DE212009000021U1

DE212009000021U1 - Masseabschirmung mit hohem Gewinde

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Publication number: DE212009000021U1
Application number: DE212009000021U
Authority: DE
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Fram Group IP LLC
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: JP5525454B2; US8216015B2; JP2011511419A; WO2009097267A2; DE112009000215T5; US20090189503A1; US20120028530A1; US7977857B2; WO2009097267A3

Abstract

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze Folgendes aufweist:
eine verlängerte Mittenelektrode, die eine Mittenelektrodenspitze an einem Ende und einen Anschluss nahe dem anderen Ende hat;
einen Isolator, der im Wesentlichen die Mittenelektrode umgibt, wobei der Isolator einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit zumindest einem ersten Isolatorbereich und einem zweiten Isolatorbereich hat, der erste Isolatorbereich und der zweite Isolatorbereich entsprechend einen ersten Durchmesser und einen zweiten Durchmesser haben und durch eine Isolatorschulter getrennt sind; und
eine Masseabschirmung, die einen verlängerten Basisbereich, der im Wesentlichen den ersten Isolatorbereich umgibt, einen kegelstumpfförmigen Flansch, der von einem ersten Ende des Basisbereichs vorsteht, um mit der Isolatorschulter einzugreifen, und eine Masseelektrode hat, die sich von einem zweiten Ende des Basisbereichs erstreckt, um einen Zündfunkenspalt in Bezug auf die Mittenelektrodenspitze zu definieren, wobei der Basisbereich und die Masseelektrode als separate Bauteile ausgebildet sind und aneinander befestigt sind, um die Masseabschirmung auszubilden.

Description

STAND DER TECHNIK
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Zündkerzen für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf eine Masseabschirmung für eine Zündkerze, die einen ringförmigen Gewindeabschnitt zum in Eingriffbringen mit der Maschine an einem Zündkerzensitz hat, der zwischen dem Zündfunkenspalt und dem Gewindeabschnitt angeordnet ist.
Eine übliche Zündkerzenkonstruktion weist ein ringförmiges Metallgehäuse, das Gewindegänge nahe einem Ende aufweist, und einen Keramikisolator auf, der sich von dem Gewindeende durch das Metallgehäuse hindurch und über das gegenüberliegende Ende hinaus erstreckt. Eine zentrale Elektrode ist nahe dem Gewindeende freiliegend angeordnet und ist durch das Isolatorinnere mit einem Anschluss elektrisch verbunden, der sich von dem gegenüberliegenden Isolatorende erstreckt, an dem ein Zündkerzenzündungsdraht angebracht ist. Eine „J”-förmige Masseelektrode erstreckt sich von einem Rand des Gewindeendes des Metallgehäuses in axialer Ausrichtung zu der zentralen Elektrode, um dazwischen einen Zündfunkenspalt zu definieren. Die Kraft, die aufgebracht wird, um die Zündkerze in dem Kopf abzudichten, ergibt sich aus dem Drehmoment, das durch das Gewindemetallgehäuse übertragen wird; infolgedessen muss der Gewindeabschnitt des Metallgehäuses stabil sein und eine gewisse Größe aufweisen. Ein Abschnitt des Metallgehäuses ist ausgebildet, um mit einem Schraubwerkzeug in Eingriff gebracht zu werden, um ein Drehmoment an dem Gewindeabschnitt bereitzustellen. Der Gewindeabschnitt ist entfernt von dem Abschnitt angeordnet, der mit dem Schraubwerkzeug in Eingriff gebracht wird.
Um das gesteuerte und effiziente Ausströmen von Gasen von einer Brennkammer zu ermöglichen, weisen die Ventile manchmal eine größere Größe auf. Dies kann es erforderlich machen, die Größe der Zündkerze zu verringern, die Größe und die Stabilität des Gewindemetallgehäuseendes zu reduzieren, und insbesondere den Innendurchmesser der Metallbohrung der Zündkerze und den Brennkammerwandbereich zu verringern, der zur Verfügung steht, die Zündkerze durch ein Gewinde aufzunehmen.
