EP4578072A1 - Zündkerze mit verbesserten dichteigenschaften - Google Patents

Zündkerze mit verbesserten dichteigenschaften

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Publication number
EP4578072A1
EP4578072A1 EP23745467.3A EP23745467A EP4578072A1 EP 4578072 A1 EP4578072 A1 EP 4578072A1 EP 23745467 A EP23745467 A EP 23745467A EP 4578072 A1 EP4578072 A1 EP 4578072A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark plug
ring
housing
region
sealing ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23745467.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Kireev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4578072A1 publication Critical patent/EP4578072A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 present invention relates to a spark plug with improved sealing properties on an outer housing of the spark plug when the spark plug is screwed onto a cylinder head or the like, for example.
  • Spark plugs are known from the prior art in different designs.
  • One problem area with spark plugs is that the spark plug, which is arranged in a spark plug hole in a cylinder head, also has to provide a seal on the outer circumference of the spark plug between the spark plug and the cylinder head.
  • a washer-like sealing ring made of metal is usually used for this purpose.
  • FIG. B. DE102016 110 880 A1 a spark plug with a sealing ring in the form of a washer, which is pushed onto a housing and is shrunk in a subsequent reshaping step in order to be captively held on the spark plug over a threaded section of the housing.
  • the spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a seal between the spark plug and a cylinder head is significantly improved by means of a metallic sealing ring. This can safely prevent gases from the combustion chamber from reaching the outside via the gap between the cylinder head and spark plug.
  • the spark plug has a center electrode and a ground electrode, between which an ignition gap is formed.
  • the spark plug further includes an insulator and an metallic housing and a metallic sealing ring arranged on the outside of the housing.
  • the sealing ring is designed to seal between the cylinder head and spark plug.
  • the metallic sealing ring has a first ring area and a second ring area.
  • the first ring region is aligned perpendicular to a central axis XX of the spark plug and the second ring region is aligned at an acute angle a to the central axis XX of the spark plug.
  • the first ring area which is aligned perpendicular to the central axis, is aligned parallel to a shoulder on the housing.
  • the second ring area is arranged on the inner circumference of the first ring area.
  • a first sealing area on the first ring area of the sealing ring is perpendicular to the central axis of the spark plug and thus provided as in the prior art when using a washer as a sealing ring.
  • the second ring area is arranged at an acute angle a to the central axis, so that an additional second sealing area is achieved in a different plane.
  • the second sealing area on the second ring area is conical. This means that the overall sealing surface between the metal sealing ring and the spark plug or cylinder head can also be increased.
  • a thread for screwing the spark plug into the cylinder head is formed adjacent to the recess in the housing in the combustion chamber side direction of the spark plug.
  • a recess 30 for receiving the metallic sealing ring 6 is formed in the housing 3.
  • the recess 30 on the housing 3 is arranged at a transition area between a shoulder 34 of the housing 3 and a fixing area 35, in particular a threaded area, of the housing 3 for fixing the spark plug on the cylinder head 8.
  • a surface roughness of the sealing ring 6 is greater than a surface roughness of the cylinder head 8. This further increases the seal between the sealing ring and the cylinder head.
  • the surface roughness of the sealing ring 6 is also preferably greater than a surface roughness of the housing 3, whereby the seal between the housing and the sealing ring 6 is also improved.
  • sealing ring 6 enables improved heat transfer between the spark plug and the cylinder head.
