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel verbunden. Das erste Edelmetallblättchen 135 ist nicht zu dünn, um leicht abgenutzt zu werden. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann das erste Edelmetallblättchen 135 aus einer platinbasierten Legierung einschließlich Platin in einer Menge von mehr als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff bestehen, der in den exemplarischen Ausführungsbeispielen aus der Gruppe von Iridium, Rhodium, Nickel, Wolfram, Palladium, Ruthenium, Rhenium, Aluminium, Aluminiumoxid und Yttrium ausgewählt werden kann. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann das erste Edelmetallblättchen 135 aus einer iridiumbasierten Legierung einschließlich Iridium in einer Menge von mehr als 50 Gewichtsprozent und zumindest einem Zusatzstoff bestehen, der in den exemplarischen Ausführungsbeispielen aus der Gruppe von Platin, Rhodium, Nickel, Wolfram, Palladium, Ruthenium, Rhenium, Aluminium, Aluminiumoxid und Yttrium ausgewählt werden kann. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die platin- oder iridiumbasierte Legierung einen Schmelzpunkt von mehr als 1500 Grad Celsius haben.
Das zweite Edelmetallblättchen 145, das auch als ein Funkenelement der Zündkerze 100 dient, ist durch Laserschweißen mit der Seitenfläche 141 der Masseelektrode 140 in dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel verbunden. Der axiale Abtrennungsabstand zwischen dem Ende des zweiten Edelmetallblättchens 145, das dem Funkenspalt 150 zugewandt ist, und der Seitenfläche 141 der Masseelektrode 140 kann, wie gewünscht, für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden und kann sich in den Bereich von 0,2 bis 1,5 mm in den exemplarischen Ausführungsbeispielen befinden. Das zweite Edelmetallblättchen 145 ist nicht zu dünn, um leicht abgenutzt zu werden. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann das zweite Edelmetallblättchen 145 aus einer platinbasierten Legierung einschließlich Platin in einer Menge von mehr als 50 Prozent und zumindest einem Zusatzstoff bestehen, der in den exemplarischen Ausführungsbeispielen aus der Gruppe von Iridium, Rhodium, Nickel, Wolfram, Palladium, Ruthenium, Rhenium, Aluminium, Aluminiumoxid und Yttrium ausgewählt werden kann. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann das zweite Edelmetallblättchen 145 aus einer iridiumbasierten Legierung einschließlich Iridium in einer Menge von mehr als 50 Gewichtsprozent und zumindest einem Zusatzstoff bestehen, der in den exemplarischen Ausführungsbeispielen aus der Gruppe von Platin, Rhodium, Nickel, Wolfram, Palladium, Ruthenium, Rhenium, Aluminium, Aluminiumoxid und Yttrium ausgewählt werden kann. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die platin- oder iridiumbasierte Legierung einen Schmelzpunkt von mehr als 1500 Grad Celsius haben.
Rückbezug nehmend auf die Darstellung des vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiels von 1 ist ein Ende 130b der Mittelelektrode 130 innerhalb der Mittelbohrung 121 des Isolators 120 elektrisch mit einem Ende eines Widerstandselements 160 durch eine Glasdichtung 161 verbunden, die aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Glasdichtung 161 eine eingebrannte Dichtung (leitfähig oder anderweitig) sein, die das Widerstandselement 160 koaxial umgibt, so dass es zwischen der inneren Fläche des Isolators 120 und der äußeren Fläche des Widerstandselements angeordnet ist. Das Widerstandselement speist einen Funkenspalt 150 mit einer Zündung bei hoher Spannung. Das andere Ende des Widerstandselements 160 ist über das Glasdichtungsmaterial 161 elektrisch mit einem Ende 170a einer zylindrischen Anschlusselektrode 170 verbunden. Die Anschlusselektrode 170 ist innerhalb der Mittelbohrung 121 des Isolators 120 so festgemacht, dass ein anderes Ende 170b davon, an dem ein Zündspulfuß (nicht gezeigt) fixiert ist, von dem Ende 120b des Isolators ragt.
In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann die Anschlusselektrode 170 aus einem gegenüber großer Hitze widerstandsfähigem, korrosionswiderstandsfähigem Metallmaterial bestehen, wie zum Beispiel einer beruhigten Stahllegierung, einer stahlbasierten Legierung, Inconel, einer anderen nickelbasierten Legierung oder einem anderen geeigneten Metall oder einer anderen geeigneten Metalllegierung. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Isolator 120 mit einer Innenschulter 127 versehen, die an einem Innendurchmesserübergang der axialen Bohrung 121 auftritt, so dass der Isolator das Widerstandselement 160 und die Anschlusselektrode 170 empfangen und stützen kann.
