DE4422733A1

DE4422733A1 - Zündkerze für Brenkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4422733A1
Application number: DE19944422733
Authority: DE
Inventors: Hans Schaefer; Stephan Dipl Ing Weigel; Richard Dipl Ing Adamczuk; Roland Dipl Ing Mueller; Jochen Dr Ing Dr Fischer; Klaus Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-04

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Zündkerze aus der DE-PS 34 33 683 bekannt, bei welcher die Mittelelektrode einer Zündkerze aus unterschiedlichen Materialien besteht, wobei der Elektrodenkörper aus einem weniger edlen Metall z. B. eine Nickellegierung oder ein Verbundkörper besteht und eine Edelmetall-Legierung die Seitenwand der Mantelfläche bedeckt. Eine solche Elektrode wird in einem Fließpreß-Ver fahren hergestellt. Bei einem solchen Fließpreß-Verfahren sind die einzelnen Materialien durch eine entsprechende Verformung mechanisch aneinandergepreßt. Hierbei können sich zwischen den unterschiedlichen Materialien Spalte bilden, welche eine verstärkte Korrosion bewirken können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Elektroden und der Edelmetall-Schicht eine spaltfreie Anordnung der Materialien gegeben ist. Im Gegensatz zu einer formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung, bei welchem während der Lebensdauer einer Zündkerze durch die mechanische und thermische Belastung Spalten zwischen der Veredelungsschicht und der Elektrode auftreten können, die dann einen Angriffspunkt für Korrosion bilden, ist die stoffschlüssige und somit spaltfreie Verbindung wesentlich korrosionsbeständiger. Letztendlich ist es vorteilhaft, daß das Edelmetall bzw. die Edelmetall-Legierung einfach als zusätzlicher Arbeitsschritt bei der Herstellung der Zündkerzen aufzubringen ist. Somit können die einzelnen Arbeitsschritte beibehalten werden und lediglich vor der Montage der Einzelteile der Zündkerze sind die Elektroden entsprechend zu veredeln. Denkbar ist auch, daß das Edelmetall bzw. die Edelmetall-Legierung nachträglich auf eine Elektrode aufgebracht werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, einen Edelmetall-Draht entsprechend der Querschnittsform der Mittelelektrode zu formen, auf die Stirnfläche der Mittelelektrode aufzulegen und anschließend die stoffliche Verbindung herzustellen. Damit kann der Edelmetall-Draht vorher sehr einfach beispielsweise maschinell vorgeformt werden oder es können handelsübliche Edelmetallringe verwendet werden. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, daß vor dem Aufbringen des Drahtes auf die Stirnfläche der Mittelelektrode die Kanten der Mittelelektrode abgeschrägt werden können und der Edelmetall-Drahtring einen Innendurchmesser aufweist, der einen Durchmesser der Mittelelektrode im Bereich der Abschrägung entspricht. Damit ist der Ring fixiert und kann ohne zusätzliche Haltemittel mit der Mittelelektrode verbunden werden. Durch das Einbringen einer umlaufenden ringförmigen Nut in die Mantelfläche der Mittelelektrode, in die dann ein Edelmetalldraht eingebracht und mit der Mittelelektrode verbunden wird, kann ebenfalls auf zusätzliche Haltemittel zum Fixieren des Edelmetall-Drahtes verzichtet werden. Im übrigen kann damit der Edelmetall-Draht an jeder beliebigen Stelle des Teil der Mittelelektrode, die aus dem Isolator herausschaut eingebracht werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch das Aufschmelzen eines Edelmetallplättchens auf die Querschnittsfläche der Masseelektrode, wobei das Edelmetall-Plätt chen dann der Querschnittsform der Masseelektrode nachempfunden ist und so eine einfache Anordnung des Edelmetall-Plättchens auf dem Endabschnitt der Masseelektrode möglich ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, ein gebogenes Edelmetall-Plättchen auf die dem Isolator und/oder der Mittelelektrode am nächsten liegende Kante des Querschnitts der Masseelektrode aufzubringen, da hierbei nicht die gesamte Querschnittsfläche der Masseelektrode zu überziehen ist und somit ein geringerer Materialeinsatz für die Veredelung erforderlich ist. Dieser Vorteil ergibt sich auch, wenn der Endabschnitt der Masseelektrode in Richtung Stirnfläche verjüngt ist, da dann die Querschnittsfläche der Masseelektrode kleiner wird. Letztendlich ist durch das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung mittels Schweißen beispielsweise mittels Widerstandsschweißen eine einfache Möglichkeit zur Verbindung der Edelmetall-Schicht mit den Elektroden gegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Querschnitt durch die Elektroden einer Zündkerze,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Zündkerze gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt durch eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode ähnlich wie in Fig. 1 und 2 jedoch ohne Kopf und mit anders geformten Masseelektroden,