  • the receiving area 7 in the recess 30 further enables a defined deformation of the sealing ring 6 to occur during assembly, so that a secure seal between the spark plug and cylinder head is possible. It is also very easy to install the sealing ring 6 in the recess. By placing the sealing ring 6 in the recess 30, no further step, such as shrinking or the like, has to be carried out in order to mount the sealing ring 6 captively on the spark plug.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode (4) und eine Masseelektrode (5), einen Isolator (2), ein metallisches Gehäuse (3) und einen an einer Außenseite des Gehäuses (3) angeordneten metallischen Dichtring (6), eingerichtet zur Abdichtung an einem Zylinderkopf (8), wobei der Dichtring (6) einen zu einer Mittelachse X-X der Zündkerze senkrecht ausgerichteten ersten Ringbereich (61) und einen zur Mittelachse X-X der Zündkerze in einem spitzen Winkel α ausgerichteten zweiten Ringbereich (62) aufweist, wobei der erste Ringbereich (61) parallel zu einer Schulter (34) am Gehäuse (3) ist und der zweite Ringbereich (62) am inneren Umfang des ersten Ringbereichs (61) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Zündkerze mit verbesserten Dichteigenschaften
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit verbesserten Dichteigenschaften an einem äußeren Gehäuse der Zündkerze, wenn die Zündkerze beispielsweise auf einem Zylinderkopf oder dergleichen aufgeschraubt ist.
Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Zündkerzen ist dabei, dass die Zündkerze, die in einer Zündkerzenbohrung in einem Zylinderkopf angeordnet ist, auch eine Abdichtung am Außenumfang der Zündkerze zwischen der Zündkerze und dem Zylinderkopf bereitstellen muss. Hierzu wird üblicherweise ein unterlegscheibenartiger Dichtring aus Metall verwendet. Hier zeigt z. B. die DE102016 110 880 A1 eine Zündkerze mit einem Dichtring in Form einer Unterlegscheibe, welcher auf ein Gehäuse aufgeschoben wird und in einem anschließenden Nachformungsschritt geschrumpft wird, um verliersicher über einem Gewindeabschnitt des Gehäuses an der Zündkerze gehalten zu sein.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Abdichtung zwischen der Zündkerze und einem Zylinderkopf mittels eines metallischen Dichtrings deutlich verbessert ist. Hierdurch kann sicher verhindert werden, dass Gase aus dem Brennraum über den Spalt zwischen Zylinderkopf und Zündkerze zur Außenseite gelangen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zündkerze eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist, zwischen welchen ein Zündspalt ausgebildet ist. Ferner umfasst die Zündkerze einen Isolator und ein metallisches Gehäuse sowie einen an der Außenseite des Gehäuses angeordneten metallischen Dichtring. Der Dichtring ist eingerichtet zur Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Zündkerze. Der metallische Dichtring weist hierbei einen ersten Ringbereich und einen zweiten Ringbereich auf. Der erste Ringbereich ist zu einer Mittelachse X-X der Zündkerze senkrecht ausgerichtet und der zweite Ringbereich ist zur Mittelachse X-X der Zündkerze in einem spitzen Winkel a ausgerichtet. Der erste Ringbereich, welcher senkrecht zur Mittelachse ausgerichtet ist, ist dabei parallel zu einer Schulter am Gehäuse ausgerichtet. Der zweite Ringbereich ist am inneren Umfang des ersten Ringbereichs angeordnet. Durch den ersten und zweiten Ringbereich des metallischen Dichtrings wird somit erreicht, dass nicht nur eine Abdichtung in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der Zündkerze wie bei einer Unterlegscheibe vorhanden ist, sondern dass zwei unterschiedliche Abdichtbereiche am metallischen Dichtring vorgesehen sind. Ein erster Abdichtbereich am ersten Ringbereich des Dichtrings ist senkrecht zur Mittelachse der Zündkerze und somit wie im Stand der Technik bei Verwendung einer Unterlegscheibe als Dichtring vorgesehen. Der zweite Ringbereich ist in einem spitzen Winkel a zur Mittelachse angeordnet, sodass ein zusätzlicher zweiter Abdichtbereich in einer anderen Ebene erreicht wird. Der zweite Abdichtbereich am zweiten Ringbereich ist dabei kegelförmig. Somit kann insgesamt auch die Abdichtfläche zwischen metallischem Dichtring und Zündkerze bzw. Zylinderkopf vergrößert werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Ausnehmung auf, in welcher der Dichtring vollständig angeordnet ist. Somit kann der metallische Dichtring verliersicher am Gehäuse der Zündkerze angeordnet werden, was die Montage der Zündkerze deutlich vereinfacht. Der metallische Dichtring ist somit durch die Ausbildung der Ausnehmung im Gehäuse in das Gehäuse integriert.