Die Verringerung des Innendurchmessers der Metallbohrung der Zündkerze reduziert die Fähigkeit der Zündkerze, einem Kohlenstoffaufbau und ähnlichen Ablagerungen, die einen Zündwirkungsgrad reduzieren, zu widerstehen. Verschiedene Designs für Zündkerzen, die den nachteiligen Effekt des Reduzierens der Zündkerzengröße durch Verwenden eines Isolators mit einem zylindrischen Körper, der eine zentrale Elektrode umgibt, reduzieren, sind in den US Patenten mit den Nummern 5,091,672 , 5,697,334 , 5,918,571 und 6,104 130 beschrieben, wobei deren jeweilige Inhalte unter Bezugnahme hier aufgenommen sind. Bei diesen Designs ist der zylindrische Körper mit einem ersten Durchmesserbereich vorgesehen, der von einem zweiten Durchmesserbereich durch eine Schulter getrennt ist, die eine Fläche zum Abdichten an dem Maschinenzylinderkopf vorsieht. Eine Abschirmung, die den zweiten Durchmesser umgibt, hat einen Basisabschnitt, der in einer festgelegten Distanz von der Spitze (vorderen Ende) zu der Mittenelektrode durch den Eingriff eines Flansches an der Abschirmung mit der Schulter an dem zylindrischen Körper positioniert ist. Die Abschirmung ist mit einer Masseelektrode ausgebildet, die sich einstückig von dem Basisabschnitt erstreckt. Ein Gehäuseabschnitt umgibt den ersten Durchmesserbereich des zylindrischen Körpers und beinhaltet einen Gewindebereich, der höher positioniert ist als die Zylinderkopfsitzfläche entlang dem zylindrischen Körper. Eine radiale Zunge erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses und ist zu dem Flansch innerhalb des Kopfs ausgerichtet, um eine gleichmäßige Positionierung des Basisabschnitts zu gewährleisten. Ein separates Ende oder eine Haltemutter erstreckt sich von dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses, um die Zündkerze innerhalb der Brennkammer aufzunehmen und zu positionieren.
Diese verschiedenen Zündkerzendesigns mit hohem Gewinde, die insbesondere für Hochleistungsmaschinen mit hohen Verdichtungen geeignet sind, können durch Bereitstellen von mehr Raum mehr Leistung vorsehen, um ein Maschinendesign, eine ausgezeichnete Zylinderkopfsitzposition, eine bessere Druckabdichtung, eine verbesserte Wärmeübertragung und stabilere Zündkerzenbetriebstemperaturen für eine stärker fokussierte Zündung sowie ein längeres Serviceintervall und einen vergrößerten Korrosionsschutz bereitstellen. Dennoch muss, um den Zündfunkenspalt zwischen der Mittenelektrode und der Masseelektrode zu erhalten, die Massenabschirmung aus einem teueren, eigenen Nickel-Legierungsmaterial hergestellt werden.
Demgemäß hat der Erfinder nachstehend erkannt, dass es wünschenswert ist, eine kostengünstigere Masseabschirmung zur Verwendung in einer Zündkerzenstruktur mit hohem Gewinde bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine. Die Zündkerze weist eine verlängerte Mittenelektrode, die eine Mittenelektrodenspitze an einem Ende und einen Anschluss nahe dem anderen Ende hat, einen Isolator, der im Wesentlichen die Mittenelektrode umgibt, und eine Masseabschirmung auf. Der Isolator hat einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit zumindest einem ersten Isolatorbereich und einem zweiten Isolatorbereich. Der erste Isolatorbereich und der zweite Isolatorbereich haben einen ersten Durchmesser bzw. einen zweiten Durchmesser und sind durch eine Isolatorschulter getrennt. Die Masseabschirmung hat einen verlängerten Basisbereich, der im Wesentlichen den ersten Isolatorbereich umgibt, einen kegelstumpfförmigen Flansch, der von einem Ende des Basisbereichs vorsteht, um mit der Isolatorschulter einzugreifen, und eine Masseelektrode, die sich von dem anderen Ende des Basisbereichs erstreckt, um einen axialen Zündfunkenspalt in Bezug auf die Mittenelektrodenspitze zu definieren. Der Basisbereich und die Grundelektrode sind als separate Komponenten ausgebildet und aneinander befestigt, um die Masseabschirmung auszubilden.
Beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich ferner auf eine Masseabschirmung für eine Zündkerze, die eine Mittenelektrode und einen Isolator hat, der die Mittenelektrode umgibt. Die Mittenelektrode hat eine Spitze (ein vorderes Ende) an einem Ende und einen Anschluss nahe dem anderen Ende. Der Isolator hat einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit zumindest einem ersten Isolatorbereich und einem zweiten Isolatorbereich. Der erste Isolatorbereich und der zweite Isolatorbereich haben einen ersten Durchmesser bzw. einen zweiten Durchmesser und sind durch eine Isolatorschulter getrennt. Die Masseabschirmung weist einen verlängerten Basisbereich, der gestaltet ist, um den ersten Isolatorbereich zu umgeben, einen kegelstumpfförmigen Flansch, der von einem ersten Ende des Basisbereichs vorsteht, der gestaltet ist, um mit der Isolatorschulter einzugreifen, und eine Masseelektrode auf, die sich von einem zweiten Ende des Basisbereichs erstreckt, der gestaltet ist, um einen Zündfunkenspalt in Bezug auf die Spitze der Mittenelektrode zu definieren. Der Basisbereich und die Masseelektrode sind als separate Komponenten ausgebildet und aneinander befestigt, um die Masseabschirmung auszubilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht der beispielhaften Zündkerze, die in 1 dargestellt ist;
3 ist eine Perspektivansicht der beispielhaften Zündkerze, die in 1 dargestellt ist;
4 ist eine Seitenansicht des Funkenbildungsendes der beispielhaften Zündkerze, die in 1 dargestellt ist;
5 ist eine Schnittteilansicht eines Funkenbildungsendes eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 und 7 sind Seitenansichten einer Masseabschirmung für eine Zündkerze gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt verschiedene Ansichten einer Masseelektrode der beispielhaften Masseabschirmung, die in 6 und 7 dargestellt ist;
9 zeigt verschiedene Ansichten eines Basisbereichs der beispielhaften Masseabschirmung, die in 6 und 7 dargestellt ist; und
10 ist eine Seitenansicht einer Masseelektrode für eine Zündkerze gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1–4 stellen eine Gesamtstruktur eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Zündkerze mit hohem Gewinde dar, bei der eine Masseabschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist. Die Zündkerze 10 ist gestaltet, um in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet zu werden. Der Einbau der Zündkerze 10 in eine Brennkraftmaschine wird durch derartiges Befestigen erreicht, dass sie in eine Brennkammer (nicht gezeigt) der Maschine durch eine Gewindebohrung, die in dem Maschinenkopf (nicht gezeigt) vorgesehen ist, vorsteht. Die Zündkerze 10 weist eine zylindrische Mittenelektrode 21, die sich entlang der axialen Länge der Zündkerze erstreckt, einen Keramik- oder aus ähnlichen Bestandteilen bestehenden Isolator 41, der die Mittenelektrode 21 konzentrisch umgibt, und eine Masseelektrode 37 mit zylindrisch geformten Gehäuse auf, die den Isolator 41 konzentrisch umgibt.
In dem vorliegenden beispielhaften Ausführungsbeispiel hat die Mittenelektrode 21 einen zylindrischen Körper mit einer Spitze (einem vorderem Ende) 33 an einem Ende und ist innerhalb des Isolators 41 konzentrisch befestigt, um von der Masseabschirmung 37 elektrisch isoliert zu sein. Das Ende der Mittenelektrode 21, das zu der Spitze 33 gegenüberliegt, ist elektrisch mit einem Ende eines Widerstandselements 13 durch eine Glasdichtung 15 elektrisch verbunden, die ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen kann die Glasdichtung 15 eine gebrannte Dichtung (leitfähig oder anders) sein, die das Widerstandselements 13 koaxial umgibt, derart, dass sie zwischen der Innenfläche des Isolators 41 und der Außenfläche des Widerstandselements angeordnet ist. Das andere Ende des Widerstandselements 13 ist durch die Glasdichtung 15 an einem Ende eines zylindrischen Anschlussstifts 23 elektrisch verbunden. Die Glasdichtung 15 dient als die elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussstift 23 und der Mittenelektrode 21. Der Anschlussstift 23 ist wiederum an einer Anschlussmutter 17 angebracht, die gestaltet ist, um das Zündkabel (nicht gezeigt) anzubringen, das den elektrischen Strom zu der Kerze zuführt, wenn die Kerze eingebaut ist.
In den beispielhaften Ausführungsbeispielen kann die Mittenelektrode 21 einen Kern 49 aufweisen, der aus stark wärmeleitfähigem Metallmaterial, wie zum Beispiel aus Kupfer, hergestellt ist und durch eine Hülse 47, die längere als eine üblich ist, abgedeckt ist, die aus einem hoch wärmewiderstandsfähigem, korrosionsfähigem Metallmaterial, wie zum Beispiel Inconel, anderen Legierungen auf Nickelbasis oder weiteren geeigneten Metallen oder Metalllegierungen hergestellt ist. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen kann die Mittenelektrode 21 ein Edelmetallbauteil 45 aufweisen, das zum Beispiel aus Gold, Palladium oder Platinlegierung in einer geeigneten Form, um zu ermöglichen, das die Zündkerze geeignet funktioniert, wie zum Beispiel flach oder als Feindraht hergestellt ist und das an die Mittenelektrodenspitze 33 angebracht ist, um eine Wärmeübertragung zu verbessern und den Zündfunkenspalt zu erhalten. In beispielhaften Ausführungsbeispielen kann der Anschlussstift 23 ein Stahlmaterial oder ein Legierungsmaterial auf Stahlbasis mit einem nickelplattiertem Finish aufweisen.
