WO2017076650A1 - Zündkerze mit erhöhtem anzugsdrehmoment - Google Patents

Zündkerze mit erhöhtem anzugsdrehmoment Download PDF

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WO2017076650A1
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Ba Thien Chuong VO
Chris Schimmel
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Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/02Details
    • H01T13/08Mounting, fixing or sealing of sparking plugs, e.g. in combustion chamber
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug which can be fixed with an increased tightening torque in a cylinder head or the like of an internal combustion engine.
  • Spark plugs are usually screwed by means of a thread into a threaded bore in a cylinder head.
  • torques between 10 Nm to 30 Nm are usually applied.
  • the thread of the spark plug is usually provided on a housing of the spark plug.
  • a seal between the housing and the cylinder head occurs e.g. via an outer sealing ring on the housing, which is provided in section in a folded shape and is squeezed when screwing the spark plug.
  • Thread sizes M10 and M8 go over. However, this can lead to a crack on the spark plug housing when screwing the spark plug into the cylinder head bore due to the smaller size of the thread to a plastic deformation of the thread. For a secure fixation of the spark plug, however, this must be introduced with a predetermined minimum torque in the cylinder head, otherwise leaks and accidental release of the spark plug could occur. Disclosure of the invention
  • the spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the spark plugs despite reduced
  • Cylinder head bore on the other hand achieved. This can be an increased
  • the spark plug can be achieved.
  • the spark plug comprises an insulator, a housing having a sealing surface and a sealing ring.
  • the sealing ring bears against the sealing surface of the housing and the sealing surface has a multiplicity of recesses. Due to the plurality of recesses on the sealing surface is achieved that plastically deformed when screwing the spark plug into the cylinder head bore of the sealing ring and partially and / or completely fills the recesses in the sealing surface.
  • the coefficient of friction is at least 0.25.
  • the recesses in the sealing surface to a
  • the sealing surface is provided on a circumferential projection of the housing. In this way, in particular a good seal between the spark plug and the cylinder head can be achieved.
  • the sealing surface is preferably arranged on a jacket region of the housing which is perpendicular to the axial direction of the spark plug. This is also a Outer sealing ring for fixing and sealing the spark plug to the
  • the recesses are arranged at uniform intervals in the circumferential direction on the sealing surface. This ensures a uniform coefficient of friction along the circumference between the sealing ring and the housing.
  • a thickness of the sealing ring is greater than a depth of the
  • the thickness is greater by a factor in a range of 4 to 6 than a depth of the recesses.
  • an outer circumference of the sealing surface corresponds to the largest diameter of the housing of the spark plug.
  • a sudden transition is provided between the recesses and the sealing surface.
  • particularly high coefficients of friction between the sealing ring and sealing surface can be achieved in the mounted state.
  • an even number of recesses in particular between 4 and 10 recesses, are provided on the sealing surface.
  • the housing preferably has a metric ISO thread M10 or M8 according to DIN 13-1, edition 1 1.1999, on. This allows the
  • the present invention relates to an internal combustion engine with a spark plug according to the invention, wherein between the spark plug and a cylinder head of the internal combustion engine, a metric M10 thread or a metric M8 thread according to DIN 13-1, Issue 1 1 .1999, is provided drawing
  • Figure 1 is a schematic, partially sectioned view of a
  • Figure 2 is a schematic side view of a housing of
  • Figure 3 is a schematic, perspective view of the housing of
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a housing of
  • the spark plug 1 comprises an insulator 2, which is usually made of a ceramic material. Further, a housing 3 is provided, which is provided of a metal material. Reference numeral 8 denotes a center electrode and reference numeral 9 a ground electrode. FIG. 1 shows the spark plug in section in the axial direction X-X.
  • the spark plug 1 further includes a sealing surface 4, which is provided on the housing 3.
  • the sealing surface 4 is aligned perpendicular to the axial direction XX.
  • the sealing surface 4 is provided on a projection 30 of the housing 3.
  • An outer circumference 40 in the region of the projection 30 is greater than a diameter of an external thread 41 for fixing the Spark plug in a cylinder head.
  • the outer circumference 40 provides the largest diameter of the housing 3 ready.
  • the sealing surface 4 has a multiplicity of recesses 5.
  • eight recesses 5 In this embodiment, eight
  • the recesses 5 have an arcuate shape and are open in the direction of the outer circumference 40 (compare FIGS. 3 and 4).
  • the recesses 5 may also have a wedge-shaped form, wherein the wedge-shaped recess 5 extends from the outer circumference 40 in the direction of the spark plug longitudinal axis. The tip of the wedge-shaped
  • the spark plug 1 comprises a sealing ring. 6
  • the sealing ring 6 rests against the sealing surface 4 in the mounted state.