Fig. 4 den Querschnitt durch die Längsachse einer Zündkerze mit U-förmigen Edelmetall-Draht,

Fig. 5 die Draufsicht auf die Zündkerze gemäß Fig. 4,

Fig. 6 den Querschnitt durch die Längsachse einer Mittelelektrode mit Isolator und ringförmig eingelegtem Edelmetall-Draht,

Fig. 7 eine Mittelelektrode gemäß Fig. 6 mit zugeordneten Masseelektroden,

Fig. 8 den Querschnitt durch die Längsachse einer Mittelelektrode mit Isolator und zwei angeschmolzenen Edelmetall-Drähten,

Fig. 9 den Querschnitt durch eine Mittelelektrode mit zwei Edelmetall-Bereichen,

Fig. 10 eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode gemäß Fig. 9 und seitlichen Masseelektroden,

Fig. 11 den Querschnitt einer Zündkerze mit Mittelelektrode gemäß Fig. 8 oder 9 und einer aus dem Kerzengehäuse gebildeten Masseelektrode, wobei die Fig. 11a und 11b unterschiedliche Gestaltungsarten des Kerzengehäuses in der Draufsicht zeigen,

Fig. 12 einen Zündkerzenkopf mit einer Mittelelektrode mit zwei Edelmetallbereichen und mit schräg angestellten Masseelektroden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zunächst soll in allgemeiner Form die Ausbildung von Funkenbahnen erläutert werden, da sich daraus die Bereiche des Funkenein- und Funkenaustritts ergeben, die erfindungsgemäß zu veredeln sind. Entsprechend der Ansteuerung einer Zündspule baut sich beim Abschalten auf der Sekundärseite und damit an der mit der Sekundärseite verbundenen Zündkerze eine Hochspannung auf, die dann zu einem Zündfunken an der Zündkerze und damit zu einer Verbrennung des im Brennraum befindlichen Gemisches führt. Hierbei ist insbesondere zu beachten, daß der Funke nicht zwangsläufig von Mittelelektrode zu Masseelektrode überspringt. Es werden hierbei hauptsächlich Luftfunken und Gleitfunken unterschieden. Der Luftfunke ist der Zündfunke, der über den Luftweg von Mittelelektrode zu Masseelektrode überspringt. Der Gleitfunke tritt dagegen aus der Mittelelektrode aus, gleitet über die Oberfläche des Isolators und springt im allgemeinen am kleinsten Abstand zwischen Isolator und Masseelektrode über, damit besteht diese zweite Funkenbahn aus einem Gleit- und einem Luftweg. Diese Funkenbahnen sind bei der Veredelung zu berücksichtigen.

Im folgenden sollen mögliche Ausgestaltungsformen der auf die Elektroden aufzubringen Edelmetall-Schicht erläutert werden, wobei selbstverständlich auch weitere Gestaltungsformen möglich sind. Der Einfachheit halber sollen gleiche Bauteile in den einzelnen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Darstellungen einer Zündkerzenelektrodenanordnung. Hierbei ist mit dem Bezugszeichen 1 die Mittelelektrode bezeichnet, welche beispielsweise aus Verbundmaterial besteht. Die Mittelelektrode 1 ist zentral in einem röhrenförmigen Isolator 2 angeordnet und ragt aus dem Isolator 2 heraus. Der Isolator 2 besteht aus einer Spezialkeramik und isoliert die Mittelelektrode vom Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 besteht vorwiegend aus Stahl und dient zur Befestigung der Zündkerze im Zylinderkopf. Am Gehäuse ist weiterhin mindestens eine Masseelektrode 4 befestigt, welche vorwiegende einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Diese Anordnung der Masseelektrode ist stellvertretend für die aufgeführten Zündkerzen mit Ausnahme der Zündkerze gemäß Fig. 11, die später erläutert wird und soll im weiteren nicht nochmals erläutert werden.

