WO2009059866A1 - Zündkerze mit langer lebensdauer - Google Patents

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WO2009059866A1
WO2009059866A1 PCT/EP2008/063645 EP2008063645W WO2009059866A1 WO 2009059866 A1 WO2009059866 A1 WO 2009059866A1 EP 2008063645 W EP2008063645 W EP 2008063645W WO 2009059866 A1 WO2009059866 A1 WO 2009059866A1
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ground electrode
electrode
spark plug
ground
center electrode
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Detlef Hartmann
Andreas Benz
Mario Fleischhauer
Jochen Fischer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01T21/06—Adjustment of spark gaps

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug, which has a particularly long life and in particular for stationary engines, such as gas engines, is usable.
  • Spark plugs are known from the prior art in different configurations.
  • the spark plugs known from the automotive field usually have a center electrode and a ground electrode.
  • Such spark plugs are mass components, which typically can have service lives of 100,000 km or more. This is achieved, for example, by using noble metals with improved corrosion and erosion properties as the electrode wear surface.
  • combustible gases e.g. Natural gas, sewage gas, landfill gas, biogas or hydrogen are operated, the spark plug life is approximately 2000 operating hours.
  • a spark plug which has a center electrode and two mutually opposite ground electrodes.
  • the ground electrodes are arranged opposite one another in a vertical orientation in the longitudinal direction of the spark plug parallel to the center electrode.
  • a relatively large ignition region on the spark plug can be ensured by two electrode gaps by virtue of the two ground electrodes.
  • EP 0 569 787 A1 discloses a spark plug which has a center electrode, a ground electrode and an intermediate electrode.
  • the intermediate electrode is disposed in a region between the center electrode and the ground electrode, wherein the Intermediate electrode forms a separate electrode gap with both the center electrode and the ground electrode.
  • the invention by using at least two ground electrodes, which are used successively during operation, the operating time can be significantly increased. After the first ground electrode is worn, the second ground electrode is used. This can be brought into use, for example, by bending to the center electrode in a simple manner, since the second ground electrode is already prepared on the spark plug. In order to prevent both ground electrodes from being used simultaneously during operation, a distance between the first ground electrode and the center electrode is smaller than a distance between the second ground electrode and the center electrode. As a result, the sparks are always generated during operation between the first ground electrode and the center electrode. When the first ground electrode is worn, it is bent away or removed and the second ground electrode bent so that the spark is then generated between the second ground electrode and the center electrode.
  • the spark plug according to the invention is particularly suitable for use in stationary internal combustion engines.
  • the first ground electrode is disposed in arcuate shape over the center electrode.
  • the first ground electrode forms a roof ground electrode.
  • the first ground electrode is an electrode disposed adjacent to the center electrode so as to form a laterally grounded ground electrode.
  • a spark is generated between the ground electrode and the center electrode in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the spark plug.
  • the second ground electrode of the spark plug is preferably arranged in a vertical manner parallel to the center electrode.
  • the second ground electrode can be put into operation by simply bending 90 ° towards the center electrode.
  • only a simple bending step is necessary, which for example can be easily performed by using a gauge, so that an optimal distance between the second ground electrode and center electrode can be quickly adjusted.
  • the second ground electrode is arranged in a slightly pre-bent manner to the center electrode.
  • the second ground electrode is preferably pre-bent at a pre-bent angle of about 20 ° relative to the vertical orientation of the center electrode.
  • a length of the second ground electrode is shorter than a length of the first ground electrode.
  • the shortened length of the second ground electrode is chosen such that, for example, based on average values, an average shortening of the center electrode is determined, which has this after a complete wear of the first ground electrode, so that then correspondingly the second ground electrode can be bent optimally towards the center electrode.
  • This shortened second ground electrode is particularly preferably used in Dachmasseelektroden.
  • the spark plug further comprises at least a third ground electrode, wherein a length of the second ground electrode, starting from a foot region of the second ground electrode to the free end of the ground electrode is greater than a length of the third ground electrode.
  • the first ground electrode and the second ground electrode each have a noble metal region.
  • the precious metal region of the first ground electrode is preferably at a different
  • the second ground electrode Position in the longitudinal direction of the ground electrode arranged as a noble metal region on the second ground electrode.
  • the second ground electrode can be bent away, wherein the noble metal region is then disposed at a location on the second ground electrode, so that it is in an optimal position to then also already worn Center electrode comes after the bending process.
  • the spark plug comprises exactly three or exactly four ground electrodes.
  • a service life of the spark plug can be further increased. Whenever one of the ground electrodes is worn, it is, for example, pinched off or bent away and a next ground electrode is bent into a corresponding position to the center electrode. As a result, very long service life for the spark plug can be achieved.
  • the plurality of ground electrodes is preferably arranged at equal intervals along a circumference of the spark plug. That in the case of three ground electrodes, these are each arranged at an angle of 120 °; in the case of four ground electrodes, these are each arranged at an angle of 90 °.
