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Die
Erfindung betrifft eine Zündkerze
zum Zünden
eines brennbaren Gasgemisches in einem Verbrennungsmotor, umfassend
eine Zündelektrode, die
an eine elektrische Versorgungsleitung angeschlossen ist, und ein
Rohrgehäuse,
in dem die elektrische Versorgungsleitung verläuft
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Lebensdauer und Betriebssicherheit einer Zündkerze
zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Zündkerze
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch einen Lüftungskanal
zum Ableiten von Verbrennungsgasen aus dem Rohrgehäuse gelöst.
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In
einem Verbrennungsmotor können
Spitzendrücke
in der Größenordnung
von 150 bar auftreten. Diese Spitzendrücke lasten im Betrieb auf einer Zündkerze
und können
selbst bei einer maßgenauer Fertigung
und sorgfältiger
Abdichtung dazu führen, daß Verbrennungsgase
aus dem Motor in geringen Mengen als Leckagegase beispielsweise
an Dichtstellen zwischen einem Isolationskörper und einem durch ihn hindurch
geführten
Elektrodenanschluß (Mittelelek trode)
in einen von dem Rohrgehäuse
umgebenen Innenraum der Zündkerze
gelangen.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß Leckagegase die Gefahr von
Nebenschlüssen erhöhen und
auf diese Weise Zündkerzen
beeinträchtigen
können.
Leckagegase können
beispielsweise dazu führen,
daß sich
im Innenraum des Rohrgehäuses
ein Druck aufbaut, der zu einem Auf reisen von Isolationsschichten
und so zu einem vorzeitigen Ausfall der Zündkerze führen kann. Durch einen erfindungsgemäßen Entlüftungskanal
lassen sich Leckagegase aus dem Rohrgehäuse herausleiten. Schädliche Auswirkungen
der Leckagegase können auf
diese Weise vermieden und folglich die Lebensdauer einer Zündkerze
erhöht
werden.
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Zum
Ableiten von Leckagegasen verläuft
der Entlüftungskanal
bevorzugt entlang der Versorgungsleitung. Leckagegase, die insbesondere
durch eine Dichtstelle zwischen dem Isolationskörper und einem durch den Isolationskörper hindurch
geführten Elektrodenanschluß in den
Innenraum des Rohrgehäuses
und damit zu der Versorgungsleitung gelangen, können auf diese Weise besonders
effizient abgeleitet werden. Besonders bevorzugt verläuft der Entlüftungskanal
in der Versorgungsleitung selbst, die vorzugsweise als flexibles
Kabel ausgebildet ist, so daß bei
der Montage Fluchtfehler und Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Verbrennungsgase
können
aber nicht nur als Leckagegase in den Innenraum der Zündkerze
gelangen. Ergibt sich beispielsweise durch eine schlecht eingestellte
Gasmischung ein zu hoher Spitzendruck, kann dieser Teile der Zündkerze,
insbesondere den Isolationskörper,
in das Rohrgehäuse hineinschieben.
Ist der Spitzendruck groß genug, können Kerzenteile
in dem Rohrgehäuse ähnlich wie eine Kugel
in einem Gewehrlauf mit großer
Kraft beschleunigt werden, so daß Personen verletzt oder Anlagenteile
beschädigt
werden können.
Diese Unfallgefahr kann durch Entlüftungskanäle beseitigt werden, die als Öffnungen
in einer Mantelfläche
des Rohrgehäuses,
beispielsweise als seitliche Bohrungen, angeordnet sind und in einem
solchen Fall das Ableiten von Verbrennungsgasen ermöglichen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden
Bezugszeichen gekennzeichnet. Die beschriebenen Merkmale können einzeln
oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen
oder der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Zündkerze
in einer Seitenansicht;
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2 das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer teilweise
geschnittenen Ansicht;
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3 das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt;
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4 eine
Querschnittsansicht der elektrischen Versorgungsleitung mit integrierten
Entlüftungskanal
des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Zündkerze
in einem Längsschnitt;
und
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6 einen
Spulenstecker an dem freien Ende der Versorgungsleitung des in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiels.
