DE69922366T2

DE69922366T2 - Isolatorschicht für Zündkerze

Info

Publication number: DE69922366T2
Application number: DE69922366T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Kevin MILLER
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: WO1999056362A1; US6170458B1; JP2000027653A; JP3607526B2; KR100649282B1; DE69922366D1; US6227164B1; KR20010072578A; EP1074077B1; EP1074077A1

Description

HINTERGRUND
Im Allgemeinen umfasst eine Zündkerze einen Außenmantel und einen isolierenden Kern. Bei einem Zündende der Zündkerze erstreckt sich eine Zündelektrode vom isolierenden Kern und eine Massenelektrode erstreckt sich von dem Außenmantel. Die zwei Elektroden definieren zwischen ihnen einen Elektrodenabstand. In einem Verbrennungsmotor wird ein Funke, der in dem Abstand gebildet wurde, verwendet, um eine Mischung aus Treibstoff und Luft zu entzünden.
In herkömmlichen Zwei- und Vier-Takt-Verbrennungsmotoren wird ein verbrennbarer Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzer oder Vergaser mit Luft in dem Einlass gemischt. Wenn sich das Einlassventil oder die -Leitung öffnet, wird ein Kraftstoffdampf, der aus Kraftstoff und Luft besteht, mittels Unterdruck in den Verbrennungsraum gezogen, wo er sich überall in der Kammer ausbreitet. Ein Funke bei der Zündkerze entzündet den Kraftstoffdampf, was eine rasche Expansion des Kammerinhalts und eine entsprechende Verschiebung eines Kolbens verursacht.
Eine gegenwärtige Modifikation zu dem herkömmlichen Verbrennungsmotor ist der Benzin-Direkteinspritzmotor (GDI). Ein kennzeichnendes Merkmal des GDI-Motors ist das Einspritzen von Kraftstoff als eine Flüssigkeit. Ein zweites kennzeichnendes Merkmal ist die Einleitung von Kraftstoff und Luft in die Verbrennungsraum durch getrennte Leitungen. Auf diese Weise wird, eher als Einspritzen eines Kraftstoffdampfes, der aus Kraftstoff und Luft besteht, der verbrennbare Kraftstoff unter Druck als eine Flüssigkeit durch eine Einlassleitung eingespritzt und Luft wird durch eine Lufteinlassleitung eingeleitet, wobei sich beide in den Verbrennungsraum öffnen.
Der Kraftstoff wird als Flüssigkeit direkt in die Richtung der Zündkerze gesprüht. Der Spray breitet sich von der Kraftstoffeinlassleitung in der Form eines Kegels (d.h., eines Spraykegels) aus, wobei die zentrale Longitudinalachse des Spraykegels bei dem Zündkerzenabstand vorgesehen ist. Ein kleiner Prozentsatz des Kraftstoffes verdampft und mischt sich mit der Luft, die in die Kammer durch die Lufteinlassleitung eingespritzt wird. Obwohl der eingespritzte Kraftstoff beginnen wird zu verdampfen und mit der eingespritzten Luft eine verbrennbare Kraftstoff-Luft-Mischung zu bilden, die die Kammer eventuell füllen würde, wird sich so eine verbrennbare Mischung anfangs beim Spraykegel des eingespritzten Kraftstoffes bilden und indem die zentrale Longitudinalachse des Spraykegels direkt bei dem Zündkerzenabstand vorgesehen ist, entzündet ein Funke den Kraftstoff während der kurzen Dauer, in welcher der Kraftstoff den Zündkerzenabstand umgibt, eher als zu einer späteren Dauer, bei welcher der Kraftstoff sich feinstverteilt haben würde, um die gesamte Kammer zu füllen, wird weniger verbrennbarer Kraftstoff gebraucht, um eine passende Verschiebung des Kolbens zu bilden und wobei verringerte Kraftstoffverwendung auch in einer Reduzierung von verschmutzenden Emissionen resultiert.
In GDI-Motoren wird der Kraftstoff in den Verbrennungsraum zu verschiedenen Phasen im Verdichtungshub, abhängig von der Geschwindigkeit, eingespritzt. Bei geringen Geschwindigkeiten wird der Kraftstoff spät im Kolbenhub eingespritzt, während bei hohen Geschwindigkeiten der Kraftstoff früh im Kolbenhub eingespritzt wird. Bei geringen Geschwindigkeiten breitet sich aufgrund der hohen Verdichtung im Raum, die von der späten Phase des Verdichtungshubes herrührt, der Kegel von Kraftstoff, der zum Abstand gesprüht wurde, nicht rasch in der gesamten Kammer aus. Stattdessen ist das Flussmuster des Spraykegels nicht wesentlich verändert, wenn es sich auf den Abstand zubewegt. Bei hohen Geschwindigkeiten wird der Kraftstoff eingespritzt, wenn es wenig Verdichtung und verschiedene Flussmuster in der Kammer gibt. Diese Unterschiede bewirken, dass sich der Kraftstoff in der gesamten Kammer mischt.