  • the present invention relates to a stationary internal combustion engine with a spark plug according to the invention.
  • the stationary internal combustion engine is particularly preferably a stationary gas engine which is powered by a gas as fuel, e.g. Natural gas, sewage gas, landfill gas, biogas or hydrogen is operated.
  • a gas as fuel e.g. Natural gas, sewage gas, landfill gas, biogas or hydrogen
  • spark plug is preferably used in large engines for trucks, buses, construction machinery or ships.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a spark plug according to a first
  • FIG. 2 shows a schematic top view of the spark plug shown in FIG. 1, FIG.
  • FIGS. 3 and 4 are a partially cutaway view and a plan view, respectively, of a spark plug according to a second embodiment of the invention
  • FIGS. 5 and 6 are a side view and a plan view, respectively, of a spark plug according to a third embodiment
  • Figures 7 and 8 is a side view and a plan view of a spark plug according to a fourth
  • Embodiment of the present invention and Figures 9 and 10 are a partial sectional view and a plan view of a spark plug according to a fifth embodiment of the invention.
  • the spark plug 1 comprises a center electrode 2, which is arranged centrally in the spark plug and protrudes from a housing 7. Furthermore, the spark plug 1 of the first exemplary embodiment comprises four ground electrodes, namely a first ground electrode 3, a second ground electrode 4, a third ground electrode 5 and a fourth ground electrode 6 (see FIG. The four ground electrodes are each arranged along the circumference of the spark plug at an angle of 90 ° to an adjacent ground electrode. As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the illustrated state of the spark plug 1, only the first ground electrode 3 is active during operation.
  • the first ground electrode 3 is for this purpose bent in an arcuate shape by 90 °, so that it has a horizontal region 3a and a vertical region 3b, which are interconnected via an arcuate region.
  • the first ground electrode 3 is arranged in such a way to the center electrode 2, that between them a gap S 1 is present and the first ground electrode 3 is arranged above the center electrode 2 (see Figure 2).
  • the first ground electrode 3 is a so-called roof ground electrode, so that the spark between the first ground electrode 3 and the center electrode 2 is formed in the gap Sl.
  • the three other ground electrodes 4, 5, 6 are arranged in a perpendicular manner parallel to the center electrode 2 corresponding to a longitudinal direction XX of the spark plug to the spark plug.
  • a distance of the three other ground electrodes 4, 5, 6 is greater than the distance Sl between the first ground electrode 3 and the center electrode 2.
  • a distance between the second ground electrode 4 and the center electrode 2 is schematically shown and designated S2. Since the four ground electrodes are connected to one another in the interior of the housing 7, the greater distance between the ground electrodes 4, 5, 6, which are not currently active, ensures that no spark is generated between these ground electrodes and the center electrode 2. If then after a certain period of operation, the first ground electrode 3 is worn, the spark plug is removed from the engine and the first ground electrode 3 in the vertical region 3b, for example, beauckte or otherwise separated. Subsequently, the second ground electrode 4 is bent by 90 ° at its free end, so that they now have a new
  • the spark plug 1 according to the invention of the first embodiment has about four times longer life than a conventional spark plug previously used with only one ground electrode. Further, since the grounding electrodes 4, 5, 6 held in reserve are bent immediately before use, optimum alignment of the newly bent ground electrode can be ensured, so that the spark plug can provide optimum power density.
  • the ground electrodes 3, 4, 5, 6 and the center electrode 2 are preferably provided in the form of noble metal pins or a base pin with attached noble metal pin.
  • precious metals for example, platinum, iridium, rhodium, ruthenium or palladium or any combinations and / or alloys of these noble metals are used. By using the precious metal, the wear behavior can be further improved.
  • Electrode base material can be used, for example, an alloy with nickel as the main component.
  • the ground electrodes 3, 4, 5, 6 and the center electrode 2 can also be equipped with platelets of precious metal, wherein the noble metal platelets are arranged at the free end of the center electrode 2 or the region of the ground electrodes, which points directly to the center electrode 2 in the bent state , As a result, the noble metal chips on the center electrode and the ground electrode in use are directly opposite each other.
  • spark plug 1 according to a second embodiment of the invention will be described in detail with reference to Figures 3 and 4. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the spark plug 1 of the second Auslanderangsbeispiels substantially corresponds to that of the first embodiment, in contrast to the held in reserve ground electrodes 4, 5, 6 are pre-bent by a predetermined angle OC.
  • the angle OC is about 20 °.
  • the grounded electrodes 4, 5, 6 are pre-bent inwards in the direction of the center electrode 2.
  • this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the spark plug 1 of the third exemplary embodiment has only a total of three ground electrodes, namely a first ground electrode 3, a second ground electrode 4 and a third ground electrode 5 (see FIG.
  • a length of the three ground electrodes starting from the free end of the ground electrodes to a mounting area to which they are attached to the housing 7 of the spark plug, different.