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Die
in 1 dargestellte Zündkerze 1 hat ein Zündkopf 2 mit
einem Außengewinde 3 zum
Einschrauben in einen Verbrennungsmotor und ein Rohrgehäuse 4,
das den Zündkopf 2 trägt. An seinem von
dem Zündkopf
abgewandten Ende trägt
das Rohrgehäuse 4 einen
Sechskant 5, über
den zum Einschrauben der Zündkerze 1 ein
Drehmoment ausgeübt
werden kann. Bedingt durch die Länge
des Rohrgehäuses 4 ist
der Sechskant 5 leichter zugänglich, um den Einbau und Ausbau
der Zündkerze 1 zu vereinfachen.
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Wie
insbesondere die in den
2 und
3 dargestellten
Längsschnitte
zeigen, handelt es sich bei der Zündkerze
1 um eine
Vorkammerzündkerze,
da die Zündelektrode
6 in
einer Vorkammer
7 angeordnet ist, die durch Öffnungen
8 mit
der Brennkammer eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) in Verbindung
steht. Vorkammerzündkerzen
sind beispielsweise aus der
EP
0 675 272 A1 bekannt, auf die bezüglich weitere Einzelheiten
und Besonderheiten von Vorkammerzündkerzen verwiesen wird.
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Die
Zündelektrode 6 wird
von einem keramischen Isolationskörper 10 getragen,
durch den ein Anschlußkanal
verläuft, über den
die Zündelektrode 6 an
eine elektrische Versorgungsleitung 11 angeschlossen ist.
In dem Anschlußkanal
befindet sich eine Anschlußleitung,
die auch als Mittelelektrode bezeichnet wird und die Versorgungsleitung 11 mit der
Zündelektrode 6 verbindet.
Der Aufbau der Anschlußleitung
ist in 3 im Detail dargestellt. Ein erster Teil der Anschlußleitung
wird von einem Zündelektrodenträger 16 gebildet,
der in den Anschlußkanal
hineinragt und die Zündelektrode 6 trägt. Ein
daran anschließender
Teil der Anschlußleitung
wird von einem Glaskörper 13 gebildet,
in dem beispielsweise Kupfer- und Kohlenstoffpartikel eingelagert
sind, so daß sich
ein definierter Vorwiderstand ergibt. In dem Glaskörper 13 ist
als weiteres Teil der Anschlußleitung
ein Anschlußstück 14 eingebettet,
das durch eine aufgerauhte Oberfläche 15 formschlüssig mit dem
Glaskörper 13 verzahnt
ist. Das Anschlußstück 14 ragt
aus dem Isolationskörper 10 heraus
und ist mit dem die Versorgungsleitung 11 bildenden Kabel durch
eine Steck- oder Schraubverbindung leitend verbunden.
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Die
Versorgungsleitung 11 ist ein Hochspannungskabel, das mit
seinem freien Ende aus dem Rohrgehäuse 4 herausragt und
dort einen Klemm-Kontakt 12 zum Einstecken in den Anschlußschacht
einer Zündspule
trägt.
Durch die Flexibilität des
Kabels 11 lassen sich Erschütterungen, Fluchtfehler und
thermische Ausdehnungen ausgleichen, die zwischen der fest montierten
Zündkerze 1 und
einer fest montierten Zündspule
auftreten können.
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Beim
Betrieb eines Verbrennungsmotors treten regelmäßig Spitzendrücke in der
Größenordnung von
150 bar auf, die dazu führen,
daß Verbrennungsgase
als Leckagegase durch den Anschlußkanal oder andere Dichtstellen
in die Zündkerze 1 einsickern.
Um Verbrennungsgase aus dem Rohrgehäuse 4 herauszuleiten,
ist bei der dargestellten Zündkerze 1 ein
Entlüftungskanal
vorhanden, der entlang der Versorgungsleitung 11, genauer
gesagt in der Versorgungsleitung 11, verläuft.
