EP2715098A1 - Zylinder eines verbrennungsmotors für ein fahrzeug sowie entsprechendes herstellungsverfahren, mittel zur herstellung des zylinders, zündkerze, verbrennungsmotor und fahrzeug - Google Patents

Zylinder eines verbrennungsmotors für ein fahrzeug sowie entsprechendes herstellungsverfahren, mittel zur herstellung des zylinders, zündkerze, verbrennungsmotor und fahrzeug

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EP2715098A1
EP2715098A1 EP12727285.4A EP12727285A EP2715098A1 EP 2715098 A1 EP2715098 A1 EP 2715098A1 EP 12727285 A EP12727285 A EP 12727285A EP 2715098 A1 EP2715098 A1 EP 2715098A1
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EP
European Patent Office
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spark plug
cylinder
combustion engine
internal combustion
vehicle
Prior art date
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EP12727285.4A
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EP2715098B1 (de
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Andreas Birkigt
Lars Hentschel
Martin Stolle
Claudio-Sebastian Sonder
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/242—Arrangement of spark plugs or injectors
    • 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
    • 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
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    • H01T13/02—Details
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/4927—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making

Definitions

  • Cylinder of an internal combustion engine for a vehicle and corresponding manufacturing method means for producing the cylinder, spark plug, internal combustion engine and vehicle
  • the present invention relates to a cylinder of an internal combustion engine for a vehicle and a manufacturing method, which is designed for the production of the cylinder, and means which are used for the production of the cylinder. Moreover, the present invention relates to a spark plug, an internal combustion engine and a vehicle, each of which is receivable in the cylinder according to the invention, or have a cylinder according to the invention.
  • DE 10 2006 042 457 B4, DE 103 49 077 A1 and DE 10 2007 024 878 A1 disclose arranging a spark plug in a specific orientation to the intake valves of the cylinder in a cylinder.
  • DE 101 38 976 A1 describes a device for detecting a pre-ignition combustion in an internal combustion engine.
  • a pre-ignition in which an uncontrolled ignition process of the cylinder charge occurs more or less clearly before the planned ignition timing. Due to the early implementation of the air-fuel mixture and the additional compression it comes to very high cylinder pressures. Due to the increased thermal state after the start of combustion, detonation with subsequent knocking combustion often occurs. The coincidence of these conditions can lead to a cylinder pressure of greater than 250 bar in an Otto engine and thus to the immediate failure of the engine.
  • the present invention has the object to provide a cylinder in which a pre-ignition occurs less frequently than in a comparable prior art cylinder.
  • this object is achieved by a cylinder according to claim 1, by a manufacturing method for producing a cylinder according to claim 7, by means for producing a cylinder according to claim 12, by a spark plug according to claim 13, by an internal combustion engine according to claim 15 and by a vehicle Claim 16 solved.
  • a cylinder of an internal combustion engine for a vehicle comprises one or more inlet channels and a spark plug.
  • the spark plug in turn has a ground electrode.
  • the spark plug is mounted in the cylinder such that the spark plug has an orientation within a predetermined orientation range (ie, an orientation of the cylinder within a predetermined range of tolerance (eg, angular range) relative to the at least one intake port of the cylinder) to bypass the mass electrode by a combustion engine Air flow, which is generated by or through the inlet channels to cool. That is to say the spark plug is mounted or arranged in the cylinder in such a way that the air flow generated by the at least one inlet duct optimally cools the mass electrode, taking into account tolerances during assembly of the spark plug.
  • the basic idea of the present invention is to use the air flow, which is generated by the at least one inlet channel during operation of the internal combustion engine, for cooling the mass electrode of the spark plug.
  • the air flow which is generated by the at least one inlet channel during operation of the internal combustion engine.
  • numerous orientations have been investigated as to how hot the ground electrode becomes during operation of the internal combustion engine.
  • To determine the optimal orientation of the spark plug temperature measurements were performed on the spark plug on an optically accessible engine, using a special measurement technique (infrared thermometry) was used.
  • the present inventors have recognized that for the cooling of the mass electrode by the air flow of the at least one inlet channel it is advantageous to fasten or mount the spark plug in the cylinder such that an open end of the mass electrode substantially (ie with a predetermined tolerance) is arranged in the direction of the at least one inlet channel.
  • the spark plug is mounted (eg, rotated) in the cylinder such that the open end (ie, unattached end) of the ground electrode is directed to the at least one inlet port such that the airflow entering via the at least one inlet port is directed toward the open port End of the ground electrode impinges and this cools.
