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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Zündkerze gemäß der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 näher definierten Art aus.
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Eine derartige Zündkerze ist aus der
EP 0 101 547 B1 bekannt und zum Einsatz bei einer Otto-Brennkraftmaschine ausgelegt.
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Die bekannte Zündkerze umfaßt ein metallisches, im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse, an dem ein Gewinde zur Befestigung in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine sowie ein Schlüsselsechskant als Mittel zum Einbau in die Brennkraftmaschine ausgebildet sind. Das Gehäuse weist eine Durchgangsbohrung auf, in der ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Elektroisolierkörper angeordnet ist, an dem eine sogenannte Mittelelektrode fixiert ist, die mit einer Masseelektrode zusammenwirkt, die an dem brennraumseitigen Endabschnitt des Gehäuses ausgebildet ist.
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In Einbaulage ragt der brennraumseitige Endabschnitt des Gehäuses bzw. der Zündkerze in den Brennraum hinein.
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Aus der
DE 196 36 537 A1 ist eine Zündkerze mit einem Gehäuse bekannt, an dem ein Gewindeschaft mit einem Gewinde und einem Werkzeugansatz zum Einbau in eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei zwischen dem Gewindeschaft und dem Werkzeugansatz ein Montageschaft des Gehäuses verläuft. Ähnliche Zündkerzen sind aus der
DE 44 09 412 A1 , der
DE 198 29 443 A1 sowie der
JP 11 273 827 (A) bekannt.
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In der
US 6170451 B1 wird weiterhin eine Zündkerze mit einem Gehäuse beschrieben, das einen Gewindeschaft und einen Werkzeugansatz aufweist, wobei der Werkzeugansatz bis weit über den Anschlusskontakt der Zündkerze gezogen ist.
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In der Praxis ist es von Bedeutung, Brennkraftmaschinen so auszulegen, daß ihr Kraftstoffverbrauch und ihre Emissionswerte niedrig sind. In diesem Zusammenhang ist es auch von Bedeutung, die Brennkraftmaschine zur Erreichung eines hohen thermischen Wirkungsgrad hinreichend zu kühlen, was über Kühlkanäle erfolgt. Um die Kühlkanäle hinreichend großzügig auslegen zu können, dürfen die in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebauten Zündkerzen nur einen begrenzt großen Einbauraum benötigen.
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Dies ist jedoch mit bisherigen Zündkerzen nicht erreichbar, ohne daß sich die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Zündkerzen in nachteiliger Weise ändern würden.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. mit den Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 2 hat den Vorteil, daß sie hinsichtlich des erforderlichen Bauraums optimiert ist, so daß der für die Zündkerze erforderliche Bauraum klein ist und gegenüber dem Stand der Technik insbesondere im Bereich des Dichtsitzes größere Kühl-, Auslaß- und Einlaßkanäle an dem Zylinderkopf verwirklicht werden können. Dadurch ist eine thermodynamisch günstige Verbrennung bei gleichzeitig hoher Leistung der Brennkraftmaschine möglich, da der betreffende Zylinderkopf mit vergleichsweise großen Kühlkanälen und Auslaß- und Einlaßventilen konstruiert werden kann.
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Um die Einsatztemperatur und die Eigenschwingungen der Masseelektrode zu senken, ist eine Zündkerze mit einem der erfindungsgemäßen Längen-/Durchmesserverhältnisse gegenüber herkömmlichen Zündkerzen mit einem sehr langen Gewinde bzw. einer Art Gewindeansatzverlängerung versehen, welche Bestandteil des Gewindeschafts ist. Das Gewinde ist in der Regel Bestandteil eines Kerzengehäuses, welches einen sogenannten Kerzenstöpsel aufnimmt.
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Die Abmessungen der Zündkerze nach der Erfindung sind so ausgelegt, daß die Zündkerze trotz der gegenüber einer Zündkerze nach dem Stand der Technik erzielten Bauraumreduktion alle an eine moderne Zündkerze gestellten Forderungen erfüllt, welche beispielsweise aus einer hinreichenden Durchschlagfestigkeit und einer hohen Abdrehfestigkeit bestehen.
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Auch kann bei der Zündkerze nach der Erfindung eine vorgezogene bzw. weit in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinreichende Funkenlage realisiert werden, ohne daß die Gefahr eines Schwingungsbruchs der Masseelektrode bestünde bzw. die auf die Zündkerze wirkenden Temperaturen über dem für den eingesetzten Werkstoff zulässigen Wert lägen. Damit eignet sich die Zündkerze insbesondere zur Anwendung bei Benzindirekteinspritzersystemen.
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Die Zündkerze nach der Erfindung ist insbesondere so ausgelegt, daß das Verhältnis der Summe aus Länge des Gewindeschafts und Länge des Montageschafts zu der Summe aus Durchmesser des Montageschafts und Durchmesser des Gewindes bei einem Gewindedurchmesser von 12 mm und einer Länge des Gewindeschafts zwischen 19 mm und 22 mm einen Wert zwischen 1,08 und 1,20 oder bei einer Länge des Gewindeschafts zwischen 17,5 mm und 22 mm einen Wert zwischen 0,95 und 1,05 annimmt.