  • the first ground electrode 3 has a length Ll greater than a length L2 of the second ground electrode 4, and wherein the length L2 of the second ground electrode 4 is greater than a length L3 of the third ground electrode 5.
  • the length L1 of the first Ground electrode 3 is greater than the length L2 of the second ground electrode 4, which in turn is greater than the length L3 of the third ground electrode 5.
  • the spark plug of the fourth exemplary embodiment comprises, as is apparent in particular from FIG. 8, instead of a roof electrode, a so-called laterally set electrode.
  • the first ground electrode 3 and the third ground electrode 5 are simultaneously set at the same time, so that a spark formation between the center electrode and the first and third ground electrode 3, 5 is possible.
  • the second ground electrode 4 and the fourth ground electrode 5 are held in reserve and project perpendicularly from the spark plug 1, being arranged parallel to the center electrode 2. Then, when the first ground electrode 3 and the third ground electrode 5 are worn, the second ground electrode 4 and the fourth ground electrode 6 are bent over and replace the worn ground electrodes, so that the entire life of the spark plug can be extended as shown in the foregoing embodiment.
  • the side-mounted ground electrodes have the advantage that in particular the Umbiegevorgang can be performed easily because it can be used easily with a tool to the free end of the ground electrodes and the forming process can be performed.
  • the spark plug 1 according to the fourth embodiment can of course also be configured such that only one of the ground electrodes is bent over and is used in operation.
  • Using simultaneously two active ground electrodes 3, 5, as shown in FIGS. 7 and 8, has the advantage that both in the gap between the center electrode 2 and the first ground electrode 3 and the gap between the center electrode 2 and the third ground electrode 5 a spark can be generated. As a result, in particular an even more secure ignition of an ignitable mixture can be achieved. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • FIGS. 9 and 10 show a spark plug 1 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the same or functionally identical parts are again denoted by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the spark plug 1 of the fifth embodiment substantially corresponds to that of the first embodiment.
  • the ground electrodes 3, 4, 5, 6 additionally precious metal platelets 13, 14, 15, 16 are provided.
  • the noble metal platelets thereby improve the wear resistance of the ground electrodes, wherein the ground electrodes can have a base pin made of a low-cost material.
  • the base pins all have the same basic length.
  • the noble metal platelets are arranged at different positions on the ground electrodes 3, 4, 5 and 6. More specifically, the noble metal chip 13 of the first ground electrode 3 is disposed directly at the free end 3 c of the first ground electrode 3.
  • Noble metal plate 14 of the second ground electrode 4 is arranged at a distance Al from the free end 4c of the second ground electrode 4.
  • the noble metal chip 15 of the third ground electrode 5 is arranged at a distance A2 from the free end 5c of the third ground electrode 5.
  • the distance A2 is greater than the distance Al.
  • the fourth noble metal chip 16 is also arranged at a distance (not shown in FIGS. 9 and 10) from the free end 6c of the fourth ground electrode 6, the distance at the fourth ground electrode being greater than the distance A2 at the third ground electrode.
  • the noble metal platelets are each arranged at different positions, they are selected after bending as the roof mass electrode corresponding to the wear of the center electrode 2 so that they lie after bending directly opposite the end face 2a of the center electrode 2. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous one

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode (2), eine erste Masseelektrode (3), welche in einer bogenförmigen Form mit einem waagrechten Bereich (3a) und einem im Wesentlichen senkrechten Bereich (3b) angeordnet ist, und wenigstens eine zweite Masseelektrode (4), welche derart neben der Mittelelektrode (2) angeordnet ist, dass ein Abstand (S1) zwischen der ersten Masseelektrode (3) und der Mittelelektrode (2) kleiner ist als ein Abstand (S2) zwischen der zweiten Masseelektrode (4) und der Mittelelektrode.

Description

Beschreibung
Titel
Zündkerze mit langer Lebensdauer
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche eine besonders lange Lebensdauer aufweist und insbesondere für stationäre Motoren, wie beispielsweise Gasmotoren, verwendbar ist.
Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannten Zündkerzen weisen üblicherweise eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf. Derartige Zündkerzen sind Massenbauteile, welche üblicherweise Standzeiten von 100.000 km oder mehr aufweisen können. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass als Elektrodenverschleißfläche Edelmetalle mit verbesserten Korrosions- und Erosionseigenschaften verwendet werden. Bei stationären Brennkraftmaschinen, welche üblicherweise mit brennbaren Gasen, wie z.B. Erdgas, Klärgas, Deponiegas, Biogas oder Wasserstoff betrieben werden, liegen die Zündkerzenstandzeiten bei ca. 2000 Betriebsstunden.
Insbesondere bei aufgeladenen stationären Brennkraftmaschinen werden diese Laufzeiten mit den bekannten Zündkerzen aus der Kraftfahrzeuganwendung nur schwer erreicht. Gasmotoren besitzen üblicherweise eine höhere Verdichtung und reagieren deshalb deutlich empfindlicher auf eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes, der sich im Betrieb aufgrund des Elektrodenverschleißes ständig vergrößert. Da die stationären Motoren häufig auch im Dauerbetrieb verwendet werden, muss ungefähr schon nach 90 Tagen ein Zündkerzenwechsel erfolgen.