  • the inventors have investigated two different variants.
  • the open end of the ground electrode was arranged in the direction of the intake valves and in the second variant in the direction of the foreign valves.
  • the hottest point of the ground electrode which is usually at the open end of the ground electrode, a temperature higher by 40 to 60 ° C than the temperature of the hottest point of the ground electrode in the first variant. Therefore, the targeted mounting position of the spark plug with an orientation of the mass electrode in the direction of the inlet valve (inlet channels) advantageously reduces the temperature at the ground electrode considerably, whereby the maximum temperature of the spark plug and thereby the frequency of pre-ignition can be significantly reduced.
  • the open end of the mass electrode is directed precisely to this one inlet channel.
  • the open end of the ground electrode is directed taking into account the tolerance between the two inlet channels.
  • the tolerance is advantageously at most ⁇ 90 °, better ⁇ 45 ° and best ⁇ 5 °.
  • the spark plug is rotated in the assembly according to the invention around its longitudinal central axis, that they with respect to the optimal orientation, in which the open end of the ground electrode exactly on the inlet channel (with exactly one inlet channel) or exactly between the two inlet channels (with exactly two inlet channels), maximum 90 ° (45 ° or 5 °) clockwise or maximum of 90 ° (45 ° or 5 °) opposite to Turned clockwise.
  • precisely between the two inlet channels is meant in particular a point which is located between the two inlet channels on a straight line which connects the center of the outlet of the one inlet channel into the combustion chamber with the center of the outlet of the other inlet channel into the combustion chamber.
  • this point has the same distance from the center of the exit of the one inlet channel from the center of the outlet of the other inlet channel.
  • the cylinder comprises means for arranging the spark plug in the cylinder according to the invention, so that the open end of the mass electrode is arranged in the direction of the at least one inlet channel taking into account the tolerance.
  • these means may, for example, include certain markings to place the spark plug in the desired manner in the cylinder.
  • a certain stop is present, so that the spark plug, when mounted in consideration of this stop, according to the invention is aligned with the at least one inlet channel.
  • the cylinder in particular the cylinder head
  • the spark plug comprises an external thread, which is adapted to the internal thread, that the spark plug after assembly, wherein the spark plug is screwed with a predetermined torque in the internal thread, aligned with the predetermined tolerance in the predetermined direction with respect to the at least one inlet channel becomes.
  • the internal thread of the cylinder and the external thread of the spark plug are adapted accordingly, i.
  • the spark plug for mounting in a predetermined orientation with respect to the cylinder must be arranged so that the internal thread can be brought into engagement with the external thread, the end position (ie the post-assembly position) of the spark plug and thus the orientation of the open end of the ground electrode to the at least one inlet channel, taking into account the tolerance.
  • the present invention also provides a manufacturing method for manufacturing a cylinder of an internal combustion engine for a vehicle.
  • a spark plug is mounted in the cylinder so as to ensure that the spark plug is oriented in a predetermined orientation range with respect to one or more intake passages of the cylinder so that a spark plug mass electrode is generated by one of the at least one intake passage when the engine is running Air flow is optimally cooled.
  • the manufacturing process ensures that the spark plug (especially the open end of the ground electrode) has the desired orientation with respect to the at least one intake port after assembly.
  • a production method which achieves this desired orientation only by chance (ie not guaranteed for each cylinder) does not ensure the desired alignment of the spark plug with the at least one inlet channel.
  • the spark plug is in particular mounted by a rotation about the central longitudinal axis (or longitudinal center axis) of the spark plug in the cylinder. That is, the spark plug is screwed by the rotation about the central longitudinal axis in the cylinder (in particular the cylinder head). In this case, the spark plug is rotated in an end position such that the open end of the mass electrode, taking into account the tolerance in the direction of the at least one inlet channel.
  • the spark plug comprises an external thread and the cylinder an internal thread.
  • the internal thread and the external thread are adapted to each other such that the open end of the ground electrode due to the adaptation of the internal thread to the external thread almost inevitably shows the predetermined tolerance towards the at least one inlet channel when the spark plug has been screwed into the internal thread.
  • means are also provided for producing a cylinder of an internal combustion engine for a vehicle.
