DE29720529U1

DE29720529U1 - Zündkerze und Zündkerzen-Anordnung in einem Verbrennungsmotor

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Publication number: DE29720529U1
Application number: DE29720529U
Authority: DE
Original assignee: Jenbacher Energiesysteme AG
Current assignee: Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2007-11-20

Description

#4

8599/VIII

Jenbacher Energiesysteme AG,
A-6200 Jenbach, Österreich

Zündkerze und Zündkerzen-Anordnung
in einem Verbrennungsmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, das einen Gehäusefuß aufweist, welcher zum Einschrauben in eine mit einem Innengewinde versehene Einschrauböffnung des Verbrennungsmotors ein Außengewinde trägt, mit einem Isolator, mit zwei an einer Stirnseite angeordneten Elektroden (Mittelelektrode, Masseelektrode) sowie mit einer Abdichtung gegen den Brennraum des Verbrennungsmotors. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Zündkerzen-Anordnung in einem Verbrennungsmotor.

Zur Abdichtung gegen den Brennraum des Motors sind bekannte, häufig verwendete Zündkerzen dieser Art mit einem metallischen, plastisch verformbaren, unverlierbaren Dichtring ausgestattet, der auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite des Einschraubgewindes des Gehäusefußes an einem Bund anliegt. Außerdem sind auch neuere Zündkerzen bekannt, die keinen Dichtring, sondern stattdessen auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite des Einschraubgewindes des Gehäusefußes einen Dichtkonus aufweisen, wobei im Zylinderkopf des Motors eine entsprechende Gegenkonusflache vorgesehen ist, an der der Dichtkonus nach einem etwas mehr als handfesten Anziehen der Kerze dichtend zur Anlage kommt.

Eine charakteristische Kenngröße für die Betriebseigenschaften einer Zündkerze der eingangs beschriebenen Art ist ihr Wärmewert. Dieser ist ein Maß für die - meist in Sekunden angegebene - Zeit, nach der in einem Prüfmotor unter bestimmten Betriebsbedingungen Glühzündungen auftreten. Glühzündungen sind Zündungen, die von ein-zelnen heißen Stellen im Brennraum des Motors ausgehen, z.B. von heißen Auslaßventilen, glühenden Rußteilchen oder von den Elektroden der Zündkerze. Letzteres ist dann der Fall, wenn etwa Temperaturen ab etwa 850 ⁰C erreicht wer-den. In diesem Temperaturbereich werden auch die Elektroden einer Zündkerze, beispielsweise durch Schwefel oder Bleioxyde, stark angegriffen und brennen sehr schnell ab. Im allgemeinen wird daher davon ausgegangen, daß die heißesten Teile der Zündkerze, die Mittelelektrode und der Fuß des Isolators, an dem sich diese Elektrode befindet, bei einer Betriebstemperatur von etwa 500 bis 800 ⁰C arbeiten sollten. Die untere Temperaturgrenze ergibt sich dabei durch die sogenannte Selbstreinigungstemeperatur, bei der die sich bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches auf dem Isolator bzw. auf den Elektroden ansetzende Ölkohle noch restlos verbrennt.

Den ungleichen Wärmebeanspruchungen in verschiedenen Motoren entsprechend werden Zündkerzen mit verschiedenen Wärmewerten verwendet. Zündkerzen für normale Kraftfahrzeug-Motoren haben einen Wärmewert von 175 bis 225, Spezialzündkerzen, beispielsweise für Rennmotoren, einen Wärmewert von bis zu 440. Der Wärmewert kann bekanntermaßen über die Ausbildung der Länge des Isolatorfußes und über die Wärmeleitfähigkeit der Mittelelektrode beeinflußt werden. Je länger der Isolatorfuß und je geringer die Wärmeleitfähigkeit der Mittelelektrode sind, desto geringer