In Zweitakt-GDI-Motoren wird der Kraftstoff während jedes Zylinderverdichtungshubes eingespritzt, während in Viertakt-GDI-Motoren der Kraftstoff während abwechselnden Zylinderverdichtungshüben eingespritzt wird.
Obwohl ein Direkt-Einspritz(DI)-Motor betrieben werden kann, indem wie oben beschrieben wurde, Benzin verwendet wird, können andere verbrennbare Kraftstoffe, wie Alkohol, verwendet werden. Darüber hinaus, während der verbrennbare Kraftstoff in den Verbrennungsraum in der Form eines Spraykegels von Kraftstoff eingespritzt werden kann, kann er auch als ein Strom aus Kraftstoff oder in anderen Variationen oder Formen eingespritzt werden.
Patentbeschreibung DE-A-19627524 beschreibt einen Direkt-Einspritz-Motor und Zündkerzenkonstruktion dafür, welcher vom verallgemeinerten vorherstehend beschriebenen Ansatz abweicht, indem er sich einem spezifischen Problem zuwendet, das sich vom Richten des eingespritzten Kraftstoffs beim Zündkerzenabstand unter den verschiedenen Motorbetriebskonditionen ergibt. Die Beschreibung schlägt vor, dass obwohl die Kerze sich in Richtung des eingespritzten Kraftstoffs erstreckt, die Kerze mit einem Abschirmelement konstruiert ist, das sich in den Verbrennungsraum erstreckt, wobei der Elektrodenabstand definiert abgeschirmt vom direkten Auftreffen des eingespritzten Kraftstoffs ist und wobei er eine verdampfte Kraftstoff-Luft-Mischung indirekt erhält, wenn sie sich durch den Verbrennungsraum ausbreitet.
Patentbeschreibung EP-A-0831213 beschreibt einen Direkt-Einspritz-Motor, wobei Kraftstoff in einen Verbrennungsraum getrennt von Luft in einem kegelförmigen Spraymuster eingespritzt wird. Eine Zündkerze, aufweisend den gewöhnlichen Metallkörper und Massenelektrode, die sich davon erstreckt, einen zentralen Isolatorkern und eine zentrale Elektrode, die von der Kernnase hervorragt, um mit der Massenelektrode einen Elektrodenabstand zu definieren, ist mit den obigen Komponenten angeordnet, wobei sie sich in den Verbrennungsraum erstreckt, um Kraftstoff-Luft-Dampf beim Elektrodenabstand zu erhalten. Die Beschreibung führt aus, dass das Richten des eingespritzten Kraftstoffs, um auf den Elektroden beim Elektrodenabstand aufzutreffen, Probleme in oben ausgeführten verschiedenen Motorbetriebszuständen verursacht, indem die Elektroden dort mit ständigem Bilden von Niederschlägen benetzt werden und Zündungsverhinderung. Die Beschreibung schlägt eine Zündkerzenkonstruktion vor, wobei die vorstehend erwähnten Elektroden, die sich in den Verbrennungsraum erstrecken, durch eine buchsenartige Abschirmung umgeben sind, um direkten Auftreffen von eingespritztem flüssigen Kraftstoffspray auf den Zündkerzenelektroden zu verhindern, während der verdampften Kraftstoff-Luft-Mischung erlaubt wird, in der Art des Endes der buchsenartigen Abdeckung zum Elektrodenabstand zur Kerzenentzündung indirekt zu gelangen.
Die Patentbeschreibung US-A-2878299 beschreibt ebenfalls eine Zündkerze für Direkt-Einspritz-Motoren, wobei ein verlängertes Abschirmelement bereitgestellt ist, um sich in den Spray von direkt eingespritztem Kraftstoff zu erstrecken und davon direktes Auftreffen auf den Elektroden bei dem Elektrodenabstand zu verhindern, ein so genannter Abstands-Schützer.
Das Übereinstimmen dieser vorigen Veröffentlichungen ist, dass obwohl im Prinzip die Entzündung einer kraftstoffreichen Mischung, wie es in der Nähe von direkt eingespritztem Kraftstoff auftritt, gewünscht ist, ist es nicht ein Richten des eingespritzten Kraftstoffs, um auf der Zündkerze beim Elektrodenabstand aufzuprallen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegenden Erfinder vertreten eine unterschiedliche Ansicht von Kerzenverschmutzung und ihrer Verminderung in Direkt-Einspritz-Verbrennungsmotoren und in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ein Direkt-Einspritz-Verbrennungsmotor, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 ausgeführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze in der Kerzeneinsatzöffnung mit Bezug auf die Kraftstoffeinlassleitung angeordnet ist, die mit dem Elektrodenabstand angeordnet ist, um den eingespritzten Kraftstoff, der zum Elektrodenabstand gerichtet ist, aufzunehmen, und wobei die Abschirmung sich in die Kammer erstreckt und kurz vor dem Elektrodenabstand endet, um einen Kraftstofffluss von der Einlassleitung zur Zündkerze zu erlauben und den Kraftstofffluss von der Einlassleitung zur Isolatorkernnase zu reduzieren.