  • these means are such that with the aid of these means, the spark plug can be mounted in the cylinder, that ensures that the spark plug with respect to one or more inlet channels of the cylinder has an orientation in a predetermined orientation region, thus with the internal combustion engine, a ground electrode the spark plug is cooled as optimally as possible by an air flow generated by the at least one inlet channel.
  • markings designed to ensure that the spark plug after assembly, taking these markings into account, has the desired orientation with respect to the at least one inlet duct.
  • Aligned threads i. in particular, the adaptation of the external thread of the spark plug to the internal thread of the cylinder, as described above.
  • a spark plug is provided.
  • the thread of the spark plug is designed such that the profile of the surface of the thread is rolled.
  • This thread is created in which a workpiece is deformed under enormous force between two rotating rolling tools. Due to the penetration of the rolling tool profiles into the workpiece surface, the material is pressed in the cold state to the bottom of the thread rolling tools and rolled up to the nominal size. After rolling, the position of the thread is checked. After knowing how the thread is made on the respective spark plug, the mass electrode is then attached (welded).
  • the collar of the spark plug metal housing on the combustion chamber side is extended so that the spark plug collar terminates with the spark plug ceramic or protrudes slightly beyond the spark plug ceramic.
  • the spark plug ceramic is shielded as an insulator in the housing.
  • an internal combustion engine for a vehicle wherein the internal combustion engine comprises a cylinder according to the invention, which is described above.
  • a vehicle which comprises an internal combustion engine according to the invention.
  • the present invention has the particular advantage that the likelihood of the occurrence of pre-ignition is reduced.
  • the burden of the spark plug is advantageously lowered, thus extending the durability of the spark plug.
  • the present invention is particularly suitable for use in internal combustion engines of motor vehicles.
  • the present invention is not limited to this preferred application, since the present invention is also suitable for internal combustion engines of ships, aircraft and track-bound or track-guided vehicles.
  • FIG. 1 illustrates a cylinder head seen from the cylinder interior.
  • FIG. 2 shows a section through the cylinder head according to the section line 6 in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a spark plug according to the invention.
  • Fig. 4 illustrates an inventive vehicle with an internal combustion engine according to the invention.
  • a cylinder head is viewed from the interior of a cylinder. It can be seen two intake ports 4 and two exhaust ports 5, wherein symmetrically in the middle of these intake ports 4 and exhaust ports 5, a spark plug 1 is mounted.
  • FIG. 2 shows a sectional view depicting a section through the center of the cylinder head or the combustion chamber represented by the reference numeral 6 in FIG.
  • an inlet channel 4 on the right an outlet channel 5 and in the middle the spark plug 1 are shown. It can be seen from the outer edge of the spark plug 1 to the longitudinal central axis of the spark plug 1 out bent mass electrode 2 of the spark plug 1.
  • the designated by the reference numeral 3 open end of the ground electrode 2 is in Fig. 2 exactly to the left (ie exactly in the direction of section. 6 ). Therefore, the open end 3 of the ground electrode 2 is precisely aligned between the two inlet channels 4.
  • Fig. 3 is a section through the spark plug 1 is shown.
  • the spark plug collar 12 closes off with the spark plug ceramic 14 or even protrudes beyond the spark plug ceramic 14.
  • the spark plug ceramic 14 is shielded in the spark plug housing 1 1 and forms the insulator.
  • FIG. 4 shows a vehicle 10 according to the invention, which has an internal combustion engine 8 according to the invention.
  • This internal combustion engine 8 in turn comprises four cylinders 7 according to the invention.

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Abstract

Ein Zylinder (7) eines Verbrennungsmotors (8) für ein Fahrzeug (10) umfasst mindestens einen Einlasskanal (4) und eine Zündkerze (1), welche ihrerseits eine Massenelektrode (2) umfasst. Die Zündkerze (1) wird derart in dem Zylinder (7) befestigt, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors (8) die Massenelektrode (2) durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal (4) erzeugten Luftstrom möglichst optimal gekühlt wird.

Description

Beschreibung
Zylinder eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug sowie entsprechendes Herstellungsverfahren, Mittel zur Herstellung des Zylinders, Zündkerze, Verbrennungsmotor und Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug sowie ein Herstellungsverfahren, welches zur Herstellung des Zylinders ausgestaltet ist, und Mittel, welche zur Herstellung des Zylinders eingesetzt werden. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Zündkerze, einen Verbrennungsmotor und ein Fahrzeug, welche jeweils in dem erfindungsgemäßen Zylinder aufnehmbar ist, beziehungsweise einen erfindungsgemäßen Zylinder aufweisen.