Aus der US 5 751 096 Bl ist eine Zündkerze bekannt, welche eine Mittelelektrode und zwei einander gegenüberliegende Masseelektroden aufweist. Die Masseelektroden sind dabei in einer senkrechten Ausrichtung in Längsrichtung der Zündkerze parallel zur Mittelelektrode einander gegenüberliegend angeordnet. Durch die zwei Masseelektroden kann insbesondere ein relativ großer Zündbereich an der Zündkerze durch zwei Elektrodenspalte sichergestellt werden.
Ferner ist aus der EP 0 569 787 Al eine Zündkerze bekannt, welche eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode sowie eine Zwischenelektrode aufweist. Die Zwischenelektrode ist in einem Bereich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode angeordnet, wobei die Zwischenelektrode sowohl mit der Mittelelektrode als auch mit der Masseelektrode einen eigenen Elektrodenspalt bildet. Hierdurch können zwei Zündfunken, nämlich je ein Zündfunke pro Elektrodenspalt, erzeugt werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfmdungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Zündkerze eine signifikant längere Lebensdauer hat. Erfindungsgemäß kann durch die Verwendung von wenigstens zwei Masseelektroden, welche nacheinander während eines Betriebes benutzt werden, die Betriebsdauer deutlich gesteigert werden. Nachdem die erste Masseelektrode abgenutzt ist, wird die zweite Masseelektrode verwendet. Diese kann beispielsweise durch Hinbiegen zur Mittelelektrode auf einfache Weise zum Einsatz gebracht werden, da sich die zweite Masseelektrode schon vorbereitet an der Zündkerze befindet. Um zu verhindern, dass während des Betriebes beide Masseelektroden gleichzeitig verwendet werden, ist ein Abstand zwischen der ersten Masseelektrode und der Mittelelektrode kleiner als ein Abstand zwischen der zweiten Masseelektrode und der Mittelelektrode. Dadurch werden die Funken während des Betriebes immer zwischen der ersten Masseelektrode und der Mittelelektrode erzeugt. Wenn die erste Masseelektrode abgenutzt ist, wird diese weggebogen oder entfernt und die zweite Masseelektrode hingebogen, so dass dann der Zündfunke zwischen der zweiten Masseelektrode und der Mittelelektrode erzeugt wird. Somit ist die erfindungsgemäße Zündkerze insbesondere zum Einsatz bei stationären Brennkraftmaschinen geeignet.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist die erste Masseelektrode mit bogenförmiger Form über den Mittelelektrode angeordnet. Dadurch bildet die erste Masseelektrode eine Dachmasseelektrode. Alternativ ist die erste Masseelektrode eine neben der Mittelelektrode angeordnete Elektrode, so dass sie eine seitlich angestellte Masseelektrode bildet. Hierdurch wird ein Funken zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Zündkerze erzeugt.
Um einen möglichst kompakten und einfachen Aufbau bereitzustellen, ist die zweite Masseelektrode der Zündkerze vorzugsweise in einer senkrechten Weise parallel zur Mittelelektrode angeordnet. Dadurch kann, sobald die erste Masseelektrode abgenutzt ist, die zweite Masseelektrode durch einfaches Umbiegen um 90° zur Mittelelektrode hin in Betrieb genommen werden. Somit ist nur ein einfacher Biegeschritt notwendig, welcher beispielsweise mittels Verwendung einer Lehre einfach ausgeführt werden kann, so dass schnell ein optimaler Abstand zwischen zweiter Masseelektrode und Mittelelektrode eingestellt werden kann.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Masseelektrode in einer leicht vorgebogenen Weise zur Mittelelektrode angeordnet. Hierdurch wird ein Biegevorgang der zweiten Masseelektrode, wenn diese zum Einsatz kommen soll, deutlich vereinfacht. Die zweite Masseelektrode ist dabei vorzugsweise in einem vorgebogenen Winkel von ca. 20° relativ zur senkrechten Ausrichtung der Mittelelektrode vorgebogen.