  • a thickness D of the sealing ring 6 in the axial direction X-X of the spark plug is greater than a depth T of the recess 5 in the axial direction X-X.
  • the depth of the recesses is preferably in a range of 0.1 to 1 mm.
  • FIG. 2 shows the state of the spark plug, in which the sealing ring 6 is loosely placed on the sealing surface 4.
  • the recesses 5 with depth T are clearly visible.
  • Sealing ring 6 such that this partially or completely fills the recesses 5. Since the recesses 5 are designed to be open to the radial outside (see Figure 3), thus optionally also excess, plastically deformed material of the sealing ring 6 can flow to the outside.
  • a sum of all areas of the recesses 5 corresponds to approximately 50% of the total area of the sealing surface 4 directed surface of the sealing ring 6.
  • the recesses 5 are preferably produced by means of a forming process with a correspondingly shaped punch.
  • a surface of the sealing surface 4 and the recesses 5 is designed with a predetermined roughness.
  • a coefficient of friction can be further increased.
  • the coefficient of friction is at least 0.25.
  • a spark plug for relatively small threaded smaller internal combustion engines can be provided which can be fixed with increased tightening torque despite the smaller metric thread (e.g., M8 or M10).

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, umfassend einen Isolator (2), ein Gehäuse (3) mit einer Dichtfläche (4), und einen Dichtring (6), welcher an der Dichtfläche (4) anliegt, wobei die Dichtfläche (4) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5) aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Zündkerze mit erhöhtem Anzugsdrehmoment Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche mit einem erhöhten Anzugsdrehmoment in einem Zylinderkopf oder dgl. einer Brennkraftmaschine fixiert werden kann.
Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Zündkerzen werden üblicherweise mittels eines Gewindes in eine Gewindebohrung in einem Zylinderkopf eingedreht. Beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung werden in der Regel Drehmomente zwischen 10 Nm bis 30 Nm aufgebracht. Das Gewinde der Zündkerze ist üblicherweise an einem Gehäuse der Zündkerze vorgesehen. Eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Zylinderkopf erfolgt z.B. über einen äußeren Dichtring am Gehäuse, welcher im Schnitt in einer gefalteten Form vorgesehen ist und beim Eindrehen der Zündkerze gequetscht wird. Aufgrund der ansteigenden Anforderungen im Bereich von Brennkraftmaschinen werden in jüngster Zeit verstärkt kleinere Motoren mit kleineren Zylinderköpfen und einem kompakteren Aufbau verwendet. Hierbei benötigt man jedoch kleinere
Zündkerzen, welche von den Gewindegrößen M14 und M12 auf die
Gewindegrößen M10 und M8 übergehen. Hierdurch kann es jedoch beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung aufgrund der kleineren Größe des Gewindes zu einer plastischen Verformung am Gewinde bis hin zu einem Riss am Zündkerzengehäuse kommen. Für eine sichere Fixierung der Zündkerze muss diese jedoch mit einem vorbestimmten Mindestdrehmoment in den Zylinderkopf eingebracht werden, da ansonsten Undichtigkeiten sowie ein unbeabsichtigtes Lösen der Zündkerze auftreten könnte. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Zündkerzen trotz reduzierten
Abmessungen mit hohen Anzugsdrehmomenten in einer Zylinderkopfbohrung eingebracht werden können. Hierbei treten keine Verformungen der
Gewindeverbindung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf auf.
Erfindungsgemäß wird insbesondere ein vergrößerter Reibwert zwischen einem Dichtring und der Zündkerze einerseits und dem Dichtring und der
Zylinderkopfbohrung andererseits erreicht. Hierdurch kann eine erhöhte
Abdrehfestigkeit der Zündkerze erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zündkerze einen Isolator, ein Gehäuse mit einer Dichtfläche und einen Dichtring umfasst. Der Dichtring liegt an der Dichtfläche des Gehäuses an und die Dichtfläche weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Durch die Vielzahl von Ausnehmungen an der Dichtfläche wird erreicht, dass sich beim Eindrehen der Zündkerze in die Zylinderkopfbohrung der Dichtring plastisch verformt und teilweise und/oder vollständig die Ausnehmungen in der Dichtfläche ausfüllt. Hierdurch wird insbesondere nicht nur ein verbesserter Reibschluss zwischen Dichtring und Gehäuse der Zündkerze erreicht, sondern auch ein teilweise oder vollständiger Formschluss am Dichtring. Dadurch können erhöhte Reibwerte erreicht werden. Vorteilhafterweise beträgt der Reibwert mindestens 0,25.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise sind die Ausnehmungen in der Dichtfläche zu einem
Außenumfang des Gehäuses der Zündkerze offen. Hierdurch wird insbesondere eine einfachere plastische Verformung des Dichtrings während des Eindrehens ermöglicht. Weiterhin kann gegebenenfalls überschüssiges plastisch verformtes Material des Dichtrings an der offenen Seite der Ausnehmung austreten.
