EP1508947B1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1508947B1
EP1508947B1 EP04017767A EP04017767A EP1508947B1 EP 1508947 B1 EP1508947 B1 EP 1508947B1 EP 04017767 A EP04017767 A EP 04017767A EP 04017767 A EP04017767 A EP 04017767A EP 1508947 B1 EP1508947 B1 EP 1508947B1
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Werner Niessner
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Beru AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/08—Mounting, fixing or sealing of sparking plugs, e.g. in combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for an internal combustion engine with a spark plug body having a screw thread for screwing the spark plug into the cylinder head of the internal combustion engine, a center electrode and a ground electrode, which is isolated from the center electrode.
  • Such a spark plug is used to generate the spark for the combustion process and is screwed with its screw thread into the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the screwing takes place by means of a wrench which engages a hexagon, which is provided on the spark plug body. It should be noted that the spark plug is tightened to a specified tightening torque.
  • a spark plug according to the preamble of claim 1 is made EP-A-1 039 601 known.
  • the object underlying the invention is therefore to provide a spark plug of the type mentioned, which can be screwed into the cylinder head, that a certain desired position of the ground electrode is ensured.
  • this is achieved while maintaining the current standard design of spark plugs, maintaining the usual assembly of spark plugs by means of a screw thread, with spark plugs that are suitable for the existing cylinder head geometries, using conventional mounting techniques and unaltered high voltage interface in the case of high voltage spark plugs.
  • the spark plug according to the invention is thus a series spark plug with a screw thread in standard geometry, which can be screwed into the cylinder head in such a way that the ground electrode is in a precisely positioned position can be arranged in the combustion chamber. In this case, no changes to the cylinder head, to the connector of the high voltage terminal and during assembly necessary because the spark plug has substantially the same geometry as a standard known series spark plug.
  • FIG. 1 is a conventional spark plug for an internal combustion engine of a metallic spark plug body with hexagon 1, 6 and screw thread 7, a center electrode 3 and a ground electrode 4, and a ceramic insulator 2, the ground electrode 4 and the central electrode 3 against each other electrically insulated.
  • spark plug is formed, that is provided in the manner shown with a sealing and compensating element 5, that they can be rotated when screwing into the cylinder head after reaching the prescribed tightening torque in particular by at least one thread further.
  • the sealing and compensating element 5 is manufactured with such a geometry and / or from such a material and arranged so that when tightening the spark plug to the prescribed tightening torque of, for example 30 Nm, the yield strength of the sealing and compensating element 5 is not exceeded and this thus burdened up to a limit of elasticity.
  • the sealing and compensating element 5 can then be greatly expanded with a small increase in the expenditure of force, so that it is possible to cover a large distance, for example a thread turn, with a small increase in force, that is to say with a small increase in the torque at the spark plug.
  • the sealing and compensating element 5 is in the in Fig. 1 illustrated manner arranged so that it is clamped when tightening the spark plug with the prescribed torque between the abutment collar 6 on the spark plug body and the cylinder head. It is thus located between the abutment collar 6 and the thread 7.
  • the sealing and compensation element 5 is annular with a thickness H formed so that its upper outer surface bears against the abutment collar 6 and its lower outer surface is in contact with the cylinder head.
  • the sealing and compensating element 5 is the in Fig. 1a illustrated manner formed centrally with a groove 8, whose cross-sectional area is chosen so that the load after applying a defined force corresponding to a tightening torque of 30 Nm, for example, exceeds the yield strength and the sealing and compensating element 5 by flowing its material to a small thickness, for example, to a thickness (H-1.25) mm deformed.
  • Fig. 1b shows a preferred embodiment of a device for determining the position of the ground electrode.
  • This device consists for example of a Bihex training 9 on an outer surface of the hexagon 1, the position of the ground electrode 4 can be assigned as it is in Fig. 1b is shown.
  • the hexagon 1 of the spark plug is formed so that the spark plug wrench fits only in a well-defined position on the hexagon 1, whereby a determination of the relative position between the ground electrode 4 and the spark plug key is ensured.
  • the position of the ground electrode 4 can be read by a corresponding mark on the spark plug key.
  • Fig. 2 shows in a side view a second preferred embodiment of the spark plug according to the invention, wherein on the left side of Fig. 2 that is in Fig. 2A the condition is shown that the spark plug after screwing with the prescribed tightening torque, while on the left side, that is in Fig. 2B the state is shown, which the spark plug assumes after further rotation and reaching the desired position of the ground electrode 4.
