EP1553671B1

EP1553671B1 - Zündkerze

Info

Publication number: EP1553671B1
Application number: EP20040100005
Authority: EP
Inventors: Michael Georg Figura; Torsten Kluge
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: EP1553671A1; DE502004003751D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Zündkerzen sind bekannt und werden bevorzugt zur Entzündung eines Kraftstoff-Luftgemisches in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet. Die Zündkerzen sind in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors aufgenommen. Mittels eines Zündfunkens, der von der Mittelelektrode zur Massenelektrode überspringt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch-entzündet.
Die DE 883 817 offenbart eine Gleitfunkenkerze, mit einer zwischen den Elektroden liegenden Funkenstrecke, bei der die Elektroden durch einen Körper aus einem im Vergleich zum Elektrodenmaterial hochohmigen Stoff verbunden sind. Die Berührpunkte jeder der beiden gleichzeitig zur Halterung des hochohmigen Körpers (Isolierkörpers) dienenden Elektroden liegen mit diesem Körper auf einer Linie.
In der JP 2001006842 ist eine Elektrodenstruktur einer Zündkerze offenbart. Ein bestimmter Spalt ist zwischen einer Verschlußplatte eines Spalteinstellungsstabes und einer L-förmigen Seitenelektrode gebildet. Der Spalt ist direkt unter einer Mittelelektrode seitlich eines Basisteils angeordnet. Mit ansteigender Anzahl von Entladungen wird die Mittelelektrode von dem Plättchen verschlissen. Die Elektrode wird mittels einer Feder in die Projektionsrichtung gedrückt, wobei eine Entfernung der Mittelelektrode von dem Basisteil mittels der Verschlußplatte des Spalteinstellungsstabes behindert wird. Das Plättchen der Mittelelektrode ist mit der Verschlußplatte des Spalteinstellungsstabes Verschleiß unabhängig verbunden. Der Spalt zur Seitenelektrode wird somit konstant gehalten. Die Entladung zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode ist unabhängig vom Verschleiß der Mittelelektrode gut leitend.
Die US 4,460,847 betrifft eine Zündkerze mit einem Gehäuse, das lösbar in eine Brennkraftmaschine einschraubbar ist, einer in dem Gehäuse eingebauten Isolatoranordnung, sowie einer geerdeten Elektrode. Die Isolatoranordnung weist einen Isolator mit einem zündseitigen Ende, einem anschlußseitigen Ende und einer sich durch ihn erstreckenden Bohrung auf. Eine Mittelelektrode ist in der Bohrung angeordnet. Die Mittelelektrode besitzt ein Zündende sowie ein gegenüberliegendes Ende. Das Zündende bildet mit der geerdeten Elektrode einen Zündspalt. Der Isolator weist ferner einen elektrisch leitenden Anschluß an seinem Anschlußende, einen Widerstand mit gegenüberliegenden Enden und ein elastisches, elektrisch leitendes Element auf. Das elastische, elektrisch leitende Element ist in der Bohrung des Isolators zwischen dem gegenüberliegenden Ende der Mittelelektrode und dem Anschluß angeordnet. Eins der gegenüberliegenden Enden des Widerstands steht in elektrischem Kontakt mit dem Anschluß und dem gegenüberliegenden Ende der Mittelelektrode. Das elastische, elektrisch leitende Element ist zwischen dem anderen der gegenüberliegenden Enden des Widerstands und dem Anschluß zusammengedrückt und übt eine Kraft auf den Widerstand sowie auf das gegenüberliegende Ende der Mittelelektrode aus. Ein elektrisch nichtleitendes und im wesentlichen gasundurchlässiges Dichtmaterial ist zwischen den Wänden der Bohrung des Isolators und den längsverlaufenden Wänden des Widerstandes angeordnet. Die Dichtung ist derart angeordnet, daß dieses nicht in Kontakt mit dem elastischen Element kommt.