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Um eine genaue Positionierung der Masseelektrode im Brennraum der Brennkraftmaschine erreichen zu können, ist die Zündkerze nach der Erfindung vorteilhaft mit einem konischen Dichtsitz ausgebildet. Der konische Dichtsitz liegt bevorzugt im Übergangsbereich zwischen dem Gewindeschaft und dem Montageschaft.
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Ein bauraumoptimierter Montageschaft liegt beispielsweise vor, wenn das Verhältnis zwischen dem Montageschaftdurchmesser und der Montageschaftlänge kleiner als 1,30 bzw. größer als 1,70 ist, d. h. beispielsweise 1,26 bzw. 1.72 beträgt.
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Um eine genaue Ausrichtung der Masseelektrode im Brennraum mit kleinen Toleranzen erreichen zu können, ist die Zündkerze nach der Erfindung vorteilhaft mit einer Indexierung versehen. Bei der Indexierung kann es sich beispielsweise um eine Marke an dem z. B. aus einem Doppelsechskant bestehenden Montagemittel handeln. Die Marke kann aus einer Markierung an einer Anschlußmutter bzw. einem Anschlußbolzen, wie einer Bohrung, einer Kerbe oder einem Farbpunkt, bestehen. Es kann sich aber auch um eine farbliche Markierung an dem Elektroisolierkörper handeln.
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Ferner ist es zum optimierten Einspannen des Kerzenstöpsels der Zündkerze in dem Gehäuse der Zündkerze vorteilhaft, wenn in einem Ringspalt zwischen dem Kerzenstöpsel und dem Kerzengehäuse ein verpreßtes Pulverpaket angeordnet ist. Zur Herstellung des Pulverpakets, das beispielsweise aus Talkum gebildet ist, wird bei der Montage der Zündkerze das betreffende Pulver in den Spalt zwischen dem Kerzenstöpsel und dem Kerzengehäuse eingefüllt und verdichtet. Bei der Endmontage der Zündkerze wird ein Bord des Kerzengehäuses radial in Richtung des Kerzenstöpsels umgeformt. Dabei verpreßt der Bord des Gehäuses das Pulverpaket, wodurch der Stöpsel in das Gehäuse eingespannt wird.
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Zur Optimierung der Verpressung des Pulverpaketes kann das Pulverpaket in axialer Richtung des Zündkerzenstöpsels zumindest einseitig von einem Preßring begrenzt sein. In diesem Fall wird bei der Endmontage der Zündkerze der Bord ebenfalls radial in Richtung des Kerzenstöpsels umgeformt, so daß der Bord zusammen mit dem Ring das Pulverpaket verpreßt. Durch diese Verpressung des Pulverpaketes wird der Kerzenstöpsel so in das Kerzengehäuse eingespannt, daß eine hohe Warmdichtheit gewährleistet ist.
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Eine besonders gute Verpressung des Pulverpaketes und damit einhergehende Warmdichtheit der Zündkerze kann erreicht werden, wenn das Pulverpaket beidseits von einem Preßring begrenzt ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Drei Beispiele einer Zündkerze sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Zündkerze im Teilschnitt;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Zündkerze im Teilschnitt; und
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3 eine schematische Darstellung einer Zündkerze im Teilschnitt.
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Beschreibung der Beispiele
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In 1 ist eine Zündkerze 10 dargestellt, die zum Einbau in eine hier nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung ausgelegt ist. Die Zündkerze 10 umfaßt ein metallisches, im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 12, das einen Werkzeugansatz in Form eines Doppelsechskants 13 sowie einen Gewindeschaft 14 zur Montage in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist. Der Gewindeschaft 14 umfaßt ein in der Figur schematisch angedeutetes, vorliegend als metrisches ISO-Gewinde ausgebildetes Gewinde 16 sowie einen Gewindeansatz 18, der sich brennraumseitig in axialer Richtung an das Gewinde 16 anschließt.
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Zwischen dem Gewindeschaft 14 und dem Doppelsechskant 13 ist das Gehäuse 12 mit einem im wesentlichen zylindrischen Montageschaft 20 ausgebildet, der einen Schrumpfbereich 22 im Übergangsbereich zu dem Doppelsechskant 13 aufweist und in Einbaulage im wesentlichen in dem Zylinderkopf versenkt ist.
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Im Übergangsbereich zwischen dem Gewindeschaft 14 und dem Montageschaft 20 ist an der Außenseite des Gehäuses 12 ein Kegeldichtsitz 24 ausgebildet, der einen Kegelwinkel α von vorliegend etwa 63° aufweist und in diesem Bereich eine Dichtigkeit des Brennraums gegenüber der Umgebung gewährleistet.