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch das die Versorgungsleitung 11 bildende Kabel.
Das Kabel 11 hat einen Mantel 27, der eine Litze 28 aus
Litzendrähten 17, 18 umgibt.
Der Entlüftungskanal 19 wird
von Zwischenräumen 20 zwischen
Litzendrähten 17, 18 der
Litze 28 gebildet. Zur Vergrößerung der den Entlüftungskanal 19 bildenden Zwischenräume 20 ist
eine erste Gruppe von Litzendrähten 18 mit
einem ersten Drehsinn und eine zweite Gruppe von Litzendrähten 17 mit
einem zweiten, entgegengesetzten Drehsinn zu der Litze 28 verseilt. Auf
diese Weise können
ohne Beeinträchtigung
der Querdruckstabilität
der Litze 28 die Litzenzwischenräume 20 vergrößert werden.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet
sich der Entlüftungskanal 19 zwischen
einem Litzenkern, der von Litzendrähten 18, die in einem
ersten Drehsinn verseilt sind, gebildet wird, und umgebenden Litzendrähten 17,
die in einem zweiten Drehsinn verseilt sind, der dem ersten Drehsinn
entgegen gesetzt ist. Dabei ist es günstig, wenn die Litzendrähte 17, 18 derart
zu der Litze 28 verseilt sind, daß die Anzahl der Drehungen
pro Längeneinheit
um so kleiner ist, desto weiter außen der betreffende Litzendraht 17, 18 in
der Litze 28 liegt. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß die einzelnen
Litzendrähte 17, 18 im
wesentlichen gleich lang sind. Ein Vorteil einer derartigen Verseilung
der Litzendrähte 17, 18 ist, daß sich benachbarte
Litzendrähte
nur auf kurzen Abschnitten, idealerweise nur punktweise, berühren und
Linienkontakte vermieden werden, die einen Gasdurchtritt erschweren
könnten.
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Im
Allgemeinen ist es günstig,
wenn die Litze 28 aus mehreren Lagen von Litzendrähten 17, 18 aufgebaut
ist, wobei die einzelnen Lagen im Gegenschlag verseilt sind. Günstig ist
es beispielsweise drei Lagen zu verwenden, wobei die erste innerste
Lage, in einem ersten Drehsinn verseilt ist, die zweite darüberliegende
Lage in einem entgegengesetzten Drehsinn und die dritte äußerste Lage
in dem Drehsinn der ersten Lage verseilt ist. Besonders günstig sind Litzen 28 mit
zwei bis fünf
Lagen, insbesondere zwei bis drei Lagen.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Vergrößerung der
den Entlüftungskanal 19 bildenden
Zwischenräume 20,
die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ebenfalls genutzt wurde, besteht darin, Litzendrähte 17, 18 mit
unterschiedlichem Durchmesser zu der Litze 28 zu verseilen.
Bevorzugt haben die Litzendrähte
der ersten Gruppe einen Durchmesser, der 25 % bis 60 %, bevorzugt
30 % bis 50 % größer als
der Durchmesser der Litzendrähte
der zweiten Gruppe ist. Das Zentrum der Litzen 28 wird
bevorzugt aus den dickeren Drähten
der ersten Gruppe gebildet, kann jedoch auch aus den dünneren Drähten der zweiten
Gruppe gebildet werden. Bevorzugt bildet eine Gruppe von Litzendrähten zugleich
auch eine Lage der Litze, jedoch ist dies nicht zwingend der Fall.
