DE69103195T2

DE69103195T2 - Verbrennungsmotor mit einer permanenten Massenelektrode und austauschbarem Mittelelektrodenelement.

Info

Publication number: DE69103195T2
Application number: DE69103195T
Authority: DE
Inventors: Joseph M Leptich; Steve F Lowe; Keith A Penney
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: EP0454203B1; JPH04249878A; JPH0665109B2; DE69103195D1; US5014656A; EP0454203A1; CA2030721A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf, einer Masseelektrode und einem ersetzbaren Zündkerzenzentrumselektrodenelement in einer Zylinderkopfbohrung wie im Oberbegriff von Anspruch 1 spezifiziert, zum Beispiel wie in der US-A-2,252,636 offenbart.
Eine typische Zündkerze umfaßt einen Isolatorkörper, in dem eine Zentrumselektrode untergebracht ist, und ein Metallgehäuse, das um den Isolatorkörper herum gebogen ist. Das Gehäuse ist mit einem Gewinde versehen, um die Zündkerze in einer Bohrung eines Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors anzubringen und umfaßt außerdem eine Seitenelektrode. Die Seitenelektrode hängt von dem Gehäuseexzenter von der Zentrumselektrode herab. Deshalb ist es notwendig, die Bohrung so zu bemessen, daß sie nicht nur die Zentrumselektrode aufnimmt, sondern auch die Seitenelektrode unterbringt Gleichzeitig hat es einen Trend dazu gegeben, den Motor kleiner zu bemessen und Merkmale hinzuzufügen, wie Mehrfachventile und größere Gasdurchgänge, die den Raum reduzieren, der auf der Stirn des Zylinderkopfs für die Zündkerze zur Verfügung steht. Somit gibt es ein Bedürfnis für eine Zündkerze, die den Durchmesser der Zündkerzenbohrung im Zylinderkopf reduziert.
Ein Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 spezifiziert sind.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Zündkerzenanordnung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die eine Masseelektrode, die permanent am Zylinderkopf befestigt ist, und ein Zentrumselektrodenelement aufweist, das ersetzbar im Zylinderkopf angebracht ist und mit der Masseelektrode zusammenwirkt, um den notwendigen Spalt zur Erzeugung eines Funkens für den Motorbetrieb zu erzeugen. Durch Beseitigen der Notwendigkeit, die Masseelektrode durch den Zylinderkopf hindurch unterzubringen, gestattet diese Erfindung, daß der Durchmesser der Zylinderkopfbohrung auf ein Minimum bemessen wird, das notwendig ist, um das Zentrumselektrodenelement unterzubringen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf, einer Masseelektrode, die permanent am Zylinderkopf befestigt ist, und einem Zündkerzenzentrumselektrodenelement, das ersetzbar in einer Bohrung des Zylinderkopfs eingerichtet ist. Der Zylinderkopf weist eine äußere Wand und eine innere Wand auf, wobei die innere Wand einen Teil eines Verbrennungszylinders bildet. Die Bohrung erstreckt sich zwischen den äußeren und inneren Wänden entlang einer Achse und weist einen Zwischentransversalsitz auf, der der Zylinderkopfaußenwand gegenüberliegt.
