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Zündkerze für Brennkraftmaschinen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen
und insbesondere auf eine Zündkerze mit wenigstens einer Elektrode, welche mit einem
Plättchen versehen ist, welches aus einem metallischen Material aus einer-Gruppe
bestehend aus Edelmetallen und Legierungen von Edelmetallen hergestellt ist.
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Bislang vorgeschlagene Zündkerzen besitzen eine Mittelelektrode mit
einem veßrjüngten Ende, welches in einer axialen Stirnfläche endet, in der eine
kreisförmige Offnung ausgebildet ist. Durch diese Öffnung ist ein zylindrisches
Plättchen oder Stückchen aufgenommen und an der Mittelelektrode befestigt. Zur Verbesserung
des Zusammenhalts zwischen der Mittelelektrode und dem Plättchen ist die Offnung
vergleichsweise tief ausgebildet, wobei das zylinderförmige Plättchen eine vergleichsweise
große Länge aufweist.
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Dies erfordert die Verwendung eines Plättchens bzw. Stückchens mit
einem großen Volumen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündkerze zu schaffen, welche ein
Plättchen mit einem kleineren Volumen aufweist und somit mit aeringeren Kosten herstellbar
ist, als es bei konventlonellen Zündkerzen der Fall ist.
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X se Aufqal)e wird crDindungsgem§ß durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben
sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine im vertikalen Teilschnitt gezeigte erste Ausführungsform
einer Zündkerze, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig.
1 dargestellten Zündkerze, Fig. 3, vergrößerte Schnittansichten verschiedener Aus-4
und 5 gestaltungen eines Teils der ersten Ausführungsform einer Zündkerze, Fig.
6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform einer
Zündkerze, Fig. 6A eine vergrößerte Draufsicht eines Plättchens einer Masseelektrodeentlang
der Linie VIA-VIA in Fig. 6, Fig. 6B eine vergrößerte Schnittansicht entlang der
Linie VtB-VlB in Fig. 6A, Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer
dritten Ausführungsform einer Zündkerze, Fig. 7A eine Draufsicht eines Plättchens
einer Mittelelektrode längs der Linie VIIA-VIIA in Fig. 7, Fig. 7B eine Schnittansicht
längs der Linie VIIB-VIIB in Fig. 7, Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht eines
Teils einer vierten Ausführungsform einer Zündkerze,
Fig. 8A eine
Draufsicht von unten längs der Linie VIIIA-VIIIA in Fig. 8 und Fig. 8B eine Schnittansicht
längs der Linie VIIIB-VIIIB in Fig. 8.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer Zündkerze
100 mit einem Gehäuse 6 und einem Isolator 3 dargestellt. Das Gehäuse 6 ist aus
einem wärmebeständigen, korrosionsfesten und leitenden metallischen Material gebildet
und weist im wesentlichen eine abgestufte Röhrenform auf. Am axialen Endabschnitt
des Gehäuses 6 ist in der Außenumfangsfläche ein Schraubgewinde 6a ausgebildet.
Mit dem Schraubgewindeabschnitt 6a kann das Gehäuse 6 in einen nichtdargestellten
Motorblock eingeschraubt und darin befestigt werden. Der Isolator 3 ist aus einem
Isoliermaterial, wie etwa Porzellan, hergestellt und weist miteinander verbundene
Bohrungen 3a, Jb mit.verschiedenen Durchmessern auf, die darin ausgebildet sind.
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Der Isolator 3 ist an der Innenseite des Gehäuses 6 durch eine Dichtung
7 und den Pack- bzw. Dichtring 8 festgelegt.
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Eine mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnete Masseelektrode ist als
schmaler Metallstreifen aus. einem korrosionsfesten und wärmebestndigen leitenden
Material ausgebildet.
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Diese Masseelektrode 9 ist mit einem Ende an der Stirnfläche des
Schraubgewindeabschnitts 6a des Gehäuses 6 durch eine Verschweißung befestigt, wohingegen
das andere Ende umgebogen ist und sich im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des
Gehäuses 6 erstreckt.
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Eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Mittelelektrode ist
aus einem wärme- und korrosionsfesten leitenden Grundmetall, wie etwa einer Ni-Cu
Legierung hergestellt.
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Der Hauptabschnitt 1 a der Mittelelektrode 1 ist in der Bohrung 3b
angeordnet. Ein End-bzw. Spitzenabschnitt oder die Spitze lb mit einem Durchmesser
kleiner als der des tIauptabschnitts 1a
ist mit dem Hauptabschnitt
durch eine Ringschulter 1f-derart verbunden, daß die Spitze von dem der Masseelektrode
benachbarten Ende des Isolators 3 vorsteht. In der Stirnfläche der Spitze 1b ist
eine Aussparung 1c ausgebildet. Ein mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnetes Massenelektrodenstückchen
bzw. -plättchen ist aus Platin hergestellt und weist eine abgeflachte Außenfläche
und eine mit einem Vorsprung 2a versehene Innenfläche auf, welche in die Aussparung
1c paßt. Das Stückchen 2 ist mit der Spitze Ib durch eine Widerstandsschweißung
verbunden.