ist der Wärmewert und damit die Wärmebelastbarkeit einer Zündkerze. Um Zündkerzen mit hoher Wärmebelastbarkeit herzustellen, werden dabei für die Mittelelektrode beispielsweise besonders gut wärmeleitende, aber auch kostenintensive Werkstoffe, wie Kupfer oder Silber, verwendet. Bei Rennkerzen ist der Isolatorfuß zur Erhöhung der Wärmebelastbarkeit teilweise so kurz ausgebildet, daß die Elektroden bis ins Kerzengehäuse zurückgezogen sind. Ein sehr kurzer Isolatorfuß kann sich jedoch unter Umständen negativ auf die Regelmäßigkeit des Verbrennungsvorganges auswirken, da, um das Auftreten von Klopferscheinungen in Motoren zu vermeiden, im Verbrennungsraum möglichst gleiche Brennwege von der Zündkerze zu allen Teilen des Brennraumes (z.B. eine halbkugelartige Ausbildung mit zentral angeordneter Zündkerze) gefordert werden, was in diesem Fall nicht eingehalten werden kann.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Wärmebelastbarkeit einer Zündkerze der eingangs genannten Art in aufwandsarmer und baulich günstiger Weise, d.h. ohne daß dabei die vorbeschriebenen Nachteile in Kauf genommen werden müssen, zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Zündkerze der eingangs genannten Art erreicht, bei der die Abdichtung gegen den Brennraum des Verbrennungsmotors im Bereich der Stirnseite, an der sich die Elektroden befinden, nahe dem den Elektroden zugewandten Ende des Außengewindes des Gehäusefußes, angeordnet ist.

Bei einer solchen frontdichtenden Zündkerze wird erfindungsgemäß ausgenutzt, daß der durch die Verbrennung initiierte Wärmefluß nicht nur über die Mittelelektrode im

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Isolator abgeleitet wird, sondern in seiner Gesamtheit von der dem Brennraum zugewandten Stirnseite der Zündkerze über die Elektroden, den Isolator, insbesondere über das Gewinde des Gehäusefußes, und zu einem nicht unerheblichen Teil über die Dichtung in den Zylinderkopf erfolgt. Durch die Verlegung der Abdichtung der Zündkerze gegen den Motorbrennraum an die vordere Stirnseite der Zündkerze erfolgt eine Optimierung der verschiedenen Anteile des Wärmeflusses im Sinne einer verstärkten Wärmeableitung: Der Wärmeeintrag in die Zündkerze wird geringer, der Weg des Hauptanteils des Wärmeflusses wird wesentlich verkürzt und das mittlere Temperaturniveau der Elektroden dadurch merkbar abgesenkt. Damit kann vorteilhafterweise ohne den Einsatz teurer Werkstoffe od. dgl. der Abbrand der Elektroden verringert und die Lebensdauer erhöht werden. Bei ansonsten unveränderter Ausführung der Zündkerze kann durch die erfindungsgemäße Abdichtung ein erhöhter Wärmewert, d.h. bei einer bestimmten (hohen) Temperatur der Verbrennungsgase des Motors eine geringere Anfälligkeit für das Auftreten von Glühzündungen, erzielt werden.

In einer erfindungsgemäßen Anordnung einer erfindungsgemäßen Zündkerze in einem Verbrennungsmotor, der eine zum Einschrauben einer Zündkerze mit einem Innengewinde versehene Einschrauböffnung aufweist, weist diese Einschrauböffnung auf ihrer dem Brennraum zugewandten Seite einen Dichtbereich auf.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Darstellung einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze sowie deren erfindungsgemäßer Anordnung in einem Verbrennungsmotor ,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze sowie deren erfindungsgemäßer Anordnung in einem Verbrennungsmotor,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer dritten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze sowie deren erfindungsgemäßer Anordnung in einem Verbrennungsmotor .

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.

Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, weist eine erfindungsgemäße Zündkerze 1 für einen, ausschnittweise und geschnitten dargestellten, Verbrennungsmotor 2 ein Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 besitzt einen Gehäusefuß 4 zum Einschrauben in den Verbrennungsmotor 2. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Zündkerze 1 einen Isolator 5, zwei an einer Stirnseite 6 angeordnete Elektroden (Mittelelektrode 7, Masseelektrode 8) sowie eine Abdichtung 9 gegen den Brennraum 10 des Verbrennungsmotors 2 auf. Der Isolator 5 besitzt einen Isolatorfuß 11, durch den die Mittelelektrode 7 geführt ist. Der Gehäusefuß 4 trägt die Masseelektrode 8 und ist zum Einschrauben in eine mit einem Innengewinde 12 versehene Einschrauböffnung 13 des Verbrennungsmotors 2 mit

einem Außengewinde 14 ausgestattet.