Die permanente Masseelektrode ist am Zylinderkopf an der inneren Wand nahe der Bohrung befestigt und steht über die Zylinderkopfinnenwand hinaus in die Verbrennungskammer hinein vor. Die Elektrode ist bevorzugt aus einer Nickel-Basis oder einem anderen geeigneten feuerfesten Metall gebildet, im Gegensatz zum Aluminiumoder Eisengußstück, das den Zylinderkopf bildet. Wie hierin verwendet, betrifft die permanente Elektrode eine Elektrode, die am Zylinderkopf in einer Weise befestigt ist, die die Elektrode daran hindert, leicht vom Zylinderkopf entfernt zu werden. Die Elektrode kann einstückig mit dem Zylinderkopf verbunden sein, um nicht ohne eine Beschädigung des Zylinderkopfs abgenommen werden zu können, oder, falls sie abnehmbar ist, auf eine derartige Weise befestigt sein, daß sie eine Demontage des Zylinderkopfs vom Motor für einen Zugang zur inneren Wand zur Entfernung erforderlich macht, wobei verständlich ist, daß eine Demontage eines Zylinderkopfs von einem Automotor eine gewaltige Aufgabe darstellt, die direkt im Gegensatz steht zu der einfachen Aufgabe, eine herkömmliche Zündkerze an der Zylinderkopfaußenwand abzuschrauben. Bevorzugt wird die Masseelektrode befestigt, indem die Elektrode in die Bohrung eines vorgeformten Zylinderkopfs hinein preßsitz-angepaßt oder Metall um ein vorgeformtes Masseelektrodenelement herum gegossen wird, um die Elektrode als einen Einsatz innerhalb des Zylinderkopfgußteils zu sichern. Die Masseelektrode besitzt bevorzugt eine napfähnliche Gestalt, um eine elektrodenaufnehmende Aushöhlung in Übereinstimmung mit der Zylinderkopfbohrung zu definieren, und weist eine Öffnung zur Kommunikation zwischen der Aushöhlung und der Verbrennungskammer auf
Das Zündkerzenzentrumselektrodenelement wird ersetzbar in der Zylinderkopfbohrung durch die äußere Wand hindurch aufgenommen und umfaßt eine Zentrumselektrode, die von einem Isolatorkörper umgeben ist und eine freiliegende Funkenspitze aufweist. Der Isolatorkörper weist eine Schulter zum Eingriff mit dem Bohrungssitz auf. Wenn das Zentrumselektrodenelement in der Bohrung aufgenommen wird, befindet sich die Isolatorkörperschulter in Eingriff mit dem Bohrungssitz und die Zentrumsspitzenelektrode wird in der elektrodenaufnehmenden Aushöhlung aufgenommen, und zwar beabstandet von der Masseelektrode, um mit ihr zusammenzuwirken und somit eine Funkenstrecke zu definieren. Die Isolatorkörperschulter wird gegen den Bohrungssitz durch Verriegelungsmittel geklammert, die zusammenwirkend sich mit dem Zylinderkopf und dem Isolatorkörper in Eingriff befinden.
Die vorliegende Erfindung gestattet somit eine Zündkerzenanordnung, die in einer Zylinderkopfbohrung installiert wird, welche einen kleineren Durchmesser an der äußeren Wand aufweist, als es andernfalls für eine herkömmliche Zündkerze mit einem Gehäuse und einer herabhängenden Seitenelektrode erforderlich wäre.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Masseelektrode zur Verwendung mit einem Zündkerzenzentrumselektrodenelement, das in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors installiert wird. Gemäß einem bevorzugten Verfahren der Erfindung weist ein bevorzugtes napfförmiges Masseelektrodenelement eine periphere Wand, ein erstes, offenes Ende und ein zweites, wenigstens teilweise geschlossenes Ende auf, die zusammenwirken, um eine offene Enden aufweisende zentrumselektrodenaufnehmende Aushöhlung zu definieren. Ein Teil der peripheren Wand ist permanent im Zylinderkopf konzentrisch mit der Bohrung auf eine solche Weise befestigt, daß die Aushöhlung mit der Bohrung übereinstimmt und durch die Bohrung zugänglich ist. Das geschlossene Ende steht über die Zylinderkopf innenwand hinaus vor und ist so ausgebildet, daß es innerhalb der Verbrennungskammer liegt. Ein Dorn ist axial in die Zylinderkopfbohrung durch die Zylinderkopfaußenwand hindurch eingesetzt und weist eine Dornendspitze zum Eingriff mit dem geschlossenen Ende der Masseelektrode auf. Das geschlossene Ende der Masselektrode ist gegen das Dornende gearbeitet, um das geschlossene Ende in vorausgewählter axialer Beziehung zu einem Zylinderkopfbohrungssitz zu positionieren, der so ausgebildet ist, daß er sich mit dem Zündkerzenzentrumselektrodenelement in Eingriff befindet. Der Dorn wird dann von der Zylinderkopfbohrung entfernt. Auf eine Installation des Zentrumselektrodenelements in der Zylinderkopfbohrung hin befindet sich das geschlossene Ende der Masseelektrode in einer erwünschten axialen Beziehung zur Zentrumselektrode.
Die Erfindung und wie sie durchgeführt werden kann wird nachstehend ausführlich anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine longitudinale Querschnittsansicht eines Teils eines Verbrennungsmotorzylinderkopfs ist, der eine permanente Masseelektrode und ein ersetzbares Zündkerzenzentrumselektrodenelement besitzt, das in der Zylinderkopfbohrung gemäß der Erfindung befestigt wird.
Fig. 2 eine Explosionsansicht der in Fig. 1 gezeigten Komponenten ist.
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Masseelektrode ist.
