[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere Vorkammerzündkerze,
mit einem Gehäuse, einer Zündelektrode und einer Masseelektrode, wobei die Zündelektrode
über eine Versorgungsleitung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist und
wobei die Versorgungsleitung zumindest teilweise innerhalb eines Isolators verläuft.
[0002] Zündkerzen der in Rede stehenden Art sind seit Jahren aus der Praxis bekannt. Diese
dienen bei einem Verbrennungsmotor der Entflammung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches
im Brennraum des Zylinders. Dabei zündet ein Hochspannungsfunken an der Zündkerze
das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch.
[0003] Beispielsweise ist aus der
WO 2008/031482 A1 eine Zündkerze umfassend eine Zündelektrode und eine Masseelektrode beschrieben.
Die Zündkerze weißt ein aus einem Gehäusekopf und einer Halterung ausgebildetes Gehäuse
auf, das einen Teil eines Isolators in sich aufnimmt. Der Isolator umschließt eine
Versorgungsleitung, welche zur Beaufschlagung der Zündelektrode mit elektrischer Spannung
dient. Der Gehäusekopf ist aus Stahl hergestellt und mit der aus einer Nickel-Eisen-Legierung
bestehenden Halterung über eine Schweißnaht verbunden. Die Nickel-Eisen-Legierung
weißt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Isolators, so dass die Vorspannung, mit welcher der Isolator in dem Gehäuse angeordnet
ist, mit steigender Temperatur ebenfalls ansteigt.
[0004] Bei der bekannten Zündkerze ist problematisch, dass sich diese im Betrieb zu stark
aufheizt, was sich negativ auf die für die Lebensdauer der Zündkerze relevanten Bereiche,
wie zum Beispiel die Elektroden und einen ggf. vorhandenen Entstörwiderstand auswirkt.
Im Extremfall kann es zu Glühzündungen oder klopfenden Verbrennungen im Bereich der
Zündkerze kommen, so dass die Funktion des Motors stark beeinträchtigt ist.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der eingangs
genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen
Mitteln eine Überhitzung der Zündkerze vermieden wird.
[0006] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Danach ist die in Rede stehende Zündkerze dadurch gekennzeichnet, dass zumindest
ein Ableitungsbereich des Gehäuses aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit
von über 150 W/mK hergestellt ist.
[0007] In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass die zugrundeliegende Aufgabe
durch die Anordnung eines Ableitungsbereichs an dem Gehäuse in verblüffend einfacher
Weise gelöst werden kann. Der Ableitungsbereich dient dabei zur Ableitung der in die
Zündkerze eingetragenen Verbrennungswärme an die Umgebung. Der Ableitungsbereich ist
aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 150 W/mK hergestellt, so
dass eine ausreichend hohe Wärmeableitung gewährleistet ist und kann sich in vorteilhafter
Weise unmittelbar an die Masseelektrode anschließen. Durch diese einfache konstruktive
Maßnahme wird eine Überhitzung der Zündkerze, insbesondere der für die Lebensdauer
der Zündkerze relevanten Bereiche, zuverlässig verhindert. Dadurch kann das Auftreten
von Glühzündungen oder klopfenden Verbrennungen im Bereich der Zündkerze erheblich
reduziert werden. Wesentlich für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, dass der Ableitungsbereich
eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die über der Wärmeleitfähigkeit von Stahl liegt,
was das aus dem Stand der Technik bekannte Material zur Fertigung des Gehäuses ist.
Entgegen eines Vorurteils der Fachwelt hat sich gezeigt, dass sich Materialien mit
einer höheren Wärmeleitfähigkeit trotz des damit meist einhergehenden höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
zur Fertigung zumindest eines Bereichs des Gehäuses einer Zündkerze eignen.
[0008] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich die angegebene Wärmeleitfähigkeit
insbesondere auf den für eine Zündkerze relevanten Temperaturbereich bezieht. Die
Angabe der Wärmeleitfähigkeit erfolgt in den Einheiten Watt pro Meter und Kelvin.
[0009] In vorteilhafter Weise kann der Ableitungsbereich eine Wärmeleitfähigkeit von über
200 W/mK aufweisen. Bei einer solch hohen Wärmeleitfähigkeit ist eine Überhitzung
der Zündkerze nahezu ausgeschlossen, so dass die durch die Überhitzung bedingten Probleme
effektiv vermieden werden.
[0010] Zur Realisierung eines Ableitungsbereiches mit einer entsprechend hohen Wärmeleitfähigkeit
kann der Ableitungsbereich aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einer Kupferbasislegierung
umfassend Anteile von Nickel und/oder Beryllium hergestellt sein.