  • the sealing and compensating element 5 is formed in the form of a ring with a diameter D1 and an inner cone 10 at an angle ⁇ and the abutment collar 6 of the spark plug body is in turn also provided with a corresponding cone with the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is preferably between 5 ° and 45 °.
  • the sealing and balancing element 5 is pressed onto the cone of the spark plug body before the assembly of the candle.
  • the prescribed tightening torque of, for example, 30 Nm is applied to the spark plug, without the sealing and compensating element 5 deforming, as shown in FIG Fig. 2A is shown.
  • the sealing and compensating element 5 is formed with such a geometry and of a material having such a strength that its elastic limit is exceeded after the application of a defined force which corresponds to the prescribed tightening torque and the sealing and compensating element 5 after exceeding its yield strength flows like it does in Fig. 2B is shown.
  • Attaching a standard spark plug outer sealing ring is possible and may contribute to improving the tightness between cylinder head threads and spark plug bodies.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, der ein Einschraubgewinde zum Einschrauben der Zündkerze in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist, einer Mittelektrode und einer Masseelektrode, die gegenüber der Mittelektrode isoliert ist.
  • Eine derartige Zündkerze dient zum Erzeugen des Zündfunkens für den Verbrennungsvorgang und wird mit ihrem Einschraubgewinde in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geschraubt.
  • Das Einschrauben erfolgt mittels eines Schraubenschlüssels, der an einem Sechskant angreift, der am Zündkerzenkörper vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, dass die Zündkerze bis zu einem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment angezogen wird.
  • Bei üblichen Zündkerzen mit dem oben beschriebenen Aufbau besteht allerdings das Problem, dass im voll eingeschraubten Zustand, das heißt bei Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes die Position der Masseelektrode nicht genau bestimmt ist, da sich immer unterschiedliche Einbaupositionen ergeben und die Zündkerze nicht genau in der gewünschten Lage eingeschraubt werden kann. Da sich die Lage der Masseelektrode auf die Qualität des Verbrennungsvorganges auswirkt, ist die Position der Masseelektrode insbesondere bei BDE Motoren, das heißt bei strahlgeführten Motoren von besonderer Bedeutung.
  • Eine Zündkerze, gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP-A-1 039 601 bekannt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die so in den Zylinderkopf eingeschraubt werden kann, dass eine bestimmte gewünschte Position der Masseelektrode sichergestellt ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze ist dafür gesorgt, dass eine Drehung auch über das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment hinaus möglich ist, so dass über diese zusätzliche Drehung die Mittelelektrode genau in die gewünschte Position gebracht werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird das unter Beibehaltung der derzeitig üblichen Auslegung von Zündkerzen, der Beibehaltung der üblichen Montage von Zündkerzen mittels eines Einschraubgewindes, bei Zündkerzen, die zu den vorhandenen Zylinderkopfgeometrien passend sind, unter Verwendung üblicher Montagetechniken und bei unveränderter Hochspannungsschnittstelle im Fall von Hochspannungszündkerzen erreicht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze handelt es sich somit um eine Serienzündkerze mit Einschraubgewinde in Normgeometrie, die so in den Zylinderkopf geschraubt werden kann, dass die Masseelektrode in einer genau positionierten Lage im Verbrennungsraum angeordnet werden kann. Dabei sind keine Änderungen am Zylinderkopf, an der Steckverbindung des Hochspannungsanschlusses sowie bei der Montage notwendig, da die Zündkerze im Wesentlichen die gleiche Geometrie wie eine genormte bekannte Serienzündkerze hat.
  • Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
  • Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze,
    • Fig. 1a eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Bereiches zwischen dem Anlagebund und dem Einschraubgewinde bei der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze,
    • Fig. 1b eine Draufsicht auf den Sechskant der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze und
    • Fig. 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei Fig. 2A den Zustand bei Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes und Fig. 2B den Zustand nach Erreichen der gewünschten Position der Masseelektrode zeigen.
  • Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht eine übliche Zündkerze für eine Brennkraftmaschine aus einem metallischen Zündkerzenkörper mit Sechskant 1, Anlagebund 6 und Schraubgewinde 7, einer Mittelelektrode 3 und einer Masseelektrode 4, sowie einem keramischen Isolator 2, der die Masseelektrode 4 und die Mittelektrode 3 gegeneinander elektrisch isoliert.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze ist so ausgebildet, das heißt in der dargestellten Weise mit einem Dichtund Ausgleichselement 5 versehen, dass sie beim Einschrauben in den Zylinderkopf nach Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes insbesondere um mindestens einen Gewindegang weiter gedreht werden kann.
