CH713504A1 - Zündvorrichtungssystem für einen Motor. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zündvorrichtungssystem (1) für einen Motor (100), der eine Zündvorrichtung (2), die im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist, zum Erhitzen oder Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum (9) des Motors (100), und eine Zündvorrichtungshülse (3) umfasst, die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper aufweist und an einem ihrer zwei Enden des Grundkörpers dazu ausgebildet ist, eine lösbare Verbindung mit der Zündvorrichtung (2) einzugehen, wobei in einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung (2) mit der Zündvorrichtungshülse (3) die lösbare Verbindung zwischen der Zündvorrichtung (2) und der Zündvorrichtungshülse (3) drehfest ist.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündvorrichtungssystem für einen Motor, insbesondere den Aufbau eines Zündvorrichtungssystems für einen Motor. Als Zündvorrichtung wird dabei bspw. eine Zündkerze oder eine Glühkerze angesehen.

[0002] Über die Lebensdauer von Motoren sind, im Falle von Ottomotoren, mehrfache Zündkerzenwechsel erforderlich. Industrielle Blockheizkraftwerke - in denen überwiegend Gasmotoren verwendet werden - weisen pro Einheit eine Leistung von bis zu einigen Megawatt auf. Die hierbei eingesetzten Gasmotoren weisen entsprechend grosse Abmessungen auf und sind für das Wartungspersonal folglich schwer zugänglich. Das trifft auch für die in den Zylinderköpfen eingeschraubten Zündkerzen zu.

[0003] Klarerweise sollen Wartungen mit einem möglichst niedrigen Zeitaufwand durchführbar sein; nicht zuletzt deshalb, weil ein Betreiber einen möglichst hohen zeitlichen Ausnutzungsgrad seiner Blockheizkraftwerke bzw. seiner Gasmotoren anstrebt. Nach einem wegen einer anstehenden Wartung erfolgtem Abschalten des Gasmotors wird in der Regel nicht solange gewartet bis dieser nahezu auf Raumtemperatur abgekühlt ist, da dies aufgrund seiner grossvolumigen Motorbauteile mit den damit einhergehenden hohen Wärmekapazitäten vergleichsweise lange dauert. Das gilt insbesondere für einen Zylinderkopf, der im Bereich der Flammplatte unmittelbar der im Brennraum vorliegenden Temperatur ausgesetzt ist.

[0004] Gerade bei dem regelmässig, bspw. bei ca. 1000 Betriebsstunden anfallenden Tausch der Zündkerzen, welche notwendigerweise durch den Zylinderkopf hindurchgeführt und darin im unteren Ende eingeschraubt sind, ist der Monteur dieser unangenehmen und damit die Wartungsarbeiten verzögernden Situation ausgesetzt. Industriell eingesetzte Gasmotoren weisen im Allgemeinen eine Anzahl von 6 bis 20 Zylindern auf und werden über eine lange Nutzungsdauer betrieben, die in Abhängigkeit ihrer Leistung ca. 30 000 bis 65 000 Betriebsstunden erreichen kann.

[0005] Damit kommt ganz offensichtlich der Reduzierung der «Zündkerzenkosten» in Bezug auf die Ersatzteilkosten und der Montagedauer eine nennenswerte wirtschaftliche Bedeutung zu.

[0006] Für industriell eingesetzte Gasmotoren werden grösstenteils Zündkerzen eingesetzt, bei denen in Verlängerung der eigentlichen Zündkerze der benötigte Isolator in einem gemeinsamen Gehäuse fest verbaut ist. Eine solche Zündkerze kann wesentlich komfortabler und damit schneller montiert und demontiert werden, ist aber wesentlich teurer, da bei einem Zündkerzenwechsel eine Weiterverwendung des Isolators und des grossen, stabilen Gehäuses nicht möglich ist.

[0007] Am Markt existieren Zündkerzen, bei denen die eigentliche Zündkerze, der Isolator und das Zündkabel in einem einzigen Metallgehäuse untergebracht sind. Dieses Gehäuse ist entsprechend stabil, so dass der Montagekant, in der Regel ein Montagesechskant, an der dem Zündkappendeckel abgewandten Seite angeordnet ist und damit für das Montagewerkzeug besser zugänglich ist. Bei grossen Abmessungen des Gasmotors und aufgrund des Zündkabels ist der Sechskant mit dem Montageschlüssel dennoch schlecht zugänglich. Es ist ein häufiges Neuansetzen des Montageschlüssels erforderlich. Ausserdem ist nachteilhaft, dass das Gehäuse, der Isolator und das Zündkabel nicht wiederverwendet werden können. Folglich sind derartige Zündkerzen deutlich teurer.

[0008] Der in die Brennkammer hineinragende Teil der Zündkerze ist beim Motorbetrieb dem in der Brennkammer vorliegenden Druckniveau ausgesetzt. Dies führt an der Zündkerze zu einer resultierenden Kraft in diejenige Richtung, die bei einem entsprechend hohen Niveau ein Herausdrücken/Herausschiessen der Zündkerze aus der Brennkammer her-vorrufen würde. Bei der dortigen Entzündung des Kraftstoffs liegen in der Brennkammer extrem hohe Maximaldrücke und schnelle Druckänderungen vor. Hierdurch und durch die hohen Temperaturen wird eine starke Beanspruchung auf die Zündkerzen-Montagegewindeverbindung, die für eine Fixierung der Zündkerze sorgt, ausgeübt. Insofern besteht für das Abreissen dieses Montagegewindes oder das Durch- bzw. Abreissen des Zündkerzen-Isolators ein gewisses Risiko. Wenngleich dieses sehr niedrig ist, geht von einem Auftreten eines der zuvor beschriebenen Schadensfälle und dem damit unweigerlich verbundenen Herausschiessen einer Zündkerze oder eines Teiles davon eine prinzipielle schwere Personenverletzungsgefahr aus.