In Fig. 1 ist der Endabschnitt der stiftförmigen Mittelelektrode 1 beispielsweise als Nagelkopf ausgebildet, wobei auf die Stirnseite der Mittelelektrode axial angeordnet ein ringförmig gebogener Draht 5 aus Edelmetall oder aus einer Edelmetall-Legierung aufgelegt und anschließend angeschmolzen ist, so daß eine stoffliche Verbindung zwischen dem Edelmetalldraht 5 und der Mittelelektrode 1 entsteht. Die Anordnung des Drahtes 5 ist der Fig. 2, welche die Draufsicht II aus Fig. 1 zeigt, zu entnehmen. Die Fig. 1 zeigt weiterhin, daß die Masselektrode 4 an ihrer Stirnfläche an der Kante, die der Mittelelektrode und/oder dem Isolator am nächsten ist, eine Edelmetall-Schicht 7 aufweist. Dies geschieht beispielsweise durch das Auflegen eines dünnen Winkelbleches auf die Kante der Masseelektrode und das anschließende Anschmelzen dieses Winkelbleches an die Masselektrode, so daß auch hier eine stoffliche Verbindung zwischen Masseelektrode und Edelmetall hergestellt ist. In Fig. 2 ist das Edelmetallwinkelblech 7 nur als verdeckte Körperkante dargestellt.

Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Querschnitt einer Teilansicht einer Zündkerze mit einer zylindrischen Mittelelektrode 1, wobei die Mittelelektrode 1 hierbei eine Stiftform ohne Nagelkopf aufweist. Auf die Stirnfläche der Mittelelektrode ist ebenfalls ein Edelmetall-Draht 5 angeschmolzen, wie bereits in Fig. 1 beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der teilweise mit einer Edelmetall-Schicht überzogenen Elektroden, wobei Fig. 4 den Querschnitt entlang der Längsachse einer Teilansicht zeigt. Über die Mittelelektrode 1 ist ein gebogener Edelmetall-Draht 6 gelegt. Die Form, in welche der Edelmetall-Draht 6 gebogen ist, entspricht dabei der äußeren Querschnittsform eines Längsschnitts durch die Mittelelektrode 1, so daß der Edelmetalldraht 6 bei einer zylindrischen Mittelelektrode U-förmig gebogen ist. Der Edelmetalldraht 6 ist in Fig. 4 so ausgebildet, daß er nicht nur über den aus dem Isolator 2 herausragenden Teil der Mittelelektrode 1 angebracht ist, sondern noch ein Stück zwischen Isolator und Mantelfläche der Mittelelektrode hineinragt. Für eine bessere Fixierung ist beispielsweise in die Oberfläche der Mittelelektrode eine Nut eingebracht, in welcher der Edelmetall-Draht 6 eingebracht und mit der Mittelelektrode verschweißt ist. Auf diese Weise ist der Draht 6 bereits mechanisch fixiert und kann bis zum Anschmelzen nicht verrutschen. Die Geometrie der Nut ist dabei so ausgebildet, daß nach dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung der Edelmetalldraht 6 bündig mit der Oberfläche der Mittelelektrode abschließt. Die Masseelektrode 4 ist an ihrer Stirnfläche mit einem Edelmetall-Plättchen 8 abgedeckt, wobei dieses Edelmetall-Plättchen 8 die Querschnittsform der Masseelektrode 4 aufweist.

In Fig. 5 ist die Draufsicht auf einen Zündkerzenkopf gezeigt, wobei die Mittelelektrode einen Edelmetall-Draht 6, wie zu Fig. 4 beschrieben aufweist. Die Masseelektroden 4 sind hierbei in Richtung Stirnfläche und damit auf der zur Mittelelektrode weisenden Seite verjüngt, so daß die Masseelektrode konisch ausgebildet ist. In die nun schmaler ausgebildete Stirnfläche der Masseelektrode ist eine Nut eingebracht, die in der Richtung der rotationssymmetrischen Längsachse der Zündkerze verläuft. In diese Nut ist ein Edelmetall-Draht 9 eingebracht und mit der Masseelektrode 4 verschmolzen.

Fig. 6 zeigt lediglich eine Teilansicht einer Mittelelektrode in geschnittener Darstellung. Die Mittelelektrode 1 ist hier im Bereich, in dem sie aus dem Isolator 2 austritt mit einer umlaufenden ringförmigen Nut versehen, in welche wiederum ein ringförmig gebogener Edelmetall-Draht 5, eingelegt ist. Dieser Draht 5 ist ebenfalls angeschmolzen, so daß eine stoffliche Verbindung zwischen Mittelelektrode 1 und Draht 5 hergestellt ist.