Als ein Hauptnachteil der bekannten Zündkerzen ist anzusehen, daß diese eine relativ kurze Lebensdauer aufweisen. Teilweise müssen die Zündkerzen nach einer Laufleistung eines Fahrzeugmotors von 20.000 bis 60.000 km gegen neue Zündkerzen getauscht werden. Mit besonderen Vorkehrungen, indem Platin- oder Iridiumplättchen an der Zündkerze vorgesehen werden, kann die Lebensdauer der Zündkerzen auf ca. 100.000 km angehoben werden. Allerdings sind die Plättchen in einem kostenintensiven und umständlichen Verfahren an die Zündkerze anzuschweißen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zündkerze zur Verfügung zu stellen, deren Lebensdauer mit einfachen Mitteln erheblich verlängerbar ist.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Vorteilhaft wird damit erreicht, daß der Zündspalt während der gesamten Lebensdauer der Zündkerze unverändert bleibt, wobei sogar nach einer Laufleistung eines Kraftfahrzeugmotors von ca. 200.000 km die elektrische Leistungsentfaltung unverändert ist.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Abstandsmittel kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Hierbei ist eine Auflagefläche im Querschnitt gesehen bevorzugt breiter als eine zur Auflagefläche gegenüberliegende Anlagefläche. Das Abstandsmittel liegt zweckmäßig mit seiner Auflagefläche an der Massenelektrode und mit seiner Anlagefläche an dem Zündende an. Um zu vermeiden, daß die Mittelelektrode durch Vibrationen von dem Abstandsmittel abgleitet, ist die Anlagefläche im Querschnitt gesehen breiter als das Zündende. Damit ist ein Abrutschen von dem Abstandsmittel vorteilhaft verhindert.
Um einen sicheren Funkenübergang von der Mittelelektrode zur Massenelektrode zu erhalten, besteht das Abstandsmittel zweckmäßig aus einem elektrisch nichtleitenden Material, vorzugsweise aus Keramik.
Damit das Abstandsmittel hinreichend in dem Zündspalt gehalten ist, ist es günstig im Sinne der Erfindung, wenn die Massenelektrode im Querschnitt gesehen u-förmig mit U-Schenkeln und einem Basissteg ausgestaltet ist, so daß die Massenelektrode als Massenelektrodenbrücke ausgestaltet ist. Hierbei liegt die Auflagefläche vorzugsweise vollflächig an dem Basissteg an. Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung möglich, die Massenelektrode im Querschnitt gesehen auch L-förmig auszugestalten und mehrere Massenelektroden vorzusehen.
Zweckmäßiger weise umschließt die Massenelektrode im Querschnitt gesehen die Mittelelektrode an ihrem Zündende, so daß die Zündkerze wie eine Gleitfunkenzündkerze wirken kann.
Damit die Mittelelektrode stets in Kontakt mit dem Abstandsmittel gehalten wird, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Mittelelektrode federkraftbedingt mit ihrem Zündende gegen das Abstandsmittel gedrückt wird. Hierzu wird bevorzugt eine Feder verwendet. Die Feder steht zum einen mit dem Isolator und zum anderen mit der Mittelelektrode in Kontakt, so daß der Feder vorzugsweise lediglich die Funktion eines Kraftspeichers zukommt. Möglich ist aber auch, die Feder mit einer elektrisch leitenden Funktion zu versehen. Hierbei wirkt die Massenelektrode zudem als Gegenkraft zur Feder. Um zu erreichen, daß die Mittelelektrode in Kontakt mit dem Abstandsmittel gehalten wird, ist zweckmäßig vorgesehen, daß die Mittelelektrode derart in der Zündkerze angeordnet ist, daß die Mittelelektrode zumindest entlang einer Mittelachse axial beweglich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige Figur 1:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Zündkerze.

Figur 1 zeigt eine Zündkerze 1 mit einem Gehäuse 2, eine Mittelelektrode 3 und einem die Mittelelektrode 3 umgebenden Isolator 4. Dem Gehäuse 2 ist zumindest eine Massenelektrode 6 zugeordnet. Zwischen einem Zündende 7 der Mittelelektrode 3 und der Massenelektrode 6 ist ein Zündspalt 8 ausgebildet.
Der Zündspalt 8 ist von einem Abstandsmittel 9 zumindest teilweise ausgefüllt. Das Abstandsmittel 9 liegt zum einen an der Massenelektrode 6 und zum anderen an dem Zündende 7 an, so daß ein Abstand zwischen der Massenelektrode 6 und dem Zündende 7 stets gleich bleibt.