Vorzugsweise ist benachbart zur Ausnehmung im Gehäuse in brennraumseitiger Richtung der Zündkerze ein Gewinde zum Einschrauben der Zündkerze in den Zylinderkopf ausgebildet.
Weiter bevorzugt ist die im Gehäuse gebildete Ausnehmung als umlaufende Nut mit einer ersten und zweiten Wand sowie einem Boden mit drei Bodenbereichen ausgebildet. Die erste Wand ist vorzugsweise parallel zur Mittelachse der Zündkerze ausgerichtet. Die zweite Wand ist vorzugsweise abgewinkelt oder im rechten Winkel zur Mittelachse der Zündkerze ausgerichtet. Die drei Bodenbereiche sind vorzugsweise derart angeordnet, dass der Boden einen ersten Bereich senkrecht zur Mittelachse, einen zweiten Bereich parallel zur Mittelachse und einen dritten Bereich, der in einem Winkel zur Mittelachse angeordnet ist und den ersten und zweiten Bereich miteinander verbindet, aufweist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Oberflächenrauheit des metallischen Dichtrings größer als eine Oberflächenrauheit des Gehäuses und/oder des Zylinderkopfs. Durch die unterschiedlichen Oberflächenrauheiten wird bei der Montage der Zündkerze eine verbesserte Abdichtung erreicht, da die höhere Oberflächenrauheit die Dichtfläche zwischen Gehäuse und metallischem Dichtring sowie metallischem Dichtring und Zylinderkopf vergrößert.
Weiter bevorzugt ist der Aufbau des metallischen Dichtrings derart, dass eine erste Schenkellänge L1 des ersten Ringbereichs größer oder gleich ist wie eine zweite Schenkellänge L2 des zweiten Ringbereichs.
Weiter bevorzugt weisen der erste und zweite Ringbereich des metallischen Dichtrings eine gleiche Dicke und/oder eine gleiche Masse auf.
Der Winkel a zwischen dem zweiten Ringbereich und der Mittelachse ist vorzugsweise in einem Bereich von 40° bis 50° und beträgt besonders bevorzugt 45°.
Die Zündkerze ist vorzugsweise eine Hakenzündkerze oder eine Vorkammerzündkerze oder eine Zündkerze mit einem Zündspalt innerhalb des Gehäuses. Das Gehäuse der Zündkerze ist vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt, wobei das Gehäuse bevorzugt eine größere Härte aufweist als der metallische Dichtring.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer
Zündkerze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung in Schnittansicht einer montierten Zündkerze in einem Zylinderkopf, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur der Zylinderkopf, das Gehäuse und der Dichtring dargestellt sind und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht des metallischen Dichtrings von Figur 1 und 2.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine Zündkerze 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Zündkerze 1 eine Hakenzündkerze mit einem Isolator 2, vorzugsweise aus einem keramischen Material und einem metallischen Gehäuse 3. Die Zündkerze 1 umfasst ferner eine Mittelelektrode 4 und eine Masseelektrode 5, welche mit dem Gehäuse 3 verbunden sind.
Zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 ist in bekannter Weise ein Zündspalt ausgebildet.
Die Zündkerze 1 umfasst ferner einen metallischen Dichtring 6, welcher an einer Außenseite des Gehäuses 3 angeordnet ist. Der metallische Dichtring 6 ist zur Abdichtung an einem Zylinderkopf 8 eingerichtet.