Vorzugsweise ist, ausgehend von einem Befestigungsbereich der Masseelektrode an der Zündkerze, eine Länge der zweiten Masseelektrode kürzer als eine Länge der ersten Masseelektrode. Durch diese Ausgestaltung kann erreicht werden, dass eine einfache Anpassung der zweiten Masseelektrode an eine verschleißbedingte Verkürzung der Mittelelektrode während des Betriebs ausgeführt werden kann. Während des Betriebs wird dabei zuerst die erste Masseelektrode verschlissen sowie auch eine Länge der Mittelelektrode verkürzt. Wenn dann die zweite Masseelektrode an Stelle der ersten Masseelektrode verwendet werden soll, ist durch die schon im Voraus vorgesehene Verkürzung der zweiten Masseelektrode eine optimale Anpassung an die verschleißbedingte verkürzte Mittelelektrode möglich. Die verkürzte Länge der zweiten Masseelektrode ist dabei derart gewählt, dass beispielsweise aufgrund von Durchschnittswerten eine durchschnittliche Verkürzung der Mittelelektrode bestimmt wird, welche diese nach einem vollständigen Verschleiß der ersten Masseelektrode aufweist, so dass dann entsprechend die zweite Masseelektrode optimal zur Mittelelektrode hin umgebogen werden kann. Diese verkürzte zweite Masseelektrode wird besonders bevorzugt bei Dachmasseelektroden verwendet. Weiter bevorzugt umfasst die Zündkerze ferner wenigstens eine dritte Masseelektrode, wobei eine Länge der zweiten Masseelektrode ausgehend von einem Fußbereich der zweiten Masseelektrode bis zum freien Ende der Masseelektrode größer ist als eine Länge der dritten Masseelektrode.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die erste Masseelektrode und die zweite Masseelektrode jeweils einen Edelmetallbereich auf. Der Edelmetallbereich der ersten Masseelektrode ist dabei vorzugsweise an einer unterschiedlichen
Position in Längsrichtung der Masseelektrode angeordnet als ein Edelmetallbereich an der zweiten Masseelektrode. Dadurch kann in ähnlicher Weise wie bei Masseelektroden mit unterschiedlichen Längen nach einer Abnutzung der ersten Masseelektrode die zweite Masseelektrode weggebogen werden, wobei der Edelmetallbereich dann an einer Stelle an der zweiten Masseelektrode angeordnet ist, so dass er in einer optimalen Position zu der dann ebenfalls schon abgenutzten Mittelelektrode nach dem Biegevorgang kommt. - A -
Besonders bevorzugt umfasst die Zündkerze genau drei oder genau vier Masseelektroden. Dadurch kann eine Einsatzdauer der Zündkerze weiter vergrößert werden. Immer wenn eine der Masseelektroden verschlissen ist, wird diese beispielsweise abgezwickt oder weggebogen und eine nächste Masseelektrode in eine entsprechende Position zur Mitteelektrode gebogen. Dadurch können sehr lange Standzeiten für die Zündkerze erreicht werden. Die Vielzahl der Masseelektroden ist dabei vorzugsweise in gleichen Abständen entlang eines Umfangs der Zündkerze angeordnet. D.h. bei drei Masseelektroden sind diese jeweils in einem Winkel von 120° angeordnet, bei vier Masseelektroden sind diese jeweils in einem Winkel von 90° angeordnet.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine stationäre Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zündkerze. Die stationäre Brennkraftmaschine ist insbesondere bevorzugt ein stationärer Gasmotor, welcher mit einem Gas als Brennstoff, wie z.B. Erdgas, Klärgas, Deponiegas, Biogas oder Wasserstoff betrieben wird. Durch die erfindungsgemäße Idee des Vorsehens mehrerer Masseelektroden an der Zündkerze, welche nacheinander zum Einsatz kommen, kann nach einer Abnutzung einer ersten Masseelektrode einfach diese entfernt oder weggebogen werden und eine zweite Masseelektrode in einer optimalen Ausrichtung zur Mittelelektrode umgebogen werden. Dabei kann insbesondere auch eine optimale Ausrichtung der zweiten Masseelektrode in Anbetracht des eventuell an der Mittelelektrode vorhandenen Verschleißes ermöglicht werden.