  • Dazu ist das Dicht- und Ausgleichselement 5 mit einer derartigen Geometrie und/oder aus einem derartigen Werkstoff gefertigt und so angeordnet, dass beim Anziehen der Zündkerze bis zum vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment von beispielsweise 30 Nm die Streckgrenze des Dicht- und Ausgleichselementes 5 nicht überschritten wird und dieses somit bis zu einer Elastizitätsgrenze belastet wird.
  • Wenn die Zündkerze anschließend weiter gedreht wird, wird die Streckgrenze des Dicht- und Ausgleichselementes 5 überschritten und beginnt der Werkstoff des Dicht- und Ausgleichselementes zu fließen. Durch den Spannungsabfall kann dann mit einer geringen Zunahme des Kraftaufwands das Dichtund Ausgleichselement 5 stark gedehnt werden, so dass es möglich ist, mit einer geringen Kraftaufwandszunahme, das heißt mit einer kleinen Erhöhung des Drehmoments an der Zündkerze eine große Wegstrecke, beispielsweise eine Gewindeumdrehung zurückzulegen.
  • Durch diese Ausbildung ist ein Weiterdrehen der Zündkerze nach Erreichen des vorgeschriebenen Anzugsdrehmomentes möglich, bis die gewünschte Position der Masseelektrode erreicht ist. Theoretisch ist es möglich, die Zündkerze um eine Gewindeumdrehung weiter zu drehen, ohne das Drehmoment signifikant zu erhöhen.
  • Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel bedeutet das, dass die Zündkerze mit einem Drehmoment von 30 Nm angezogen wird und dass ein Weiterdrehen der Zündkerze um eine Gewindeumdrehung (bei M12 und M14 ist dieses gleich 1,25 mm) mit einem zusätzlichen Kraftaufwand in der Größenordnung von 10 bis 15 Nm möglich ist.
  • Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist dazu in der in Fig. 1 dargestellten Weise so angeordnet, dass es beim Anziehen der Zündkerze mit dem vorgeschriebenen Drehmoment zwischen dem Anlagebund 6 am Zündkerzenkörper und dem Zylinderkopf eingespannt ist. Es befindet sich somit zwischen dem Anlagebund 6 und dem Einschraubgewinde 7.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, das im Einzelnen in Fig. 1a dargestellt ist, ist das Dichtund Ausgleichselement 5 ringförmig mit einer Dicke H so ausgebildet, dass seine obere Außenfläche am Anlagebund 6 anliegt und seine untere Außenfläche in Kontakt mit dem Zylinderkopf steht. Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist der in Fig. 1a dargestellten Weise mittig mit einer Rille 8 ausgebildet, deren Querschnittsfläche so gewählt ist, dass die Belastung nach Anlegen einer definierten Kraft, die einem Anzugsdrehmoment von 30 Nm beispielsweise entspricht, die Streckgrenze überschreitet und sich das Dicht- und Ausgleichselement 5 durch Fließen seines Werkstoffes auf eine geringe Dicke beispielsweise auf eine Dicke (H-1,25) mm verformt.
  • Fig. 1b zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Bestimmung der Position der Masseelektrode. Diese Einrichtung besteht beispielsweise aus einer Bihex-Ausbildung 9 an einer Außenfläche des Sechskantes 1, der die Lage der Masseelektrode 4 so zugeordnet werden kann, wie es in Fig. 1b dargestellt ist.
  • Zum Erkennen der Lage der Masseelektrode ist somit der Sechskant 1 der Zündkerze so ausgebildet, dass der Zündkerzenschraubenschlüssel nur in einer genau definierten Position auf den Sechskant 1 passt, wodurch eine Bestimmung der relativen Lage zwischen der Masseelektrode 4 und dem Zündkerzenschlüssel sichergestellt ist. Beim Einschrauben und Festziehen der Zündkerze kann die Position der Masseelektrode 4 durch eine entsprechende Markierung am Zündkerzenschlüssel abgelesen werden. Nachdem in dieser Weise die Position der Masseelektrode 4 nach dem Anziehen mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment bestimmt worden ist, kann durch ein Weiterdrehen der Zündkerze die Masseelektrode 4 in die gewünschte Position gebracht werden.
  • Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Zündkerze, wobei auf der linken Seite von Fig. 2, das heißt in Fig. 2A der Zustand dargestellt ist, den die Zündkerze nach dem Einschrauben mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment einnimmt, während auf der linken Seite, das heißt in Fig. 2B der Zustand dargestellt ist, den die Zündkerze nach dem Weiterdrehen und Erreichen der gewünschten Position der Masseelektrode 4 einnimmt.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dicht- und Ausgleichselement 5 in Form eines Ringes mit einem Durchmesser D1 und einem Innenkonus 10 mit einem Winkel α ausgebildet und ist der Anlagebund 6 des Zündkerzenkörpers seinerseits ebenfalls mit einem entsprechenden Konus mit dem Winkel α versehen. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 5° und 45°. Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist vor der Kerzenmontage auf den Konus des Zündkerzenkörpers gepresst. Beim Einschrauben der Zündkerze liegt das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment von beispielsweise 30 Nm an der Zündkerze, ohne dass sich das Dicht- und Ausgleichselement 5 verformt, wie es in Fig. 2A dargestellt ist.
  • Das Dicht- und Ausgleichselement 5 ist mit einer derartigen Geometrie und aus einem Werkstoff mit einer derartigen Festigkeit gebildet, dass seine Elastizitätsgrenze nach dem Anliegen einer definierten Kraft, die dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment entspricht, überschritten wird und das Dicht- und Ausgleichselement 5 nach Überschreiten seiner Streckgrenze ins Fließen kommt, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Durch ein Weiterdrehen der Zündkerze mit einem geringen zusätzlichen Kraftaufwand von 10 bis 15 Nm kann dann die gewünschte Positionierung der Masseelektrode 4 erreicht werden.
  • Bei dieser Verformung des Dicht- und Ausgleichselementes 5 vergrößert sich sein Durchmesser auf D2, was bei der geometrischen Auslegung der Zündkerze zu berücksichtigen ist, damit ein Festsitzen in der Zylinderkopfbohrung ausgeschlossen wird.
  • Das Anbringen eines standardmäßigen Zündkerzenaußendichtrings ist möglich und kann zur Verbesserung der Dichtheit zwischen Zylinderkopfgewinde und Zündkerzenkörper beitragen.

Claims (8)

  1. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündkerzenkörper, der ein Einschraubgewinde zum Einschrauben in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist, einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode, die gegenüber der Mittelelektrode elektrisch isoliert ist, einem verformbaren Dicht- und Ausgleichselement (5), das so angeordnet ist, dass es beim Einschrauben des Zündkerzenkörpers mit einem Anzugsdrehmoment belastet wird, wobei das Dicht- und Ausgleichselement (5) mit einer derartigen Geometrie und aus einem derartigen Werkstoff gebildet ist, dass es beim Anliegen eines vorbestimmten Anzugsdrehmomentes bis zu seiner Elastizitätsgrenze belastet ist und bei einem Weiterdrehen der Zündkerze sein Material oberhalb der Streckgrenze zum Fließen kommt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sechskant (1) am Zündkerzenkörper so ausgebildet ist, dass die Masseelektrode (4) beim Aufsetzen des Montagewerkzeuges für die Zündkerze auf den Sechskant (1) eine genaue bestimmte und erkennbare Position zum Montagewerkzeug hat.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, dass sie um wenigstens einen Gewindegang weitergedreht werden kann.
  3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht- und Ausgleichselement (5) beim Einschrauben der Zündkerze zwischen einem Anlagebund (6) am Zündkerzenkörper und dem Zylinderkopf zur Anlage kommt.
  4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Außendichtring am Zündkerzenkörper.
  5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht- und Ausgleichselement (5) ringförmig ausgebildet ist.
  6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenfläche des ringförmigen Dicht- und Ausglelchselementes (5) mittig eine Rille (8) ausgebildet ist.
  7. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dicht- und Ausgleichselement (5) an seiner Innenfläche einen Konus (10) aufweist, mit dem es auf eine entsprechend konisch ausgebildete Außenfläche des Zündkerzenkörpers gepresst ist.
  8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sechskant (1) an einer Sechskantfläche eine Bihex-Ausbildung (9) hat.
EP04017767A 2003-08-22 2004-07-27 Zündkerze für eine Brennkraftmaschine Revoked EP1508947B1 (de)

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