Weiter bevorzugt ist die Dichtfläche an einem umlaufenden Vorsprung des Gehäuses vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere eine gute Abdichtung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf erreicht werden.
Bevorzugt ist die Dichtfläche an einem senkrecht zur Axialrichtung der Zündkerze vorgesehenen Mantelbereich des Gehäuses angeordnet. Hierdurch wird auch ein äußerer Dichtring zur Fixierung und Abdichtung der Zündkerze an der
Zylinderkopfbohrung verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Ausnehmungen in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung an der Dichtfläche angeordnet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Reibwert entlang des Umfangs zwischen Dichtring und Gehäuse sichergestellt.
Weiter bevorzugt ist eine Dicke des Dichtrings größer als eine Tiefe der
Ausnehmungen in der Dichtfläche. Vorzugsweise ist die Dicke um einen Faktor in einem Bereich von 4 bis 6 größer als eine Tiefe der Ausnehmungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung entspricht ein Außenumfang der Dichtfläche dem größten Durchmesser des Gehäuses der Zündkerze. Dadurch kann ein großer Dichtflächenbereich zwischen Dichtring und Gehäuse der Zündkerze ermöglicht werden.
Bevorzugt ist zwischen den Ausnehmungen und der Dichtfläche ein sprunghafter Übergang vorgesehen. Hierdurch können besonders hohe Reibwerte zwischen Dichtring und Dichtfläche im montierten Zustand erreicht werden.
Vorzugsweise sind an der Dichtfläche eine gerade Zahl von Ausnehmungen, insbesondere zwischen 4 und 10 Ausnehmungen, vorgesehen.
Ferner weist das Gehäuse vorzugsweise ein metrisches ISO-Gewinde M10 oder ein M8 gemäß DIN 13-1 , Ausgabe 1 1.1999, auf. Dadurch können die
Abmessungen des Gehäuses und somit der gesamten Zündkerze reduziert werden, so dass diese insbesondere für kleinbauende Motoren mit beengten Platzverhältnissen geeignet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zündkerze, wobei zwischen der Zündkerze und einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein metrisches M10-Gewinde oder ein metrisches M8-Gewinde gemäß DIN 13-1 , Ausgabe 1 1 .1999, vorgesehen ist Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung 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 Seitenansicht eines Gehäuses der
Zündkerze von Figur 1 mit eingelegtem Dichtring,
Figur 3 eine schematische, perspektivische Ansicht des Gehäuses von
Figur 2 ohne Dichtring, und
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses der
Zündkerze von Figur 1.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Zündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolator 2, welcher üblicherweise aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. Ferner ist ein Gehäuse 3 vorgesehen, welches aus einem Metallmaterial vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Mittelelektrode und das Bezugszeichen 9 eine Masseelektrode. Die Figur 1 zeigt die Zündkerze im Schnitt in Axialrichtung X-X.
Die Zündkerze 1 umfasst ferner eine Dichtfläche 4, welche am Gehäuse 3 vorgesehen ist. Die Dichtfläche 4 ist dabei senkrecht zur Axialrichtung X-X ausgerichtet. Die Dichtfläche 4 ist an einem Vorsprung 30 des Gehäuses 3 vorgesehen. Ein Außenumfang 40 im Bereich des Vorsprungs 30 ist dabei größer als ein Durchmesser eines Außengewindes 41 zur Fixierung der Zündkerze in einem Zylinderkopf. Der Außenumfang 40 stellt dabei den größten Durchmesser des Gehäuses 3 bereit.
Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die Dichtfläche 4 eine Vielzahl von Ausnehmungen 5 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind acht
Ausnehmungen 5 vorgesehen. Die Ausnehmungen 5 weisen eine bogenförmige Form auf und sind in Richtung zum Außenumfang 40 offen (vgl. Figur 3 und 4). Alternative können die Ausnehmungen 5 auch eine keilförmige Form aufweisen, wobei sich die keilförmige Ausnehmung 5 vom Außenumfang 40 in Richtung der Zündkerzen Längsachse erstreckt. Dabei ist die Spitze der keilförmigen
Ausnehmung 5 in Richtung Zündkerzen Längsachse und die Basis der keilförmigen Ausnehmung 5 in Richtung Außenumfang 40 angeordnet, wobei die die Basis der keilförmigen Ausnehmung 5 in Richtung zum Außenumfang 40 offen ist.
Zwischen den Ausnehmungen 5 und der Dichtfläche 4 ist jeweils ein
sprunghafter Übergang 7 vorgesehen. Eine Grundfläche 50 der Ausnehmungen
5 ist dabei parallel zur Fläche der Dichtflächen 4. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 einen Dichtring 6.
