DE19627952A1 - Zündkerze einer Brennkraftmaschine und zugehöriges Montagewerkzeug - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine, die zumindest ein mal je Zylinder am Brennraum angeordnet ist, und ein Montagewerkzeug zur Befestigung dieser Zündkerze im Zylinderkopf.

Stand der Technik

Zündkerzen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt und unterscheiden sich in ihrem grundsätzlichen Aufbau nur unwesentlich. Sie bestehen grundsätzlich aus einem Metallsockel, einem Isolator aus Keramik und einer im Isolator befestigten Mittel­ elektrode. Der metallene Sockel umfaßt den Isolator derart, daß eine feste Verbindung entsteht, trägt das Befestigungsgewinde, eine Angriffsfläche für ein Montagewerkzeug, eine Dichtfläche zum Brennraum, ggf. eine metallische Dichtung und stirnseitig eine oder mehrere Masseelektroden. Derartige Zündkerzen sind als preis­ günstige, in ihrem Aufbau weitgehend motorunabhängige Verschleißartikel konzipiert.

Zur Befestigung der Zündkerze im Zylinderkopf wird ein Montage­ werkzeug benötigt, das axial über die Zündkerze gestülpt wird und die formschlüssige Angriffsfläche am Sockel der Zündkerze- im allge­ meinen ein Sechskantprofil - von außen umfaßt. Der Nachteil bei der Verwendung solcher Zündkerzen ist, daß für das Montagewerkzeug noch zusätzlicher, im Betrieb der Brennkraftmaschine ungenutzter Bauraum in Form eines Ringspaltes um die Zündkerze herum frei­ gehalten werden muß. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Mehrventiltechnik ist der Bauraum um die Zündkerze herum äußerst begrenzt.

Nach dem Stand der Technik müssen Zündkerzen durch zusätzliche Vorkehrungen im Zylinderkopf vor Motoröl geschützt werden, z. B. durch einen sog. Zündkerzendom, der im Zylinderkopf rohrförmig angegossen ist, oder durch eine eingefügte Hülse. Diese Vorkeh­ rungen benötigen ebenfalls Bauraum um die Zündkerze herum. Ferner kann z. B. bei Anordnung der Zündkerze in der Nähe des Abgaskrüm­ mers ein Hitzeschutz erforderlich sein, beispielsweise in Form einer um die Zündkerze angeordneten und in den Zylinderkopf einge­ schraubten Hülse, wodurch ebenfalls Bauraum benötigt wird und Montageaufwand entsteht.

Beim Einschrauben einer Zündkerze mit Gewinde am Metallsockel ist die Winkellage der Masseelektrode relativ zum Brennraum nicht definierbar. Bei ungünstiger Winkellage z. B. zu einem Einlaßventil kann die Gasströmung im Brennraum gestört werden, was zu Leist­ ungsabfall bzw. erhöhten Abgasemissionen führt. In der EP-A1 0 458 375 wird deshalb vorgeschlagen, die Zündkerze durch die verlängerte Masseelektrode in einem im Durchbruch zum Brennraum befindlichen Schlitz in ihrer Winkellage festzulegen. Nachteilig ist hierbei die aufwendige Herstellung des Schlitzes im Zylinderkopf, die Gefahr der Zerstörung des Isolators durch die zur Befestigung vorge­ sehene Überwurfmutter und die problematische Demontage insbe­ sondere bei durch Verbrennungsrückstände festgebackener Zündkerze.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze anzugeben, die bei ihrer Montage mittels eines Montagewerkzeugs keinen zusätzlichen Bauraum radial um die Zündkerze herum erforderlich macht, an ihrem Sockel einen möglichst geringen Außendurchmesser aufweist, keine äußeren Vor­ richtungen zum Schutz der Zündkerze vor Motoröl und vor Strahlungs­ wärme benötigt und bei Bedarf eine definierte Winkelstellung ihrer stirnseitigen Masseelektrode nach der Montage im Zylinderkopf sicher­ stellt.

Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Ausgehend von den in ihrer Bauform allgemein bekannten Zündkerzen, bestehend aus einem Isolator mit eingefügter Mittelelek­ trode und einem metallenen Sockel, der brennraumseitig eine oder mehrere Masseelektroden trägt, ein Befestigungsgewinde und am Umfang ein Profil zum Angriff eines Montagewerkzeuges besitzt und den Isolator zwischen zwei Absätzen fest einspannt, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß der Sockel in der dem Brennraum ent­ gegengesetzten Richtung derart verlängert ist, daß er in Form eines rohrartigen Fortsatzes den Isolator in einigem Abstand umfängt und sich in Richtung der Zündkerzenachse zumindest über einen Teil des üblicherweise freistehenden Bereiches des Isolators erstreckt oder diesen überragt.

Eine derartige Zündkerze eröffnet die Möglichkeit, die Angriffsstelle eines Montagewerkzeugs stirnseitig an das Ende des Fortsatzes oder dessen hülsenförmiger Verlängerung zu legen, so daß das Werkzeug nicht an deren größtem Umfang über die Zündkerze gestülpt werden muß und somit keinen zusätzlichen Bauraum um die Zündkerze herum benötigt. Auch kann die Angriffsstelle für das Werkzeug am Umfang des Fortsatzes an einer weit vom Brennraum entfernten Stelle ange­ ordnet werden, wo der Platzbedarf für das Werkzeug nicht stört. Ferner ist der Fortsatz dazu geeignet, Motoröl und Wärmestrahlung vom Isolator abzuhalten. Weiterhin kann der Fortsatz bei Wegfall des Befestigungsgewindes am Sockel eine von einem zusätzlichen Spann­ element aufgebrachte Spann kraft auf die zum Brennraum hin erforder­ liche Dichtstelle übertragen. Dabei kann mit Hilfe des Fortsatzes und daran angreifender geeigneter formschlüssiger Elemente eine defi­ nierte Winkelstellung der Masseelektrode zum Brennraum erreicht werden. In dieser Ausführung trägt der Fortsatz sinnvollerweise Angriffspunkte für ein Werkzeug zur Demontage der Zündkerze.

Die formschlüssige Verbindung des Isolators mit dem Sockel wird gebräuchlicherweise durch Rollen oder Bördeln des der Brennraum­ seite entgegenstehenden Endes des Sockels erreicht. Durch Rollen, Prägen oder Verstemmen in radialer Richtung kann auch bei einem in einen rohrartigen Fortsatz mündenden Sockel eine zuverlässige Ver­ bindung mit dem Isolator hergestellt werden. Auch ist es möglich, an einen herkömmlichen oder nur gering veränderten Sockel ein rohr­ förmiges Stück anzufügen oder den Sockel im Bereich zwischen den den Isolator einspannenden Absätzen aus zwei Teilen z. B. durch Schweißen zusammenzufügen, so daß der Fortsatz an einem dieser Teile angeformt sein kann.

Der rohrartige Fortsatz eröffnet die Möglichkeit, motorspezifische Elemente wie z. B. Anlageflächen für Dichtungen etc. zu tragen. Bei zumindest zweiteiligem Aufbau des den Sockel und den Fortsatz beinhaltenden Zündkerzengehäuses bietet sich die Möglichkeit, nach dem Baukastenprinzip z. B. ein brennraumseitiges Standardelement mit einem motorspezifischen, zumindest einen Teil des Fortsatzes bein­ haltenden Ergänzungselement zu verbinden, so daß Längen- und Formvariationen wirtschaftlich durchführbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den in den An­ sprüchen ferner aufgeführten Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Zündkerze,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Zündkerze in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf mit eingebauter Zündkerze in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit eingebauter Zündkerze in einer vierten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Teilansicht von oben der Darstellung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine Zündkerze nach Fig. 1 mit aufgesetztem Montagewerk­ zeug in einer ersten Ausführungsform in Schnittdarstellung,

Fig. 7 eine Zündkerze nach Fig. 1 mit aufgesetztem Montagewerk­ zeug in einer zweiten Ausführungsform in Schnittdarstellung,