In dem vorliegenden beispielhaften Ausführungsbeispiel hat der Isolator 41 einen verlängerten, im Wesentlichen zylindrischen Körper mit dem ersten Isolatorbereich 25, dem zweiten Isolatorbereich 47 und dem dritten Isolatorbereich 67, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Der erste Isolatorbereich 25 umgibt im Wesentlichen die Mittenelektrode 21. Der zweite Isolatorbereich 27 ist zwischen dem ersten Isolatorbereich 25 und dem dritten Isolatorbereich 67 angeordnet und der Durchmesser des zweiten Isolatorbereichs 27 ist größer als der von jedem von den zwei anderen Isolatorbereichen. Der zweite Isolatorbereich 27 und der engere erste Isolatorbereich 25 sind durch eine Schulter 29 getrennt und der zweite Isolatorbereich und der engere dritte Isolatorbereich 67 sind durch eine Schulter 69 getrennt. In beispielhaften Ausführungsbeispielen kann der Isolator 41 ein nicht leitfähiges Keramikmetall wie zum Beispiel eine Aluminiumoxidkeramik aufweisen, so dass er die Mittenelektrode 21 fest halten kann, während ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Mittenelektrode und der Masseabschirmung 37 verhindert wird.
Die Masseabschirmung 37, die den ersten Isolatorbereich 25 umgibt, weist einen kegelstumpfförmigen Bereich 31 an einem Ende, das benachbart zu der Isolatorschulter 29 angeordnet ist, einen im Allgemeine U-förmigen Masseelektrodenträger 39, der sich von der Masseabschirmung nahe dem gegenüberliegenden Ende erstreckt und die Masseelektrode bezogen auf den Durchmesser überspannt, und einen zylindrischen Basisabschnitt 43 auf, der sich von dem kegelstumpfförmigen Bereich 31 und dem Masseelektrodenträger 39 axial erstreckt. Der Basisabschnitt 43 umgibt den ersten Isolatorbereich 25 konzentrisch. Der Masseelektrodenträger 39 weist ein freies Ende 55 auf, das zu einer Mittenelektrodenspitze 33 zugeordnet ist und von dieser axial beabstandet ist. In beispielhaften Ausführungsbeispielen kann das freie Ende 55 ein Edelmetallbauteil 57 aufweisen, das zum Beispiel aus Gold, Palladium oder Platinlegierung in feindrahtiger Form hergestellt ist und das an dem Masseelektrodenträger 39 angebracht ist, um eine Wärmeübertragung und eine Haltbarkeit zu verbessern. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen, in denen die Edelmetallbauteile 45, 47 an der Mittenelektrodenspitze 33 bzw. an dem Masseelektrodenträger 39 angebracht sind, definieren die Edelmetallbauteile den Zündfunkenspalt und dienen als die Funkenbildungsflächen der Zündkerze. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen können die Edelmetallbauteile 45, 47 durch eine Fügetechnik, wie zum Beispiel Löten, Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder Plasmaschweißen, an der Mittenelektrodenspitze 33 bzw. dem Masseelektrodenträger 39 angebracht werden.
Wie ausführlich in 5 dargestellt ist, kann ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Zündkerzen gemäß der vorliegenden Erfindung einen Masseelektrodenträger 139 aufweisen, der ein freies Ende 155 aufweist, das zu einer Mittenelektrodenspitze 133 zugeordnet ist und von dieser axial beabstandet ist. Der Masseelektrodenträger 139 umgibt somit die Mittenelektrodenspitze 133 bezogen auf den Durchmesser, um einen axialen Zündfunkenspalt 135 zwischen ihnen zu definieren, zwischen dem eine elektrische Entladung auftreten kann, um ein brennfähiges Gemisch zu zünden. Die Mittenelektrode 121 kann ein Edelmetallbauteil 145 aufweisen, das zum Beispiel aus Gold, Palladium oder Platinlegierung in jeder geeigneten Form, um zu ermöglichen, dass die Zündkerze geeignet funktioniert, wie zum Beispiel flach oder als Feindraht hergestellt sein und das an der Mittenelektrodenspitze 133 angebracht ist, um eine Wärmeübertragung und eine Haltbarkeit zu verbessern.