Ausführungsformen können eine oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Beispielsweise kann die Abschirmung permanent, semi-permanent oder schraub- bzw. einlegbar zu einer Fläche der Kammer angebracht sein. Die Abschirmung kann schraub- bzw. einlegbar vom Äußeren der Kammer eingeführt werden, so wie durch einen gewindeten Kanal, der durch eine Wand der Kammer führt. Die Abschirmung kann auch zu der Zündkerze befestigt sein und kann in der Form eines dünnen Stabs oder eines Saumes sein, der teilweise oder vollständig den Umfang des Isolatornasenkerns umschließt. In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist eine Zündkerze, die zum Einführen in einen Verbrennungsraum in einem Durchflussweg des in die Kammer eingespritzten Kraftstoffes angepasst ist, wie in Oberbegriff von Anspruch 11 ausgeführt, und ist durch die Schutzabschirmung charakterisiert, die in einer Position kurz vor der Zündkerze aufhört, um bei Verwendung eine Abschirmung von einem Teil der Isolatorkernnase und Aussetzung der Zündkerze zum Kraftstoffflussweg zu bewirken.
Jedoch ist die Abschirmung errichtet, um den Kraftstofffluss von der Kraftstoffeinlassleitung zur Zündkerzenisolatorkernnase zu reduzieren, wobei die Abschirmung den Isolator vor Verschmutzung schützt, welche aus einer Entwicklung von Ablagerungen aufgebaut ist, die das Kerzenleben beeinflussen. Die Abschirmung kann aus einem Metall hergestellt sein, wie Nickel oder eine Nickellegierung oder keramisches Material mit thermischen Eigenschaften, die passend zur Platzierung in den Kopf eines Verbrennungsraums sind. Deshalb erstreckt sich die Abschirmung in den verschiedenen Ausführungsarten von der Oberfläche eine ausreichende Länge, um die Isolatorkernnase zu schützen, aber keine Überlänge, um so den Kraftstoff vom Erreichen eines Elektrodenabstands zwischen der Zündelektrode und der Massenelektrode zu hindern.
Insofern, als die Zündkerze beabsichtigt angeordnet ist, dass sie direkt zur Zündkerze eingespritzter Kraftstoff erreicht, funktionieren herkömmliche Zündkerzen optimal in DI-Motoren, wenn die Kerze ausgerichtet ist, so dass die Massenelektrode den Weg des Kraftstoffflusses von der Kraftstoffeinspritzleitung zum Abstand nicht behindert.
Ein zusätzlicher Aspekt der Erfindungsmerkmale ist, dass die Massenelektrode ausgelegt ist, Behinderung des Kraftstoffflusses zu minimieren, wenn die Massenelektrode zwischen der Kraftstoffeinlassleitung und der Zündelektrode ausgerichtet ist, indem die Massenelektrode mit einer runden Form oder einer Form, die einer Tragfläche (oder einem Tragflügel) ähnelt. So eine Form ermöglicht die Fähigkeit des Bildens von einem Dampfteil, beim eingespritzten Kraftstoff, um rund um die Massenelektrode zu fließen, um die Zündkerze zu erreichen, wenn die Massenelektrode vor dem Einspritzteil ausgerichtet ist und liefert ein günstiges und effektives Mittel zum Verringern des Aufprallens zur Kerzenausrichtung bei Motorbetrieb. Die Massenelektrode weist eine rechteckige Zündfläche auf, um die Zündleistung und die Fähigkeit, um ein Edelmetall an der Zündfläche anzubringen, zu verbessern. Ein Edelmetall kann zur Zündfläche angepasst sein, um die Abstandslebensdauer zu verlängern und die Zündkerzenleistung zu verbessern.
Die Erfindung liefert auch eine Technik zum Verbessern der Motorleistung, und wobei in Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16 charakterisiert ist, indem Kraftstoff von der Kraftstoffeinlassleitung zu dem Elektrodenabstand von der Kerze gerichtet und die Abschirmung zwischen der Kraftstoffeinlassleitung und der Isolatorkernnase positioniert wird, so dass die Abschirmung die Zündkerze zum direkten Fluss von eingespritztem Kraftstoff aussetzt und den Fluss von Kraftstoff zur Isolatorkernnase reduziert. Positionieren der Abschirmung zwischen der Einspritzleitung und der Isolatorkernnase einer Zündkerze schützt den Isolator vor Verschmutzung, welche eine Entwicklung von Ablagerungen ist, die die Zündkerze und das Kerzenleben beeinflussen. Die Abschirmung kann zu dem Zylinderkopf angepasst oder kann eine Komponente der Zündkerze sein.
Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung, die Zeichnungen beinhaltet, und aus den Ansprüchen offensichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Seitenansicht von einer Zündkerze, die eine gerundete Massenelektrode aufweist.
1B ist eine Untersicht der Zündkerze von 1A.
2A–2C sind perspektivische Darstellungen von einem rechteckigen, runden bzw. Tragflächen-förmigen Stab.
3 ist eine Seitenansicht einer Presse zur Formungsverwendung einer Zündfläche einer Massenelektrode.
4A und 4B sind Schnittperspektiven des Bodens von Zündkerzen, die rechtwinkelige bzw. runde Massenelektroden haben, die den Kraftstofffluss von einer Einspritzleitung zeigen.
5A ist eine Seitenansicht der Zündkerze von 1A, die im Kopf eines DI-Verbrennungsmotors befestigt ist.
5B ist eine Seitenansicht der Zündkerze von 1A, die im Kopf eines DI-Verbrennungsmotors befestigt ist und Niederschläge auf der Zündkerze zeigt.
5C ist eine Seitenansicht von einer Zündkerze mit einer kurzen Isolatorkernnase, die im Kopf eines DI-Motors befestigt ist.
5D ist eine Seitenansicht einer Zündkerze und einer Schutzabschirmung, die in einem DI-Motor befestigt ist.
5E ist eine Seitenansicht einer Zündkerze und Schutzabschirmung, die im Kopf eines DI-Motors befestigt ist, die eine optimale Ausrichtung der Zündkerze zeigt.
5F ist eine Seitenansicht der Zündkerze und Schutzabschirmung von 5E, die im Kopf von einem DI-Motor befestigt ist, die eine nicht-optimale Ausrichtung der Zündkerze zeigt.
6A ist eine perspektivische Darstellung von einer Zündkerze, die eine Schutzabschirmung aufweist.
6B ist eine Untersicht der Zündkerze von 6A.
6C ist eine Vorderansicht der Elektroden und Abschirmung der Zündkerze von 6A.
7 ist eine perspektivische Darstellung der Zündkerze von 6A, die im Kopf von einem DI-Verbrennungsmotor befestigt ist.
BESCHREIBUNG
Bezüglich den 1A, 1B und 2A–2C, beinhaltet eine Zündkerze 100 einen Außenmantel 105 und einen Isolatorkern 110. Der Isolatorkern 110 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung 115 innerhalb des Außenmantels 105. Der Isolatorkern 110 beinhaltet eine Zündelektrode 120 an einem Zündende 125 und ein Polende 130 am gegenüberliegenden Ende der Zündkerze 100. Die Zündelektrode 120 erstreckt sich aus einer Isolatorkernnase 133, welche sich aus dem Außenmantel 105 erstreckt. Der Außenmantel 105 beinhaltet eine Massenelektrode 135, die sich von dem Außenmantel 105 erstreckt und benachbart der Zündelektrode 120 endet. Ein Elektrodenabstand 137 ist zwischen der Zündelektrode 120 und der Massenelektrode 135 definiert. Die Massenelektrode 135 ist in der Form einer L-förmigen Nadel. Beispielsweise kann die Massenelektrode 135 aus einem Metallstab 200 geformt sein, der zum Außenmantel 105 geschweißt und dann in eine L-Form gebogen wird. Der Außenmantel 105 kann auch eine gewindete Länge 140 beinhalten.
Wie in den 2A–2C dargestellt, kann der Metallstab 200 ein Querschnittsprofil aufweisen, das rechteckig (2A), rund (2B) oder das einer Tragfläche (2C) ähnlich ist. Der Metallstab 200 kann beispielsweise aus Nickel sein. Im Allgemeinen hat ein leitendes Ende 145 von Massenelektrode 135 einen rechteckigen Querschnitt, um die Zündqualität zu erhöhen. Wenn die Massenelektrode 135 aus einem runden oder Tragflächen -förmigen Metallstab gebildet wird, kann der Teil des Stabes bei dem leitenden Ende 145 abgeflacht werden, nachdem er zum Außenmantel 105 geschweißt und gebogen wurde. Bezüglich 3 kann der Außenmantel 105 beispielsweise in eine Presse platziert werden, wobei das leitende Ende 145 zwischen oberem Dorn 300 und unterem Dorn 305 angebracht wird. Das leitende Ende 145 kann dann beispielsweise zu Abmessungen von 0,045 Zoll (0,1134 cm) dick und 0,105 Zoll (0,2646 cm) weit abgeflacht werden. Der rechteckige Querschnitt und diese Oberfläche erleichtern die Anwendung eines Edelmetallkontakts zu dem leitenden Ende 145. Solch ein Edelmetall kann die Zündkerzenlebensdauer verbessern. Eine verbleibende Länge 150 der Massenelektrode 135 wird in der Presse nicht abgeflacht und erhält ihr ursprüngliches Rund- oder Tragflächen-förmiges Profil. In Zündkerze 100, ist die Longitudinalachse von Länge 150 im Wesentlichen parallel zur Longitudinalachse der Isolatorkernnase 133. Jedoch kann die Länge 150 mit der Longitudinalachse von Länge 150 ausgestattet sein, die im wesentlichen nicht parallel ist.