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Bei
der in 4 dargestellten Versorgungsleitung 11 wurden
diese Möglichkeiten
zur Vergrößerung der
den Entlüftungskanal 19 bildenden
Zwischenräume 20 dadurch
genutzt, daß drei
Litzendrähte 18 als
erste Gruppe mit einem ersten Drehsinn zu einem Litzenkern verseilt
sind, während
die übrigen
Drähte 17,
die bevorzugt einen 30 % kleineren Durchmesser haben, um den so
gebildeten Litzenkern verseilt sind. Bei dem dargestellten Beispiel bilden
die Litzendrähte 18 der
zweiten Lage eine zweite Gruppe, die mit einem zweiten Drehsinn,
der dem erste Drehsinn entgegengesetzt ist, um den Litzenkern verseilt
sind. Eine dritte, äußerste Lage
von Litzendrähten
ist in dem ersten Drehsinn verseilt. Auf diese Weise wird erreicht,
daß der
Entlüftungskanal 19 durch
vergrößerte Zwischenräume 20 zwischen dem
Litzenkern und umliegenden Litzendrähten 17 gebildet wird.
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Bei
dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Versorgungsleitung 11 in einem Kunst stoffrohr 21,
das bevorzugt aus Teflon ist, angeordnet, in das der Isolationskörper 10 hineinragt.
Durch das Kunststoffrohr 21 wird die Versorgungsleitung 11 gestützt und
zentriert. Das Kunststoffrohr 21 ragt aus dem Rohrgehäuse 4 heraus
und enthält
eine geeignete Kabelabdichtung, um ein Eindringen von Schmutz oder
Feuchtigkeit in den Innenraum des Rohrgehäuses 4 zu verhindern.
Zwischenräume
innerhalb des Kunststoffrohrs 21, insbesondere im Bereich
des aus dem Isolationskörper 10 herausragendem
Anschlußstücks 14 sind
mit einer Hochspannungsisoliermasse 22, bevorzugt auf Silikonbasis,
ausgefüllt.
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Die
Litze 28 der Verbindungsleitung 11 ist mittels
einer metallischen Anschlußhülse 23 an
das aus dem Isolationskörper 10 herausragende
Anschlußstück 14 angeschlossen.
Die Anschlußhülse 23 hat
an einer Innenfläche
eine Nut (nicht dargestellt), um aus dem Isolationskörper 10,
genauer gesagt aus dem darin verlaufenden Anschlußkanal, austretende
Leckagegase zu dem Entlüftungskanal 19 zu
leiten, der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Litze 28 der
Versorgungsleitung 11 verläuft.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Anschlußhülse mit
dem Anschlußstück 14 verschraubt,
das zu diesem Zweck ein Außengewinde aufweist,
das zu einem Innengewinde der Anschlußhülse 23 paßt. Möglich ist
es aber auch, die Anschlußhülse für eine Steckverbindung
mit einem geeignet geformten Anschlußstück 14 zu nutzen.
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Die
Anschlußhülse 23 ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ferner mit einem Gewindestück
eines Klemm-Elements 26 verschraubt,
mit dem die Litze der Versorgungsleitung 11 verklemmt ist.
Auch hier kann die Anschlußhülse 23 alternativ auch
für eine
Steckverbindung mit einem Stift eines Klemm-Elements 26 genutzt
werden.
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Möglich ist
es ferner auch, die Anschlußhülse 23 einstückig mit
dem Klemm-Element 26 auszubilden.
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Um
möglichst
schnelle Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten realisieren zu können, ist
es dabei im allgemeinen günstig,
wenn der Durchmesser der in dem Kabel 11 enthaltenen Litze 28 weniger
als 10 %, vorzugsweise weniger als 15 %, von dem Durchmesser des
aus dem Isolationskörpers 10 herausragenden
Anschlußstücks 14 der
Zündelektrode 6 abweicht.
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Durch
ein fehlerhaft eingestelltes Mischungsverhältnis des zu entzündenden
Gasgemisches können
Spitzendrücke
auftreten, die so groß sind,
daß der
Isolationskörper 10 in
das Rohrgehäuse 4 hineingeschoben
wird. Damit dabei in das Rohrgehäuse 4 eintretende
Verbrennungsgase abgeleitet werden können, bevor der Isolationskörper 10 wie eine
Gewehrkugel in dem Rohrgehäuse 4 auf
gefährliche
Geschwindigkeiten beschleunigt wird, weist die dargestellte Zündkerze 1 weitere
Entlüftungskanäle 24 in
Form von Öffnungen
in der Mantelfläche
des Rohrgehäuses 4 auf.