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Zwischen der Außenfläche des Plättchens 2 und der auf die Mittelelektrode
zuweisenden Masseelektrodenfläche ist eineEntladungsstrecke bzw. ein Elektrodenabstand
G definiert.
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Die Zündkerze 100 weist weiter einen Mittelschaft 4 aus einem Kohlenstoffstahl
auf, welcher an seinen beiden axialen Endabschnitten mit einem Außengewinde versehen
ist.
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Ein Schraubgewinde-Endabschnitt des Mittelschafts 4 ragt über das
dem Zündverteiler benachbarte Ende des Isolators hinaus. Eine aus Messing o.dgl.
hergestellte Anschlußmutter 5 ist auf diesem Schraubgewinde-Endabschnitt des Mittelschafts
4 aufgeschraubt. Der andere Schraubgewindeabschnitt des Mittelschafts 4 ist in eine
leitende Glasverschlußschicht 10 eingesetzt, welche aus pulverförmigem Cuprum und
einem Glas mit einem geringen Schmelzpunkt hergestellt'ist. Der Mittelschaft 4 ist
elektrisch mit -der Mittelelektrode 1 durch diese Verschluß- bzw. Dichtschicht 10
verbunden. Der Mittelschaft 4 und die Mittelelektrode 1 sind in der Bohrung 3b des
Isolators 3 fixiert.
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Auf diese Weise ist die Anschlußmutter 5 elektrisch mit der Mittelelektrode
1 verbunden.
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Für den Betrieb ist die Zündkerze 100 in den Motorblock eingeschraubt,
und die Mittelelektrode 1 wird über die Anschlußmutter 5, den Mittelschaft 4 und
die Verschlußschicht 10 vom nichtdargestellten Zündverteiler her mit einer hohen
Spannung beaufschlagt. Dies hat zur Folge, daß
die Isolierung der
Entladungsstrecke Guberuunden und ein Zündfunke überspringen kann, um das in die
Zylinderkammer eingegebene Luft-3rennstoffgemisch zu entzünden. Während des Motorbetriebs
ist das Plättchen 2 kontinuierlich dem unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden
Verbrennungsgas ausgesetzt. Zusätzlich findet die Funkenbildung auf der Oberfläche
des Plättchens 2 statt. Der Verschleiß des Plättchens 2 ist allerdings. wesentlich
vermindert,weil es aus einem Edelmetall, welches in diesem Falle Platin ist oder
einer Legierung von Edelmetallen hergestellt ist.Weil die Mittelelektrode ein Ende
mit einem verringerten Durchmesser aufweist, ist weiter festzuhalten, daß sich die
Entladungsenergie wirksam auf dieses Ende konzentriert, um eine hohe Zündfähigkeit
sicherzustellen.
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In den Fig. 3, 4 und 5 sind verschiedene Abwandlungen derSpitzenabschnitte
der Mittelelektroden des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Zur Bezeichnung
der gleichen Bauteile sind in diesen Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
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In der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung ist auf der Stirnfläche
des Spitzenabschnitts ib der Mittelelektrode 1 ein Vorsprung 1d ausgebildet. De.s
Plättchen 2 weist eine abgeflachte Außenfläche auf, wohingegen die Innenfläche mit
einer Aussparung 2b zur Aufnahme des Vorsprungs 1d versehen ist. a Pättchen 2 .ist
durch eine Widerstandsschweißung mit der Spitze bzw. dem Spitzenabschnitt 1b der
Mittelelektrode 1 verbunden. In der Abwandlung gemäß Fig. 4 weist der Spitzenabschnitt
1b eine abgeflachte Stirnfläche auf, wohingegen die äußere Stirnfläche des Plättchens
2 eine Aussparung 2c aufweist. In diesem Fall ist das Plättchen 2 an seiner abgeplatteten
inneren Stirnfläche mit der abgeflachten Stirnfläche des Spitzenabschnitts 1.b durch
eine Widerstandsschweißung verbunden.
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In der Abwandlung gemäß Fig. r sind die Stirnflächen des Plättchens
2 im wesentlichen eben. Dieses Plättchen 2
ist an seiner ebenen
Innenfläche mit dem Spitzenabschnitt ib durch eine Widerstandsschweißung verbunden.
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In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem
auch auf der Masseelektrode 9 ein Plättchen 11 vorgesehen ist.
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Wie aus den Fig. 6A und 6B hervorgeht, weist der Spitzenabschnitt
9a der Masseelektrode 9 eine geringere Breite als der restliche Abschnitt der Elektrode
auf und die Elektrode ist an diesem Abschnitt mit einer Aussparung 9b versehen,
welche mit der Mittelelektrode 1 ausgerichtet ist.
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Das Plättchen 11 weist eine ebene äußere Stirnfläche auf, wohingegen
die innere Stirnfläche mit einem Vorsprung 11a versehen ist, welcher in die Aussparung
9b paßt. Das Plättchen 11 ist durch eine Widerstandsschweißung mit dem schmalen
Spitzenabschnitt 9a der Masseelektrode 9 verbunden, wobei,der'Vorsprung 11a in die
Aussparung 9b eingepaßt ist.