Fig. 8 eine Zündkerze nach Fig. 1 mit aufgesetztem Montagewerk­ zeug in einer dritten Ausführungsform in Schnittdarstellung,

Fig. 9 einen Querschnitt des in Fig. 8 dargestellten Montagewerk­ zeugs,

Fig. 10 eine identische Ansicht von oben der beiden in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Montagewerkzeuge.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Von einer Zündkerze 50 in einer ersten Ausführungsform ist in Fig. 1 in einer Seitenansicht der Isolator 30, der die Mittelelektrode von ihrer Spitze 31 bis zum Gewindestift 32 trägt, und das metallene Zünd­ kerzengehäuse 10 dargestellt. Im Aufbruch erkennt man den Sockel 11 mit seinem Schaft 12, der ein Befestigungsgewinde 13 trägt, eine Dichtfläche 14 und eine Masseelektrode 16 und den rohrartigen Fort­ satz 20, der stirnseitig mit Nuten 21 versehen ist. Eine Dichtung 15 ist durch ihre Lage in einer Hohlkehle zwischen dem Gewinde 13 und der Dichtfläche 14 unverlierbar am Zündkerzengehäuse 10 geführt. Der Sockel 11 umschließt mit seinen beiden Absätzen 17 und 18 den Isolator 30 zwischen zwei entsprechenden Absätzen.

Während im Stand der Technik das Gehäuse der Zündkerze am oberen Absatz 17 endet, erstreckt sich dieses erfindungsgemäß weiter nach oben unter Beibehaltung eines Luftspaltes 22 zum Isolator 30. Der Fortsatz 20 ist in der gezeigten Ausführungsform einstückig mit dem Sockel 11 verbunden. Das Zündkerzengehäuse 10 ist im Bereich der Sicke 19 dünnwandig gestaltet, um den Umformvorgang nach dem Einfügen des Isolators 30 zu erleichtern. Um den Platzbedarf für die Zündkerze im Zylinderkopf zu minimieren sind der Sockel 11 und der Fortsatz 20 im Außendurchmesser nur so groß, wie es die Dichtfläche 14 für die Dichtung 15 erforderlich macht.

Fig. 2 zeigt in einer zweiten Ausführungsform die Zündkerze 50.2. Das verlängerte Gehäuse ist z. B. durch Schweißen einer Hülse 23 an den Fortsatz 20 des Gehäuses 10.2 angefügt. Am Ende der Hülse 23 ist nun die Angriffsstelle für ein Montagewerkzeug vorgesehen, z. B. Nuten 24. Im Sinne des Baukastenprinzips lassen sich hierdurch unter­ schiedliche Hülsen 23 mit einem standardisierten Gehäuse 10.2 ver­ binden. Im vorliegenden Beispiel ist das Gehäuse 10.2 bis auf die feh­ lenden stirnseitigen Nuten identisch mit dem Gehäuse 10 aus Fig. 1. Im einfachsten Fall des Baukastens wird keine Hülse 23 benötigt, siehe Fig. 1. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel ist insbesondere zum Schutz des Isolators 30 vor der Strahlungswärme eines nahe­ liegenden Auspuffkrümmers geeignet. Die Hülse 23 und das Gehäuse 10.2 leiten die Wärme über das Gewinde 13 und die Dichtfläche 14 in den Zylinderkopf ab.