[0009] Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein Zündvorrichtungssystem zu schaffen, das die Verwendung gewöhnlicher, wesentlich preiswerterer Zündkerzen erlaubt und gleichzeitig zu einer wesentlich kürzeren Montagezeit für das Demontieren verbrauchter und das Montieren neuer Zündkerzen führt. Dabei darf sich selbstverständlich kein Nachteil für den Betrieb des Motors ergeben. Ebenso ist von Vorteil, wenn das neue Zündvorrichtungssystem keine konstruktiven Änderungen am Zylinderkopf erfordert.

[0010] Daneben liefert die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform einen weiteren Vorteil, wonach das neue System eine zusätzliche Arretierungsmöglichkeit der Zündvorrichtung (= Zündkerze oder Glühkerze) bietet, um das Risiko eines im Motorbetrieb auftretenden Herausschiessens bzw. Herausdrückens einer Zündvorrichtung oder Splitter davon gänzlich zu vermeiden.

[0011] Die diskutierten Nachteile des Stands der Technik werden mit einem Zündvorrichtungssystem überwunden, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

[0012] Demnach umfasst das Zündvorrichtungssystem für einen Motor eine Zündvorrichtung, die im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist, zum Erhitzen oder Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum des Motors, und eine Zündvorrichtungshülse, die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper aufweist und an einem ihrer zwei

Enden des Grundkörpers dazu ausgebildet ist, eine lösbare Verbindung mit der Zündvorrichtung einzugehen, wobei in einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung mit der Zündvorrichtungshülse, die lösbare Verbindung zwischen der Zündvorrichtung und der Zündvorrichtungshülse drehtest ist.

[0013] Dadurch kann bei einem Wechsel einer Zündvorrichtung, bspw. einer Zündkerze, die zugehörige Hülse wiederverwendet werden, da diese lösbar mit der Zündvorrichtung in Verbindung steht. Weiter ist von Vorteil, dass die Verbindung dieser Bauteile drehtest ausgebildet ist. In einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung und der Zündvorrichtungshülse kann durch ein Drehen der Hülse eine Drehbewegung der Zündvorrichtung ausgeführt werden, so dass ein Eindrehen der Zündvorrichtung in eine Montagegewindeverbindung des Zylinderkopfs, wie einem Kerzengewinde, möglich ist.

[0014] Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Erfindung die Verwendung von «kurzen» Zündvorrichtungen, bei denen im Gegensatz zu «langen» Zündvorrichtungen in Verlängerung der eigentlichen Zündvorrichtung der benötigte Isolator in einem gemeinsamen Gehäuse nicht fest verbaut ist. Durch das Verwenden von auf dem Markt verfügbaren standardmässig vorhandenen «kurzen» Zündvorrichtungen können beträchtliche Kosteneinsparungen erreicht werden, wobei jedoch gleichzeitig eine schnelle Montage/Demontage der Zündvorrichtung aufgrund der lösbaren, drehfesten Verbindung durchgeführt werden kann.

[0015] Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung ist die lösbare Verbindung eine Steckverbindung, wobei vorzugsweise die Zündvorrichtungshülse die Grundform eines Rohrsteckschlüssels aufweist, um mit einem Ende der stabförmig ausgebildeten Zündvorrichtung zusammenzuwirken und die lösbare, drehfeste Verbindung zu erzeugen. Das mit der Zündvorrichtung zusammenwirkende Ende ist dabei typischerweise der Steckschlüsselabschnitt der Hülse.

[0016] Dadurch kann die Zündvorrichtung in die Hülse eingesteckt werden und durch eine Drehung der Hülse ein aus der Hülse herausragender Abschnitt in ein schwer zugängliches Montagegewinde eingeschraubt werden.

[0017] Vorzugsweise weist die Zündvorrichtungshülse eine Anschlagfläche auf, die in einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung mit der Zündvorrichtungshülse dazu ausgelegt ist, eine Relativbewegung von Zündvorrichtung zur Zündvorrichtungshülse in axialer Richtung hin zu dem anderen Ende der Zündvorrichtungshülse zu unterbinden.

[0018] Die Anschlagfläche kann dabei durch eine Durchmesseränderung des Aussen- oder Innendurchmessers der im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundform der Zündvorrichtungshülse erzeugt werden. Typischerweise ist die Anschlagfläche eine stufenartige und/oder kontinuierliche Verringerung des Innendurchmessers der Hülse, so dass die Zündvorrichtung nur bis zu einer gewissen Stelle in die Hülse einschiebbar ist. An dem aus der Hülse hinausragenden Ende der Zündvorrichtung ist ein Mittel zum Zünden oder Erhitzen eines Brennstoff-Luft-Gemisches angeordnet.

[0019] Nach einer Fortbildung der Erfindung ergibt sich die drehbare, lösbare Verbindung durch komplementäre Formgebung der Zündvorrichtung und der Zündvorrichtungshülse, vorzugsweise ist dazu die Zündvorrichtungshülse in einem Abschnitt ihrer Innenwand zu einem entsprechenden Abschnitt der Aussenwand der Zündvorrichtung komplementär ausgebildet. So kann bspw. das Ende der Hülse, das die Verbindung mit der Zündvorrichtung eingeht, Innensechskant- oder Innenzwölfkant-Konturen aufweisen, die mit einer entsprechenden komplementären Form an der Zündvorrichtung Zusammenwirken können (bspw. Aussensechskant oder Aussenzwölfkant). Die Zündvorrichtung kann dabei an einem Abschnitt eine entsprechend ausgeformte Aussenkontur aufweisen, um bspw. mit einem Zwölfkant oder einem Sechskant zusammenzuwirken.

[0020] Vorteilhafterweise sieht die Erfindung weiter ein Zündkabel vor, das von der Zündvorrichtung durch das Innere des im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörpers der Zündvorrichtungshülse geführt ist, wobei das Zündkabel vorzugsweise aus dem zu der Zündvorrichtung entfernten Ende des Grundkörpers der Zündvorrichtungshülse herausragt. Dabei muss die Zündvorrichtung nicht zwangsläufig axial aus der Hülse hinausragen sondern kann auch radial aus der Hülse geführt werden.