Fig. 7 zeigt die Teilansicht eines Zündkerzenkopfes mit einer Elektrode, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt die Teilansicht einer geschnittenen Mittelelektrode. Hierbei ist wiederum wie bereits zu Fig. 6 beschrieben, ein Edelmetall-Draht 5 im Bereich des Austritts der Mittelelektrode 1 aus dem Isolator 2 aufgebracht. Gleichzeitig ist eine Veredelung der Kante von der Stirnfläche der Mittelelektrode zu ihrer zylindrischem Mantelfläche dargestellt. Diese Kante der Mittelelektrode von Stirnfläche zu Umfang ist abgeschrägt, d. h. sie ist angefast. Die Größe des Edelmetall-Drahtes 5 oder eines Edelmetall-Drahtringes ist so dimensioniert, daß der Draht gerade auf der Schräge zu liegen kommt, d. h. der Innendurchmesser des Drahtes wird kleiner sein als der Außendurchmesser der Mittelelektrode und größer als der Durchmesser der Stirnfläche nach dem Abschrägen. Der Draht ist mit der Mittelelektrode 1 verschmolzen. Die Veredelung von zwei Bereichen der Mittelelektrode ergibt sich durch das Ausbilden von zwei Funkenbahnen.

Fig. 9 zeigt eine Ausgestaltung, die der Fig. 8 insofern ähnlich ist, als daß auch hier zwei Bereiche der Mittelelektrode veredelt werden sollen. Im Unterschied zu Fig. 8 wird hier jedoch eine Nut sehr dicht an der Stirnfläche der Mittelelektrode eingebracht und anschließend wiederum ein Draht in diese Nut eingelegt, der dann angeschmolzen wird. Die Kante der Mittelelektrode an der Stirnfläche ist jedoch mit keiner Fase versehen.

Die Fig. 10, 11, 12 und 13 zeigen den Einbau von Mittelelektroden wie sie zu Fig. 8 und 9 beschrieben sind im Zusammenspiel mit unterschiedlich Masseelektroden. So zeigt Fig. 10 zwei rechtwinklig abgebogene Masseelektroden. Fig. 11 zeigt eine Möglichkeit, das Zündkerzengehäuse 3 so zu gestalten, daß es gleichzeitig mindestens eine Masseelektrode 4 bildet. Zur Verdeutlichung ist in den Fig. 11a und 11b, jeweils eine Draufsicht auf einen solchen Zündkerzenkopf gezeigt. Bei der Gestaltung des Zündkerzengehäuses als Masseelektrode sind verschiedene Varianten möglich. Die Fig. 13 zeigt einen Zündkerzenkopf mit schräg angestellten Masseelektroden.

Claims

1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Metallrohr, in welchem eine stiftförmige Mittelelektrode, die von einem röhrenförmigen Isolator umgeben ist, zentral angeordnet ist und wobei am zylindrischen Metallrohr mindestens eine Masseelektrode befestigt ist, die zur Mittelelektrode hin abgebogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Flächen der Mittelelektrode (1) und der Masseelektrode (4) im Bereich des Zündfunkenaustritts und/oder Zündfunkeneintritts eine Edelmetall-Schicht (5, 7) stoffschlüssig mit der Mittel- bzw. Masseelektrode verbunden ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stirnfläche der Mittelelektrode (1) ein Edelmetall- Draht (5) welcher der äußeren Querschnittsform der Mittelelektrode nachgebildet ist, aufgelegt und mit der Stirnseite der Mittelelektrode stoffschlüssig verbunden ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Mittelelektrode umlaufend eine ringförmige Nut aufweist und eine darin eingelegter Edelmetall-Draht mit der Mittelelektrode stoffschlüssig verbunden ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der umlaufenden Nut eingebrachte Edelmetall-Draht bündig mit der Oberfläche der Mittelelektrode (1) abschließt.

5. Zündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Stirnfläche der Masseelektrode (4) aufgebrachtes Edelmetall-Plättchen die Querschnittsform der Stirnfläche der Masseelektrode aufweist.

6. Zündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gebogenes Edelmetall-Plättchen (7) die Kante des Endabschnitts der Massenelektrode (4), die dem Isolator (2) und/oder der Mittelelektrode (1) nächstliegende Kante abdeckt.

7. Zündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt der Masseelektrode in Richtung Stirnfläche der Masseelektrode verjüngt ist und auf Spitze der konisch verlaufenden Masseelektrode ein Edelmetall-Draht aufgebracht ist.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der konisch verlaufenden Masseelektrode eine Nut aufweist, in welcher der Edelmetall-Draht eingelegt ist.

9. Zündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Endabschnitt der Mittelelektrode (1) ein Edelmetall-Draht, der der äußeren Querschnittsform eines Schnittes entlang der rotationssymmetrischen Längsachse der Mittelelektrode nachgeformt ist, aufgebracht und mit der Mittelelektrode stoffschlüssig verbunden ist.

10. Zündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetall-Schicht an die Mittel- bzw. Masseelektrode angeschweißt ist.