Bezüglich 4A ist die Zündkerze 100 in einen Verbrennungsraum (nicht dargestellt) eines DI-Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) eingebaut. Verbrennbarer Kraftstoff, in der Form eines flüssigen Spraykegels 400, wird von einem Einspritzer 405 in die Richtung der Zündkerze 137 eingespritzt. Die Länge 150 der Massenelektrode weist eine rechteckige Form auf. Das rechteckige Profil der Länge 150 behindert beide, die Flüssigkeit und den Dampf im Spraykegel 400, vom direkten Fluss zu der Zündkerze 137.
Bezüglich 4B, ist die Zündkerze 100 in einem Verbrennungsraum (nicht dargestellt) von einem DI-Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) eingebaut. Der Spraykegel 400 vom Einspritzer 405 wird in die Richtung der Zündelektrode 120 eingespritzt. Die Länge 150 der Massenelektrode weist eine runde Form auf. Das runde Profil der Länge 150 behindert die Flüssigkeit, aber nicht den Dampf, im Spraykegel 400 vom direkten Fließen zu dem die Zündkerze 137 umgebenden Bereich.
Bezüglich 5A, ist die Zündkerze 100 schraub- bzw. einlegbar in einem Kopf 500 eines Verbrennungsraums 505 eines DI-Verbrennungsmotors eingebaut. Eine Kraftstoffeinlassleitung 510 öffnet sich in die Kammer 505. Ein Einspritzer 405 spritzt einen Spraykegel 400 von Kraftstoff in die Richtung von Abstand 137 ein. Ein Teil des Spraykegels 400 kontaktiert die Isolatorkernnase.
Bezüglich 5B, beinhaltet eine Zündkerze 100 eine lange Isolatorkernnase 133, eine Massenelektrode 135, eine Zündelektrode 120 und eine Zündkerze 137. Einspritzer 405 richtet Spraykegel 400 in die Richtung von Abstand 137. Eine Longitudinalachse 515 von Spraykegel 400 ist zu dem Abstand 137 gerichtet, um die Motorleistung zu verbessern. Da Spraykegel 400 die lange Isolatorkernnase 133 über eine ausgedehnte Dauer berührt, entwickelt sich eine Ablagerung 520 auf der Oberfläche der langen Isolatorkernnase 133, welcher zur Verschmutzung der Kerze 100 und verringerter Leistung führen kann.
Bezüglich 5C, beinhaltet eine Zündkerze 525 eine kurze Isolatorkernnase 530, eine Massenelektrode 135, eine Zündelektrode 120 und einen Elektrodenabstand 137. Um ein Entwickeln von Ablagerung auf der Isolatorkernnase 530 zu verhindern, sprüht ein Einspritzer 405 einen Spraykegel 400, so dass nur ein Randteil 535 des Spraykegels 400 zum Elektrodenabstand 137 gerichtet ist. Der Rest des Spraykegels 400 ist nicht zum Elektrodenabstand 137 oder zur Zündkerze 525 gerichtet. Obwohl diese Anordnung die Entwicklung von Ablagerungen reduziert, geht die Motorleistung verloren, da der Großteil des Kraftstoffes von Spraykegel 400 nicht in die Nähe des Elektrodenabstands 137 gerichtet ist.
Bezüglich 5D, beinhaltet die Zündkerze 100 eine lange Isolatorkernnase 133, eine Massenelektrode 135, eine Zündelektrode 120 und eine Zündkerze 137. Eine Abschirmung 545 ist benachbart zur langen Isolatorkernnase 133 und endet bei einer Länge, die im Wesentlichen benachbart zu einer Verzweigung 550 der Kernnase 133 und Zündelektrode 120. Die Länge kann variiert länger oder kürzer sein, um die Abschirmleistung zu optimieren. Die Abschirmung 545 kann auch schraub- bzw. einlegbar von der Außenseite des Kopfes durch einen gewindeten Kanal (nicht dargestellt) eingeführt oder pressgepasst in Position gebracht werden.