[0021] Zudem kann vorgesehen sein, dass das Zündkabel eine Isolierschicht aufweist und dazu ausgelegt ist, den für die Funktion der Zündvorrichtung erforderlichen Strom zuzuführen.

[0022] Weiter kann vorgesehen sein, dass im Inneren der Zündvorrichtungshülse ein Isolator vorgesehen ist, der das Zündkabel und eine Verbindung des Zündkabels mit der Zündvorrichtung fixiert und elektrisch isoliert.

[0023] Vorzugsweise weist die Zündvorrichtungshülse an dem anderen Ende, das dem mit der Zündvorrichtung die Verbindung eingehbaren Ende gegenübersteht, ein Innengewinde zum Eindrehen einer Verschlussschraube oder eines Verschlusselements auf.

[0024] Dabei kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement zum Abschliessen des anderen Endes der Zündvorrichtungshülse dient, wobei das Verschlusselement ein Durchgangsloch zum Durchführen eines Kabels, insbesondere eines Zündkabels aufweist.

[0025] Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aussenkontur der Zündvorrichtungshülse Abplattungen zum Ansetzen eines Werkzeugs aufweist, die vorzugsweise in der von der Zündvorrichtung entfernten Hälfte der Zündvorrichtungshülse angeordnet sind.

[0026] Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement oder die Verschlussschraube eine flanschartige Auskragung aufweist, die senkrecht zu ihrer Axialrichtung verläuft. Dies ermöglicht ein Abdichten des Inneren der Hülse.

[0027] Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung weist die Zündvorrichtungshülse in ihrem Aussenumfang eine Radialnut zum Fixieren an einer Zylinderkopfabdeckung auf, wobei vorzugsweise die Radialnut in der von der Zündvorrichtung beabstandeten Hälfte der Zündvorrichtungshülse angeordnet ist.

[0028] Die Zündvorrichtung der Erfindung kann dabei eine Zündkerze oder eine Glühkerze sein.

[0029] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Zündvorrichtungssystem nach einer der vorstehend beschriebenen Varianten, und einen Zylinderkopf, der über einen Zugang zum Brennraum verfügt, wobei der Zugang dazu ausgelegt ist, das Zündvorrichtungssystem aufzunehmen, so dass die Zündvorrichtung mit ihrem von der Zündvorrichtungshülse beabstandeten Ende in den Brennraum hineinragt.

[0030] Vorzugsweise ist der Zugang eine Bohrung, die in einem an den Brennraum zugewandten oder angrenzenden Bereich einen geringeren Durchmesser als in einem davon beabstandeten Bereich aufweist, um eine Auflageschulter zum Auflegen des Zündvorrichtungssystem zu bilden, wobei vorzugsweise zwischen der Auflageschulter und dem Zündvorrichtungssystem eine Dichtung vorgesehen ist, und/oder bevorzugterweise der Bereich mit dem geringeren Durchmesser mit einem Montagegewinde, wie einem Kerzengewinde, zum Eindrehen der Zündvorrichtung versehen ist. Dabei ist möglich, dass das Montagegewinde in den Zylinderkopf eingefräst ist oder über ein separates Bauteil erzeugt wird.

[0031] Nach einer optionalen Fortbildung umfasst der Motor ferner eine Zylinderkopfabdeckung, die an der von dem Brennraum abgewandten Seite des Zylinderkopfs angeordnet ist und eine Öffnung zum Einführen des Zündvorrichtungssystems aufweist.

[0032] Dabei kann vorgesehen sein, dass in einem eingeführten Zustand des Zündvorrichtungssystems in dem Zugang des Zylinderkopfs, ein Teil der Zündvorrichtungshülse aus der Öffnung der Zylinderkopfabdeckung nach aussen ragt.

[0033] Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an der von dem Zylinderkopf abgewandten Seite der Zylinderkopfabdeckung ein Fixiermittel zum Fixieren des Zündvorrichtungssystems vorgesehen ist, das vorzugsweise mit einer umlaufenden Radialnut an dem Aussenumfang der Zündvorrichtungshülse zusammenwirkt.

[0034] Der oben beschriebene Motor kann ein Ottomotor sein und ist unabhängig in seiner Anwendung. Es kann ein Motor für stationären, mobilen oder maritimen Betrieb sein. Ferner ist der Motor unabhängig vom Kraftstoff und kann z.B. mit Benzin, Ethanol, Erdgas (Stadtgas, CNG oder LNG), Hythane, Wasserstoff, Biogas, LPG etc. betrieben werden.

[0035] Dem Fachmann ist bewusst, dass die vorliegende Erfindung unabhängig von der Technik bzw. den Aufbau durch den der Zündvorgang oder das Erhitzen letztlich ausgeführt wird, ist.

[0036] Die vorliegende Erfindung bringt die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich, unabhängig davon, ob es sich um eine Hakenkerze, eine Vorkammerkerze oder um eine in einer Vorkammer eingesetzte Hakenkerze handelt.