Die DE 10 2006 042 457 B4, die DE 103 49 077 A1 und die DE 10 2007 024 878 A1 offenbaren, eine Zündkerze in einer bestimmten Ausrichtung zu den Einlassventilen des Zylinders in einem Zylinder anzuordnen.
Die DE 101 38 976 A1 beschreibt ein Gerät zum Feststellen einer Vorentflammungsverbrennung in einem Verbrennungsmotor.
Nach dem Stand der Technik ist eine Vorentflammung bekannt, bei welcher ein unkontrollierter Zündprozess der Zylinderladung mehr oder weniger deutlich vor dem geplanten Zündzeitpunkt auftritt. Durch die frühzeitige Umsetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches und der zusätzlichen Kompression kommt es dabei zu sehr hohen Zylinderdrücken. Durch den erhöhten thermischen Zustand nach Brennbeginn kommt es häufig zu einer Detonation mit anschließender klopfender Verbrennung. Das Zusammentreffen dieser Bedingungen kann bei einem Ottomotor zu einem Zylinderdruck von größer als 250 bar und damit zum sofortigen Ausfall des Motors führen.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Zylinder bereitzustellen, bei welchem eine Vorentflammung seltener auftritt, als bei einem vergleichbaren Zylinder nach dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Zylinder nach Anspruch 1 , durch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Zylinders nach Anspruch 7, durch Mittel zur Herstellung eines Zylinders nach Anspruch 12, durch eine Zündkerze nach Anspruch 13, durch einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 15 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 16 gelöst.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinder eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst der Zylinder einen oder mehrere Einlasskanäle und eine Zündkerze. Die Zündkerze weist ihrerseits eine Massenelektrode auf. Die Zündkerze ist derart in dem Zylinder befestigt, dass die Zündkerze bezüglich des mindestens einen Einlasskanals des Zylinders eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich (d.h. eine Ausrichtung des Zylinders in einem vorgegebenen Toleranzbereich (z.B. Winkelbereich)) aufweist, um bei laufendem Verbrennungsmotor die Massenelektrode durch einen Luftstrom, welcher durch den oder durch die Einlasskanäle erzeugt wird, zu kühlen. D.h. die Zündkerze wird derart in dem Zylinder montiert oder angeordnet, dass der von dem mindestens einen Einlasskanal erzeugte Luftstrom die Massenelektrode unter Berücksichtigung von Toleranzen bei der Montage der Zündkerze möglichst optimal kühlt.
Mit anderen Worten besteht die Grundidee der vorliegenden Erfindung darin, den Luftstrom, welcher von dem mindestens einen Einlasskanal im Betrieb des Verbrennungsmotors erzeugt wird, zur Kühlung der Massenelektrode der Zündkerze einzusetzen. Um nun die optimale Orientierung der Zündkerze und damit der Massenelektrode zu ermitteln, in welcher die Massenelektrode von dem Luftstrom des mindestens einen Einlasskanals am besten gekühlt wird, wurden zahlreiche Orientierungen dahingehend untersucht, wie heiß die Massenelektrode im Betrieb des Verbrennungsmotors jeweils wird. Zur Ermittlung der optimalen Orientierung der Zündkerze wurden Temperaturmessungen an der Zündkerze an einem optisch zugänglichen Motor durchgeführt, wobei eine spezielle Messtechnik (Infrarot-Thermometrie) eingesetzt wurde.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass es für die Kühlung der Massenelektrode durch den Luftstrom des mindestens einen Einlasskanals vorteilhaft ist, die Zündkerze derart in dem Zylinder zu befestigen oder zu montieren, dass ein offenes Ende der Massenelektrode im Wesentlichen (d.h. mit einer vorbestimmten Toleranz) in Richtung des mindestens einen Einlasskanals angeordnet ist.
Anders ausgedrückt wird die Zündkerze derart in dem Zylinder montiert (zum Beispiel gedreht), dass das offene Ende (d.h. das nicht befestigte Ende) der Massenelektrode derart zu dem mindestens einen Einlasskanal gerichtet ist, dass der über den mindestens einen Einlasskanal einströmende Luftstrom auf das offene Ende der Massenelektrode auftrifft und diese dadurch kühlt.