Der Einspritzer 405 spritzt Spraykegel 400 in die Richtung von Abstand 137 ein. Die Longitudinalachse 515 des Spraykegels 400 sollte das Zentrum des Spraykegels definieren und sollte vom Einspritzer 405 zum Abstand 137 führen, um die Motorleistung zu verbessern. Ein Teil 555 des Spraykegels 400 ist durch Abschirmung 545 vom Kontaktieren der langen Isolatorkernnase 133 behindert. Als ein Ergebnis gibt es eine Verringerung der Niederschläge, die auf der langen Isolatorkernnase 133 angehäuft sein können. Wie jedoch vorstehend erklärt, da der Großteil des Spraykegels 400 den Elektrodenabstand 137 erreicht, erleidet die Motorleistung bei Verwendung der Abschirmung 545 keinen Verlust, um eine Entwicklung von Ablagerungen auf der Isolatorkernnase 133 zu verhindern.
Die 5D zeigt auch die optimale Ausrichtung der Zündkerze 100. Wenn sie, wie in 5D gezeigt, ausgerichtet ist, behindert die Massenelektrode 135 nicht den Fluss des Spraykegels 400 vom Kraftstoffeinspritzer zum Abstand 137. Jedoch kann diese optimale Ausrichtung im Allgemeinen nicht garantiert werden, ohne dass teuere Indizierungsverfahren oder andere Techniken verwendet werden.
Bezüglich 5E ist die Zündkerze 100 schraub- bzw. einlegbar im Kopf 500 von Verbrennungsraum 505 eines DI-Verbrennungsmotors eingebaut. Die Kraftstoffeinlassleitung 510 öffnet in die Kammer 505. Der Einspritzer 405 spritzt Spraykegel 400 in die Richtung von Elektrodenabstand 137. Die Kammer 505 beinhaltet die Abschirmung 545, die an Kopf 500 angebracht ist. Die Abschirmung behindert den Fluss von Spraykegel 400 zur Isolatorkernnase 133 und reduziert dabei den Betrag von Kraftstoff, der die Kernnase 133 berührt, um damit die Bildung von Niederschlägen auszuschalten oder zu reduzieren. Die Abschirmung 545 ist aus einem Metall oder keramischem Metall mit thermischen Eigenschaften hergestellt, die passend für die Anordnung in dem Verbrennungsraum sind. Beispielsweise kann Abschirmung 545 aus Nickel oder einer Nickelverbindung hergestellt sein. Die Abschirmung 545 kann ständig oder schraub- bzw. einlegbar zu dem Kopf 500 befestigt sein. Zusätzlich kann Abschirmung 545 schraub- bzw. einlegbar in Position vom Äußeren des Kopfes, durch einen gewindeten Kanal eingeführt werden oder kann pressgepasst in Position gebracht werden. 5E zeigt auch eine optimale Ausrichtung der Zündkerze 100 mit Bezug zu dem Einspritzen des Spraykegels 400 von dem Kraftstoffeinspritzer 405. Die Ausrichtung ist optimal, wenn sich die Zündelektrode 120 auf einem Abschnitt zwischen Massenelektrode 135 und Einspritzer 405 befindet.
5F stellt eine nicht-optimale Positionierung der Zündkerze 100 mit der Massenelektrode 135 dar, die den Fluss des Spraykegels 400 vom der Einlassleitung 510 zur Zündelektrode behindert. Wie vorherstehend beschrieben, verringert eine runde oder Tragflächen-förmige Massenelektrode 135 das Behindern von dem Kraftstofffluss, der durch nicht-optimale Ausrichtung der Massenelektrode relativ zu der Kraftstoffeinlassrichtung 510 verursacht wird.
Bezüglich der 6A–6C beinhaltet eine Zündkerze 600, einen Außenmantel 605 und einen Isolatorkern 610. Der Außenmantel 605 beinhaltet eine Schutzabschirmung 615 und eine Massenelektrode 620. Die Schutzabschirmung 615 kann ein Metallstab sein, der zu dem Außenmantel befestigt ist. Der Durchmesser der Schutzabschirmung 615 kann ähnlich dem Durchmesser der Massenelektrode 620 sein. In anderen Ausführungsarten, kann die Schutzabschirmung 615 teilweise den Umfang einer Isolatorkernnase 625 umlaufen. Beispielsweise kann die Abschirmung einen Bogen von 180° umschließen oder kann ein Rand sein, der den gesamten Umfang der Isolatorkernnase 625 umschließt. Die Abschirmung 615 ist ausgeformt, sich von dem Außenmantel 605 zu einem Abstand zu erstrecken, der ausreichend ist, einen Spraykegel von Kraftstoff vom Kontaktieren einer Isolatorkernnase 625 zu hindern (oder den Betrag derartigen Kraftstoffs), ohne mit dem Fluss des Dampfes des Spraykegels des Kraftstoffs zu dem Elektrodenabstand der Zündkerze zu wechselwirken. Wie vorherstehend beschrieben, kann Kraftstoff, der die Isolatorkernnase berührt, in Niederschlägen resultieren, die Verschmutzung der Zündkerze hervorrufen.
