WO2016096462A1 - Zündkerzen mit mittelelektrode - Google Patents

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WO2016096462A1
WO2016096462A1 PCT/EP2015/078538 EP2015078538W WO2016096462A1 WO 2016096462 A1 WO2016096462 A1 WO 2016096462A1 EP 2015078538 W EP2015078538 W EP 2015078538W WO 2016096462 A1 WO2016096462 A1 WO 2016096462A1
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core
spark plug
base body
region
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PCT/EP2015/078538
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Manfred Roeckelein
Andreas Benz
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode

Definitions

  • the invention is based on a spark plug according to the preamble of the independent claim.
  • the spark plug should have the same good ignition reliability and the same long life as previous spark plugs not subject to downsizing.
  • the insulator is the more sensitive component in the spark plug due to its ceramic nature compared to the metallic components in terms of mechanical and electrical loads.
  • spark plugs having a housing, an insulator disposed in the housing, a center electrode arranged in the insulator and a ground electrode arranged on the housing, the ground electrode and the center electrode being arranged relative to one another such that the ground electrode and the center electrode form a spark gap form, and wherein the center electrode with a Cartridge head rests on a formed on an inner side of the insulator seat, and wherein the center electrode has an electrode base body and a in the
  • Electrode body arranged core wherein the core consists of a material having a higher thermal conductivity than the material of the electrode body, to ensure the mechanical and electrical stability of the insulator should not be less than a minimum wall thickness. It is important to achieve an optimum between the stability and heat dissipation of the insulator on the one hand and the heat dissipation of the spark plug overall and the life of the spark plug on the other.
  • the object of the present invention is to provide a spark plug that can meet the requirements mentioned above.
  • Electrode body is formed and the electrode body a
  • Diameter of not greater than 1.7 mm is achieved according to the invention that a spark plug with this center electrode meets the above requirements.
  • the insulator can be formed with a sufficient wall thickness, whereby the
  • Spark plug can withstand the thermal, mechanical and electrical loads during operation.
  • the center electrode or the electrode main body can have regions of different diameters. The mentioned limits for the diameter of the
  • Electrode basic body refer in each case to the largest diameter of the
  • Electrode base body neglecting the electrode head.
  • Electrode head is formed at the combustion chamber-remote end of the center electrode.
  • the electrode head rests on a seat formed on the inside of the insulator.
  • the electrode head extends from the seat formed on the inside of the insulator to the end of the center electrode facing away from the combustion chamber. If the geometry of the cross section of the electrode main body deviates from the round shape, then the diameter refers to the circumference of the non-circular
  • the diameter of the electrode main body is not greater than 1.5 mm.
  • Electrode body is not less than 1 mm, so that the stability of the center electrode itself is not compromised.
  • the electrode main body should have this minimum diameter, so that the cross section of the electrode body is large enough for sufficient heat dissipation along the center electrode, so that the insulator at its combustion chamber end next to that from the combustion chamber
  • the housing and the center electrode are at different electrical
  • the center electrode and the housing have, by design, their smallest distance from each other. As a result, this area of the insulator is very susceptible to electrical breakdown. To prevent these electrical breakdowns on the insulator, it has been found to be advantageous that the insulator in the region of the seat formed on its inside a
  • the core of the electrode base body consists of a material which has a higher thermal conductivity than the material of the electrode base body. As a result, the heat conduction within the electrode body is favored.
  • the material of the core preferably has a thermal conductivity of at least 350 W / m K at room temperature.
  • the thermal conductivity of the material of the core is at least 300 W / mK greater than the thermal conductivity of the material of the electrode body.
  • the electrode base body has, for example, a nickel-containing alloy.
  • the alloy preferably contains at least 20% by weight of chromium, in particular at least 25% by weight of chromium. In an alternative nickel alloy, this contains alternatively or additionally yttrium.
  • the core consists for example of copper or silver or an alloy with copper and / or silver. Investigations by the Applicant have shown that, for example, a copper-containing core in the electrode base body reduces the temperature at the end of the electrode main body facing the combustion chamber by 50-80K.
  • Cross sectional area of the core not less than 20% of the cross sectional area of the
  • Electrode body or the center electrode is in at least a first region, wherein in the at least one first region of the electrode base body and the core each have a constant diameter.
  • the cross-sectional area of the electrode main body is composed of the cross-sectional area of the core and the cross-sectional area of the shell.