Die Erfinder haben zwei unterschiedliche Varianten untersucht. Bei der ersten Variante wurde das offene Ende der Massenelektrode in Richtung der Einlassventile und bei der zweiten Variante in der Richtung der Auslandsventile angeordnet. Bei der anschließenden Temperaturmes- sung wies bei der zweiten Variante die heißeste Stelle der Massenelektrode, welche sich meist am offenen Ende der Massenelektrode befindet, eine um 40 bis 60°C höhere Temperatur auf als die Temperatur der heißesten Stelle der Massenelektrode bei der ersten Variante. Daher reduziert die gezielte Einbaulage der Zündkerze mit einer Ausrichtung der Massenelektrode in Richtung des/der Einlassventile (Einlasskanäle) die Temperatur an der Massenelektrode vorteilhafterweise erheblich, wodurch die maximale Temperatur der Zündkerze und dadurch die Häufigkeit von Vorentflammungen wesentlich abgesenkt werden kann.
Wenn der mindestens eine Einlasskanal aus genau einem Einlasskanal besteht, wird das offene Ende der Massenelektrode genau auf diesen einen Einlasskanal gerichtet. Wenn der mindestens eine Einlasskanal dagegen aus genau zwei Einlasskanälen besteht, wird das offene Ende der Massenelektrode unter Berücksichtigung der Toleranz zwischen die beiden Einlasskanäle gerichtet.
Die Toleranz beträgt vorteilhafterweise höchstens ±90°, besser ±45° und am besten ±5°.
Wenn die Toleranz erfindungsgemäß ±90° (±45° bzw. ±5°) beträgt, wird die Zündkerze bei der erfindungsgemäßen Montage derart um ihre Längsmittelachse gedreht, dass sie bezüglich der optimalen Ausrichtung, bei welcher das offene Ende der Massenelektrode genau auf den Einlasskanal (bei genau einem Einlasskanal) oder genau zwischen die beiden Einlasskanäle (bei genau zwei Einlasskanälen) gerichtet ist, maximal um 90° (45° bzw. 5°) im Uhrzeigersinn oder maximal um 90° (45° bzw. 5°) entgegen des Uhrzeigersinns verdreht ist. Mit genau zwischen den beiden Einlasskanälen ist dabei insbesondere ein Punkt gemeint, welcher sich zwischen den beiden Einlasskanälen auf einer Geraden befindet, welche die Mitte des Austritts des einen Einlasskanals in den Brennraum mit der Mitte des Austritts des anderen Einlasskanals in den Brennraum verbindet. Dabei weist dieser Punkt denselben Abstand von der Mitte des Austritts des einen Einlasskanals von der Mitte des Austritts des anderen Einlasskanals auf.
Insbesondere umfasst der Zylinder Mittel, um die Zündkerze erfindungsgemäß in dem Zylinder anzuordnen, so dass das offene Ende der Massenelektrode unter Berücksichtigung der Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals angeordnet ist.
Diese Mittel können beispielsweise bestimmte Markierungen umfassen, um die Zündkerze in der gewünschten Weise in dem Zylinder anzuordnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass ein bestimmter Anschlag vorhanden ist, so dass die Zündkerze, wenn sie unter Berücksichtigung dieses Anschlags montiert wird, erfindungsgemäß zu dem mindestens einen Einlasskanal ausgerichtet ist. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform für die erfindungsgemäßen Mittel besteht darin, dass der Zylinder (insbesondere der Zylinderkopf) ein Montageloch mit Innengewinde umfasst, welches zur Aufnahme der Zündkerze ausgestaltet ist. Dabei umfasst die Zündkerze ein Außengewinde, welches derart an das Innengewinde angepasst ist, dass die Zündkerze nach der Montage, bei welcher die Zündkerze mit einem vorbestimmten Drehmoment in das Innengewinde geschraubt wird, mit der vorbestimmten Toleranz in die vorbestimmte Richtung bezüglich des mindestens einen Einlasskanals ausgerichtet wird.
Indem das Innengewinde des Zylinders und das Außengewinde der Zündkerze entsprechend angepasst sind, d.h. insbesondere derart ausgerichtet sind, dass die Zündkerze zur Montage in einer vorbestimmten Ausrichtung bezüglich des Zylinders angeordnet werden muss, damit das Innengewinde mit dem Außengewinde in Eingriff gebracht werden kann, kann die Endstellung (d.h. die Stellung nach der Montage) der Zündkerze und damit die Ausrichtung des offenen Endes der Massenelektrode zu dem mindestens einen Einlasskanal unter Berücksichtigung der Toleranz festgelegt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird eine Zündkerze derart in dem Zylinder montiert, dass sichergestellt ist, dass die Zündkerze bezüglich eines oder mehrerer Einlasskanäle des Zylinders eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich aufweist, damit bei laufendem Verbrennungsmotor eine Massenelektrode der Zündkerze durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal erzeugten Luftstrom möglichst optimal gekühlt wird.