Der Dichtring 6 liegt im montierten Zustand an der Dichtfläche 4 an. Der Dichtring
6 weist einen rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen quadratischen Querschnitt, auf. Eine Dicke D des Dichtrings 6 in Axialrichtung X-X der Zündkerze ist dabei größer als eine Tiefe T der Ausnehmung 5 in Axialrichtung X-X.
Die Tiefe der Ausnehmungen ist vorzugsweise in einem Bereich von 0, 1 bis 1 mm.
Figur 2 zeigt den Zustand der Zündkerze, in welchem der Dichtring 6 lose auf die Dichtfläche 4 aufgelegt ist. Hierbei sind deutlich die Ausnehmungen 5 mit Tiefe T erkennbar. Beim Eindrehen der Zündkerze 1 in eine nicht gezeigte
Zylinderkopfbohrung mit Innengewinde erfolgt nun, sobald der Dichtring 6 an einer Auflagefläche des Zylinderkopfs aufliegt, eine plastische Verformung des
Dichtrings 6 derart, dass dieser teilweise oder vollständig die Ausnehmungen 5 ausfüllt. Da die Ausnehmungen 5 zur radialen Außenseite offen ausgestaltet sind (vgl. Figur 3), kann somit gegebenenfalls auch überschüssiges, plastisch verformtes Material des Dichtrings 6 nach außen abfließen.
Erfindungsgemäß wird somit während des Eindrehvorgangs neben der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Dichtfläche 4 und dem Dichtring 6 auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem plastisch verformten Dichtring 6 und den Ausnehmungen 5 erreicht. Hierdurch wird auch ein höherer Reibwert zwischen Dichtring und Gehäuse 3 ermöglicht. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Abdrehfestigkeit der Zündkerze, somit kann die Zündkerze, auch bei einem kleineren Gewindedurchmesser des Außengewindes 41 , z.B. M8 oder M10 (metrische Gewinde DIN 13-1 , Ausgabe 1 1.1999), mit einem hohen Anzugsdrehmoment im Zylinderkopf fixiert werden, ohne dass es zu einer Beschädigung der Gewindegänge oder gar zu einem Riss des Gehäuses 3 kommt.
Es sei angemerkt, dass eine Summe aller Flächen der Ausnehmungen 5 ungefähr 50% der Gesamtfläche der zur Dichtfläche 4 gerichteten Fläche des Dichtrings 6 entspricht.
Die Ausnehmungen 5 werden vorzugsweise mittels eines Umform Verfahrens mit einem entsprechend ausgeformten Stempel erzeugt.
Weiter bevorzugt ist eine Oberfläche der Dichtfläche 4 und der Ausnehmungen 5 mit einer vorbestimmten Rauhheit ausgeführt. Hierdurch kann ein Reibwert weiter erhöht werden. Vorteilhafterweise beträgt der Reibwert mindestens 0,25.
Somit kann erfindungsgemäß eine Zündkerze für kleinere Brennkraftmaschinen mit relativ kleinem Gewinde bereitgestellt werden, welche trotz des kleineren metrischen Gewindes (z.B. M8 oder M10) mit erhöhtem Anzugsdrehmoment fixiert werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Zündkerze, umfassend:
einen Isolator (2),
ein Gehäuse (3) mit einer Dichtfläche (4), und
einen Dichtring (6), welcher an der Dichtfläche (4) anliegt, wobei die Dichtfläche (4) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5) aufweist.
2. Zündkerze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausnehmungen (5) zu einem Außenumfang (40) des Gehäuses (3) offen sind.
3. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) am Gehäuse (3) an einem umlaufenden Vorsprung (30) des Gehäuses vorgesehen sind.
4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) an einem senkrecht zur
Axialrichtung (X-X) der Zündkerze vorgesehenen Mantelbereich des Gehäuses (3) angeordnet ist.
5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5) in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Dichtrings in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze größer ist als eine Tiefe (T) der Ausnehmungen (5) in Axialrichtung (X-X) der Zündkerze.
7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenumfang (40) der Dichtfläche dem größten Durchmesser des Gehäuses (3) entspricht.
8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Ausnehmungen (5) und der
Dichtfläche (3) ein sprunghafter Übergang (7) vorgesehen ist.
9. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ausnehmungen eine gerade Zahl ist, insbesondere in einem Bereich von 4 bis 10 Ausnehmungen.
10. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass am Gehäuse (3) ein Außengewinde (41 ) als metrisches Gewinde M10 oder M8 vorgesehen ist.
1 1 . Brennkraftmaschine, umfassend eine Zündkerze nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, und eine metrische M8-Gewinde-Verbindung oder eine metrische M10-Gewinde-Verbindung zwischen Zündkerze und Zylinderkopf.
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