Wieder in Bezugnahme auf das beispielhafte Ausführungsbeispiel, das in 1–4 dargestellt ist, hat eine ringförmige Halterung 59, wie zum Beispiel eine Mutter oder eine turmkopfartige Schraube (engl. „castle head jam screw”), einen Gewindeabschnitt 61, der den zweiten Isolatorbereich 27 umgibt. Die ringförmige Halterung 59 erstreckt sich axial, um eine Gegenmutter 56 an einem Ende einstückig auszubilden, das einen Abschnitt des dritten Isolatorbereichs 67 umgibt. Der Gewindeabschnitt 61 ist gestaltet, um mit dem Gewindeabschnitt einer allgemeinen zylindrischen Öffnung in Gewindeeingriff gebracht zu werden, die mit der Brennkammer einer Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Da die Gegenmutter 56 mit der ringförmigen Halterung 59 einstückig ausgebildet ist, kann die Zündkerze 10 in einer schraubenartigen Weise entfernt werden, wenn die Gegenmutter nicht verschraubt ist, woraus sich eine einfache, direkte Entfernung mit vernachlässigbarem Verkippen ergibt. Ein geeignetes Schraubwerkzeug wie zum Beispiel ein 9/16 Steckschlüssel kann mit der Gegenmutter 56 der ringförmigen Halterung 59 in Eingriff gebracht werden, um die Zündkerze 10 in die Maschinenbohrung einzuschrauben und aus dieser herauszuschrauben.
Die ringförmige Halterung 59 weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 63 auf, der unterhalb des Gewindebereichs 61 angeordnet ist und mit dem kegelstumpfförmigen Bereich 31 der Masseabschirmung 37 in benachbarter Ausrichtung zu der Isolatorschulter 29 überlappt. Bei dieser Anbringung sind die Masseabschirmung 37 und die Halterung 59 aneinander befestigt, wobei der Isolator 41 darin innerhalb aufgenommen ist. Die ringförmige Halterung 59 weist ferner einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 71 auf, der sich zwischen dem Gewindeabschnitt 61 und der Gegenmutter 56 axial erstreckt, die mit der Isolatorschulter 69 in Eingriff ist. Der dritte Isolatorbereich 67 steht von der ringförmigen Halterung 59 über die Gegenmutter 56 vor. In beispielhaften Ausführungsbeispielen kann die ringförmige Halterung 59 ein leitfähiges Metallmaterial, wie zum Beispiel eine nickelplattierte Legierung auf Stahlbasis mit geringem Kohlenstoffanteil, aufweisen. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen kann der Gewindebereich 61 einen Außengewindedurchmesser von ungefähr 16 mm oder weniger haben; zum Beispiel kann der Gewindebereich einen Außendurchmesser von ungefähr 10 mm haben, um ein größeres Ausmaß eines Maschinenraums zu ermöglichen. Die Form, die Größe und die besondere Konstruktion der ringförmigen Halterung 59 kann natürlich von Design zu Design außerordentlich verändert werden; infolgedessen sind die Abmessungsangaben der ringförmigen Halterung nur als ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel in 1–3 vorgesehen.
Wenn die Zündkerze 10 in die Maschinenbohrung geschraubt wird, sieht der Isolator 41 eine Druckkraft vor, die eine mechanische Verbindung zwischen der Halterung 59 und der Masseabschirmung 37 durch Drängen des kegelstumpfförmigen Abschnitts 61 der Masseabschirmung in einen Eingriff zum Abdichten mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 63 der ringförmigen Halterung überträgt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 63 wird wiederum derart gedrängt, um als der äußere Motorsitz zu dienen, um mit einem kegelstumpfförmigen Dichtungssitzabschnitt der Maschinenbohrung (nicht gezeigt) einzugreifen und somit eine elektrische Masseverbindung zwischen der Masseabschirmung 37 und dem Maschinenkopf bereitzustellen, während zur gleichen Zeit die Brennkammer von der umgebenen Umwelt abgedichtet wird. Die montierte ringförmige Halterung 59 und die Masseabschirmung 37 funktionieren somit als eine Einheit und können somit als die Masseabschirmungs- und Halterungseinheit bezeichnet werden. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen können der kegelstumpfförmige Abschnitt 63 der ringförmigen Halterung 59 und der kegelstumpfförmige Bereich 31 der Masseabschirmung 37 auch aneinander mittels einer Fügetechnik, wie zum Beispiel Löten, Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder Plasmaschweißen, angefügt werden, um die Masseabschirmung und die Halterung aneinander zu befestigen.
Die beispielhaften Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden ein Masseabschirmungsdesign, das eine wesentliche Kosteneinsparung repräsentieren kann. Wie in den beispielhaften Ausführungsbeispielen von 6 und 7 dargestellt ist, ist eine Masseabschirmung 237 – eher dass sie als ein einheitliches Stück integral ausgebildet ist – ein Verbundstruktur eines Basisabschnitts 234 und eines Masseelektrodenträgers 239, die getrennt ausgebildet sind und dann aneinander befestigt werden. Wie in 8 und 9 gezeigt ist, ist der Masseelektrodenträger 237 mit einem Schenkelpaar 245 ausgebildet, und ist der Basisabschnitt 234 mit sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitzen 273 ausgebildet, die gestaltet sind, um die Schenkel des U-förmigen Masseelektrodenträgers 239 an dem Ende nahe dem axialen Elektrodenspalt passend aufzunehmen. Somit sind, um die Masseabschirmung 237 zusammenzubauen, die Schenkel 275 des Masseelektrodenträgers 239 innerhalb der Schlitze 273 eingepasst und an dem andererseits offenen Ende des Basisabschnitts 243 angebracht. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen können die Schenkel 275 an die Schlitze 273 mittels einer Fügetechnik, wie zum Beispiel Löten, Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder Plasmaschweißen, angebracht werden, um den Masseelektrodenträger an dem Basisabschnitt 243 zu befestigen.