Alternativ wird die Zündkerze bevorzugt auch in Großmotoren für Lastkraftwagen, Busse, Baumaschinen oder Schiffen verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 eine schematische Draufsicht der in Figur 1 gezeigten Zündkerze,
Figuren 3 und 4 eine teilweise geschnittene Ansicht bzw. eine Draufsicht einer Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figuren 5 und 6 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Zündkerze gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figuren 7 und 8 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Zündkerze gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Figuren 9 und 10 eine teilweise geschnittene Ansicht bzw. eine Draufsicht einer Zündkerze gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Zündkerze 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben, wobei Figur 1 ein Schnitt entlang der Linie I-I von Figur 2 ist.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 eine Mittelelektrode 2, welche zentral in der Zündkerze angeordnet ist und von einem Gehäuse 7 vorsteht. Ferner umfasst die Zündkerze 1 des ersten Ausführungsbeispiels vier Masseelektroden, nämlich eine erste Masseelektrode 3, eine zweite Masseelektrode 4, eine dritte Masseelektrode 5 und eine vierte Masseelektrode 6 (vgl. Figur 2). Die vier Masseelektroden sind dabei jeweils entlang des Umfangs der Zündkerze in einem Winkel von 90° zu einer benachbarten Masseelektrode angeordnet. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, ist in dem dargestellten Zustand der Zündkerze 1 gerade lediglich die erste Masseelektrode 3 während des Betriebs aktiv. Die erste Masseelektrode 3 ist dazu in einer bogenförmigen Form um 90° umgebogen, so dass sie einen waagrechten Bereich 3a und einen senkrechten Bereich 3b aufweist, welche über einen bogenförmigen Bereich miteinander verbunden sind. Die erste Masseelektrode 3 ist dabei derart zur Mittelelektrode 2 angeordnet, dass zwischen ihnen ein Spalt S 1 vorhanden ist und die erste Masseelektrode 3 über der Mittelelektrode 2 angeordnet ist (vgl. Figur 2). Somit ist die erste Masseelektrode 3 eine sogenannte Dachmasseelektrode, so dass der Zündfunke zwischen der ersten Masseelektrode 3 und der Mittelelektrode 2 im Spalt Sl entsteht. Die drei anderen Masseelektroden 4, 5, 6 sind dabei in einer senkrechten Weise parallel zur Mittelelektrode 2 entsprechend einer Längsrichtung X-X der Zündkerze an der Zündkerze angeordnet. Dabei ist ein Abstand der drei anderen Masseelektroden 4, 5, 6 größer als der Abstand Sl zwischen der ersten Masseelektrode 3 und der Mittelelektrode 2. In Figur 2 ist schematisch ein Abstand zwischen der zweiten Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 2 eingezeichnet und mit S2 bezeichnet. Da im Inneren des Gehäuses 7 die vier Masseelektroden miteinander verbunden sind, wird durch den größeren Abstand der gerade nicht aktiven Masseelektroden 4, 5, 6 sichergestellt, dass kein Funken zwischen diesen Masseelektroden und der Mittelelektrode 2 erzeugt wird. Wenn dann nach einer gewissen Betriebsdauer die erste Masseelektrode 3 verschlissen ist, wird die Zündkerze aus dem Motor ausgebaut und die erste Masseelektrode 3 im senkrechten Bereich 3b beispielsweise abgezwickt oder anderweitig abgetrennt. Anschließend wird die zweite Masseelektrode 4 um 90° an ihrem freien Ende umgebogen, so dass diese nun eine neue
Dachmassenelektrode für die Mittelelektrode 2 bildet. Da während des Betriebs ebenfalls ein Verschleiß an der Mittelelektrode 2 auftreten kann, kann die zweite Masseelektrode 4 etwas weiter in axialer Richtung in Richtung des Gehäuses 7 gebogen werden, so dass ein optimaler Abstand zwischen der Mittelelektrode 2 und der zweiten Masseelektrode 4 gebildet ist. Für den Umbiegevorgang kann hierbei auch eine Lehre o.Ä. verwendet werden. Wenn dann während des weiteren Betriebes die zweite Masseelektrode 4 verschlissen ist, wird diese ebenfalls entfernt und stattdessen die dritte Masseelektrode 5 umgebogen, und wenn nach weiteren Betriebsstunden die dritte Masseelektrode 5 verschlissen ist, diese entfernt und die vierte Masseelektrode 6 umgebogen. Somit weist die erfindungsgemäße Zündkerze 1 des ersten Ausführungsbeispiels eine um ca. viermal längere Lebensdauer als eine bisher verwendete herkömmliche Zündkerze mit nur einer Masseelektrode auf. Da die in Reserve gehaltenen Masseelektroden 4, 5, 6 jeweils unmittelbar vor ihrem Einsatz umgebogen werden, kann ferner eine optimale Ausrichtung der neu umgebogenen Masseelektrode sichergestellt werden, so dass die Zündkerze eine optimale Leistungsdichte bereitstellen kann.