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In diesem Fall weisen die Außenfläche des auf der Mittel-«Elektrode
befestigten Plättchens und des auf der Masseelektrode befestigten Plättchens im
wesentlichen dieselbe Größe auf.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 7) ist der Spitzenabschnitt
1b der Mittelelektrode in Richtung auf die Masseelektrode verjüngt ausgebildet.
Das Platinplättchen 2 der Mittelelektrode weist eine konkave innere Stirnfläche
auf, welche das äußerste Ende des Spitzenabschnitts ib der Mittelelektrode 1 aufnimmt.
Dieses Plättchen 2 ist durch eine Widerstandsschweißung mit dem Spitzenabschnitt
1b der Mittelelektrode fest verbunden. ;Vie aus Fig. 7B klar hervorgeht,besitzt
die Masseelektrode 9 eine ebene Fläche, welche dem Plättchen der Mittelelektrode
gegenüberliegt, und S-chrägflächen 9c,9d, welche an beiden Seitenrändern der ebenen
Fläche anschließen und gegenüber dieser geneigt sind. Das Plättchen 11 der Masseelektrode
9 weist eine Aussparung mit einer Form und Größe auf, daß -die ebene Fläche und
die Schrägflächen der Masseelektrode 9
aufgenommen werden,und es
ist durch eine Widerstandsschweij3ung mit der Masseelektrode verbunden.
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bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Plättchen 2, 11 mit den jeweiligen
Elektroden 1, 9 mit Schrägflächen der Elektroden verschweißt. Allerdings sind die
die Entladungsstrecke G definierenden sauberen Stirnflächen 2d,11b nicht verschweißt,
so daß diese Flächen während des Schweißvorgangs nicht durch die dabei entstehende
Wärme beeinträchtigt sind. Infolgedessen ist eine wärmebedingte Schädigung dieser
Außenflächen 2d, 11b verhindert, um einer unerwünschen Verschlechterung des Verschleißwiderstands
und der Festigkeit der Plättchen entgegenzuwirken.
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In Fig. 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem der Spitzenabschnitt der Mittelelektrode 1 einen Durchmesser aufweist, der
im wesentlichen gleich dem des Hauptabschnitts la der Mittelelektrode ist.
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Die Stirnfläche des Spitzenabschnitts 1b weist eine querverlaufende
Nut le auf, deren Boden sich in einer Ebene im. wesentlichen senkrecht zur Achse
der Mittelelektrode erstreckt. Die Seitenwände der Nut, welche den Boden mit der
Stirnfläche des Spitzenabschnitts 1b verbinden, verlaufen leicht geneigt zur Achse
der Mittelelektrode 1. Ein Plättchen 2 mit einem Durchmesser kleiner als der Schaft
der Mittelelektrode ist durch die Quernut le aufgenommen.
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Die der Mittelelektrode gegenüberliegende Fläche der Masseelektrode
ist mit einer Nut 9e versehen. Der Boden der Nut 9e befindet sich innerhalb einer
Ebene, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse der Mittelelektrode(wie im Falle
der vorerwähnten Quernut 1eZverläuft. Beide Seitenwände dieser Nut, welche den Boden
mit der Fläche verbinden, welche der Mittelelektrode gegenüberliegt, verlaufen leicht
geneigt zur Achse der Mittelelektrode. Das Plättchen 11 der Masseelektrode ist innerhalb
der Nut 9e in Ausrich-
tung mit dem Plättchen 2 der Mittelelektrode
1 bzw. mit diesem fluchtend festgelegt.
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Es liegt auf der Hand, daß über die beschriebenen Ausführungsformen
hinaus weitere Ausgestaltungen möglich sind.
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Beispielsweise können das Plättchen oder die Plättchen anstatt aus
Platin, wie dies beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist, aus anderen
Edelmetallen wie beispielsweise aus Iridium, Gold, Palladium usw.
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oder aus Legierungen dieser Edelmetalle hergestellt werden.
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Auch können das Plättchen oder die Plättchen in anderer Weise als
durch Widerstandsschweißung, beispielsweise durch Löten, Elektronenstrahlschweißung,
Laserschweißung, Bedampfungstechnik u.dgl. mehr an den Elektroden befestigt sein.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine,
mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode, welche einander gegenüberliegen
und eine Entladungsstrecke zwischen sich bilden. Zumindest die Mittelelektrode dieser
beiden Elektroden ist mit einem Plättchen oder Stückchen versehen, welches am Spitzenabschnitt
der Elektrode befestigt ist. Das Plättchen ist aus einem Metall hergestellt, das
der Gruppe der Edelmetalle und deren Legierungen angehört. Der Spitzenabschnitt
der Mittelelektrode, an dem das Plättchen befestigt ist, kann einen kleineren Durchmesser
als der Hauptabschnitt der Mittelelektrode aufweisen. Die Verwendung eines Edelmetallplättchens
verlängert die Lebensdauer der Elektrode, so daß über eine lange Zeitdauer eine
gute Zündfähigkeit sichergestellt ist.
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