Da der Basisabschnitt 243 und der Masseelektrodenträger 239 getrennt ausgebildet sind, können diese zwei Abschnitte der Masseabschirmung 237 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Somit kann in den beispielhaften Ausführungsbeispielen der Masseelektrodeträger 239 aus einem teueren, geeigneten Nickellegierungsmaterial, wie zum Beispiel aus Inconel, hergestellt werden, um eine Haltbarkeit zwischen einer Mittenelektrodenspitze (wie zum Beispiel die Mittenelektrodenspitze 33, die in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt ist) und der Masseelektrode 257 zu verbessern, während der Basisabschnitt 243 (der ungefähr 90% oder mehr der gesamten Größe der Masseabschirmung 237 in den beispielhaften Ausführungsbeispielen aufweisen kann) aus einem beliebigen kostengünstigeren, korrosionsbeständigen Material, wie zum Beispiel jede geeignete Legierung auf Metallbasis, wie zum Beispiel rostfreier Stahl und ähnliche Legierungen auf Stahlbasis, hergestellt werden. Demgemäß ist durch Ausbilden der Masseabschirmung 237 durch Befestigen des Masseelektrodenträgers 239 an dem anderen Basisabschnitt 243 mit offenem Ende, wie vorstehend beschrieben ist, es nicht mehr erforderlich, den größeren Basisabschnitt aus einer teueren Nickellegierung herzustellen, wodurch die Herstellungskosten der Masseabschirmung mit hohem Gewinde auf 10% oder weniger in Bezug auf die früheren Kosten in den beispielhaften Ausführungsbeispielen reduziert werden können.
Des Weiteren können, wie in dem alternativen beispielhaften Ausführungsbeispiel einer Masseabschirmung 337 gezeigt ist, die in 10 dargestellt ist, die Kosten weiter durch Ausbilden der Masseabschirmung als eine Verbundstruktur eines Basisabschnitts 343 und eines im Allgemeinen J-förmigen Masseelektrodenträgers 339 mit einem freien Ende reduziert werden, das radial zu einer Mittenelektrodenspitze ausgerichtet ist und von dieser axial beabstandet ist, um den Zündfunkenspalt auszubilden, wie in 10 dargestellt ist. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann der Masseelektrodenträger somit mit einem einzelnen Schenkel ausgebildet sein, der an den Basisabschnitt 334 in einen einzelnen offenen Schlitz 373 geschweißt ist. In einem weiteren alternativen beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Masseelektrodenträger als ein im Allgemeinen U-förmiges Bauteil mit einer ringförmigen Öffnung innerhalb eines freien Endes ausgebildet sein, in dem eine Mittenelektrodenspitze innerhalb der ringförmigen Öffnung endet oder ein wenig unterhalb dieser Öffnung endet.
Die einzigartige Technik zum Herstellen einer Zündkerze gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sollte nun klar sein. Wieder mit Bezug auf das beispielhafte Ausführungsbeispiel, das in 1–4 dargestellt ist, ist die Mittenelektrode 21 in eine Bohrung axial eingepasst, die innerhalb des Isolators 41 ausgebildet ist, derart, dass das Mittenelektrodenfunkenbildungsende oder die Spitze 33 von einem Ende des Isolators vorsteht, und kann der Anschlussstift 23 in das Glasdichtungsmaterial 15 des Widerstandselements 13 eingepasst sein, um sich von dem gegenüberliegenden Ende des Isolators axial zu erstrecken. Der Isolator 41 und die darin aufgenommene Mittenelektrode 21 werden dann in der Masseabschirmung 37 mit zylindrischem Gehäuse axial eingepasst, derart, dass der Basisabschnitt 43 den ersten Isolatorbereich 25 mit kleinerem Durchmesser umgibt, der gebördelte kegelstumpfförmige Bereich 31 mit der Isolatorschulter 29 in Eingriff ist und der axiale Zündfunkenspalt 35 zwischen der Mittenelektrodenspitze 33 und der Masseelektrodenspitze 57 ausgebildet ist.