Mit anderen Worten stellt das Herstellungsverfahren sicher, dass die Zündkerze (insbesondere das offene Ende der Massenelektrode) nach der Montage die gewünschte Ausrichtung bezüglich des mindestens einen Einlasskanals aufweist. Ein Herstellungsverfahren, welches diese gewünschte Ausrichtung nur zufällig erreicht (also nicht bei jedem Zylinder gewährleistet), ist laut obiger Definition des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, da es die gewünschte Ausrichtung der Zündkerze zu dem mindestens einen Einlasskanal nicht sicherstellt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die Zündkerze insbesondere durch eine Drehung um die Mittellängsachse (oder Längsmittelachse) der Zündkerze in dem Zylinder angebracht. D.h. die Zündkerze wird durch die Drehung um die Mittellängsachse in den Zylinder (insbesondere den Zylinderkopf) geschraubt. Dabei wird die Zündkerze derart in eine Endstellung gedreht, dass das offene Ende der Massenelektrode unter Berücksichtigung der Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals weist. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfasst die Zündkerze ein Außengewinde und der Zylinder ein Innengewinde. Dabei sind das Innengewinde und das Außengewinde derart zueinander angepasst, dass das offene Ende der Massenelektrode aufgrund der Anpassung des Innengewindes an das Außengewinde quasi zwangsläufig mit der vorbestimmten Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals zeigt, wenn die Zündkerze in das Innengewinde geschraubt worden ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden auch Mittel zur Herstellung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei sind diese Mittel derart beschaffen, dass mit Hilfe dieser Mittel die Zündkerze derart in dem Zylinder montiert werden kann, dass sichergestellt ist, dass die Zündkerze bezüglich eines oder mehrerer Einlasskanäle des Zylinders eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich aufweist, damit bei laufendem Verbrennungsmotors eine Massenelektrode der Zündkerze durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal erzeugten Luftstrom möglichst optimal gekühlt wird.
Wie bereits vorab ausgeführt worden ist, existieren für diese erfindungsgemäßen Mittel folgende Möglichkeiten:
• Markierungen, mit welchen dafür gesorgt wird, dass sichergestellt ist, dass die Zündkerze nach der Montage, bei welcher diese Markierungen berücksichtigt werden, die gewünschte Ausrichtung bezüglich des mindestens einen Einlasskanals aufweist.
• Ein Anschlag, mit welchem sichergestellt wird, dass die Zündkerze die gewünschte Ausrichtung bezüglich des mindestens einen Einlasskanals aufweist, wenn die Zündkerze bis zu dem Anschlag gedreht worden ist.
• Ausgerichtete Gewinde, d.h. insbesondere die Anpassung des Außengewindes der Zündkerze an das Innengewinde des Zylinders, wie es vorab beschrieben ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze bereitgestellt. Dabei ist das Gewinde der Zündkerze derart ausgestaltet, dass das Profil der Oberfläche des Gewindes gewalzt ist. Dieses Gewinde wird erzeugt, in dem ein Werkstück unter enormer Krafteinwirkung zwischen zwei sich drehenden Rollwerkzeugen verformt wird. Durch das Eindringen der Rollwerkzeugprofile in die Werkstückoberfläche wird das Material in kaltem Zustand bis in den Grund der Gewinderollwerkzeuge gedrückt und so bis auf das Nennmaß aufgerollt. Nach dem Walzen wird die Lage des Gewindes geprüft. Mit dem Wissen, wie das Gewinde an der jeweiligen Zündkerze ausgeführt ist, wird danach die Massenelektrode angebracht (geschweißt).