  • the at least one first region is cylindrical.
  • the at least one first region preferably has a length along the longitudinal axis of the center electrode which is equal to or longer than the diameter of the electrode main body in this first region, in particular the length of the at least one first region is at least 1.5 times as long as the first electrode Diameter of the electrode body.
  • the cross-sectional area of the core corresponds to a maximum of 65% of the total cross-sectional area of the electrode main body or of the center electrode. This ensures that the center electrode has a sufficiently large shell thickness.
  • the electrode base body consists of a more wear-resistant material than the core, so that preferably the electrode base body must have a minimum cladding thickness so that the center electrode has a sufficiently long life, for example at least 50,000 km. It has proved to be advantageous if the electrode main body has a minimum cladding thickness of not less than 0.15 mm, in particular not less than 0.25 mm. Additionally or alternatively, it can be provided that the jacket thickness in the at least one first region with constant diameters of the core and the electrode main body is not greater than 0.35 mm.
  • the center electrode on its combustion chamber-side end face on a precious metal-containing ignition surface, which has a higher wear resistance than the electrode body material.
  • the distance b from the firing surface to the core has a value in the range of 0.2 mm to 2 mm.
  • the center electrode has no
  • the distance b from the combustion-chamber-side end face of the electrode main body to the combustion-chamber-side end of the core is at least 0.6 mm long in order to ensure a sufficiently long service life of the center electrode.
  • the distance b preferably has a value not smaller than 1 mm, and especially not larger than 3.5 mm.
  • Cross-sectional area of the electrode main body have the same geometric shape, in particular the core within a cross-sectional plane in the middle in
  • Electrode body is arranged. This ensures that the
  • Electrode body has a uniform shell thickness within the cross-sectional plane.
  • Spark plug with a reduced outer diameter of the housing are within the meaning of this application spark plugs whose threads have a smaller outer diameter than 14 mm, for example, so-called M12 or MIO spark plugs.
  • FIG. 1 shows two examples of central electrodes
  • FIG. 3 shows a spark plug according to the invention with a center electrode
  • FIG. 1 shows schematic representations for two exemplary embodiments of the center electrode 10.
  • the center electrode 10 has an electrode base body 11 and a core 12 which is arranged inside the electrode base body 12.
  • the core 11 is made of a material having a higher thermal conductivity than the material of the electrode base body 11.
  • the material of the electrode base body 11 has a higher wear resistance than the material of the core 12.
  • the core 12 is made of copper, silver or an alloy with copper and / or silver.
  • a Ni alloy is preferably used, while chromium and / or yttrium may be contained in the alloy.
  • the core of the center electrode 10 shown here in section has at least a first portion 15a, in which the core 12 has a relatively constant diameter d K.
  • the term "relatively constant" means that the diameter d K in the section changes its value by a maximum of 5%.
  • the diameter d K of the core 12 is reduced within a second section 14a.
  • the at least one first section 15a is arranged on a side of the center electrode 10 facing away from the combustion chamber, wherein an electrode head 4 (not shown) adjoins the end of the first section facing away from the combustion chamber 15 is formed.
  • the second section 14a adjoins the at least one first section 15a.
  • the core 12 it is conceivable for the core 12 to have a plurality of first sections 15a with constant diameters d K , the diameters d K of the individual first sections 15a being different. This is the case in particular when the center electrode 10 or the electrode main body 11 itself has several
  • the center electrode 10 shown in FIG. 1 is constructed from an electrode main body 11 which has a constant diameter d E along its length and thus also the center electrode 10 has a constant diameter d E.
  • the electrode main body 11 In the electrode main body 11, at least three regions 13, 14, 15 can be distinguished.
  • the electrode main body 11 In a first region 15, the electrode main body 11 has a core 12 with a constant diameter d K.
  • the second region 14a In a second region 14a, the
  • Electrode base body 11 a core 12 with a continuously reducing diameter d K on. In a third region 13, the electrode main body 11 has no core.
  • the thickness c of the jacket of the electrode base body 11 results from half the difference of the electrode body diameter d E to the core diameter d K.
  • the shell thickness c in this first region 15 is constant. It is advantageously provided that in this first region 15, the jacket thickness c of the electrode base body 11 is not less than 0.15 mm and not greater than 0.35 mm, for example, the jacket thickness c is equal to 0.25 mm or smaller.