Es sollte angemerkt werden, dass die Form, Größe und spezielle Konstruktion der Metallhülse selbstverständlich stark von einer Bauform zur anderen in Übereinstimmung mit den exemplarischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung variieren kann; daher sind die speziellen Abmessungsattribute der Metallhülse 110 und 210, wie in 1 und 3 gezeigt ist, nur als ein exemplarisches Ausführungsbeispiel vorgesehen. Zum Beispiel stellt 5 ein alternatives exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Zündkerze in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dar. Die Zündkerze 300 ist in 5 einschließlich einer im Wesentlichen rohrförmigen Metallhülse 310, eines Isolators 320, einer zylindrischen Mittelelektrode 330 und einer Masseelektrode 340, die an der Metallhülse 310 angebracht ist, an ihrem brennkammerseitigen Ende gezeigt. Die Metallhülse 310 weist eine axiale Bohrung 312 auf, die sich über ihre Länge erstreckt. Der Isolator 320 ist ein längliches Bestandteil, das teilweise innerhalb der axialen Bohrung 312 angeordnet ist und im Wesentlichen eine sich hierdurch erstreckende axiale Bohrung 321, in der die Mittelelektrode 330 gehalten ist, ebenso wie äußere Schultern 322, 323, die an jedem Ende eines erweiterten Flanschabschnitts 324 des Isolators angeordnet sind, aufweist.
In dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Metallhülse 310 einen Gewindeschaftabschnitt 311 zum Einbauen der Zündkerze 300 in ein Gewindeloch in den Zylinderkopf einer Maschine, eine im Wesentlichen konische innere Schulter 313 und eine im Wesentlichen zylindrische Anbringungs- oder Montageeinrichtung 315 auf, dass sich zwischen einem Paar verformbarer Ränder 314, 316 an einem Äußeren der Metallhülse erstreckt. Die Montageeinrichtung 315 kann zum Beispiel in der Form eines doppelten Sechsecks geformt sein, das einen kleiner ausgebildeten Bereich 318 hat, um einem geeigneten Werkzeug, wie beispielsweise einem Schraubenschlüssel, zu erlauben, mit der Metallhülse 310 zum Einbau der Zündkerze 300 in den Zylinderkopf oder Entfernung jener aus dem Zylinderkopf einzugreifen.
In den vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispielen ist die Metallhülse mit einem Gewindeabschnitt 311 ausgebildet, der eine verkürzte axiale Hülsengewindelänge L4 hat. Der Gewindeabschnitt 311 ist zum Einpassen der Zündkerze 300 in die Brennkammer der Maschine in die axiale Richtung verwendet. Ein Flachdichtungsabdichtbereich erstreckt sich in den axialen Übergangsbereich zwischen dem Gewindeabschnitt 311 und der Einbaueinrichtung 315 und der konische Rand 316 dient als ein äußerer Motorsitz zum Sicherstellen der Dichtigkeit der Brennkammer in diesem Bereich. In den exemplarischen Ausführungsbeispielen kann der Gewindeabschnitt 311 eine axiale Hülsengewindelänge L4 von 6 mm oder mehr haben und kann der Flachdichtungsabdichtbereich 319 eine axiale Länge von 6 mm oder mehr zwischen dem Gewindeabschnitt 311 und dem konischen Rand 316 haben. Wie in 6 gezeigt ist, wird jedoch auch erwogen, dass ein Metallgehäuse 110' eine flache Fläche 116' haben kann, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelelektrode 130' zum Empfangen und Ausbilden einer Abdichtung mit einer Dichtung (nicht gezeigt) aufweisen kann. Während die vorstehenden speziellen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für jene, die die Erfindung praktizieren, und dem Fachmann verständlich, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Kern des offenbarten Konzeptes abzuweichen. Zum Beispiel sind in den vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispielen das erste und das zweite Edelmetallblättchen 136 und 145 mit der Mittelelektrode 130 bzw. der Masseelektrode 140 durch Widerstandsschweißen verbunden. In anderen exemplarischen Ausführungsbeispielen kann jedoch ebenso eine andere Verbindungseinrichtung, wie beispielsweise ein Laserschweißen, Plasmaschweißen und Klebeverbinden, verwendet werden. Ferner können in den exemplarischen Ausführungsbeispielen die Mittelelektrode 130 und die Masseelektrode 140 die Edelmetallblättchen 135 bzw. 145 nicht aufweisen. Zusätzlich können andere detaillierte Abmessungsbereiche und/oder Beziehungen geeignet modifiziert oder geändert werden, wenn die Zündkerze 100 konstruiert wird. Derartige Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen innerhalb des Fachwissens sind als durch die anhängenden Ansprüche abgedeckt beabsichtigt.
Somit ist es für den Fachmann versändlich, während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein exemplarisches Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, dass verschiedene Änderungen gemacht werden können und Äquivalente für deren Elemente ersetzt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen gemacht werden, um eine spezifische Situation oder ein spezifisches Material auf die Lehre der Erfindung anzuwenden, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf das spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt ist, das als der beste Modus, der zum Ausführen dieser Erfindung erachtet wird, offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsbeispiele umfasst, die innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente fallen.