Die zylindrische ringförmige Halterung 49 wird dann über den Isolator von dem gegenüberliegenden Ende axial eingepasst und dessen innerer kegelstumpfförmiger Rand 71 greift mit der zweiten Isolatorschulter 69 derart ein, dass der Gewindebereich 61 den zweiten Isolatorbereich 27 mit größerem Durchmesser umgibt und die Gegenmutter 56 einen Abschnitt des dritten Isolatorbereichs 67 umgibt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 63 der ringförmigen Halterung 59 wird dann über den kegelstumpfförmigen Bereich 31 radial beansprucht (zusammengedrückt), um die Masseabschirmung 37 und die ringförmige Halterung 59 aneinander zu befestigen, wobei der Isolator 41 darin innerhalb aufgenommen ist. In den beispielhaften Ausführungsbeispielen kann der kegelstumpfförmige Abschnitt 63 der ringförmigen Halterung 59 auf den kegelstumpfförmigen Bereich 61 mittels eines Heißpressverfahrens aufgebracht werden und kann die Gegenmutter 56 in einer ähnlichen Art und Weise auf den dritten Isolatorbereich 67 aufgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5091672 [0004]
- US 5697334 [0004]
- US 5918571 [0004]
- US 6104130 [0004]

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze Folgendes aufweist: eine verlängerte Mittenelektrode, die eine Mittenelektrodenspitze an einem Ende und einen Anschluss nahe dem anderen Ende hat; einen Isolator, der im Wesentlichen die Mittenelektrode umgibt, wobei der Isolator einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit zumindest einem ersten Isolatorbereich und einem zweiten Isolatorbereich hat, der erste Isolatorbereich und der zweite Isolatorbereich entsprechend einen ersten Durchmesser und einen zweiten Durchmesser haben und durch eine Isolatorschulter getrennt sind; und eine Masseabschirmung, die einen verlängerten Basisbereich, der im Wesentlichen den ersten Isolatorbereich umgibt, einen kegelstumpfförmigen Flansch, der von einem ersten Ende des Basisbereichs vorsteht, um mit der Isolatorschulter einzugreifen, und eine Masseelektrode hat, die sich von einem zweiten Ende des Basisbereichs erstreckt, um einen Zündfunkenspalt in Bezug auf die Mittenelektrodenspitze zu definieren, wobei der Basisbereich und die Masseelektrode als separate Bauteile ausgebildet sind und aneinander befestigt sind, um die Masseabschirmung auszubilden.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Basisbereich und die Masseelektrode aneinander mittels einer Fügetechnik befestigt sind, die aus Löten, Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Plasmaschweißen und Kombinationen daraus ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Masseelektrode als ein im Allgemeinen U-förmiger Träger ausgebildet ist, der ein Paar sich in axialer Richtung erstreckende Schenkel und ein freies Ende hat, das sich zwischen den Schenkeln in einer beabstandeten Weise zu der Mittenelektrodenspitze erstreckt, um den Zündfunkenspalt zu definieren, wobei der Basisbereich mit einem Paar sich in axialer Richtung erstreckende Schlitze nahe dem zweiten Ende ausgebildet ist, und wobei das Schenkelpaar an den Basisbereich innerhalb des Paares sich in axialer Richtung erstreckender Schlitze geschweißt ist, um die Masseabschirmung auszubilden.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei das freie Ende des im Wesentlichen U-förmigen Trägers eine ringförmige Öffnung in diesem hat, und wobei die Mittenelektrodenspitze nahe der ringförmigen Öffnung endet, um den Zündfunkenspalt zu definieren.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Masseelektrode als ein im Allgemeinen J-förmiger Träger ausgebildet ist, der einen sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkel und ein freies Ende hat, das sich von dem Schenkel in einer beabstandeten Weise in Bezug auf die Mittenelektrodenspitze erstreckt, um den Zündfunkenspalt zu definieren, wobei der Basisbereich mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitz nahe den zweiten Ende ausgebildet ist und wobei der Schenkel an dem Basisbereich innerhalb des sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzes geschweißt ist, um die Masseabschirmung auszubilden.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Masseelektrode mit einer Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkeln und einem freien Ende ausgebildet ist, das sich von den Schenkeln in einer beabstandeten Weise in Bezug auf die Mittenelektrodenspitze erstreckt, um den Zündfunkenspalt zu definieren, wobei der Basisbereich mit einer Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzen nahe dem zweiten Ende ausgebildet ist, und wobei die Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkeln an den Basisbereich innerhalb der Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzen geschweißt ist, um die Masseabschirmung auszubilden.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Masseelektrode aus einem Legierungsmaterial auf Nickelbasis hergestellt ist und der Basisabschnitt aus einem Legierungsmaterial auf Stahlbasis hergestellt ist.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei die Mittenelektrodenspitze ein erstes Edelmetallbauteil hat, das an dieser angebracht ist und zu dem freien Ende der Masseelektrode zugewandt ist, und wobei das freie Ende ein zweites Edelmetallbauteil hat, das an diesem angebracht ist und sich zu dem ersten Edelmetallbauteil axial erstreckt, um den Zündfunkenspalt zu definieren, wobei das erste Edelmetallbauteil und das zweite Edelmetallbauteil als Funkenbildungsflächen der Zündkerze dienen.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei das erste Edelmetallbauteil und das zweite Edelmetallbauteil entsprechend an der Mittenelektrode und der Masseelektrode durch eine Fügetechnik angebracht sind, die aus Löten, Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Plasmaschweißen und Kombinationen daraus ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Isolator einen dritten Durchmesserbereich hat, der von dem zweiten Durchmesserbereich durch eine zweite Isolatorschulter getrennt ist, der zweite Durchmesserbereich zwischen dem ersten Durchmesserbereich und dem dritten Durchmesserbereich angeordnet ist und bezogen auf den Durchmesser größer ist als der erste Durchmesserbereich und der zweite Durchmesserbereich.