[0037] Am Beispiel einer Zündkerze als Zündvorrichtung werden nachfolgend die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile wiedergegeben: - Verkürzte Montagezeit, da bei jeder Zündkerze bereits das Montagewerkzeug an einem Zündkerzen-Montagemehr-kant ansetzbar ist. - Wiederverwendung des Isolators, des die Zündkerze und den Isolator umgebenden Zündkerzenhülse sowie des Zündkabels. - Verwendung wesentlich kostengünstigerer Zündkerzen, da diese dem Standardaufbau entsprechen können. - Da die gleichzeitig als Montagewerkzeug dienende Zündkerzenhülse für jede Zündkerze sich immer und ständig am Ort des Motors befindet, kann diese als für den Einsatz optimiertes Spezialwerkzeug ausgeführt sein. Dies gilt ohne das Risiko, dass bestimmte Arbeiten nicht durchgeführt werden können, weil das Spezialwerkzeug gegebenenfalls nicht vor Ort verfügbar ist. - Die Oberseite der als Montagewerkzeug dienenden Zündkerzenhülse (= von der Zündkerze abgewandte Seite der Hülse) wird so ausgeführt, dass daran zum Lösen als auch das Festziehen einer Zündkerze ein Standardwerkzeug angesetzt werden kann. Durch die Verwendung eines Drehmomentenschlüssels, der bspw. an den Abplattungen im oberen Bereich der Hülse ansetzbar ist, kann beim Festziehen der Zündkerze über die Zündkerzenhülse der vorgesehene Anpressdruck einer Dichtung zwischen der Zündkerze und ihrer Auflagefläche am Zylinderkopf mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. - Die Fixierung des Zündkabelanschlusses an die Zündkerze erfolgt durch den Isolator. Bevor die Zündkerze im Motor montiert ist, wird in der Zündkerzenhülse die Einbauposition der Zündkerze über den Isolator fixiert. Dieses Merkmal ist bei V-Motoren von grossem Vorteil, da hier bekanntermassen eine Schräglage der eingebauten Zündkerzen vorliegt und somit die Schwerkraft das richtige Auftreffen des Montagegewindes der Zündkerze an das Einbaugewinde im Zylinderkopf erschwert. Die Fixierung der Einbauposition der Zündkerze in der Zündkerzenhülse erfolgt durch den Isolator, was besonders vorteilhaft bei einem Motor ist, dessen Zylinder V-artig angeordnet sind. - Das beanspruchte System wird in einer bevorzugten Version derart ausgeführt, dass sämtliche zugehörigen Schrauben ohne Entfernen des Zylinderkopfdeckels erreichbar sind. Dies gelingt, in dem die Abdeckung eine Öffnung aufweist, in die das Zündvorrichtungssystem einsteckbar ist. - Es finden für die jeweilige Einsatzregion Standardschrauben und Standardschlüsselweiten für die Spezialteile, wie Zündkerzenhülse und/oder Verschlusselement Verwendung. - Die Zündkerzenhülse dient gleichzeitig als Montagewerkzeug beim Zündkerzenwechsel. - Das Herausschiessen der Zündkerze oder von Splittern des Isolators wird durch die Verjüngung der Zündkerzenhülse sowie deren Fixierung (bspw. durch eine Halteplatte, welche an der Zylinderabdeckung befestigbar ist) und die Zylinderabdeckung selbst unterbunden.

[0038] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der Figuren ersichtlich. Es zeigt:

Fig. 1: eine Ausführungsform der Erfindung in einem Längsschnitt durch einen vereinfacht dargestellten Zylinderkopf,

Fig. 2: einen vergrösserten Ausschnitt aus der Fig. 1 im Bereich der Verbindung zwischen Zündvorrichtung und Zündvorrichtungshülse,

Fig. 3: einen Querschnitt der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in der Ebene B-B,

Fig. 4: eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung, die aus einer Zylinderkopfabdeckung herausragt,

Fig. 5: eine vergrösserte Ansicht des erfindungsgemässen Zündvorrichtungssystems im Bereich einer Öffnung der Zylinderkopfabdeckung, und

Fig. 6: eine perspektivische Ansicht auf den aus der Zylinderkopfabdeckung herausragenden Abschnitt des Zündvorrichtungssystems, das mit einem Fixiermittel befestigt ist.

[0039] Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch den Zylinderkopf 8 und seiner Umgebung. Die im Inneren des Zylinderkopfes 8 vorhandenen Kanäle zur Ausbildung des Kühlwassermantels und der sich unterhalb des Zylinderkopfdeckels 7 befindende Ventiltrieb stehen nicht im unmittelbaren Zusammenhang mit der Erfindung und sind deshalb zwecks Vereinfachung nicht abgebildet.

[0040] Der Mehrwert der Erfindung liegt in der der Zündkerze 2 teilweise übergestülpten Zündkerzenhülse 3 (vgl. Fig. 1), die an der unteren, der Brennkammer zugewandten Seite mit der Zündkerze (= Zündvorrichtung) eine lösbare, drehfeste Verbindung einnehmen kann. Dies geschieht bspw. über eine Mehrkant-Form. Die Verbindung ermöglicht ein Aufbringen des zum Lösen oder Festziehen der Zündkerze aufzuwendenden Drehmoments. Während des Regelbetriebs sitzt die Hülse 3 permanent auf der Zündvorrichtung 2. Auch im Betrieb des Motors 100, bspw. eines Gasmotors, verbleibt die einer Zündvorrichtung 2 zugehörige Hülse 3 jeweils in der in Fig. 1 dargestellten Position.

[0041] Der Zylinderkopf 8 besitzt einen Zugang 81, der einen Brennraum 9 eines Zylinders mit einer Aussenseite des Zylinderkopfs 8 verbindet. In diesen Zugang 81 ist das erfindungsgemässe Zündvorrichtungssystem 1 eingeführt, wobei die Zündvorrichtung 2 mit ihrer von der Zündvorrichtungshülse 3 abgewandten Spitze in den Brennraum 9 hineinragt. Die Zündvorrichtung 2 ist dabei in ein an dem Zylinderkopf 8 befestigten oder vorgesehenen Montagegewinde 84 eingeschraubt und wird so in Bezug auf den Brennraum 9 fixiert. Die Zündvorrichtung 2 ist teilweise in der Hülse 3 aufgenommen, wobei die Hülse 3 selbst aus dem Zugang 81 des Zylinderkopfs 8 hinausragt und in der dargestellten Fig. 1 auch durch die Öffnung 71 (vgl. Fig. 5) einer Zylinderkopfabdeckung 7 hindurchtritt.