In Fig. 3 ist die Einbausituation einer Zündkerze in einer dritten Ausführungsform im Zylinderkopf 40 eines Verbrennungsmotors dargestellt. Die Zündkerze 50.3 ragt mit ihren Elektroden in den Brennraum 41. In der Höhe der Ein- und Auslaßkanäle 42 und 43 ist die Zündkerze von einem Zündkerzendom 44 umgeben, um die Kühl­ flüssigkeit aus dem Wassermantel 45 fernzuhalten. In dem Bereich 46 des Ventiltriebes, also im Raum um die Nockenwellen 47, ist der Zündkerzendom 44 nicht ausgebildet, wodurch für den weiter nicht dargestellten Ventiltrieb deutlich mehr Bauraum zur Verfügung steht und z. B. eine Nockenwelle 47 sehr nahe an die Zündkerzenachse 51 heranreichen kann. Die Hülse 23.3 der Zündkerze 50.3 ist in diesem Bereich durch das Motoröl bespült. Um das Ansammeln von Öl im Ringspalt 48 zwischen dem Zündkerzengehäuse 10.3 und dem Zünd­ kerzendom 44 und bei Demontage der Zündkerze das Einströmen dieses Öls in den Brennraum 41 zu vermeiden, ist am oberen Ende des Zündkerzendomes 44 ein Dichtring 24 in der Hülse 23.3 ange­ ordnet. Eine weitere Dichtung 25 liegt zwischen den Anlageflächen 26 der Hülse 23.3 und der Zylinderkopfhaube 49. Die Hülse 23.3 besitzt noch ein Sechskantprofil 27 zum Angriff eines Montagewerkzeugs. Ein spezieller Zündkerzenstecker 52 deckt den Durchbruch in der Zylin­ derkopfhaube 49 nach außen ab und trägt ein stabförmiges, nach außen isolierendes Zündkerzenadapter, das das Zündkerzenkabel 54 mit dem Steckkontakt 32 der Zündkerze leitend verbindet.

In Fig. 4 ist eine Zündkerze in einer vierten Ausführungsform in einer Einbausituation im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine dargestellt. Auch dieser Ausführung liegt der Gedanke des Baukastenprinzips zugrunde, so daß wie in den vorstehenden Ausführungsformen das gleiche oder nur leicht veränderte Gehäuse 10.4 mit einer modifi­ zierten Hülse 23.4 verbunden ist. In den vorherigen Ausführungen muß die Hülse ein vom Montagewerkzeug aufgebrachtes Drehmoment auf das Gehäuse der Zündkerze übertragen, wo es über das Gewinde 13 eine Spannkraft an der Dichtfläche 14 erzeugt. Wenn eine defi­ nierte Winkellage der Masseelektrode 16 zum Brennraum 41 er­ wünscht ist, muß auf das Gewinde am Schaft 12.4 des Gehäuses 10.4 verzichtet werden. Die Spannkraft wird nun beispielsweise durch eine Schraube 60 erzeugt und über eine Spannpratze 61, die sich mit einem Ende am Zylinderkopf 40.4 abstützt, auf die Hülse 23.4 geleitet. Über die Hülse 23.4 und das Gehäuse 10.4 wird die Spannkraft auf die Dichtfläche 14 und die Dichtung 15 übertragen. Vor dem Festspannen der Zündkerze 50.4 muß diese in ihrer Winkellage ausgerichtet werden. Dies erfolgt z. B. durch das Einhängen der Spannpratzengabel 62 in Nuten 28 der Hülse 23.4. Zum Entfernen der Zündkerze 50.4 kann das Gewinde der Schraube 60 nicht beitragen. Beim Verkleben des Schaftes 12.4 mit dem Zylinderkopf 40.4 durch Verbrennungs­ rückstände muß eine beträchtliche Kraft zur Demontage aufgebracht werden. Dies kann auf einfache Weise derart erfolgen, daß ein Gabelschlüssel 63 mit seiner Spitze in ein Loch 29 am Umfang der Hülse 23.4 eingesetzt wird. Er stützt sich auf dem Zylinderkopf 40.4 ab und hebt bei einer Bewegung entsprechend dem Pfeil 64 die Zündkerze 50.4 an.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Spannpratzengabel 62 so geformt, daß sie die Öffnung der Hülse 23.4 nicht verdeckt und ein Zündkerzen­ stecker eingeführt werden kann.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen im Längsschnitt Montagewerkzeuge, die auf eine Zündkerze gemäß Fig. 1 aufgesteckt sind. Sie sind im Durch­ messer nicht größer als die Zündkerze 50 selbst. Über stirnseitig am Werkzeugkörper 81 angeordnete Zapfen 82, die in die Nuten 21 der Zündkerze 50 ein ragen, können sie ein Drehmoment auf das Zündkerzengehäuse 10 übertragen.