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Am brennraumseitigen Ende ist an dem metallischen Gehäuse 12 eine sogenannte Masseelektrode 26 angeordnet, die in üblicher Weise ausgebildet ist und wie üblich mit einer sogenannten Mittelelektrode 28 zusammenwirkt. Diese ist an einem Elektroisolierkörper 30 eines Kerzenstöpsels 31 fixiert, der vorliegend im wesentlichen aus Aluminiumoxid gefertigt ist, das Gehäuse 12 in axialer Richtung durchgreift und an den sich an dem der Mittelelektrode 28 abgewandten Ende ein Anschlußkontakt 32 anschließt.
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Die Zündkerze 10 hat eine sich von der brennkammerseitigen Stirnseite des Gehäuses 12 bis zu der anschlußseitigen Stirnseite des Anschlusses 32 erstreckende Gesamtbaulänge G von 84,9 mm. Der Montageschaft 20 weist dabei einen Durchmesser D1 von 14,5 mm und das Gewinde 16 einen Nenn-Durchmesser D2 von 12 mm auf. Des weiteren hat die Zündkerze 10 einen Prüfdurchmesser DP von 12,8 mm, welcher im Bereich des konischen Dichtsitzes 24 liegt.
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Der Gewindeschaft 14 weist vorliegend eine Einbaulänge L1 von 29 mm auf, welche sich von der Stirnseite des Gewindeansatzes 18 bis zur Lage des Prüfdurchmessers DP an dem Kegeldichtsitz 24 erstreckt. Es hat sich in Untersuchungen gezeigt, daß bei Zündkerzen mit vergleichbaren Dimensionen eine Gewindeschaftlänge größer als 25 mm zur Erzielung des angestrebten Längen-/Durchmesserverhältnisses vorteilhaft ist. Das Gewinde 16 erstreckt sich vorliegend bis zu einer Länge LG von 24,3 mm, gemessen ab der Lage des Prüfdurchmessers DP an dem Kegeldichtsitz 24.
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Der Montageschaft 20 hat hier eine Länge L2 von 11,4 mm, gemessen von der Lage des Prüfdurchmessers DP an dem Kegeldichtsitz 24 bis zu dem Doppelsechskant 13.
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Das Verhältnis der Summe aus Gewindeschaftlänge L1 und Montageschaftlänge L2 zu der Summe aus Montageschaftdurchmesser D1 und Gewindeschaftdurchmesser D2 beträgt bei dem vorliegenden Beispiel 1,53, ist also größer als ein ermittelter kritischer Wert von 1,38.
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Mit ihrer aufgezeigten Dimensionierung verwirklicht die Zündkerze 10 sowohl eine Optimierung der Funkenlage als auch eine zur Bauraumbedarfreduktion optimale Gewindelänge.
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In 2 ist eine Ausführungsform einer Zündkerze 40 nach der Erfindung dargestellt. Die Zündkerze 40 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 dadurch, daß der Gewindeschaft 14 eine Einbaulänge L1 von 20 mm aufweist. Der Montageschaft 20 hat bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Länge L2 von 11,4 mm und einen Durchmesser D1 von 14,5 mm. Das Gewinde 16 des Gewindeschafts 14 hat ebenfalls einen Nenn-Durchmesser D2 von 12 mm.
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Das Verhältnis der Summe aus Gewindeschaftlänge L1 und Montageschaftlänge L2 zu der Summe aus Montageschaftdurchmesser D1 und Gewindeschaftdurchmesser D2 beträgt also bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 1,18.
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Des weiteren unterscheidet sich die Zündkerze 40 von derjenigen nach 1 dadurch, daß in einem Ringspalt 44, der zwischen dem Kerzengehäuse 12 und dem Kerzenstöpsel 31 angeordnet ist, ein verpreßtes, aus Talkum bestehendes Pulverpaket 41 angeordnet ist, das in axialer Richtung des Kerzenstöpsels 31 einerseits von einem ersten Preßring 42 und andererseits von einem zweiten Preßring 43 begrenzt ist. Der erste Preßring 42 grenzt an einen Ringbund 46 des Kerzenstöpsels 31. Der zweite Preßring 43 grenzt an einen radial in Richtung des Kerzenstöpsels 31 umgeformten Bord 45 des Gehäuses 12.
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In 3 ist eine weitere Zündkerze 50 dargestellt. Die Zündkerze 50 unterscheidet sich von der Zündkerze nach 2 dadurch, dass der Gewindeschaft 14 eine Einbaulänge L1 von 25 mm aufweist. Der Montageschaft 20 hat eine Länge L2 von 8,6 mm und einen Durchmesser D1 von 15,54 mm.
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Das Gewinde 16 des Gewindeschafts 14 hat ebenfalls einen Nenn-Durchmesser D2 von 12 mm.
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Das Verhältnis der Summe aus Gewindeschaftlänge L1 und Montageschaftlänge L2 zu der Summe aus Montageschaftdurchmesser D1 und Gewindeschaftdurchmesser D2 beträgt also bei dem vorliegenden Beispiel 1,22.