[0042] Die Hülse 3 weist eine Anschlagfläche 31 auf, die eine Bewegung der Zündvorrichtung 2 in eine von dem Brennraum 9 entfernte Richtung unterbinden kann. Bei einem Abreissen des Befestigungsgewindes 84 aufgrund der in dem Brennraum 9 herrschenden Drücke, wirkt die stufenartige Verminderung des Innendurchmessers der Hülse 3 als eine Anschlagfläche, sodass ein Herausschiessen der Zündvorrichtung 2 unterbunden wird. Hierzu ist aber wiederum eine Befestigung der Hülse 3 selbst von Vorteil, die an dem Zylinderkopfdeckel 7, nahe der Öffnung 71 zum Durchführen der Hülse 3 vorgesehen ist. Eine Radialnut 34 ist dabei an der Hülse 3 vorgesehen, in die ein mit der Zylinderkopfabdeckung in Verbindung stehendes Fixiermittel 10 eingreifen kann. Ein Herausgleiten der Hülse 3 aus dem Zugang 81 bzw. der Öffnung 71 wird demnach unterbunden.

[0043] Die Zündkerzenhülse 3 weist oberhalb der Verbindung zur Zündkerze 2 einen verjüngten Innendurchmesser auf, um eine Anschlagfläche 31 zu bilden. Würde das Montagegewinde 84 der Zündkerze 2 abreissen, so würde die Zündkerze 2 an diesem Absatz 31 der ihrerseits fixierten Zündkerzenhülse 3 anstossen und nicht aus dem Zylinderkopfdeckel 7 herausschiessen.

[0044] Die Hülse weist ferner ein Zündkabel 4 auf, das dazu ausgelegt ist, den für die Funktion der Zündvorrichtung notwendigen Strom zu leiten. In dem von der Zündvorrichtung 2 beabstandeten Ende der Hülse 3 ist ein Innengewinde 32 vorgesehen, um eine Verschlussschraube 6 einschrauben zu können. Die Verschlussschraube 6 hat ein Durchgangsloch zum Herausführen des im Inneren der Hülse 3 geführten Zündkabels 4.

[0045] Abplattungen 33 zum Ansetzen eines Kantschlüssels sind im dem aus der Zylinderkopfabdeckung 7 herausragenden Abschnitt der Hülse 3 angeordnet, so dass mit einem Ansetzen und Drehen eines entsprechenden Werkzeugs die Zündvorrichtung 2 in das zugehörige Montagegewinde 84 eingeschraubt werden kann.

[0046] Die Zündkerzenhülse 3 erstreckt sich in Richtung Zylinderkopfdeckel 7 über den gesamten Zündkerzenkörper sowie den sich daran anfügenden elektrischen Isolator 5 hinaus und ragt über eine Durchführung 71 aus dem Zylinderkopfdeckel 7 heraus. An der Mantelfläche des oberen Endes der Zündkerzenhülse 3 sind Abplattungen 33 vorhanden, was das Anlegen eines ein Standardmass aufweisenden Kantschlüssels (bspw. Sechskant oder Zwölfkant) ermöglicht, d.h. nach der Fertigstellung ist es von Vorteil, wenn eine Standardschlüsselweite zum Ansetzen an der Hülse 3 vorliegt.

[0047] Die besagte Verbindung der Zündkerze 2 mit der Zündkerzenhülse 3 kann in der Gestalt eines Mehrkantschrau-ben-Steckschlüssels ausgebildet sein, und wird vorteilhafterweise als Zwölfkant ausgeführt, weil hierdurch ein geringerer Aussendurchmesser der Zündkerzenhülse 3 im Bereich ihres Innenmehrkants möglich ist als dies im Fall eines Innensechskants unter ausreichender Wandstabilität möglich wäre und diese Platzersparnis notwendig ist oder notwendig sein kann, um die Zündkerzenhülse im unveränderten Zylinderkopf 8 installieren zu können.

[0048] Ausgehend von der Symmetrieachse der Zündkerzenhülse 3 befinden sich die Zündkerze 2 und oberhalb davon das axial abgeführte Zündkabel 4 mit einem Innenleiter für die Zuführung des elektrischen Hochspannungspotentials zur Elektrode der Zündkerze 2. Das Zündkabel 4 selbst enthält eine Isolation 41 und ist mit einer Steckverbindung mit dem Anschluss der Zündkerze 2 verbunden. Die gegenüberliegende Seite des Zündkabels 4 ist über eine nachfolgend erklärte Abdichtung der Zündkerzenhülse 3 abgeführt. Das verbleibende Innenvolumen der Zündkerzenhülse 3 ist durch ein elektrisch isolierendes Material, dem Isolator 5 ausgefüllt, die im Inneren der Zündkerzenhülse 3 das Zündkabel 4 und insbesondere ihre Steckverbindung zur Zündkerze 2 fixiert. Der Isolator 5 ist auch dazu ausgelegt, die Zündkerze 2 zu fixieren.

[0049] Fig. 2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt aus der Fig. 1. Von Vorteil ist, dass die den Zündkerzenschlüssel darstellende Zündkerzenhülse 3 bei Vorliegen ihrer Einbaulage im Zylinderkopf 8 ohne ein Berühren oder Anstossen ihrer Mantelfläche axial gedreht werden kann. Deshalb befindet sich zwischen der Aussenmantelfläche der Zündkerzenhülse 3 und ihrer Einbauumgebung ein Luftspalt 11 (vgl. Fig. 2). Der Luftspalt 11 wird durch eine Vorkehrung, die bspw. über einen in einer an der Mantelfläche der Zündkerzenhülse 3 umlaufenden Radialnut eingesetzten O-Ring umgesetzt werden kann, abgedichtet (nicht dargestellt). In Ergänzung mit dieser Dichtung sind mit der Zündkerzenhülse 3 in der vorgeschlagenen Ausführung das Zündkabel 4 mit seinem elektrischen Anschluss an die Zündkerze 2 sowie der elektrische Isolator 5 hermetisch von dem Innenvolumen des Zylinderkopfdeckels 7, in dem sich ein Öl-Nebel sowie Motorabgase und folglich auch Kondenswasser befinden, abgetrennt.