Die Massenelektrode 620 erstreckt sich von dem Außenmantel 605 und endet benachbart zu einer Zündelektrode 630. Ein Elektrodenabstand 633 ist zwischen Zündelektrode 630 und Massenelektrode 620 definiert. Die Massenelektrode 620 ist in der Form einer L-förmigen Nadel. Wie vorherstehend beschrieben, kann die Massenelektrode 620 aus einem Metallstab 200 geformt sein, der zum Außenmantel 605 geschweißt ist und dann in eine L-Form gebogen wird. Ein leitendes Ende 635 von der Massenelektrode 620 ist flach, um die Zündqualität zu verbessern und eine verbleibende Länge 640 der Massenelektrode 620 ist rund oder hat ein Tragflächen-förmiges Profil. Der Außenmantel 605 kann auch eine gewindete Länge 645 beinhalten.
Der Isolatorkern 610 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung 650 innerhalb des Außenmantels 605. Der Isolatorkern 610 beinhaltet ein Zündende 655 und ein Polende 660 an dem gegenüberliegenden Ende der Zündkerze 600. Die Zündelektrode 630 erstreckt sich aus der Isolatorkernnase 625, die sich aus der Hülle 605 erstreckt.
Bezüglich 7, ist die Zündkerze 600 schraub- bzw. einlegbar in einem Kopf 700 eines Verbrennungsraums 705 eines DI-Verbrennungsmotors befestigt. Eine Kraftstoffeinlassleitung 710 öffnet sich in den Kopf 700. Ein Einspritzer 715 spritzt einen Spraykegel 720 von flüssigem Kraftstoff in die Richtung der Zündelektrode 630 ein. Abschirmung 615 ist ausgeformt, den flüssigen Teil des Spraykegels 720 vom Kontaktieren der Isolatorkernnase 625 zu behindern. Eine Verringerung in der Menge von flüssigem Spraykegel 720, der die Kernnase 625 berührt, verringert Niederschläge, die Zündkerzenverschmutzung verursachen können.
Andere Ausführungsformen sind innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

Direkteinspritzverbrennungsmotor, der einen Verbrennungsraum (505, 705), der eine Zündkerzeneinsatzöffnung und eine Kraftstoffeinlassleitung (510, 710) einschließt, die zum Zuführen von eingespritzten Kraftstoff (400, 720) angeordnet ist, eine Zündkerze (100, 600) die eine Zündelektrode (120, 630), eine Massenelektrode (135, 620) und eine Isolatorkernnase (133, 625) einschließt, wobei die Zündkerze in die Einsatzöffnung eingebaut ist, sodass sich die Massenelektrode und die Isolatorkernnase in den Verbrennungsraum erstrecken, wobei sich die Zündelektrode von der Isolatorkernnase in Richtung zu der Massenelektrode erstreckt und mit ihr einen Elektrodenabstand (137, 633) definiert, und eine Abschirmung (545, 615) enthält, die zwischen der Kraftstoffeinlassleitung und der Zündkerzeneinsatzöffnung positioniert ist, die sich in den Raum erstreckt, um wenigstens einen Teil der Zündkerze, der sich in den Verbrennungsraum erstreckt, vor direktem Aufprall durch den eingespritzten Kraftstoff abzuschirmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze in der Kerzeneinsatzöffnung in Bezug auf die Kraftstoffeinlassleitung angeordnet ist, wobei der Elektrodenabstand angeordnet ist, um den eingespritzten Kraftstoff aufzunehmen, der zu dem Elektrodenabstand gerichtet ist, und sich die Abschirmung, die kurz vor dem Elektrodenabstand endet, in den Raum erstreckt, um Kraftstofffluss von der Einlassleitung zu dem Elektrodenabstand zu erlauben und den Kraftstofffluss von der Einlassleitung zu der Isolatorkernnase zu reduzieren.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (545, 615) an einer Oberfläche des Verbrennungsraums permanent angebracht ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (545, 615) an einer Oberfläche des Raums schraub- bzw. einlegbar angebracht ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gewindeter Kanal zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Verbrennungsraums durch eine Wand des Verbrennungsraums durchläuft, die Abschirmung (545, 615) in den Kanal schraubbar eingeführt ist, und sich eine Länge der Abschirmung aus dem Kanal in das Innere des Verbrennungsraums erstreckt.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schutzabschirmung (545, 615) von der Zündkerze (100, 600) erstreckt.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzabschirmung (545, 615) einen Stab umfasst.
Verbrennungsmotor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (545, 615) ein Metall oder ein Keramikmaterial mit thermischen Eigenschaften umfasst, das zur Platzierung in dem Kopf des Verbrennungsraums geeignet ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (545, 615) Nickel oder eine Nickellegierung umfasst.