  • the jacket thickness c is at least 0.15 mm thick in the region 14.
  • the diameter d E2 of the electrode base body 11 in the second region 14 can likewise be reduced.
  • the jacket thickness c is preferably 0.15 mm to 0.35 mm. It can be provided that the diameter d E2 of
  • Electrode body 11 changes at the same rate as the diameter d K of the core 12. This has the advantage that the jacket thickness c remains constant in the second region 14.
  • the third region 13 of the electrode main body 11 There is no core in the third region 13 of the electrode main body 11, and thus the jacket thickness c corresponds to half the diameter d E3 of the electrode base body 11.
  • the third region 13 preferably has a constant diameter d E3 which corresponds to the diameter d E2 of the second region 14 during the transition to the third area 13 corresponds.
  • the third region 13 of the electrode main body 11 has a length b, which extends from a combustion-chamber-side end 17 of the core 12 to a combustion-chamber-side end
  • the length b is not greater than 3.5 mm. If the center electrode 10 is formed with a noble metal-containing ignition surface 19, the length b may be formed shorter than without igniter surface 19 containing noble metal, as shown in Figure lb. If a noble metal-containing ignition surface 19 is dispensed with, as shown in FIG. 1 a, the length b should have a minimum length of 0.6 mm, so that the noble metal base body 12 has enough material for a sufficiently long service life of the center electrode 10. When using a noble metal-containing ignition surface 19 extends a length b of at least 0.2 mm for a sufficiently long life of the center electrode 10th
  • Figure 2 shows an example of a cross section of the center electrode 10.
  • the diameter d E of the center electrode 10 and the electrode base body 11 is smaller than 1.7 mm.
  • the cross section of the core 12 is arranged centrally in the cross section of the central electrode 10 or of the electrode main body 11.
  • Electrode base body 11 results from half the difference of
  • Electrode body diameter d E to the core diameter d K.
  • the cross sections of the electrode main body 11 and the core 12 have the same geometric shape.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a spark plug 1 with a
  • the spark plug 1 has a metallic housing 2 with a thread for mounting the spark plug 1 in a cylinder head. Furthermore, the housing has a hexagonal section 9, on which a tool for the assembly of the spark plug 1 is set in the cylinder head.
  • Housing 2 an insulator 3 is arranged.
  • Connection bolts 7 are arranged inside the insulator 3 and via a
  • a seat (3a) is formed, on which the center electrode (10) rests with its center electrode head (4).
  • the insulator (3) has a wall thickness of not less than 2 mm in the region of the seat (3a).
  • the center electrode 10 typically protrudes from the insulator 3 at the combustion chamber end of the spark plug 1.
  • the center electrode has a main body 10 and an ignition surface 19 arranged at the combustion chamber end of the main body.
  • the main body 10 has a core 12 which is surrounded by a jacket 11.
  • a ground electrode 5 is arranged. Which forms a spark gap together with the center electrode 10.
  • the ground electrode 5 may be formed as a roof electrode, side electrode or ironing electrode.

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Abstract

Zündkerze (1), aufweisend ein Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Isolator (3), eine im Isolator (3) angeordnete Mittelelektrode (10) und eine am Gehäuse (2) angeordnete Masseelektrode (5), wobei die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (10) so zueinander angeordnet sind, dass die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (10) einen Zündspalt ausbilden, und wobei die Mittelelektrode (10) mit einem Mittelelektrodenkopf (4) auf einen auf einer Innenseite des Isolators (3) ausgebildeten Sitz (3a) aufliegt, und wobei die Mittelelektrode (10) einen Elektrodengrundkörper (11) und einen im Elektrodengrundkörper (11) angeordneten Kern (12) aufweist, wobei der Kern (12) aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Elektrodengrundkörpers (11) hat, wobei der Elektrodengrundkörper (11) einen Durchmesser (dE) von nicht größer als 1,7 mm aufweist.

Description

Beschreibung
Zündkerzen mit Mittelelektrode
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Zündkerze nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs aus.
Aufgrund der zunehmenden Reduzierung des Bauraums im Motorraum stehen für die einzelnen Komponenten, wie beispielsweise die Zündkerze, im Motorraum weniger Platz zur Verfügung und die Komponenten im Motorraum müssen verkleinert werden. Durch den Trend des sogenannten Downsizings der Komponenten treten neue
Herausforderungen bei der Konstruktion der Komponenten und der Zündkerze auf.