[0050] Ferner erkennt man, dass die Zündvorrichtung 2 eine flanschartige Auskragung aufweist, mit der sie auf einem Schulterabschnitt 85 in dem Zugang 81 aufliegt. Zum Herstellen einer Abdichtung des Brennraums 9 wird eine Dichtung 83, typischerweise ein O-Ring, zwischen Schulterabschnitt 85 und Auskragung geklemmt.

[0051] Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Nahbereich dieser gedanklich betrachteten Ebene entlang der Linie B-B in Fig. 1. Für die Zündkerze 2 und ihren Einbau bestehen unterhalb der Zündkerzendichtung 83 bis zu der in die Brennkammer 9 hineinragenden Zündkappe 21 hinsichtlich der Erfindung entsprechenden Konstruktion keine Abweichung zu den üblichen Ausführungsformen. Man erkennt die komplementäre Formgebung von Hülse 3 und Zündvorrichtung 2, die für die lösbare, drehfeste Verbindung der beiden Bauteile sorgt.

[0052] Vorteilhafterweise erfolgt die Fixierung der Zündkerzenhülse 3 am Zylinderkopfdeckel 7. Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer solchen Fixierung wird nachfolgend anhand der Darstellungen der Fig. 4-6 erläutert.

[0053] Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopfdeckel 7, der in der unmittelbaren Nähe der Durchtrittsöffnung 71 der Zündkerzenhülse 3 eine erhöhte Wandstärke 14 aufweist (vgl. Fig. 5). Dies bietet eine ausreichende Auflagefläche für einen O-Ring 35, der in einer die Zündkerzenhülse-Aussenfläche umlaufenden Radialnut 36 eingesetzt ist, womit eine hermetische Abdichtung des Zylinderkopfdeckels 7 im Bereich der Durchführung 71 der Zündkerzenhülse 3 erreicht wird. Ferner liegt am Zylinderkopfdeckel 7 eine lokal begrenzte nochmalige Materialverstärkung 14 in einer solchen Dicke vor, dass dort zwei Sacklöcher 15 mit einem Innengewinde gefertigt werden können.

[0054] Fig. 5 zeigt einen Querschnitt aus dem ein Gestaltungsvorschlag eines solchen Sacklochs 15 und seinem Nahbereich erkennbar ist.

[0055] Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopfdeckel 7 im Nahbereich der Durchführung 71 der Zündkerzenhülse 3. Durch die beiden in den besagten Sacklöchern 15 vorgesehenen Schrauben 12 lässt sich am Zylinderkopfdeckel 7 eine Halteplatte 13 fixieren, die zwei Befestigungsklauen 131 aufweist, die wiederum in einer entsprechend an der Zündkerzenhülse 3 eingearbeiteten Radialnut 34 eingreifen. Durch eine Auswahl geeigneter Bauteileabmasse wird durch die beschriebenen Vorkehrungen erreicht, dass die der Zündkerze 2 zugewandte Seite der Zündkerzenhülse 3 mit einem leichten Anpressdruck an der Zündkerze 2 anliegt und dadurch auch am dortigen Ende fixiert ist. Die Fixierung ist von Vorteil, da durch die Entflammung des Kraftstoffs über den aus Kurbelgehäuse, Zylinderkopf 8 und Zylinderkopfdeckel 7 bestehenden Kopplungspfad und durch die sich bewegenden Motorbauteile die Schraubverbindungen einer ständigen Rüttelbewegung ausgesetzt sind. Zwecks vereinfachter Montage erfolgt die besagte Verschraubung der Halteplatte 13 bevorzugt durch Bundschrauben, bspw. gängige Sechskant-Bundschrauben. Das Risiko eines selbsttätigen Lösens dieser Schrauben kann weiter minimiert werden, indem ein temperaturbeständiger Sicherungslack aufgetragen wird.

[0056] Wie eingangs erwähnt, besteht ein geringes Risiko, dass während des Motorbetriebs ein elektrischer Isolator 5 abreisst. Um in einem solchen Fehlerfall das Herausschiessen von Splittern des elektrischen Isolators 5 aus dem Zylin derkopfdeckel 7 zu verhindern, wird ein Verschliessen des aus dem Zylinderkopfdeckel 7 herausragenden Endes der Zündkerzenhülse 3 vorgeschlagen. Bevorzugt geschieht dies über eine Verschlussschraube 6, die in ein am oberen Ende der Zündkerzenhülse 3 vorhandenes Innengewinde 32 eingeschraubt wird.

[0057] Fig. 6 zeigt eine Perspektivansicht der Fixierung an dem Zylinderkopfdeckel 7. Eine Hindurchführung des Zündkabels 4 in der Verschlussschraube 6 erfolgt über eine dem Kabelquerschnitt entsprechende axiale Mittelbohrung 61. Das Zündkabel 4 ist beidseitig mit elektrischen Steckern/Buchsen ausgestattet. Wird das Kabel 4 bereits fertig konfektioniert geliefert, muss dieses mit aufgesetzter Verschlussschraube 6 geliefert werden. Bevorzugt wird das Zündkabel 4 mit einem noch nicht montierten Anschluss für die Zündkerze 2 geliefert. Bei der Motormontage kann dann zunächst das Zündkabel 4 durch die vorgesehene Bohrung 61 in der Verschlussschraube 6 durchgezogen werden. Im Anschluss daran wird dann der Anschluss für die Zündkerze 2 an das Kabel 4 montiert.

[0058] Zwecks Abdichtung des Innenvolumens der Zündkerzenhülse 3 weist die Verschlussschraube 6 einen Bund 62 mit einem Durchmesser auf, der mindestens den gesamten Wandbereich der möglichen Auflagefläche zur Zündkerzenhülse 3 abdeckt oder etwas grösser ist. Die Verschlussschraube 6 weist ihrerseits einen Aussenkant (vorzugsweise einen Aussensechskant) auf, um das Lösen und Festziehen mit einem Standardwerkzeug zu ermöglichen.