Verbrennungsmotor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenelektrode (135, 620) konfiguriert ist, um die Behinderung für einen Kraftstofffluss zu minimieren, wenn die Massenelektrode zwischen der Kraftstoffeinlassleitung (510, 710) und der Zündelektrode (120, 630) ausgerichtet ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 9, bei dem die Massenelektrode (135, 620) eine runde Form oder eine Form aufweist, die einer Trägfläche ähnelt.
Zündkerze (100, 600), die zur Einführung in einen Verbrennungsraum (505, 705) in ein Durchflussweg eines in den Raum eingespritzten Kraftstoff angepasst ist, die einen Außenmantel (105, 605), der eine Bohrung (115, 650) definiert, einen Isolatorkern (110, 610), der in der Bohrung positioniert ist und eine Isolatorkernnase (133, 625) einschließt, die sich von dem Außenmantel erstreckt, eine Zündelektrode (120, 630), die sich von der Isolatorkernnase erstreckt, eine Massenelektrode (135, 620), die sich von dem Außenmantel erstreckt und positioniert ist, um einen Elektrodenabstand (137, 633) mit der Zündelektrode zu definieren, und eine Schutzabschirmung (545, 615) enthält, die sich von dem Außenmantel längsseits der Isolatorkernnase erstreckt, und gekennzeichnet ist durch die Schutzabschirmung, die an einer Position kurz vor dem Elektrodenabstand endet, um bei Gebrauch eine Abschirmung eines Teils der Isolatorkernnase und Aussetzung des Elektrodenabstands zu dem Kraftstoffdurchflussweg zu bewirken.
Zündkerze gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzabschirmung (545, 615) einen Stab umfasst.
Zündkerze gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzabschirmung (545, 615) wenigstens einen Teil des Umfangs der Isolatorkernnase (133, 625) umschließt.
Zündkerze gemäß irgendeinem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenelektrode (135, 620) konfiguriert ist, um die Behinderung für einen Kraftstofffluss zu minimieren, wenn die Massenelektrode zwischen der Zündelektrode (120, 630) und einer Kraftstoffquelle (405, 715) ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenelektrode (135, 620) eine runde Form oder eine Form aufweist, die einer Trägfläche ähnelt.
Verfahren zur Verbesserung einer Motorleistung, das Bereitstellen eines Direkteinspritzverbrennungsmotors, der einen Verbrennungsraum (505, 705) mit einer Lufteinlassleitung, eine Kraftstoffeinlassleitung (510, 710) und eine Zündkerzenöffnung einschließt, Bereitstellen einer Zündkerze (100, 600), die eine Zündelektrode (120, 630), eine Massenelektrode (135, 620), einen Elektrodenabstand (137, 633), der zwischen den Zünd- und Massenelektroden definiert ist, und eine Isolatorkernnase (133, 625) einschließt, und Anordnen der Zündkerze in die Öffnung, wobei sich die Isolatorkernnase in den Verbrennungsraum erstreckt, Einspritzen von Kraftstoff von der Kraftstoffeinlassleitung in den Verbrennungsraum und Richten von ihm (400, 720) in Richtung zu der Zündkerze, und Positionieren einer Abschirmung (545, 615) zwischen die Kraftstoffeinlassleitung und Zundkerzenöffnung umfasst, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Richten von Kraftstoff von der Kraftstoffeinlassleitung zu dem Elektrodenabstand der Kerze und Positionieren der Abschirmung zwischen der Kraftstoffeinlassleitung und der Isolatorkernnase, sodass die Abschirmung den Elektrodenabstand direktem Fluss aus eingespritzten Kraftstoff aussetzt und einen Kraftstofffluss zu der Isolatorkernnase reduziert.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das gekennzeichnet ist durch Positionieren der Abschirmung (545, 615) durch permanentes Befestigen der Abschirmung an eine Oberfläche des Raums (505, 705).
Verfahren gemäß Anspruch 16, das gekennzeichnet ist durch Positionieren der Abschirmung (545, 615) durch schraub- bzw. einlegbares Befestigen der Abschirmung an eine Oberfläche des Raums (505, 705).
Verfahren gemäß Anspruch 16, das gekennzeichnet ist durch Durchlaufen eines gewindeten Kanals zwischen dem Äußeren und Inneren des Verbrennungsraums durch eine Wand des Verbrennungsraums (505, 705) und Positionierens der Abschirmung (545, 615) durch schraubbares Einführen der Abschirmung durch den Kanal derart, dass sich eine Länge der Abschirmung aus dem Kanal in das Innere des Verbrennungsraums erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das gekennzeichnet ist durch Einführen einer Zündkerze (100, 525, 600) in die Zündkerzenöffnung und Sicherns der Abschirmung (545, 615) an der Zündkerze.