Durch das Downsizing der Zündkerze und ihrer Komponenten steigt die thermische, elektrische und mechanische Belastung an der Zündkerze und ihren einzelnen
Komponenten. Gleichzeitig soll die Zündkerze eine gleich gute Zünd-Zuverlässigkeit und eine gleich lange Lebensdauer wie bisherige nicht dem Downsizing unterworfene Zündkerzen aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Eine Anpassung des Isolators und der Mittelelektrode an die durch das Downsizing entstehenden neuen Anforderungen ist eine Herausforderung. Der Isolator ist aufgrund seiner keramischen Natur im Vergleich zu den metallischen Komponenten im Bezug auf mechanische und elektrische Belastungen die empfindlichere Komponente in der Zündkerze.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei Zündkerzen mit ein Gehäuse, einen im Gehäuse angeordneten Isolator, eine im Isolator angeordnete Mittelelektrode und eine am Gehäuse angeordnete Masseelektrode, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so zueinander angeordnet sind, dass die Masseelektrode und die Mittelelektrode einen Zündspalt ausbilden, und wobei die Mittelelektrode mit einem Elektrodenkopf auf einen auf einer Innenseite des Isolators ausgebildeten Sitz aufliegt, und wobei die Mittelelektrode einen Elektrodengrundkörper und einen im
Elektrodengrundkörper angeordneten Kern aufweist, wobei der Kern aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Elektrodengrundkörpers hat, zur Gewährleistung der mechanischen und elektrischen Stabilität des Isolators eine minimale Wandstärke nicht unterschritten werden sollte. Es gilt ein Optimum zwischen der Stabilität und Wärmeableitung des Isolators einerseits und der Wärmeableitung der Zündkerze insgesamt sowie der Lebensdauer der Zündkerze andererseits zu erzielen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze bereit zu stellen, die die eingangs genannten Anforderungen erfüllen kann.
Diese Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen Zündkerze durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass die Mittelelektrode als ein Elektrodengrundkörper mit einem Kern aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als des Material des
Elektrodengrundkörpers ausgebildet ist und der Elektrodengrundkörper einen
Durchmesser von nicht größer als 1,7 mm aufweist, wird erfindungsgemäß erreicht, dass eine Zündkerze mit dieser Mittelelektrode die oben genannten Anforderungen erfüllt. Der Isolator kann mit einer ausreichende Wandstärke ausbildet werden, wodurch die
Zündkerze den thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen beim Betrieb standhält. Die Mittelelektrode bzw. der Elektrodengrundkörper können Bereiche unterschiedlicher Durchmesser aufweisen. Die genannten Grenzen für den Durchmesser des
Elektrodengrundkörpers beziehen sich jeweils auf den größten Durchmesser des
Elektrodengrundkörpers unter Vernachlässigung des Elektrodenkopfes. Der
Elektrodenkopf ist an dem Brennraum-abgewandten Ende der Mittelelektrode ausgebildet. Bei der Zündkerze liegt der Elektrodenkopf auf einen auf der Innenseite des Isolators ausgebildeten Sitz auf. Der Elektrodenkopf erstreckt sich von dem auf der Isolator- Innenseite ausgebildeten Sitz bis zum Brennraum-abgewandten Ende der Mittelelektrode. Wenn die Geometrie des Querschnitts des Elektrodengrundkörpers von der runden Form abweicht, dann bezieht sich der Durchmesser auf den Umkreis der nicht runden
Geometrie des Querschnitts des Elektrodengrundkörpers. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Durchmesser des Elektrodengrundkörpers nicht größer als 1,5 mm.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Durchmesser des
Elektrodengrundkörpers nicht kleiner als 1 mm ist, damit die Stabilität der Mittelelektrode selbst nicht gefährdet wird. Vorzugsweise sollte der Elektrodengrundkörper diesen Mindestdurchmesser aufweisen, damit der Querschnitt des Elektrodengrundkörpers groß genug ist für eine ausreichende Wärmeableitung entlang der Mittelelektrode, so dass der Isolator an seinem brennraumseitigen Ende neben der aus dem Brennraum
aufgenommene Wärme nicht zusätzlich noch mit der von der Mittelelektrode
aufgenommene Wärme belastet wird. Idealerweise wird die vom Brennraum
aufgenommene Wärme innerhalb der Mittelelektrode in vom Brennraum weiter entfernte und damit kühlere Bereiche geleitet.