In allen drei, in den einzelnen Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist erfindungsgemäß die Abdichtung 9 der Zündkerze 1 gegen den Brennraum 10 des Verbrennungsmotors 2 im Bereich der Stirnseite 6, an der sich die Elektroden 7, 8 befinden, nahe dem den Elektroden 7, 8 zugewandten Ende des Außengewindes 14 des Gehäusefußes 4_; angeordnet.

Bei der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 (Fig. 1) ist dabei die Abdichtung 9 als Preßfläche 15 ausgebildet. Die Preßfläche 15 ist die Mantelfläche eines an der Stirnseite 6 am Gehäusefuß 4 ausgebildeten Dichtkonus 16.

Bei der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Zündkerzen-Anordnung weist - wie auch bei den beiden weiteren Ausführungsbeispielen - die Einschrauböffnung 13 des Verbrennungsmotors 2 auf ihrer dem Brennraum 10 zugewandten Seite einen Dichtbereich 17 auf. Die Einschrauböffnung 13 besitzt in diesem Dichtbereich 17 einen gegenüber dem Bereich ihres Innengewindes 12 geringeren, vorzugsweise einen durchmesserreduzierten, Querschnitt.

Im Dichtbereich 17 ist eine Anlagefläche 18 für die kerzenseitig an der Stirnseite 6 am Gehäusefuß 4 ausgebildete Preßfläche 15 ausgebildet. Diese Anlagefläche 18 ist eine dem Dichtkonus 16 der Zündkerze 1 komplementäre Gegenkonusfläche im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 2, an der der Dichtkonus 16 nach dem Anziehen der Zündkerze 1 dichtend zur Anlage kommt. Die Abdichtung erfolgt somit über einen Kegelsitz der Zündkerze 1 im Verbrennungsmotor 2. Vor-

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teilhafterweise ist beim Einschrauben der Zündkerze 1 in die Einschrauböffnung 13 des Verbrennungsmotors 2 nur ein relativ geringes Anzugsmoment notwendig.

Bei der zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 (Fig. 2) ist die Abdichtung 9 ebenfalls als Preßfläche 15 ausgebildet. Die Preßfläche 15 ist hier jedoch eine an der Stirnseite 6 am Gehäusefuß 4 befindliche ebene Ringfläche .

Bei der entsprechenden erfindungsgemäßen Zündkerzen-Anordnung ist in konstruktiv vorteilhaft einfacher Weise die der Preßfläche 15 der Zündkerze 1 komplementäre Anlagefläche 18 am Verbrennungsmotor 2 eine durch die, in dieser Ausführung stufenförmige, Querschnittsreduzierung in der Einschrauböffnung 13 gebildete ebene Ringfläche im Dichtbereich 17. Die Abdichtung erfolgt somit über einen Flachpreßsitz der Zündkerze 1 im Verbrennungsmotor 2.

Bei der dritten Ausführung einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 umfaßt die Abdichtung 9 einen metallischen Flachpreßring 19. Der Flachpreßring 19 liegt, wie Fig. 3 veranschaulicht, in der entsprechenden erfindungsgemäßen Zündkerzen-Anordnung mit einer Seite an der Preßfläche 15 an, die in gleicher Weise wie bei der Zündkerze 1 in der zweiten Ausführung der Erfindung ausgebildet ist. Mit seiner anderen Seite liegt der Flachpreßring 19 an einer Anlagefläche 18 in der Einschrauböffnung 13 des Verbrennungsmotors 2 an, die ebenfalls ringförmig und eben, wie in der zweiten Ausführung der Erfindung, ausgebildet ist. Die Verwendung des Flachpreßringes 19 erfordert, verglichen mit den ersten beiden Ausführungen der Erfindung, beim Einschrauben der Zündkerze 1 in die Einschrauböffnung 13 des

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Verbrennungsmotors 2 ein größeres Anzugsmoment, bietet jedoch auch eine höhere Sicherheit beim Abdichten.