Die Zündkerze 1 wird zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge eingesetzt. Das Gehäuse 2 ist in herkömmlicher Weise in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors aufgenommen, und besteht aus einem Metall.
Das Gehäuse 2 ist zunächst im Querschnitt gesehen hohlzylindrisch ausgestaltet, und verläuft an einem zum Zündende 7 orientierten Endbereich 10 konisch in Richtung zum Zündende 7.
Der Isolator 4 weist ein an dem Zündende 7 angeordnetes Ende 11 und ein dazu gegenüberliegendes Verschlußende 12 auf, und ist als Hohlkörper ausgestaltet. In dem Isolator 4 ist ein Aufnahmebereich 13 und ein Führungsbereich 14 eingebracht, die konzentrisch zu einer Mittelachse Y-Y ausgebildet sind. Der Aufnahmebereich 13 weist einen größeren Durchmesser auf als der Führungsbereich 14, so daß eine Anlageschulter 16 in einem Übergang 17 ausgebildet ist. Der Aufnahmebereich 13 erstreckt sich von dem Verschlußende 12 bis zum Übergang 17. Eine Wandung des Aufnahmebereiches 13 ist bis zum Übergang 17 im Querschnitt gesehen viereckig ausgebildet. Das Verschlußende 12 weist eine Durchführungsöffnung 18 zur Durchführung eines elektrischen Anschlusses 19 auf.
Der Führungsbereich 14 erstreckt sich von dem Übergang 17 bis kurz vor das Zündende 7 der Mittelelektrode 3, so daß das Zündende 7 aus dem Führungsbereich 14 herausragt. Eine Wandung des Führungsbereiches 14 ist von dem Übergang 17 bis zum Endbereich 10 des Gehäuses 2 im Querschnitt gesehen viereckig und dicker ausgebildet als die Wandung des Aufnahmebereiches 13. Die Wandung des Führungsbereiches 14 ist im weiteren Verlauf in Richtung zum Zündende 7 korrespondierend zum Endbereich 10 des Gehäuses 2 konisch ausgestaltet und weist dort eine Stufe 15 auf. Von der Stufe 15 verjüngt sich die Wandung des Führungsbereichs 14 konusförmig in Richtung zum Ende 11.
Die Mittelelektrode 3 ragt mit einem zum Zündende 7 gegenüberliegenden Kopfende 21 in den Aufnahmebereich 13 hinein. Das Kopfende 21 ist an den Aufnahmebereich 13 angepaßt und weist einen etwas kleineren Durchmesser als der Aufnahmebereich 13 auf. Das Kopfende 21 weist eine zum Verschlußende 12 weisende Auflagerfläche 22 und eine dazu gegenüberliegende Gegenfläche 23 auf. Mit der Auflagerfläche 22 ist der elektrische Anschluß 19 verbunden, so daß eine vollständige elektrische Verbindung von dem elektrischen Anschluß 19 zum Zündende 7 besteht. Der elektrische Anschluß 19 kann selbstverständlich auch einstückig mit der Mittelelektrode 3 gefertigt sein.
In dem Aufnahmebereich 13 ist eine Feder 24, vorzugsweise eine Schraubenfeder angeordnet. Die Feder 24 ist vorgespannt und liegt mit einem Ende 26 an dem Verschlußende 12 des Isolators 4 und mit einem dazu gegenüberliegenden Ende 27 an der Auflagerfläche 22 des Kopfendes 21 an. Die Feder 24 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ihre Anlage an dem Verschlußende 12 des Isolators 4 elektrisch sowohl von dem Anschluß 19 als auch von der Mittelelektrode 3 getrennt.
Zwischen der Mittelelektrode 3 und einer Innenwand des Führungsbereichs 14 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Ringspalt 25 angeordnet.
Die Massenelektrode 6 ist im Querschnitt gesehen u-förmig mit U-Schenkeln 28 und einem Basissteg 29 ausgestaltet. Die U-Schenkel 28 sind an dem Gehäuse 2 über den Endbereich 10 und damit an dem Zylinderkopf angebunden. Die Massenelektrode 6 umschließt das Zündende 7 im Querschnitt gesehen vollständig.