Die Abdichtung mittels des metallischen Dichtrings 6 ist notwendig, um zu verhindern, dass Gase aus dem Brennraum über den Spalt zwischen der Zündkerze 1 und dem Zylinderkopf 8 zur Umwelt gelangen. Der metallische Dichtring 6 ist im Detail aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Der Dichtring 6 umfasst einen ersten Ringbereich 61 und einen zweiten Ringbereich 62 und ist als einstückiges Bauteil ausgebildet. Der zweite Ringbereich 62 ist am inneren Umfang des ersten Ringbereichs 61 angeordnet.
Der erste Ringbereich 61 und der zweite Ringbereich 62 sind derart angeordnet, dass der erste Ringbereich 61 senkrecht zu einer Mittelachse X-X angeordnet ist und der zweite Ringbereich 62 in einem spitzen Winkel a von 45° zur Mittelachse X-X angeordnet ist. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist dabei eine erste Schenkellänge L1 des ersten Ringbereichs 61 gleich einer zweiten Schenkellänge L2 des zweiten Ringbereichs 62.
Der metallische Dichtring 6 mit erstem und zweitem Ringbereich 61, 62 kann beispielsweise durch einen Umformvorgang hergestellt werden.
Wie insbesondere aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, ist im Gehäuse 3 eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme des metallischen Dichtrings 6 ausgebildet. Die Ausnehmung 30 am Gehäuse 3 ist an einem Übergangsbereich zwischen einer Schulter 34 des Gehäuses 3 und einem Fixierbereich 35, insbesondere einem Gewindebereich, des Gehäuses 3 zur Fixierung der Zündkerze am Zylinderkopf 8 angeordnet.
Die Ausnehmung 30 umfasst eine erste Wand 31, welche parallel zur Mittelachse X-X der Zündkerze ausgerichtet ist, eine zweite Wand 32, welche senkrecht oder abgewinkelt, insbesondere um 45°, zur Mittelachse X-X ausgerichtet ist und einen Boden 33. Der Boden 33 verbindet die erste Wand 31 mit der zweiten Wand 32.
Der Boden 33 umfasst einen ersten Bereich 33a senkrecht zur Mittelachse X-X, einen zweiten Bereich 33b parallel zur Mittelachse X-X und einen dritten Bereich 33c in einem spitzen Winkel zur Mittelachse X-X, wobei der dritte Bereich 33c den ersten Bereich mit dem zweiten Bereich verbindet. Der Winkel entspricht dabei dem Winkel a am metallischen Dichtring zwischen dem ersten und dem zweiten Ringbereich 61, 62.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, ist in der Ausnehmung 30 der metallische Dichtring 6 vollständig aufgenommen. Dadurch ist der metallische Dichtring 6 verliersicher am Gehäuse 3 positioniert. Dies erleichtert die Montage der Zündkerze im Zylinderkopf 8.
Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ergibt sich im montierten Zustand des metallischen Dichtrings 6 in der Ausnehmung 30 ein leerer Aufnahmebereich 7. Der Aufnahmebereich 7 ist im Wesentlichen am zweiten Bereich 30b der Ausnehmung 30 ausgebildet und dient als Freibereich, um Material, welches bei der Montage der Zündkerze im Zylinderkopf 8 durch Verformung des metallischen Dichtrings 6 verdrängt wird, aufzunehmen.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ergibt sich somit im montierten Zustand der Zündkerze 1 im Zylinderkopf 8 ein erster Dichtbereich 11 zwischen dem ersten Ringbereich 61 und einer Dichtschulter 81 am Zylinderkopf 8 sowie ein zweiter Dichtbereich 12 zwischen einer Fase 82 am Zylinderkopf und dem zweiten Ringbereich 62. Somit kann eine Dichtfläche zwischen dem Dichtring 6 und dem Zylinderkopf 8 vergrößert werden.