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Als
zusätzliche
Sicherheitsmaßnahme
gegen die Auswirkungen unerwartet hoher Spitzendrücke ist
in dem Rohrgehäuse 4 ein
Rückhaltering 25 angeordnet,
dessen innerer Durchmesser kleiner als der größte Durchmesser des Isolationskörpers 10 ist. Der äußere Durchmesser
des Rückhalterings 25 ist größer als
eine Durchlassöffnung
eines Endstücks 5, mit
dem das metallische Rohrgehäuse 4 an
seinem von dem Zündkopf 2 abgewandten
Ende verbunden, bevorzugt verschweißt, ist. Auf diese Weise wird durch
den Rückhaltering 25 in
Verbindung mit dem Endstück 5 selbst
unter widrigsten Umständen
das Austreten des Isolationskörpers 10 aus
dem Rohrgehäuse 4 verhindert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
trägt das
Endstück 5 zugleich
den Sechskant 5 zum Einschrauben des Außengewindes 3 in eine
entsprechende Öffnung
des Verbrennungsmotors.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Zündkerze 1 dargestellt,
das sich von dem anhand der 1 bis 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiel
im wesentlichen dadurch unterschiedet, daß auf ein Kunststoffrohr zur
Stützung
der Versorgungsleitung 11 verzichtet wurde. Statt dessen
ist der Innenraum des Gehäuserohres 4 mit
einer geeigneten Isoliermasse 30, bevorzugt auf Silikonbasis, ausgefüllt. Ein
Verschlußring 35 sorgt
dabei dafür, daß die Entlüftungskanäle 24 in
der Mantelfläche
des Gehäuserohrs 4 frei
bleiben und deren Funktion nicht durch die Isoliermasse 30 beeinträchtigt wird.
Die Versorgungsleitung 11 wird von einer Kabeldurchführung 31,
bevorzugt aus Teflon, und einer Wasserschutzhaube 32 zentriert,
die zudem vor einer Beschädigung
durch Wandreibungseinflüsse
schützen.
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Als
Alternative zu dem in 1 bis 3 dargestellten
Klemm-Kontakt 12 kann das Kabelende gemäß 6 auch mit
einem Spulenstecker 33 ausgerüstet werden, der direkt in
eine Zündspule
eingesteckt werden kann. Das Kabel 11 hat an seinem freien
Ende einen Gasauslass 34, in den der in dem Kabel 11 enthaltene
Entlüftungskanal 19 mündet. Ein solcher
Gasauslass 34 kann in dem in 6 dargestellten
Spulenstecker 33 ebenso wie in dem Klemm-Kontakt 12 angeordnet
sein.
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- 1
- Zündkerze
- 2
- Zündkopf
- 3
- Außengewinde
- 4
- Rohrgehäuse
- 5
- Sechskant
- 6
- Zündelektrode
- 7
- Vorkammer
- 8
- Vorkammeröffnung
- 10
- Isolationskörper
- 11
- Versorgungsleitung
- 12
- Klemm-Kontakt
- 13
- Glaskörper
- 14
- Anschlußstück
- 15
- Oberfläche des
Anschlußstücks
- 16
- Zündelektrodenträger
- 17
- Litzendraht
- 18
- Litzendraht
- 19
- Entlüftungskanal
- 20
- Litzendrahtzwischenraum
- 21
- Kunststoffrohr
- 22
- Füllmasse
- 23
- Anschlußhülse
- 24
- Entlüftungskanal
- 25
- Rückhaltering
- 26
- Klemm-Element
- 27
- Kabelmantel
- 28
- Litze
- 30
- Isoliermasse
- 31
- Kabeldurchführung
- 32
- Wasserschutzhaube
- 33
- Spulenstecker
- 34
- Gasauslass
- 35
- Verschlußring