Das Gehäuse und die Mittelelektrode liegen auf unterschiedlichen elektrischen
Potentialen. Im Bereich des am Isolator ausgebildeten Sitzes haben die Mittelelektrode und das Gehäuse konstruktionsbedingt ihren geringsten Abstand zueinander. Dadurch ist dieser Bereich des Isolators sehr anfällig für elektrische Durchschläge. Zur Verhinderung dieser elektrischen Durchschläge am Isolator hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Isolator im Bereich des auf seiner Innenseite ausgebildeten Sitzes eine
Wandstärke von nicht kleiner als 2 mm aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der den Elektrodenkopf umgebenden Bereich des Isolator eine Wandstärke von nicht kleiner als 2 mm aufweist. Dadurch wird erreicht, dass der Isolator eine ausreichend große Wandstärke aufweist, um die im Bereich des am Isolator ausgebildeten Sitzes auftretenden hohen elektrischen Felder und dadurch verursachte elektrische Durchschläge standzuhalten. Vorteilhafterweise besteht der Kern des Elektrodengrundkörpers aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Elektrodengrundkörpers aufweist. Dadurch wird die Wärmeleitung innerhalb des Elektrodengrundkörpers begünstigt. Das Material des Kerns weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 350 W/m K bei Raumtemperatur auf. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass bei Raumtemperatur die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kerns mindestens 300 W/mK größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Elektrodengrundkörpers. Der Elektrodengrundkörper weist beispielsweise eine Nickel-haltige Legierung auf.
Vorzugsweise enthält die Legierung mindestens 20 Gew.% Chrom, insbesondere mindestens 25 Gew.% Chrom. Bei einer alternativen Nickel-Legierung enthält diese alternativ oder zusätzlich Yttrium. Der Kern besteht beispielsweise aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung mit Kupfer und/oder Silber. Untersuchungen der Anmelderin ergaben, dass beispielsweise ein Kupfer-haltiger Kern im Elektrodengrundkörper die Temperatur an dem Brennraum zugewandten Ende des Elektrodengrundkörpers um 50- 80K reduziert.
Weiterführende Untersuchungen der Anmelderin ergaben, dass für eine ausreichend gute Wärmeableitung, d.h. eine Wärmereduzierung innerhalb der Mittelelektrode, die
Querschnittsfläche des Kerns nicht kleiner als 20% der Querschnittsfläche des
Elektrodengrundkörpers bzw. der Mittelelektrode in mindestens einem ersten Bereich beträgt, wobei in dem mindestens einem ersten Bereich der Elektrodengrundkörper und der Kern jeweils einen konstanten Durchmesser aufweisen. Die Querschnittsfläche des Elektrodengrundkörpers setzt sich zusammen aus der Querschnittsfläche des Kerns und der Querschnittsfläche des Mantels. Vorzugsweise ist der mindestens eine erste Bereich zylinderförmig. Der mindestens eine erste Bereich weist vorzugsweise ein Länge entlang der Längsachse der Mittelelektrode auf, die gleich oder länger als der Durchmesser des Elektrodengrundkörper in diesem ersten Bereich ist, insbesondere ist die Länge des mindestens einen ersten Bereichs mindestens 1,5-fache so lang wie der Durchmesser des Elektrodengrundkörpers.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des Kerns maximal 65% der gesamten Querschnittsfläche des Elektrodengrundkörpers bzw. der Mittelelektrode entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Mittelelektrode eine ausreichend große Manteldicke aufweist.
Vorteilhafterweise besteht der Elektrodengrundkörper aus einem verschleißbeständigeren Material als der Kern, so dass bevorzugterweise der Elektrodengrundkörper eine minimale Manteldicke aufweisen muss, damit die Mittelelektrode eine ausreichende lange Lebensdauer, beispielsweise mindestens 50 000 km, aufweist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Elektrodengrundkörper eine minimale Manteldicke von nicht kleiner als 0,15 mm aufweist, insbesondere nicht kleiner als 0,25 mm. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Manteldicke in dem mindestens einen ersten Bereich mit konstanten Durchmessern von dem Kern und dem Elektrodengrundkörper nicht größer ist als 0,35 mm.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Mittelelektrode an ihrer brennraumseitigen Stirnfläche eine edelmetallhaltige Zündfläche auf, die eine höhere Verschleißbeständigkeit als das Elektrodengrundkörper-Material hat. Der Abstand b von der Zündfläche bis zum Kern hat einen Wert im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm.
Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung weist die Mittelelektrode keine
Zündfläche auf. In diesem Fall ist der Abstand b von der brennraumseitigen Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers zum brennraumseitigen Ende des Kerns mindestens 0,6 mm lang, um eine ausreichend lange Lebensdauer der Mittelelektrode zu gewährleisten. Der Abstand b hat vorzugsweise einen Wert der nicht kleiner ist als 1 mm, und insbesondere nicht größer ist als 3,5 mm.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des Kerns und die
Querschnittsfläche des Elektrodengrundkörpers die gleich geometrische Form aufweisen, wobei insbesondere der Kern innerhalb einer Querschnittsebene mittig im
Elektrodengrundkörper angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass der
Elektrodengrundkörper innerhalb der Querschnittsebene eine gleichmäßige Mantelstärke aufweist.
Zündkerze mit einem reduzierten Außendurchmesser des Gehäuses sind im Sinne dieser Anmeldung Zündkerzen deren Gewinde einen kleineren Außendurchmesser als 14 mm aufweisen, beispielsweise sogenannte M12- oder MIO- Zündkerzen.
Zeichnung
Figur 1 zeigt zwei Beispiele für eine Mittelelektroden
Figur 2 zeigt einen Schnitt der Mittelelektrode Figur 3 zeigt eine erfind ungsgemäße Zündkerze mit einer Mittelelektrode
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt schematische Darstellungen für zwei beispielhafte Ausführungsformen der Mittelelektrode 10. Die Mittelelektrode 10 weist einen Elektrodengrundkörper 11 und einen Kern 12 auf, der innerhalb des Elektrodengrundkörpers 12 angeordnet ist. Der Kern 11 besteht aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als das Material des Elektrodengrundkörpers 11. Typischerweise hat das Material des Elektrodengrundkörpers 11 eine höhere Verschleißbeständigkeit als das Material des Kerns 12. Der Kern 12 besteht aus Kupfer, Silber oder einer Legierung mit Kupfer und/oder Silber. Als Material für den Elektrodengrundkörper 11 wird vorzugsweise eine Ni-Legierung verwendet, dabei kann Chrom und/oder Yttrium in der Legierung enthalten sein.
Aufgrund des Herstellungsverfahrens, hier ein Fließpress-Verfahren, weist der Kern der hier im Schnitt gezeigten Mittelelektrode 10 mindestens einen ersten Abschnitt 15a auf, in dem der Kern 12 einen relativ konstanten Durchmesser d K hat. Mit dem Begriff„relativ konstant" ist im Sinne dieser Anmeldung gemeint, dass der Durchmesser dK in dem Abschnitt seinen Wert maximal um 5% verändert.
Innerhalb einem zweiten Abschnitt 14a reduziert sich der Durchmesser dK des Kerns 12. Der mindestens eine erste Abschnitt 15a ist an einer dem Brennraum abgewandten Seite der Mittelelektrode 10 angeordnet, wobei ein hier nicht gezeigter Elektrodenkopf 4 im Anschluss an das Brennraum abgewandten Ende des ersten Abschnitts 15 ausgebildet ist. In Richtung des Brennraums schließt sich der zweite Abschnitt 14a an den mindestens einen ersten Abschnitt 15a an. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Kern 12 mehrere erste Abschnitte 15a mit konstanten Durchmessern dK aufweist, wobei die Durchmesser dK der einzelnen ersten Abschnitte 15a unterschiedlich sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Mittelelektrode 10 bzw. der Elektrodengrundkörper 11 selbst mehrere
Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern d E aufweist. Im Fall von mehreren ersten Abschnitten 15a des Kerns ist der dem Brennraum am nächsten gelegenen Abschnitt der zweite Abschnitt 14a mit dem sich kontinuierlich verringern Durchmesser dK des Kerns 12. Die in Figur 1 dargestellte Mittelelektrode 10 ist aus einem Elektrodengrundkörper 11 aufgebaut, der entlang seiner Länge einen konstanten Durchmesser dE aufweist und somit auch die Mittelelektrode 10 einen konstanten Durchmesser dE aufweist. Beim dem Elektrodengrundkörper 11 kann man mindestens drei Bereiche 13, 14, 15 unterscheiden. In einem ersten Bereich 15 weist der Elektrodengrundkörper 11 einen Kern 12 mit konstantem Durchmesser dK auf. In einem zweiten Bereich 14a weist der
Elektrodengrundkörper 11 einen Kern 12 mit einem sich kontinuierlich reduzierenden Durchmesser dK auf. In einem dritten Bereich 13 weist der Elektrodengrundkörper 11 keinen Kern auf.