Zündkerze nach Anspruch 10, die des Weiteren eine ringförmige Halterung aufweist, die im Wesentlichen den zweiten Isolatorbereich umgibt und teilweise den dritten Isolatorbereich umgibt, wobei die ringförmige Halterung einen kegelstumpfförmigen Endabschnitt und einen Endmutterabschnitt und dazwischen einen Gewindeabschnitt hat, die ringförmige Halterung des Weiteren einen inneren kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, der mit der zweiten Isolatorschulter in Eingriff ist, der kegelstumpfförmige Endabschnitt den kegelstumpfförmigen Flansch der Masseabschirmung überlappt, um die Masseabschirmung und die ringförmige Halterung aneinander zu befestigen und den Isolator darin aufzunehmen.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei der Gewindeabschnitt der ringförmigen Halterung gestaltet ist, um die Zündkerze in einen Gewindeabschnitt einer im Wesentlichen zylindrischen Öffnung einzupassen, die mit einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine in Verbindung steht, und wobei der kegelstumpfförmige Endabschnitt der ringförmigen Halterung gestaltet ist, um mit einem kegelstumpfförmigen Sitzabschnitt der Öffnung in Eingriff gebracht zu werden, um eine elektrische Erdung zwischen der Masseabschirmung und der Maschine bereitzustellen, während zu der gleichen Zeit die Brennkammer von der umgebenen Umwelt abgedichtet ist.
Zündkerze nach Anspruch 12, wobei der Gewindeabschnitt der ringförmigen Halterung einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als oder gleich wie ungefähr 16 mm.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Mittenelektrode eine verlängerte Zündelektrode, eine Anschlusselektrode und ein zwischen diesen Bauteilen angeordnetes Widerstandselement aufweist, die Zündelektrode an einem ersten Ende des Widerstandselements durch eine elektrisch leitfähige Glasdichtung verbunden ist, die das Widerstandselement umgibt, die Anschlusselektrode an einem zweiten Ende des Widerstandselements gegenüberliegend zu dem ersten Ende des Widerstandselements durch die elektrisch leitfähige Glasdichtung verbunden ist.
Zündkerze nach Anspruch 13, wobei die Zündelektrode einen inneren Kern, der ein stark wärmeleitfähiges Metallmaterial aufweist, und eine isolierende Außenverkleidung hat, die ein wärmebeständiges, korrosionsbeständiges Metallmaterial aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Halterung aus einem nickelplattierten Legierungsmaterial auf Stahlbasis hergestellt ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Isolator aus einem nicht leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist.
Masseabschirmung für eine Zündkerze mit einer Mittenelektrode und einem Isolator, der die Mittenelektrode umgibt, wobei die Mittenelektrode eine Spitze an einem Ende und einen Anschluss nahe dem anderen Ende hat, der Isolator einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit zumindest einem ersten Isolatorbereich und einem zweiten Isolatorbereich hat, der erste Isolatorbereich und der zweite Isolatorbereich entsprechend einen ersten Durchmesser und zweiten Durchmesser haben und durch eine Isolatorschulter getrennt sind, wobei die Masseabschirmung Folgendes aufweist: einen verlängerten Basisbereich, der gestaltet ist, um den ersten Isolatorbereich zu umgeben, einen kegelstumpfförmigen Flansch, der von einem ersten Ende des Basisbereichs vorsteht und gestaltet ist, um mit der Isolatorschulter in Eingriff gebracht zu werden, und eine Masseelektrode, die sich von einem zweiten Ende des Basisbereichs erstreckt und gestaltet ist, um einen Zündfunkenspalt in Bezug auf die Spitze der Mittenelektrode zu definieren, wobei der Basisbereich und die Masseelektrode als separate Komponenten ausgebildet sind und aneinander befestigt sind, um die Masseabschirmung auszubilden.