[0011] In vorteilhafter Weise kann das Gehäuse einteilig ausgebildet sein. Dadurch wird
eine besonders einfache Konstruktion der Zündkerze realisiert, so dass diese kostengünstig
in der Herstellung ist. Dabei kann das gesamte Gehäuse als Ableitungsbereich ausgebildet
sein.
[0012] Alternativ ist denkbar, dass das Gehäuse einen vorderen Gehäuseteil und einen hinteren
Gehäuseteil aufweist, somit zweiteilig aufgebaut ist. In vorteilhafter Weise kann
der vordere Gehäuseteil mit dem hinteren Gehäuseteil über eine Schweißnaht verbunden
ist. Die Schweißnaht kann beispielsweise über Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG), Plasmaschweißen,
Elektronenschweißen oder Laserschweißen hergestellt sein.
[0013] In weiter vorteilhafter Weise kann der Ableitungsbereich durch den vorderen Gehäuseteil
realisiert sein, dieser somit insgesamt aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit
von über 150 W/mK hergestellt sein. Dadurch ist die Ableitung der Prozesswärme nochmals
verbessert und die Konstruktion der Zündkerze vereinfacht. Ein weiterer Vorteil einer
solchen Ausgestaltung besteht darin, dass sich der vordere Gehäuseteil aufgrund seiner
hohen Wärmeleitfähigkeit für eines der voranstehenden Schweißverfahren besonders eignet.
Alternativ oder zusätzlich kann der Ableitungsbereich durch den hinteren Gehäuseteil
gebildet sein.
[0014] Um eine ausreichend stabile Konstruktion zu gewährleisten kann der hintere Gehäuseteil
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der kleiner oder gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Isolators ist. Im Konkreten kann der hintere Gehäuseteil aus einer Nickel-Eisen-Legierung
bestehen, beispielsweise Ni Co 29/18 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient α von 5•10
-6 1/K bis 8•10
-6 1/K), wobei der Isolator aus einer Keramik, insbesondere Aluminiumoxid (Wärmeausdehnungskoeffizient
α von ca. 8,5•10
-6 1/K) oder Aluminiumnitrid hergestellt sein kann.
[0015] In vorteilhafter Weise kann die Außenseite des Gehäuses zumindest bereichsweise konisch
ausgebildet sein und/oder ein Gewinde aufweisen. Dabei kann es sich in besonders vorteilhafter
Weise um einen entsprechend ausgebildeten vorderen Gehäuseteil handeln. Dadurch ist
eine sichere Verbindung und Abdichtung zwischen Zündkerze und Zylinder gewährleistet.
[0016] Eine besonders sichere Verbindung zwischen Gehäuse und Isolator kann realisiert sein,
indem das Gehäuse den Isolator hintergreift und unter Vorspannung in dem Gehäuse hält,
vorzugsweise an einen Dichtring, insbesondere aus Kupfer, presst. In besonders vorteilhafter
Weise kann der hintere Gehäuseteil den Isolator hintergreifen und unter Vorspannung
in dem Gehäuse halten.
[0017] Ein besondere kombinatorischer Effekt ist erzielbar, indem der vordere Gehäuseteil
insgesamt als Ableitungsbereich ausgebildet ist und mit dem hinteren Gehäuseteil über
eine Schweißnaht verbunden ist, wobei der hintere Gehäuseteil einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, der kleiner oder gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isolationskörpers
ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Ableitung der Wärme von der Zündkerze
durch den vorderen Gehäuseteil ermöglicht, wobei der hintere Gehäuseteil aufgrund
seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten den Isolator mit einer höheren Vorspannung
in dem Gehäuse hält, je höher die Temperatur ansteigt. Dadurch wird ein höherer Wärmeausdehnungskoeffizient
des vorderen Gehäuseteils, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kompensiert
und der Zylinder zuverlässig durch die Zündkerze verschlossen.
[0018] Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter
Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch
1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung
mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
- einzige Fig.
- in einer schematischen, geschnittenen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Zündkerze.
[0019] Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze.
Dabei handelt es sich um eine Vorkammerzündkerze, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen
wird, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine beliebige Zündkerzenart ausgebildet
sein kann.
[0020] Die Zündkerze umfasst eine als Masseelektrode 1 dienende Kappe 2, die beispielsweise
aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht. Innerhalb des von der Kappe 2 gebildeten
Vorraums 3 ist eine Zündelektrode 4 angeordnet. Die Kappe 2 ist über eine Schweißnaht
5 mit dem Gehäuse 6 verbunden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das
Gehäuse 6 durch einen vorderen Gehäuseteil 7 und einen hinteren Gehäuseteil 8 gebildet.