Die Dicke c des Mantels des Elektrodengrundkörpers 11 ergibt sich aus der halben Differenz des Elektrodengrundkörper-Durchmessers dE zu dem Kern-Durchmesser dK. Wenn der Elektrodengrundköper 11 in dem ersten Bereich 15 einen konstanten
Durchmesser dE1 aufweist, dann ist die Manteldicke c in diesem ersten Bereich 15 konstant. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass in diesem ersten Bereich 15 die Manteldicke c des Elektrodengrundkörpers 11 nicht kleiner als 0,15 mm und nicht größer ist als 0,35 mm, beispielsweise ist die Manteldicke c gleich 0,25 mm oder kleiner.
Im zweiten Bereich 14 kann der Elektrodengrundkörper 11 einen konstanten
Durchmesser dE2 aufweisen, wobei in diesem Fall die Manteldicke c innerhalb des
Bereichs 14 in Richtung des Brennraums zunimmt. Die Manteldicke c ist im Bereich 14 mindestens 0,15 mm dick.
Bei einer alternativen, hier nicht gezeigten, Ausführungsform kann der Durchmesser d E2 des Elektrodengrundkörpers 11 im zweiten Bereich 14 sich ebenfalls reduzieren. In diesem Fall gilt für die Manteldicke c, dass diese vorzugsweise im Bereich von 0,15 mm bis 0,35 mm liegt. Es kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser dE2 des
Elektrodengrundkörpers 11 sich mit der gleichen Rate wie der Durchmesser dK des Kerns 12 ändert. Dies hat den Vorteil, dass die Manteldicke c in dem zweiten Bereich 14 konstant bleibt.
Im dritten Bereich 13 des Elektrodengrundkörpers 11 gibt es keinen Kern und somit entsprich die Manteldicke c dem halben Durchmesser d E3 des Elektrodengrundkörpers 11. Der dritte Bereich 13 weist vorzugsweise einen konstanten Durchmesser d E3 auf, der dem Durchmesser dE2 des zweiten Bereichs 14 beim Übergang zum dritten Bereich 13 entspricht. Der dritte Bereich 13 des Elektrodengrundkörpers 11 weist eine Länge b auf, die sich von einem brennraumseitigen Ende 17 des Kerns 12 bis zu einer brennraumseitigen
Stirnfläche 16 des Elektrodengrundkörpers 11 erstreckt. Die Länge b ist nicht größer als 3,5 mm. Wenn die Mittelelektrode 10 mit einer edelmetallhaltige Zündfläche 19 ausgebildet ist, kann die Länge b kürzer als ohne edelmetallhaltige Zündfläche 19 ausgebildet sein, wie in Figur lb gezeigt. Wenn auf eine edelmetallhaltige Zündfläche 19 verzichtet wird, wie in Figur la gezeigt, dann sollte die Länge b eine Mindestlänge von 0,6 mm aufweisen, damit der Edelmetallgrundkörper 12 genug Material für eine ausreichend lange Lebensdauer der Mittelelektrode 10 aufweist. Bei der Verwendung einer edelmetallhaltige Zündfläche 19 reicht eine Länge b von mindestens 0,2 mm für eine ausreichend lange Lebensdauer der Mittelelektrode 10.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für einen Querschnitt der Mittelelektrode 10. Der Durchmesser d E der Mittelelektrode 10 und des Elektrodengrundkörpers 11 ist kleiner als 1,7 mm. Mittig im Querschnitt der Mittelelektrode 10 bzw. des Elektrodengrundkörpers 11 ist der Querschnitt des Kerns 12 angeordnet. Die Dicke c des Mantels des
Elektrodengrundkörpers 11 ergibt sich aus der halben Differenz des
Elektrodengrundkörper-Durchmessers d E zu dem Kern-Durchmesser dK.