Einbau einer Zündkerze: [0059] Der Zylinderkopfdeckel 7 kann bereits montiert sein. Zunächst wird das Zündkabel 4 mit der bereits auf ihr aufgesetzten Verschlussschraube 6 von oben (d.h. der später mit der Verschlussschraube 6 zu schliessenden Seite) kommend in der Zündkerzenhülse 3 hindurchgeführt bis das Kabelende aus der Unterseite herausragt. Sodann wird an diesem Kabelende der Anschluss für die Zündkerze 2 montiert. Anschliessend wird in der Zündkerzenhülse 3 von oben kommend der Isolator 5 eingesetzt. Sodann wird die Zündkerze 2 an das hierfür vorbereitete Zündkabel 4 angeschlossen. Im Folgeschritt wird dann die Zündkerze 2 bezüglich der Zündkerzenhülse 3 auf ihre Montageposition geschoben. Der hierfür aufzubringende leichte Druck kann z.B. auf der Zündraumkappe aufgebracht werden. Eine gewisse Unterstützung für das erforderliche Verschieben kann durch ein leichtes Ziehen am Zündkabel 4 erfolgen. Sodann kann die in der Zündkerzenhülse 3 bereits positionierte Zündkerze 2 in der vorgesehenen Bohrung in den Zylinderkopf 8 eingeschoben werden. Die erwähnte erhöhte Wandstärke am Zylinderkopfdeckel 7 im Bereich der Zündkerzenhülse 3 dient auch als eine Führung, damit die Zündkerzenhülse 3 in exakter Ausrichtung in die vorgesehene Zylinderkopfbohrung 81 (=Zugang zum Brennraum) eintritt und das Montagegewinde der Zündkerze 2 exakt auf das ihr zugehörige sich im Zylinderkopf 8 befindende Innengewinde 84 trifft. Hierbei wird das an der Oberseite der Zündkerzenhülse 3 hervorstehende Kabel 4 festgehalten, damit die Zündkerze 2 in der bereits erreichten und beizubehaltenden Position in der Zündkerzenhülse 3 verbleibt. Sowie das Montagegewinde der Zündkerze 2 am entsprechenden Innengewinde 84 des Zylinderkopfes 8 positioniert ist, kann über einen Drehmomentschlüssel, der auf dem sich ausserhalb des Zylinderkopfdeckels 7 befindenden Kantverbindung (vorzugsweise Sechskant) der Zündkerzenhülse 3 aufgesetzt wird, die Zündkerze 2 in den Zylinderkopf 8 eingeschraubt werden. Anschliessend wird die Fixierungsplatte 13 mit den zwei Bundschrauben 12 an der Zylinderkopfabdeckung 7 zur Abstützung der Zündkerzenhülse 3 montiert. Abschliessend wird auf dieser die Verschlussschraube 6 festgezogen und kann das andere Ende des Zündkabels 4 an der ihr zugeordneten Zündspule (nicht dargestellt) angeschlossen werden.

Ausbau einer Zündkerze: [0060] Zunächst muss das Zündkabel 4 von der Zündspule entfernt werden, weil sonst beim späteren Losschrauben der Zündkerze 2 das Zündkabel 4 zur Vermeidung seiner Verdrillung nicht der Drehbewegung der Zündkerzenhülse 3 folgend nachgeführt werden kann. (Bekäme der Monteur einen Stromschlag so wäre dieser primär ungefährlich, jedoch spürbar. Das Erschrecken des Monteurs könnte jedoch zu einem gefährlichen Sekundärunfall führen.) Sodann werden die Verschlussschraube 6 und die Fixierungsplatte 13 entfernt. Im Folgeschritt kann die Zündkerze 2 durch einen an der Oberseite der Zündkerzenhülse 3 angesetzten Kantschlüssel (vorzugsweise Sechskantschlüssel) abgeschraubt werden. Abschliessend wird die Zündkerze 2 aus der Zündkerzenhülse 3 herausgezogen und letztlich vom Zündkabel 4 abgezogen. Zum Herausziehen der Zündkerze 2 kann diese an der Zündraumkappe und am Montagegewinde angefasst werden.

[0061] Dabei gibt es mehrere Ausführungen des Innengewindes, in welches die Zündkerze 2 eingeschraubt wird. In einer ersten Variante ist das Innengewinde für das Einschrauben der Zündkerze 2 direkt in den Zylinderkopf 8 geschnitten. Alternativ dazu ist es möglich, dass der Zylinderkopf 8 selbst an der betreffenden Position ein eng toleriertes Loch mit Untermass aufweist, in das eine separate ein Innengewinde aufweisende Gewindehülse, deren Aussendurchmesser ein entsprechend eng toleriertes Übermass aufweist, eingepresst oder eingewalzt wird. Die Zündkerze 2 selbst wird dann in diese Gewindehülse eingeschraubt.

[0062] Dies ist vorteilhaft bei Zylinderköpfen 8 aus Aluminium, da sich auf diese Weise eine stabilere Schraubverbindung erzeugen lässt. Im Fall von Zylinderköpfen 8 aus Stahl muss die Gewindebohrung nicht in das besonders harte Material geschnitten werden. Die Gewindehülse kann ggf. allgemein als Standardteil bereitgestellt werden bzw. muss das Gewinde nicht in das vergleichsweise unhandliche Werkstück eines Zylinderkopfes 8 geschnitten werden. Der Zylinderkopf 8 eines Grossmotors bei einem Hubraum von 5 Litern wiegt zwischen 30 bis 40 kg.