Weiterhin ist eine Oberflächenrauheit des Dichtrings 6 größer als eine Oberflächenrauheit des Zylinderkopfs 8. Dadurch wird eine Dichtheit zwischen Dichtring und Zylinderkopf weiter vergrößert.
Die Oberflächenrauheit des Dichtrings 6 ist ferner bevorzugt auch größer als eine Oberflächenrauheit des Gehäuses 3, wodurch die Abdichtung zwischen Gehäuse und Dichtring 6 ebenfalls verbessert wird.
Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtrings 6 eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen der Zündkerze und dem Zylinderkopf.
Der Aufnahmebereich 7 in der Ausnehmung 30 ermöglicht weiter, dass bei der Montage eine definierte Verformung des Dichtrings 6 erfolgt, sodass eine sichere Abdichtung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf möglich ist. Auch ist eine Montage des Dichtrings 6 in die Ausnehmung sehr einfach möglich. Durch die Platzierung des Dichtrings 6 in der Ausnehmung 30 muss ferner auch kein weiterer Schritt, wie beispielsweise ein Schrumpfen oder dergleichen, um den Dichtring 6 verliersicher an der Zündkerze zu montieren, vorgenommen werden.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze, umfassend:
- eine Mittelelektrode (4) und eine Masseelektrode (5),
- einen Isolator (2),
- ein metallisches Gehäuse (3) und
- einen an einer Außenseite des Gehäuses (3) angeordneten metallischen Dichtring (6), eingerichtet zur Abdichtung an einem Zylinderkopf (8),
- wobei der Dichtring (6) einen zu einer Mittelachse X-X der Zündkerze senkrecht ausgerichteten ersten Ringbereich (61) und einen zur Mittelachse X-X der Zündkerze in einem spitzen Winkel a ausgerichteten zweiten Ringbereich (62) aufweist, wobei der erste Ringbereich (61) parallel zu einer Schulter (34) am Gehäuse (3) ist und der zweite Ringbereich (62) am inneren Umfang des ersten Ringbereichs (61) angeordnet ist.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (3) eine Ausnehmung (30) aufweist, in welcher der metallische Dichtring (6) vollständig angeordnet ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 2, wobei die Ausnehmung (30) im Gehäuse (3) eine umlaufende Nut mit einer ersten Wand (31), einer zweiten Wand (32) und einem Boden (33) mit drei Bodenbereichen ist.
4. Zündkerze nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Boden (33) einen ersten Bereich (33a) senkrecht zur Mittelachse X-X, einen zweiten Bereich (33b) parallel zur Mittelachse X-X und einen dritten Bereich (33c) in einem spitzen Winkel zur Mittelachse X-X aufweist, wobei der dritte Bereich (33c) den ersten mit dem zweiten Bereich (33a, 33b) verbindet.
5. Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die Ausnehmung (30) einen vom Dichtring (6) nicht aufgefüllten Aufnahmebereich (7) aufweist, der als Materialaufnahmebereich ausgebildet ist, um ein bei der Montage der Zündkerze am Zylinderkopf verformtes Material des Dichtrings (6) aufzunehmen. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberflächenrauheit des Dichtrings (6) größer ist als eine Oberflächenrauheit des Gehäuses (3) und /oder eine Oberflächenrauheit des Zylinderkopfs (8). Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Schenkellänge L1 des ersten Ringbereichs (61) größer oder gleich einer zweiten Schenkellänge L2 des zweiten Ringbereichs (62) ist. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ringbereich (61) und der zweite Ringbereich (62) eine gleiche Dicke aufweisen und/oder wobei der erste Ringbereich (61) und der zweite Ringbereich (62) eine gleiche Masse aufweisen. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spitze Winkel a zwischen dem ersten und zweiten Ringbereich (61, 62) 45° beträgt.
EP23745467.3A 2022-08-26 2023-07-20 Zündkerze mit verbesserten dichteigenschaften Pending EP4578072A1 (de)

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