Vorteilhafterweise haben die Querschnitte des Elektrodengrundkörpers 11 und des Kerns 12 die gleiche geometrische Form.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Zündkerze 1 mit einer
erfindungsgemäßen Mittelelektrode 10. Die Zündkerze 1 weist ein metallisches Gehäuse 2 mit einem Gewinde für die Montage der Zündkerze 1 in einem Zylinderkopf auf. Des Weiteren weist das Gehäuse eine Sechskant Abschnitt 9 auf, an dem ein Werkzeug für die Montage der Zündkerze 1 in den Zylinderkopf angesetzt wird. Innerhalb des
Gehäuses 2 ist ein Isolator 3 angeordnet. Eine Mittelelektrode 10 und ein
Anschlussbolzen 7 sind innerhalb des Isolators 3 angeordnet und über ein
Widerstandselement 6 elektrisch verbunden.
Auf der Innenseite des Isolators 3 ist ein Sitz (3a) ausgebildet, auf dem die Mittelelektrode (10) mit Ihrem Mittelelektrodenkopf (4) aufliegt. Der Isolator (3) hat im Bereich des Sitzes (3a) eine Wandstärke von nicht kleiner als 2 mm. Die Mittelelektrode 10 ragt typischerweise am brennraumseitigen Ende der Zündkerze 1 aus dem Isolator 3 raus. Die Mittelelektrode weist eine Grundkörper 10 und eine am brennraumseitigen Ende des Grundkörpers angeordnete Zündfläche 19 auf. Der Grundkörper 10 hat einen Kern 12, der von einem Mantel 11 umgeben ist.
Am brennraumseitigen Ende des Gehäuses 2 ist eine Masseelektrode 5 angeordnet. Die gemeinsam mit der Mittelelektrode 10 einen Zündspalt bildet. Die Masseelektrode 5 kann als Dachelektrode, Seitenelektrode oder Bügelelektrode ausgebildet sein.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze (1), aufweisend ein Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Isolator (3), eine im Isolator (3) angeordnete Mittelelektrode (10) und eine am Gehäuse (2) angeordnete Masseelektrode (5), wobei die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (10) so zueinander angeordnet sind, dass die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (10) einen Zündspalt ausbilden, und wobei die Mittelelektrode (10) mit einem
Elektrodenkopf (4) auf einen auf einer Innenseite des Isolators (3) ausgebildeten Sitz (3a) aufliegt, und wobei die Mittelelektrode (10) einen Elektrodengrundkörper (11) und einen im Elektrodengrundkörper (11) angeordneten Kern (12) aufweist, wobei der Kern (12) aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des
Elektrodengrundkörpers (11) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der
Elektrodengrundkörper (11) einen Durchmesser (d E) von nicht größer als 1,7 mm aufweist.
2. Zündkerze (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (3) im Bereich des auf seiner Innenseite ausgebildeten Sitzes (3a) eine Wandstärke von nicht kleiner als 2 mm aufweist.
3. Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mittelelektrode (10) mindestens einen ersten Bereich (15) aufweist, in dem der
Elektrodengrundkörper (11) und der Kern (12) jeweils einen konstanten Durchmesser aufweisen.
4. Zündkerze (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen ersten Bereich (15) die Querschnittsfläche des Kerns (12) mindestens 20% der gesamten Querschnittsfläche der Elektrode (10) entspricht.
5. Zündkerze (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen ersten Bereich (15) die Querschnittsfläche des Kerns (12) maximal 65% der gesamten Querschnittsfläche der Elektrode (10) entspricht.
6. Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodengrundkörper (11) eine Manteldicke c von mindestens 0,15 mm, und
insbesondere von maximal 0,35 mm aufweist, insbesondere in dem mindestens einen ersten Bereich (15).
7. Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem brennraumseitigen Ende (16) des Elektrodengrundkörpers (11) der Abstand b zwischen dem Ende (16) des Elektrodengrundkörpers (11) und einem dem Brennraum zugewandten Ende (17) des Kerns (12) nicht größer als 3,5 mm ist, und insbesondere nicht kleiner ist als 0,2 mm.
8. Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Bereich (15) länger als der Durchmesser des
Elektrodengrundkörpers (11) ist.
9. Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kerns (12) und die Querschnittsfläche des
Elektrodengrundkörpers (11) die gleiche Form aufweisen.
10. Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodengrundkörper (11) eine Nickel-haltige Legierung aufweist, insbesondere dass die Legierung mindestens 20 Gew.% Chrom aufweist.
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