[0021] Der vordere Gehäuseteil 7 schließt sich unmittelbar an die Masseelektrode 1 an und
dient als Ableitungsbereich 9, um nämlich die in die Zündkerze eingetragene Verbrennungswärme
abzuleiten. Dazu ist der Ableitungsbereich 9, d.h. der vordere Gehäuseteil 7, aus
einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von über 150 W/mK bzw. von über
200 W/mK hergestellt. Im Konkreten kann der Ableitungsbereich aus Kupfer bzw. einer
Kupferbasislegierung mit geringen Anteilen von Nickel und/oder Beryllium hergestellt
sein.
[0022] An dem vorderen Gehäuseteil 7 ist ein Gewinde 10 ausgebildet, über das die Zündkerze
in den Zylinder einschraubbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann der vordere Gehäuseteil
7 zumindest bereichsweise konisch verlaufen, um eine Klemmung mit dem Zylinder zu
erreichen.
[0023] Die Zündelektrode 4 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von
zwei Streifen mit jeweils bogenförmig gekrümmten Enden realisiert. Die Streifen weisen
jeweils zwei Enden auf, die als Zündflächen wirken. Dabei ist denkbar, dass die Streifen
aus einer Iridiumlegierung oder einer Platinlegierung bestehen.
[0024] Um die Zündelektrode 4 mit elektrischer Spannung zu versorgen, ist eine nicht dargestellte
Versorgungsleitung vorgesehen, die innerhalb des Isolators 11 verläuft. Der Isolator
11 besteht beispielsweise aus einer Keramik, insbesondere Aluminiumoxid (Wärmeausdehnungskoeffizient
α von ca. 8,5•10
-6 1/K) oder Aluminiumnitrid.
[0025] In der einzigen Figur ist des Weiteren gezeigt, dass der vordere Gehäuseteil 7 mit
dem hinteren Gehäuseteil 8 über eine Schweißnaht 12 verbunden ist. Der hintere Gehäuseteil
8 hintergreift einen Vorsprung 13 des Isolators 11, so dass der Isolator 11 mit Vorspannung
innerhalb des Gehäuses 6 gehalten ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der hintere Gehäuseteil 8 aus einem Material hergestellt, das - zumindest in dem für
eine Zündkerze relevanten Temperaturbereich - einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, als das Material des Isolators 11. Hierbei kann es sich insbesondere eine
Nickel-Eisen-Legierung (Ni Co 29/18 mit Wärmeausdehnungskoeffizient α von 5•10
-6 1/K bis 8•10
-6 1/K) handeln. Bei der im Betrieb erfolgenden Erwärmung der Zündkerze erhöht sich
somit die Vorspannung, unter welcher der Isolator 11 in dem Gehäuse 6 gehalten ist,
so dass eine zuverlässige Abdichtung der Zündkerze gegenüber dem Brennraum erzielt
wird. Zur Abdichtung zwischen Isolator 11 und vorderem Gehäuseteil 7 ist ein Dichtring
14 angeordnet, der beispielsweise aus Kupfer besteht.
[0026] Des Weiteren weist der hintere Gehäuseteil 8 eine Angriffstelle 15, beispielsweise
ein Sechskant, für ein Handhabungsmittel auf, so dass die Zündkerze mit einem korrespondierenden
Werkzeug in den Zündraum einschraubbar ist.
[0027] Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie
auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
[0028] Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der
beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
[0029]
- 1
- Masseelektrode
- 2
- Kappe
- 3
- Vorkammer
- 4
- Zündelektrode
- 5
- Schweißnaht
- 6
- Gehäuse
- 7
- vorderer Gehäuseteil
- 8
- hinterer Gehäuseteil
- 9
- Ableitungsbereich
- 10
- Gewinde
- 11
- Isolator
- 12
- Schweißnaht
- 13
- Vorsprung
- 14
- Dichtring
- 15
- Angriffstelle
1. Zündkerze, insbesondere Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse (6), einer Zündelektrode
(4) und einer Masseelektrode (1), wobei die Zündelektrode (4) über eine Versorgungsleitung
mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, wobei die Versorgungsleitung zumindest
teilweise innerhalb eines Isolators (11) verläuft, wobei das Gehäuse (6) einen vorderen
Gehäuseteil (7) und einen hinteren Gehäuseteil (8) aufweist und wobei das hintere
Gehäuseteil (8) den Isolator (11) hintergreift, so dass der Isolator (11) unter Vorspannung
zwischen dem vorderen Gehäuseteil (7) und der hinteren Gehäuseteil (8) angeordnet
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Gehäuseteil (7) insgesamt aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit
von über 150 W/mK hergestellt ist und somit als Ableitungsbereich (9) dient.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ableitungsbereich (9) unmittelbar an die Masseelektrode (1) anschließt und/oder
dass der Ableitungsbereich (9) eine Wärmeleitfähigkeit von über 200 W/mK aufweist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungsbereich (9) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder aus einer
Kupferbasislegierung umfassend Anteile von Nickel und/oder Beryllium hergestellt ist.