Die durch die Verbrennung im Bennraum 10 des Verbrennungsmotors 2 entstehende und auf die Zündkerze 1 übergehende Wärme kann erfindungsgemäß bereits zu einem großen Teil an der Stirnfläche 6 der Zündkerze 1 in den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 2 abgeleitet werden, womit die oben beschriebenen Vorteile verbunden sind. Durch die im Dichtbereich 17 des Verbrennunsmotors 2 und an der Abdichtung der erfindungsgemäßen Zündkerze 1 auftretenden Pressungen ist dabei eine vergleichsweise hohe Wärmeübergangszahl gewährleistet. Durch eine entsprechende Gestaltung der Preßflächen 15 der Zündkerze 1 und der komplementären Anlageflächen 18 des Verbrennungsmotors 2 sowie des Flachpreßringes 19 kann eine optimal große Wärmeaustauschfläche erreicht werden. Weder der Einsatz spezieller Werkstoffe noch eine ungünstig wirkende Verkürzung des Isolatorfußes sind dabei zur Intensivierung des Wärmeübergangs notwendig. Wie die Zeichnung verdeutlicht, können die Elektroden 7, 8 unter dem Aspekt von Zündung und Verbrennung in geometrisch günstiger Weise angeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. Beispielsweise können vom Fachmann weitere technische Maßnahmen, wie eine unverlierbare Halterung des Flachpreßringes 19 an einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 ergänzend vorgesehen werden. Anstelle des metallischen Flachpreßringes 19 kann auch ein anders gearteter Dichtungsring verwendet werden. Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch

durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

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Bezugszeichen

1	Zündkerze
2	Verbrennungsmotor
3	Gehäuse von 1
4	Gehäusefuß von 3
5	Isolator von 1
6	Stirnseite von 1
7	Mittelelektrode von 1
8	Masseelektrode von 1
9	Abdichtung von 1 gegen 10
10	Brennraum von 2
11	Isolatorfuß von 5
12	Innengewinde in 13
13	Einschrauböffnung in 2 für 1
14	Außengewinde von von 4
15	Preßfläche an 4
16	Dichtkonus an 4
17	Dichtbereich in 13
18	Anlagefläche in 17
19	Flachpreßring

Claims

8599/VIII Jenbacher Energiesysteme AG, A-62OO Jenbach, Österreich Ansprüche

1. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor (2), mit einem Gehäuse (3), das einen Gehäusefuß (4) aufweist, welcher zum Einschrauben in eine mit einem Innengewinde (12) versehene Einschrauböffnung (13) des Verbrennungsmotors (2) ein Außengewinde (14) trägt, mit einem Isolator (5), mit zwei an einer Stirnseite (6) angeordneten Elektroden (Mittelelektrode 7, Masseelektrode 8) sowie mit einer Abdichtung (9) gegen den Brennraum (10) des Verbrennungsmotors (2),
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (9) gegen den Brennraum (10) des Verbrennungsmotors (2) im Bereich der Stirnseite (6), an der sich die Elektroden (7, 8) befinden, nahe dem den Elektroden (7, 8) zugewandten Ende des Außengewindes (14) des Gehäusefußes (4), angeordnet ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (9) als Preßfläche (15) ausgebildet ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Preßfläche (15) die Mantelfläche eines am Gehäusefuß (4) ausgebildeten Dichtkonus (16) ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die

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Preßfläche (15) eine am Gehäusefuß (4) befindliche ebene Ringfläche ist.

5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (9) einen Dichtungsring umfaßt.

6. Zündkerze nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring ein metallischer Flachpreßring (19) ist.

7. Zündkerzen-Anordnung in einem Verbrennungsmotor (2), der eine zum Einschrauben einer Zündkerze (1) mit einem Innengewinde (12) versehene Einschrauböffnung (13) aufweist,

gekennzeichnet durch eine Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einschrauböffnung (13) des Verbrennungsmotors (2) auf ihrer dem Brennraum (10) zugewandten Seite einen Dichtbereich (17) aufweist.

8. Zündkerzen-Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einschrauböffnung (13) im Dichtbereich (17) einen gegenüber dem Bereich ihres Innengewindes (12) geringeren, vorzugsweise durchmesserreduzierten, Querschnitt aufweist.

9. Zündkerzen-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einschrauböffnung (13) im Dichtbereich (17) eine Anlagefläche (18) für einen metallischen Flachpreßring

(19) oder für eine an der Stirnseite (6) am Gehäusefuß

(4) ausgebildete Preßfläche (15) aufweist.

10. Zündkerzen-Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (18) als Gegenkonusfläche zu einer Mantelfläche eines am Gehäusefuß (4) befindlichen Dichtkonus (16) ausgebildet ist.

11. Zündkerzen-Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (18) eine durch eine stufenförmige Querschnittsreduzierung im Dichtbereich (17) der Einschrauböffnung (13) gebildete ebene Ringfläche ist.