Claims (18)

1. Patentansprüche

   1. Zündvorrichtungssystem (1) für einen Motor (100), umfassend: eine Zündvorrichtung (2), die im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist, zum Erhitzen oder Zünden eines Brenn-stoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum (9) des Motors (100), und eine Zündvorrichtungshülse (3), die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper aufweist und an einem ihrer zwei Enden des Grundkörpers dazu ausgebildet ist, eine lösbare Verbindung mit der Zündvorrichtung (2) einzugehen, wobei in einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung (2) mit der Zündvorrichtungshülse (3), die lösbare Verbindung zwischen der Zündvorrichtung (2) und der Zündvorrichtungshülse (3) drehfest ist.
2. 2. System (1) nach Anspruch 1, wobei die lösbare Verbindung eine Steckverbindung ist, und vorzugsweise die Zündvorrichtungshülse (3) die Grundform eines Rohrsteckschlüssels aufweist, um mit einem Ende der stabförmig ausgebildeten Zündvorrichtung (2) zusammenzuwirken und die lösbare, drehfeste Verbindung zu erzeugen.
3. 3. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündvorrichtungshülse (3) eine Anschlagfläche (31) aufweist, die in einem verbundenen Zustand der Zündvorrichtung (2) mit der Zündvorrichtungshülse (3) dazu ausgelegt ist, eine Relativbewegung von Zündvorrichtung (2) zur Zündvorrichtungshülse (3) in axialer Richtung hin zu dem anderen Ende der Zündvorrichtungshülse (3) zu unterbinden.
4. 4. System (1) nach Anspruch 3, wobei die Anschlagfläche (31) eine Durchmesseränderung des Aussen- oder Innendurchmessers der im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundform der Zündvorrichtungshülse (3) ist.
5. 5. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die drehbare, lösbare Verbindung durch komplementäre Formgebung der Zündvorrichtung (2) und der Zündvorrichtungshülse (3) ergibt, vorzugsweise ist dazu die Zündvorrichtungshülse (3) in einem Abschnitt ihrer Innenwand zu einem entsprechenden Abschnitt der Aussenwand der Zündvorrichtung (2) komplementär ausgebildet.
6. 6. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zündkabel (4) von der Zündvorrichtung (2) durch das Innere des im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörpers der Zündvorrichtungshülse (3) geführt ist, und wobei das Zündkabel (4) vorzugsweise aus dem zu der Zündvorrichtung (2) entfernten Ende des Grundkörpers der Zündvorrichtungshülse (3) herausragt.
7. 7. System (1) nach Anspruch 6, wobei das Zündkabel (4) eine Isolierschicht (41) aufweist und dazu ausgelegt ist, den für die Funktion der Zündvorrichtung (2) erforderlichen Strom zuzuführen.
8. 8. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, wobei im Inneren der Zündvorrichtungshülse (3) ein Isolator (5) vorgesehen ist, der das Zündkabel (4) und eine Verbindung des Zündkabels (4) mit der Zündvorrichtung (2) fixiert und elektrisch isoliert.
9. 9. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündvorrichtungshülse (3) an dem anderen Ende, das dem mit der Zündvorrichtung (2) die Verbindung eingehbaren Ende gegenübersteht, ein Innengewinde (32) zum Eindrehen eines Verschlusselements (6) aufweist.
10. 10. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Verschlusselement (6) zum Abschliessen des anderen Endes der Zündvorrichtungshülse (3), wobei das Verschlusselement (6) ein Durchgangsloch (61) zum Durchführen eines Kabels aufweist.
11. 11. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussenkontur der Zündvorrichtungshülse (3) Abplattungen (33) zum Ansetzen eines Werkzeugs aufweist, die vorzugsweise in der von der Zündvorrichtung (2) entfernten Hälfte der Zündvorrichtungshülse (3) angeordnet sind.
12. 12. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündvorrichtungshülse (3) in ihrem Aussenumfang eine Radialnut (34) zum Fixieren an einer Zylinderkopfabdeckung (7) aufweist, vorzugsweise ist die Radialnut (34) in der von der Zündvorrichtung (2) beabstandeten Hälfte der Zündvorrichtungshülse (3) angeordnet.
13. 13. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündvorrichtung (2) eine Zündkerze oder eine Glühkerze ist.
14. 14. Motor (100), insbesondere Verbrennungsmotor, umfassend: ein Zündvorrichtungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und einen Zylinderkopf (8), der über einen Zugang (81) zum Brennraum (9) verfügt, wobei der Zugang (81) dazu ausgelegt ist, das Zündvorrichtungssystem (1) aufzunehmen, so dass die Zündvorrichtung (2) mit ihrem von der Zündvorrichtungshülse (3) beabstandeten Ende in den Brennraum (9) hineinragt.
15. 15. Motor (100) nach Anspruch 14, wobei der Zugang (81) eine Bohrung ist, die in dem an den Brennraum (9) angrenzenden Bereich einen geringeren Durchmesser als in einem davon beabstandeten Bereich aufweist, um eine Auflageschulter (82) zum Auflegen des Zündvorrichtungssystem (1) zu bilden, wobei vorzugsweise zwischen der Auflageschulter (82) und dem Zündvorrichtungssystem (1) eine Dichtung (83) vorgesehen ist, und/oder bevorzugterweise der Bereich mit dem geringeren Durchmesser mit einem Kerzengewinde (84) zum Eindrehen der Zündvorrichtung (2) versehen ist.
16. 16. Motor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 oder 15, ferner umfassend eine Zylinderkopfabdeckung (7), die an der von dem Brennraum (9) abgewandten Seite des Zylinderkopfs (8) angeordnet ist und eine Öffnung (71) zum Einführen des Zündvorrichtungssystems (1) aufweist.
17. 17. Motor (100) nach Anspruch 16, wobei, in einem eingeführten Zustand des Zündvorrichtungssystems (1) in den Zugang (81) des Zylinderkopfs (8), ein Teil der Zündvorrichtungshülse (3) aus der Öffnung (71) der Zylinderkopfabdeckung (7) nach aussen ragt.
18. 18. Motor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 oder 17, wobei an der von dem Zylinderkopf (8) abgewandten Seite der Zylinderkopfabdeckung (7) ein Fixierungsmittel (10) zum Fixieren des Zündvorrichtungssystems (1) vorgesehen ist, das vorzugsweise mit einer umlaufenden Radialnut (34) an dem Aussenumfang der Zündvorrichtungshülse (3) zusammenwirkt.