4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Gehäuseteil (7) mit dem hinteren Gehäuseteil (8) über eine Schweißnaht
(12) verbunden ist.
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Gehäuseteil (8) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner
oder gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isolators (11) ist.
6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Gehäuseteil (8) aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6), insbesondere der vordere Gehäuseteil (7), an seiner Außenseite zumindest
bereichsweise konisch ausgebildet ist und/oder ein Gewinde (10) aufweist.
1. Spark plug, in particular prechamber spark plug, having a housing (6), an ignition
electrode (4) and an earth electrode (1), wherein the ignition electrode (4) can be
acted on with an electrical voltage via a supply line, wherein the supply line extends
at least partially inside an insulator (11), wherein the housing (6) has a front housing
portion (7) and a rear housing portion (8), and wherein the rear housing portion (8)
engages behind the insulator (11) so that the insulator (11) is arranged with pretensioning
between the front housing portion (7) and the rear housing portion (8), characterised in that the front housing portion (7) is generally produced from a material having a thermal
conductivity of more than 150 W/mK and consequently acts as a discharge region (9).
2. Spark plug according to claim 1, characterised in that the discharge region (9) directly adjoins the earth electrode (1) and/or in that the discharge region (9) has a thermal conductivity of more than 200 W/mK.
3. Spark plug according to claim 1 or 2, characterised in that the discharge region (9) is produced from copper or from a copper alloy or from a
copper-based alloy comprising portions of nickel and/or beryllium.
4. Spark plug according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the front housing portion (7) is connected to the rear housing portion (8) by means
of a weld seam (12).
5. Spark plug according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the rear housing portion (8) has a thermal expansion coefficient which is less than
or equal to the thermal expansion coefficient of the insulator (11).
6. Spark plug according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the rear housing portion (8) comprises a nickel/iron alloy.
7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the housing (6), in particular the front housing portion (7), is constructed at least
in regions in a conical manner at the outer side thereof and/or has a thread (10).
1. Bougie d'allumage, en particulier bougie d'allumage en préchambre, avec un culot (6),
une électrode d'allumage (4) et une électrode de masse (1), l'électrode d'allumage
(4) étant exposée à une tension électrique par le biais d'une ligne d'alimentation,
la ligne d'alimentation étant située au moins partiellement à l'intérieur d'un isolateur
(11), le culot (6) comportant une partie de culot (7) avant et une partie de culot
(8) arrière, et la partie de culot (8) arrière agrippant par l'arrière l'isolateur
(11) de sorte que l'isolateur (11) est disposé, sous précontrainte, entre la partie
de culot (7) avant et la partie de culot (8) arrière,
caractérisée en ce que la partie de culot (7) avant est au total réalisée dans un matériau ayant une conductivité
thermique supérieure à 150 W/mK et sert donc de zone de dérivation (9).
2. Bougie d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone de dérivation (9) se connecte directement à l'électrode de masse (1) et/ou
en ce que la zone de dérivation (9) présente une conductivité thermique supérieure à 200 W/mK.
3. Bougie d'allumage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la zone de dérivation (9) est réalisée en cuivre ou en alliage de cuivre ou en alliage
à base de cuivre comprenant des quantités de nickel et/ou de béryllium.
4. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie de culot (7) avant est raccordée à la partie de culot (8) arrière par le
biais d'un cordon de soudure (12).
5. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la partie de culot (8) arrière présente un coefficient de dilatation thermique qui
est inférieur ou égal au coefficient de dilatation thermique de l'isolateur (11).
6. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la partie de culot (8) arrière est composée d'un alliage nickel-fer.
7. Bougie d'allumage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, sur son côté extérieur, le culot (6), en particulier la partie de culot (7) avant,
est constitué de façon conique au moins par tronçons et/ou comporte un filetage (10).