Die Masseelektroden 3, 4, 5, 6 und die Mittelelektrode 2 werden bevorzugt in Form von Edelmetallstiften oder einem Basisstift mit aufgesetztem Edelmetallpin bereitgestellt. Als Edelmetalle werden beispielsweise Platin, Iridium, Rhodium, Ruthenium oder Palladium bzw. beliebige Kombinationen und/oder Legierungen dieser Edelmetalle verwendet. Durch die Verwendung des Edelmetalls kann das Verschleißverhalten weiter verbessert werden. Als
Elektrodengrundstoff kann dabei beispielsweise eine Legierung mit Nickel als Hauptbestandteil verwendet werden. Alternativ können die Masseelektroden 3, 4, 5, 6 sowie die Mittelelektrode 2 auch mit Plättchen aus Edelmetall bestückt werden, wobei die Edelmetallplättchen am freien Ende der Mittelelektrode 2 bzw. dem Bereich der Masseelektroden angeordnet sind, welcher direkt zur Mittelelektrode 2 im umgebogenen Zustand zeigt. Dadurch liegen die Edelmetallplättchen an der Mittelelektrode und der in Verwendung befindlichen Masseelektrode unmittelbar einander gegenüber.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 eine Zündkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Die Zündkerze 1 des zweiten Ausführangsbeispiels entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied dazu die in Reserve gehaltenen Masseelektroden 4, 5, 6 um einen vorbestimmten Winkel OC vorgebogen sind. Der Winkel OC beträgt dabei ca. 20°. Wie aus der Schnittansicht von Figur 3 entlang der Linie III-III von Figur 4 ersichtlich ist, sind die vorgehaltenen Masseelektroden 4, 5, 6 dabei nach innen in Richtung zur Mittelelektrode 2 vorgebogen. Dadurch lässt sich der Biegevorgang nach einem Verschleiß einer der Masseelektroden und der dann verwendeten Masseelektrode leichter vollziehen. Ansonsten entspricht dieses Ausfuhrungsbeispiel dem vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 eine Zündkerze 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Zündkerze 1 des dritten Ausführungsbeispiels nur insgesamt drei Masseelektroden, nämlich eine erste Masseelektrode 3, eine zweite Masseelektrode 4 und eine dritte Masseelektrode 5 auf (vgl. Figur 6). Wie weiter insbesondere aus Figur 5 ersichtlich ist, ist eine Länge der drei Masseelektroden ausgehend vom freien Ende der Masseelektroden bis zu einem Befestigungsbereich, an welchem sie am Gehäuse 7 der Zündkerze befestigt sind, unterschiedlich. Genauer weist die erste Masseelektrode 3 eine Länge Ll auf, welche größer ist als eine Länge L2 der zweiten Masseelektrode 4, und wobei die Länge L2 der zweiten Masseelektrode 4 größer ist als eine Länge L3 der dritten Masseelektrode 5. Somit ist die Länge Ll der ersten Masseelektrode 3 größer als die Länge L2 der zweiten Masseelektrode 4, welche ihrerseits größer als die Länge L3 der dritten Masseelektrode 5 ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass, da während des Betriebes auch ein Verschleiß an der Mittelelektrode 2 auftritt, so dass die vorstehende Länge L der Mittelelektrode 2 kürzer wird, die nach einem Verschleiß der ersten Masseelektrode 3 verwendete zweite Masseelektrode 4 aufgrund ihrer kürzeren Länge L2 genau über die Mittelelektrode 2 umgebogen werden kann. Die Verkürzung der Länge L2 gegenüber der Länge Ll der ersten Masseelektrode 3 ist dabei derart, dass genau der Verschleiß der Mittelelektrode 2 mit einbezogen wurde, so dass die zweite Masseelektrode 4 in optimaler Weise über der Mittelelektrode 2 liegt. In entsprechender Weise wird dann, wenn auch die zweite Masseelektrode 4 verschlissen ist, die dritte Masseelektrode 5 umgebogen, wobei die Mittelelektrode 2 dann noch weiter verschlissen ist, so dass die kürzere dritte Masseelektrode ebenfalls optimal über die Mittelelektrode 2 passt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 eine Zündkerze 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Die Zündkerze des vierten Ausführungsbeispiels umfasst, wie insbesondere aus Figur 8 ersichtlich ist, statt einer Dachelektrode eine sogenannte seitlich angestellte Elektrode. Beim vierten Ausführungsbeispiel sind dabei gleichzeitig die erste Masseelektrode 3 und die dritte Masseelektrode 5 seitlich angestellt, so dass eine Funkenbildung zwischen der Mittelelektrode und der ersten sowie dritten Masseelektrode 3, 5 möglich ist. Weiter sind, wie aus Figur 8 ersichtlich ist, die zweite Masseelektrode 4 und die vierte Masseelektrode 5 in Reserve gehalten und stehen senkrecht von der Zündkerze 1 vor, wobei sie parallel zur Mittelelektrode 2 angeordnet sind. Wenn die erste Masseelektrode 3 und die dritte Masseelektrode 5 dann verschlissen sind, werden die zweite Masseelektrode 4 und die vierte Masseelektrode 6 umgebogen und ersetzen die verschlissenen Masseelektroden, so dass die gesamte Lebensdauer der Zündkerze wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel dargestellt, verlängert werden kann. Die seitlich angestellten Masseelektroden haben dabei den Vorteil, dass insbesondere der Umbiegevorgang leichter durchgeführt werden kann, da problemlos mit einem Werkzeug an das freie Ende der Masseelektroden gegriffen werden kann und der Umformvorgang durchgeführt werden kann. Hierbei sei angemerkt, dass die Zündkerze 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel selbstverständlich auch derart ausgestaltet sein kann, dass lediglich eine der Masseelektroden umgebogen