Darüber hinaus wird der Bund des Zündkerzenmetallgehäuses brennraumseitig so verlängert, dass der Zündkerzenbund mit der Zündkerzenkeramik abschließt oder etwas über die Zündkerzenkeramik heraussteht. Somit liegt die Zündkerzenkeramik als Isolator abgeschirmt im Gehäu- se. Durch diese Auslegung wird die mögliche Funkenstrecke so verändert, dass bei hoher Ladungsbewegung eine mögliche Gleitentladung nicht über die Keramik stattfindet, sondern an das Metallgehäuse ausgelenkt wird. Dadurch wird eine sichere Entflammung des Gemisches gewährleistet und die Keramik ist durch diese sichere Entflammung geschützt, da die Keramik auf gleicher Höhe oder unterhalb des Zündkerzengehäuses liegt.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor einen erfindungsgemäßen Zylinder, welcher vorab beschrieben ist, umfasst.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor umfasst.
Im Rahmen von Untersuchungen zur Vorentflammung konnte ein klarer Trend beobachtet werden. Je kälter die Zündkerze ist, desto geringer ist die Häufigkeit, mit welcher Vorentflammungen für ein Betriebspunkt auftreten. Es wurde erkannt, dass die Zündkerze das heißeste Bauteil im Brennraum ist und somit eine Vorentflammung unterstützt. In der gesamten Ansaug- und Verdichtungsphase wird Wärme von der heißen Zündkerze auf das kältere Kraftstoff-Luft- Gemisch übertragen. Durch den erfindungsgemäßen gerichteten Einbau der Zündkerze werden die Temperaturen im gesamten Betriebskennfeld reduziert. Diese Temperaturabsenkung reduziert neben der Wahrscheinlichkeit einer Vorentflammung auch die Empfindlichkeit gegenüber Glühentzündungen, thermischer Überlastung und resultierenden Zündkerzenschäden.
Zusammenfassend weist die vorliegende Erfindung insbesondere den Vorteil auf, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Vorentflammung verringert wird. Darüber hinaus wird die Belastung der Zündkerze vorteilhafterweise gesenkt und somit die Haltbarkeit der Zündkerze verlängert.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Einsatz in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch für Verbrennungsmotoren von Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen Fahrzeugen oder spurgeführten Fahrzeugen geeignet ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
Fig. 1 stellt einen Zylinderkopf aus dem Zylinderinnenraum gesehen dar. Fig. 2 stellt einen Schnitt durch den Zylinderkopf gemäß der Schnittlinie 6 in Fig. 1 dar. Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäße Zündkerze dar.
Fig. 4 stellt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor dar.
In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf betrachtet aus dem Innenraum eines Zylinders dargestellt. Man erkennt zwei Einlasskanäle 4 und zwei Auslasskanäle 5, wobei symmetrisch in der Mitte dieser Einlasskanäle 4 und Auslasskanäle 5 eine Zündkerze 1 angebracht ist.
In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung dargestellt, welche einen mit dem Bezugszeichen 6 in Fig. 1 dargestellten Schnitt durch die Mitte des Zylinderkopfs bzw. des Brennraums abbildet. Dabei ist links (in Fig. 2) ein Einlasskanal 4, rechts ein Auslasskanal 5 und in der Mitte die Zündkerze 1 dargestellt. Man erkennt die vom äußeren Rand der Zündkerze 1 zur Längsmittelachse der Zündkerze 1 hin gebogene Massenelektrode 2 der Zündkerze 1. Das mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete offene Ende der Massenelektrode 2 ist in der Fig. 2 genau nach links (also genau in Richtung des Schnitts 6) ausgerichtet. Daher ist das offene Ende 3 der Massenelektrode 2 genau zwischen die beiden Einlasskanäle 4 ausgerichtet.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Zündkerze 1 dargestellt. Der Zündkerzenbund 12 schließt mit der Zündkerzenkeramik 14 ab oder steht sogar über die Zündkerzenkeramik 14 heraus. Die Zündkerzenkeramik 14 liegt abgeschirmt in dem Zündkerzengehäuse 1 1 und bildet den Isolator.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 8 aufweist. Dieser Verbrennungsmotor 8 umfasst seinerseits vier erfindungsgemäße Zylinder 7.

Claims

Patentansprüche
Zylinder eines Verbrennungsmotors (8) für ein Fahrzeug (10),
wobei der Zylinder (7) mindestens einen Einlasskanal (4) und eine Zündkerze (1) umfasst, und
wobei die Zündkerze (1) eine Massenelektrode (2) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zündkerze (1) derart in dem Zylinder (7) befestigt ist, dass die Zündkerze (1) bezüglich des mindestens einen Einlasskanals (4) eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich aufweist, um im Betrieb des Verbrennungsmotors (8) die Massenelektrode (2) durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal (4) erzeugten Luftstrom zu kühlen.
Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (1) derart in dem Zylinder (7) montiert ist, dass ein offenes Ende (3) der Massenelektrode (2) mit einer vorbestimmten Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals (4) angeordnet ist.
Zylinder nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Einlasskanal genau zwei Einlasskanäle (4) umfasst, und dass in Richtung der zwei Einlasskanäle (4) bedeutet, dass das offene Ende (3) der Massenelektrode (2) mit der Toleranz zwischen die beiden Einlasskanäle (4) gerichtet ist.
Zylinder nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Toleranz in einem Bereich von ±90° bis ±5° liegt.
Zylinder nach einem der Ansprüche 2-4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zylinder Mittel umfasst, um die Zündkerze derart in dem Zylinder (7) zu montieren, dass das offene Ende (3) der Massenelektrode (2) mit der vorbestimmten Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals (4) angeordnet ist.
Zylinder nach einem der Ansprüche 2-5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (7) ein Montageloch mit Innengewinde zur Aufnahme der Zündkerze (1) umfasst,
dass die Zündkerze (1 ) ein Außengewinde umfasst,
dass das Innengewinde und das Außengewinde derart aneinander angepasst sind, dass die Zündkerze (1 ) nach der Montage, bei der die Zündkerze (1) mit einem vorbestimmten Drehmoment in das Innengewinde geschraubt wird, mit einer Toleranz in eine vorbestimmte Richtung bezüglich des mindestens einen Einlasskanals (4) ausgerichtet ist.
7. Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Zylinders (7) eines Verbrennungsmotors (8) für ein Fahrzeug (10),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zündkerze (1) derart in dem Zylinder (7) montiert wird, dass sichergestellt ist, dass die Zündkerze (1) bezüglich eines mindestens einen Einlasskanals (4) des Zylinders (7) eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich aufweist, um im Betrieb des Verbrennungsmotors (8) eine Massenelektrode (2) der Zündkerze (1) durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal (4) erzeugten Luftstrom zu kühlen.
8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze
(1) derart in dem Zylinder (7) montiert wird, dass sichergestellt ist, dass ein offenes Ende (3) der Massenelektrode (2) mit einer vorbestimmten Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals (4) angeordnet wird.
9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zündkerze (1 ) durch eine Drehung um die Mittellängsachse der Zündkerze (1 ) in dem Zylinder (7) angeordnet wird, und
dass die Zündkerze (1 ) derart gedreht wird, dass das offene Ende (3) der Massenelektrode
(2) mit der Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals (4) zeigt.
10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zündkerze (1) ein Außengewinde aufweist,
dass die Zündkerze (1) mit ihrem Außengewinde mit einem vorbestimmten Drehmoment in ein Innengewinde des Zylinders (7) geschraubt wird,
dass das Innengewinde und das Außengewinde derart aneinander angepasst sind, dass das offene Ende (3) der Massenelektrode (2) nachdem die Zündkerze (1) in das Innengewinde geschraubt worden ist, mit der Toleranz in Richtung des mindestens einen Einlasskanals (4) zeigt.
1 1. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7-10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Zylinders (7) nach einem der Ansprüche 1 -6 ausgestaltet ist.
12. Mittel zur Herstellung eines Zylinders (7) eines Verbrennungsmotors (8) für ein Fahrzeug (10),
wobei die Mittel derart ausgestaltet sind, dass die Mittel eine Zündkerze (1) derart in dem Zylinder montieren, dass sichergestellt ist, dass die Zündkerze (1) bezüglich eines mindestens einen Einlasskanals (4) des Zylinders (7) eine Orientierung in einem vorgegebenen Orientierungsbereich aufweist, um im Betrieb des Verbrennungsmotors (8) eine Massenelektrode (2) der Zündkerze (1 ) durch einen von dem mindestens einen Einlasskanal (4) erzeugten Luftstrom zu kühlen.
13. Zündkerze (1) für einen Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde der Zündkerze (1 1) derart ausgestaltet ist, dass das Profil der Oberfläche des Gewindes (11 ) gewalzt ist.
14. Zündkerze (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündkerzenbund (12) brennraumseitig so verlängert ist, dass der Zündkerzenbund (12) zumindest mit der Zündkerzenkeramik (14) abschließt oder etwas über die Zündkerzenkeramik (14) heraussteht.
15. Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug (10) mit einem Zylinder (7) nach einem der Ansprüche 1-6. 6. Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (8) nach Anspruch 15.
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