Das in Fig 6 gezeigte Werkzeug 80 besitzt in seinem rohrförmigen Körper 81 Querbohrungen 83, durch die z. B. ein Schraubenzieher gesteckt und so mit einfachsten Mitteln ein Antriebsmoment erzeugt werden kann. Mittels einer Gummischeibe 84, die im Werkzeugkörper eingeklebt ist und den Gewindestift 32 elastisch umfängt, wird die Zündkerze 50 bei der Montage am Herunterfallen gehindert.

Die Werkzeuge nach den Fig. 7 und 8 sind durch ihr Vierkantloch 85 für den Antrieb durch ein Vierkantprofil allgemein gebräuchlicher Steckschlüsselwerkzeuge vorgesehen. In Fig. 10 ist das Antriebs­ profil in der Stirnseite dieser kompakten Werkzeuge dargestellt. Während in Fig. 7 ein vorgeformtes Federstahlband 86, durch eine Niete 87 mit dem Werkzeugkörper 81.2 verbunden, in eine Rille am Umfang des Isolators 30 der Zündkerze 50 eingreift, ist es in Fig. 8 ein vorgebogener Draht 88, der mit seinen Enden federnd durch zwei Durchbrüche 89 ins Innere des Werkzeugkörpers 81.3 ragt, siehe Fig. 9.

Claims (12)

1. Zündkerze einer Brennkraftmaschine, die zumindest einmal je Zylinder am Brennraum angeordnet ist, bestehend aus

• - einem Isolator (30) mit eingefügter Mittelelektrode
• - einem metallenen Sockel (10), der brennraumseitig eine oder mehrere Masseelektroden (16) trägt am Umfang ein Befesti­ gungsgewinde (13) und eine Angriffsfläche für ein Montage­ werkzeug besitzt und sich bis zum Ende eines Bereiches erstreckt, in dem er den Isolator (30) zwischen zwei Absätzen (17) und (18) fest einspannt,

und ein Montagewerkzeug zur Befestigung dieser Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sockel (10) in der der Brennraumseite entgegengesetzten Richtung derart verlängert ist, daß er in Form eines rohrartigen Fortsatzes (20) den Isolator (30) in einigem Abstand umfängt und sich in der Richtung der Zündkerzenachse (51) zumindest über einen Teil des üblicherweise freistehenden Bereiches des Isolators (30) erstreckt oder diesen überragt
• - das Montagewerkzeug stirnseitig an dem Fortsatz (20) oder an dessen Verlängerung in Form einer Hülse (23) angreift.

2. Zündkerze nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) einstückig an den Sockel (10) angegliedert ist.

3. Zündkerze nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) als gesondertes Teil an den Sockel (10) angefügt ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) einstückig an das obere Teil eines geteilten Sockels (10) angegliedert ist.

5. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) als gesondertes Teil an das obere Teil eines geteilten Sockels (10) angefügt ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) durch eine an ihn angefügte Hülse (23) verlängert ist.

7. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) oder ggf. die Hülse (23) eine oder mehrere Anlageflächen für Dichtelemente besitzt.

8. Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) oder ggf. die Hülse (23) an seiner Stirnseite oder an seinem Umfang Vorkehrungen zum formschlüssigen Angriff eines Montagewerkzeugs zum Aufbringen eines Dreh­ momentes um die Zündkerzenachse (51) trägt.

9. Zündkerze nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (13) am Sockel (10) nicht vorhanden ist und der Fortsatz (20) oder ggf. die Hülse (23) eine oder mehrere Spann­ flächen (70) zum Einleiten einer Kraftkomponente in Richtung der Zündkerzenachse (51) zum Aufbringen der erforderlichen Dicht­ kraft aufweist.

10. Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) oder ggf. die Hülse (23) stirnseitig oder an seinem Umfang eine Vorkehrung zur formschlüssigen Fixierung der Zündkerze in einer definierten Winkellage um die Zündkerzen­ achse (51) trägt.

11. Zündkerze nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) oder ggf. die Hülse (23) eine oder mehrere Vorkehrungen zum formschlüssigen Angriff eines Werkzeuges zur Demontage der Zündkerze trägt.