ist und im Betrieb verwendet wird. Das Verwenden von gleichzeitig zwei aktiven Masseelektroden 3, 5, wie in Figur 7 und 8 gezeigt, hat den Vorteil, dass sowohl in dem Spalt zwischen der Mittelelektrode 2 und der ersten Masseelektrode 3 als auch dem Spalt zwischen der Mittelelektrode 2 und der dritten Masseelektrode 5 ein Funken erzeugt werden kann. Dadurch kann insbesondere eine noch sicherere Zündung eines zündfähigen Gemisches erreicht werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figuren 9 und 10 zeigen eine Zündkerze 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Wie insbesondere aus der Schnittansicht von Figur 9, welche einen Schnitt entlang der Linie IX-IX von Figur 10 ist, ersichtlich ist, entspricht die Zündkerze 1 des fünften Ausführungsbeispiels im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied dazu sind an den Masseelektroden 3, 4, 5, 6 zusätzlich noch Edelmetallplättchen 13, 14, 15, 16 vorgesehen. Die Edelmetallplättchen verbessern dabei die Verschleißfestigkeit der Masseelektroden, wobei die Masseelektroden einen aus einem kostengünstigen Material hergestellten Basisstift aufweisen können. Die Basisstifte weisen dabei alle die gleiche Grundlänge auf. Wie insbesondere aus Figur 9 ersichtlich ist, sind die Edelmetallplättchen dabei an unterschiedlichen Positionen an den Masseelektroden 3, 4, 5 und 6 angeordnet. Genauer ist das Edelmetallplättchen 13 der ersten Masseelektrode 3 unmittelbar am freien Ende 3c der ersten Masseelektrode 3 angeordnet. Das
Edelmetallplättchen 14 der zweiten Masseelektrode 4 ist dabei mit einem Abstand Al vom freien Ende 4c der zweiten Masseelektrode 4 angeordnet. Das Edelmetallplättchen 15 der dritten Masseelektrode 5 ist mit einem Abstand A2 vom freien Ende 5c der dritten Masseelektrode 5 angeordnet. Der Abstand A2 ist dabei größer als der Abstand Al. Das vierte Edelmetallplättchen 16 ist ebenfalls mit einem Abstand (in den Figuren 9 und 10 nicht dargestellt) vom freien Ende 6c der vierten Masseelektrode 6 angeordnet, wobei der Abstand an der vierten Masseelektrode größer ist als der Abstand A2 an der dritten Masseelektrode. Durch die Anordnung der Edelmetallplättchen an unterschiedlichen Positionen an den ansonsten gleich langen Masseelektroden 3, 4, 5, 6 wird die gleiche Funktion wie im dritten Ausführungsbeispiel erhalten, nämlich dass durch die unterschiedliche Anordnung der Edelmetallplättchen ein ebenfalls während des Betriebs auftretender Verschleiß an der Mittelelektrode 2 besser kompensiert werden kann. Da die Edelmetallplättchen jeweils an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, werden sie nach dem Umbiegen als Dachmassenelektrode entsprechend dem Verschleiß der Mittelelektrode 2 so gewählt, dass sie nach dem Umbiegen unmittelbar gegenüber der Stirnseite 2a der Mittelelektrode 2 liegen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode (2), eine erste Masseelektrode (3), welche in einer bogenförmigen Form mit einem waagrechten Bereich (3 a) und einem im Wesentlichen senkrechten Bereich (3b) angeordnet ist, und wenigstens eine zweite Masseelektrode (4), welche derart neben der Mittelelektrode (2) angeordnet ist, dass ein Abstand (Sl) zwischen der ersten Masseelektrode (3) und der Mittelelektrode (2) kleiner ist als ein Abstand (S2) zwischen der zweiten Masseelektrode (4) und der Mittelelektrode.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Masseelektrode (3) im umgebogenen Zustand über der Mittelelektrode (2) angeordnet ist, um eine Dachmassenelektrode zu bilden, oder dass die erste Masseelektrode (3) im umgebogenen Zustand neben der Mittelelektrode (2) angeordnet ist, um eine seitlich angestellte Masseelektrode zu bilden.
3. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Masseelektrode (4) in senkrechter Weise parallel zur Mittelelektrode (2) angeordnet ist.
4. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Masseelektrode (2) in einem Winkel (α) zu einer Längsachse (X-X) der Zündkerze vorgebogen angeordnet ist.
5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L2) der zweiten Mittelelektrode (4) kleiner ist als eine Länge (Ll) der ersten Mittelelektrode (3).
6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Masseelektrode (3) ein Edelmetallbereich (13) und an der zweiten Masseelektrode (4) ein Edelmetallbereich (14) vorgesehen ist, wobei ausgehend von einem Befestigungsbereich der Masseelektroden an der Zündkerze der Edelmetallbereich (13) der ersten Masseelektrode (3) an einer unterschiedlichen Position in Längsrichtung der ersten Masseelektrode angeordnet ist, als der Edelmetallbereich (14) der zweiten Masseelektrode (4).
7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze eine dritte Masseelektrode oder eine dritte und vierte Masseelektrode umfasst.
8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Masseelektroden (3, 4, 5, 6) voneinander in gleichen Umfangsabständen entlang eines Umfangs der Zündkerze angeordnet ist.
9. Stationäre Brennkraftmaschine, insbesondere stationärer Gasmotor, umfassend eine Zündkerze (1) nach einem der vorliegenden Ansprüche.
10. Schwerkraftfahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, Baumaschine, Bus oder Schiff, umfassend eine Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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