Claims

Zündkerze mit: einer metallischen Hülse, die eine sich hierdurch axial erstreckende Hülsenbohrung und ein erstes offenes Ende nahe eines Funkenspalts hat, einem Isolator, der zumindest teilweise innerhalb der Hülsenbohrung angeordnet ist, wobei der Isolator eine sich hierdurch axial erstreckende Isolatorbohrung und ein erstes offenes Ende nahe des Funkenspalts hat, und der Isolator einen Zwischenabschnitt hat, der an einen Endabschnitt grenzt, wobei der Endabschnitt einen Nasenabschnitt hat, der sich jenseits des ersten offenen Endes der metallischen Hülse über eine erste Länge zu dem ersten offenen Ende des Isolators axial erstreckt; und einer im Wesentlichen zylindrischen Mittelelektrodenbaugruppe, die zumindest teilweise innerhalb der Isolatorbohrung angeordnet ist und ein erstes Ende hat, das einen Teil des Funkenspaltes ausbildet, wobei die Mittelelektrodenbaugruppe sich axial jenseits des ersten offenen Endes der metallischen Hülse um zumindest die erste Länge erstreckt, wobei der Endabschnitt des Isolators einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Außendurchmesser eines axial entsprechenden Abschnitts der Mittelelektrodenbaugruppe ist, um einen Isolationsspalt innerhalb der Isolatorbohrung auszubilden, und wobei der Isolationsspalt sich zwischen der Mittelelektrodenbaugruppe und dem Endabschnitt des Isolators zu dem ersten offenen Ende des Isolators erstreckt.
Zündkerze nach Anspruch 1, die ferner eine Masseelektrode aufweist, die mit dem ersten offenen Ende der metallischen Hülse verbunden ist und sich davon erstreckt, wobei die Masseelektrode einen vorderen Abschnitt hat, der eine Seitenfläche aufweist, die dem ersten Ende der Mittelelektrodenbaugruppe zugewandt ist, um den Funkenspalt dazwischen auszubilden.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die erste Länge zumindest 0,5 mm beträgt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Endabschnitt des Isolators eine Ansenkung aufweist, die den Isolationsspalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode ausbildet, wobei die Ansenkung eine innere Fläche aufweist, die sich entlang einer Länge der Ansenkung erstreckt, wobei die innere Fläche der Ansenkung den Innendurchmesser des Endabschnitts des Isolators definiert.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei der Innendurchmesser der inneren Fläche der Ansenkung entlang einer Länge der Ansenkung im Wesentlichen konstant ist.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei der Innendurchmesser der inneren Fläche der Ansenkung entlang einer Länge der Ansenkung größer wird.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die innere Fläche eine Vielzahl von Rippen ausbildet, die sich um eine Achse der Ansenkung erstrecken.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die innere Fläche eine Vielzahl von Stufen entlang der Länge der Ansenkung ausbildet.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die innere Fläche der Ansenkung eine erste Wand und eine zweite Wand ausbildet, wobei die erste und die zweite Wand sich in eine nicht parallele Richtung in Bezug aufeinander erstrecken.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei der Isolator einen Vorsprung aufweist, der sich innerhalb der Ansenkung axial erstreckt, wobei der Vorsprung um die Mittelelektrode ausgebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die metallische Hülse eine im Allgemeinen kegelstumpfförmige erste innere Schulter hat, die in die Hülsenbohrung gerichtet ist, und wobei der Isolator eine im Allgemeinen kegelstumpfförmige erste äußere Schulter hat, die in die Hülsenbohrung gerichtet ist, wobei die erste äußere Schulter des Isolators komplementär zu der ersten inneren Schulter der metallischen Hülse geformt ist und axial angeordnet ist, um über eine gasdichte ringförmige Dichtung mit der ersten inneren Schulter einzugreifen.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei die ringförmige Dichtung eine Metallringdichtung ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Zwischenabschnitt und der Endabschnitt des Isolators eine äußere Fläche aufweisen, die sich entlang einer Länge des Zwischenabschnitts und des Endabschnitts erstreckt, wobei die äußere Fläche einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser hat.
Zündkerze nach Anspruch 13, wobei die metallische Hülse einen Gewindeabschnitt aufweist, der entlang seiner äußeren Fläche ausgebildet ist, wobei der Gewindeabschnitt um den Zwischenabschnitt und den Endabschnitt des Isolators herum angeordnet ist.
Zündkerze nach Anspruch 14, wobei der Gewindeabschnitt der metallischen Hülse einen Außendurchmesser von 14 mm oder weniger und eine axiale Länge von 12 mm oder mehr hat.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Zwischenabschnitt und der Endabschnitt des Isolators eine äußere Fläche aufweisen, die sich entlang einer Länge des Zwischenabschnitts und des Endabschnitts erstreckt, wobei die äußere Fläche mehrere Stufen entlang der Länge des Zwischenabschnitts und des Endabschnitts ausbildet.