Das Abstandsmittel 9 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kegelstumpfförmig ausgestaltet. Mit einer Auflagefläche 31 ist das Abstandsmittel 9 mit dem Basissteg 29 und mit einer zur Auflagefläche 29 gegenüberliegenden Anlagefläche 32 ist das Abstandsmittel 9 mit dem Zündende 7 verbunden. Das Abstandsmittel 9 ist ein keramisches Abstandssteuerorgan. Die Auflagefläche 31 ist im Querschnitt gesehen größer als die Anlagefläche 32 und kleiner als eine Länge des Basissteges 29 , so daß Ecken 33 der Auflagefläche 31 zu den U-Schenkeln 28 beabstandet sind. Zudem ist die Anlagefläche 32 im Querschnitt gesehen breiter als das Zündende 7.
Die Feder 24 wirkt mit einer in Richtung des Zündendes 7 wirkenden Kraft 34 derart auf das Kopfende 21 der Mittelelektrode 3, daß das Zündende 7 stets kraftschlüssig mit dem Abstandsmittel 9 verbunden ist, auch wenn die Mittelelektrode 3 nach einiger Zeit Verschleißerscheinungen aufweisen sollte. Die Mittelelektrode 3 ist derart in der Zündkerze 1 angeordnet, daß die Mittelelektrode 3 axial entlang der Mittelachse Y-Y beweglich ist. Somit ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine sich selbst einstellende Zündkerze 1 dargestellt.
Sofern der Zündkerze 1 elektrische Energie über die elektrische Verbindung 19 in bekannter Weise zugeführt wird, werden Zündfunken 36 herkömmlich erzeugt, die über das Abstandsmittel 9 in Richtung zur Massenelektrode 6 gleiten.
Damit wirkt die Zündkerze 1 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wie eine Gleitfunkenkerze.
Mit der dargestellten Zündkerze 1 wird vorteilhaft erreicht, daß der Zündspalt 8 während der gesamten Lebensdauer der Zündkerze 1 unverändert bleibt, wobei sogar nach einer Laufleistung eines Kraftfahrzeugmotors von ca. 200.000 km die elektrische Leistungsentfaltung unverändert ist.

Claims

Zündkerze mit einem Gehäuse (2), einer Mittelelektrode (3) und einem die Mittelelektrode (3) umgebenden Isolator (4), wobei dem Gehäuse (2) zumindest eine Massenelektrode (6) zugeordnet ist, und wobei ein Zündspalt (8) zwischen der Massenelektrode (6) und einem Zündende (7) der Mittelelektrode (3) ausgebildet ist, wobei in dem Zündspalt (8) ein Abstandsmittel (9) angeordnet ist, das aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht, wobei
das Abstandsmittel (9) zum einen an der Massenelektrode (6) und zum anderen an dem Zündende (7) derart anliegt, daß ein Abstand zwischen der Massenelektrode (6) und dem Zündende (7) stets gleich bleibt dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsmittel (9) mit einer Auflagefläche (31) mit der Massenelektrode (6) und mit einer zur Auflagefläche (31) gegenüberliegenden Anlagefläche (32) mit dem Zündende (7) verbunden ist, und wobei das Abstandsmittel (9) mit seiner Auflagefläche (31) im Querschnitt gesehen breiter als seine zur Auflagefläche (31) gegenüberliegende Anlagefläche (32) ausgebildet ist, und wobei die Anlagefläche (32) im Querschnitt gesehen breiter als das Zündende (7) ist , und wobei die Mittelelektrode (3) mit ihrem Zündende (7) federkraftbedingt gegen das Abstandsmittel (9) gedrückt wird, so daß die Mittelelektrode (3) mit ihrem Zündende (7) kraftschlüssig mit dem Abstandsmittel (9) verbunden ist.
Zündkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Abstandsmittel (9) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Abstandsmittel (9) aus Keramik besteht.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Massenelektrode (6) im Querschnitt gesehen u-förmig mit U-Schenkeln (28) und einem Basissteg (29) ausgestaltet ist.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Massenelektrode (6) das Zündende (7) im Querschnitt gesehen umschließt.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittelelektrode (3) derart angeordnet ist, daß diese axial beweglich entlang einer Mittelachse (Y-Y) ist.