Fig. 4 ein Unterseitenaufriß der Masselektrode ist.
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Masselektrode genommen entlang der Linien 5-5 von Fig. 4 ist.
Fig. 6 eine longitudinale Querschnittsansicht eines Teils eines Verbrennungsmotorzylinderkopfs ist, welche die permanent in der Zylinderkopfbohrung befestigte Masseelektrode und einen Dorn zeigt, der axial in die Zylinderkopfbohrung eingesetzt wird, um mit einem Dornende und dem geschlossenen Ende der Masseelektrode in Eingriff zu gelangen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Teil eines Zylinderkopfs 10 eines Verbrennungsmotors 12 in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Der Zylinderkopf 10 umfaßt eine äußere Wand 14 und eine innere Wand 16 und ist an einem Motorblock (nicht gezeigt) so befestigt, daß die innere Wand 16 eine Endwand einer zylindrischen Verbrennungskammer 18 bildet. Der Zylinderkopf 10 weist eine Zündkerzenbohrung 20 auf, die sich zwischen den äußeren und inneren Enden 14, 16 entlang einer Bohrungsachse L erstreckt.
Die Zylinderkopfbohrung 20 weist eine innere, zylindrische Bohrung 22 an der Zylinderkopfinnenwand 16, eine äußere, mit einem Gewinde versehene, zylindrische Bohrung 24 an der Zylinderkopfaußenwand 14 und eine zylindrische Zwischenbohrung 26 auf. Die innere Bohrung 22 weist einen ersten Bohrungsabschnitt 22a eines ersten Durchmessers und einen zweiten vergrößerten Bohrungsabschnitt 22b eines zweiten Durchmessers auf, der größer als der erste Durchmesser ist, um eine nachstehend zu beschreibende Metallpermanentmasseelektrode aufzunehmen.
Die Zwischenbohrung 26 weist einen ringförmigen Sitz 32 transversal von der Bohrungsachse L und gegenüberliegend zur Zylinderkopfaußenwand 14 auf. Der ringförmige Sitz 32 ist zwischen axial angrenzenden Bohrungsabschnitten 26a, 26b großen Durchmessers und kleineren Durchmessers ausgebildet, wie am besten in Figur 2 gezeigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die permanente Masseelektrode 30 eine sich axial erstreckende periphere Wand 40 auf, die teilweise im vergrößerten Bohrungsabschnitt 22b der inneren Bohrung 22 aufgenommen und permanent am Zylinderkopf 10 im Bohrungsabschnitt 22b befestigt ist, um einstückig mit diesen vorzuliegen. Die periphere Wand 40 der Masseelektrode 30 steht über die Zylinderkopfinnenwand 16 hinaus in die Verbrennungskammer 18 hinein vor und definiert eine axial verlängerte elektrodenaufnehmende Aushöhlung 44 in Übereinstimmung mit der Zylinderkopfbohrung 20, Figur 1. Die periphere Wand 40 endet in der Verbrennungskammer 18 in einem Endverschluß 46, der sich transversal von der Bohrungsachse L erstreckt. Die Masseelektrode weist somit ein offenes, äußeres Ende 31 in Übereinstimmung mit der Zylinderkopfbohrung 20 und ein wenigstens teilweise geschlossenes inneres Ende 33 auf.
Wie am besten in den Figuren 3 - 5 gezeigt, weist die periphere Wand 40 in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Öffnungen 41 auf, während der Endverschluß 46 eine zentrale, axiale Öffnung 47 aufweist. Die Öffnungen 41, 47 sind vorgesehen, um die elektrodenaufnehmende Aushöhlung 44 in Kommunikation mit der Verbrennungskammer 18 anzuordnen und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Elektrodenanschlüsse 49 auf der Masseelektrode 30 zu bilden. Wie aus den Figuren 1 - 5 ersichtlich ist, verleihen die mit Öffnungen versehene periphere Wand 40 und Endverschluß 46 der permanenten Masseelektrode 30 eine käfigähnliche oder napfähnliche Konfiguration. Die Masseelektrode 30 kann in dieser Konfiguration durch Stanzen bzw. Prägen, maschinelles Bearbeiten und andere Metallformungstechniken gebildet werden.
Wie oben erwähnt, ist die periphere Wand 40 der Masseelektrode permanent am Zylinderkopf 10 im Bohrungsabschnitt 22b befestigt, um einstückig mit dem Zylinderkopf 10 vorzuliegen. Insbesondere kann ein axialer Teil 43 der peripheren Wand 40 der Masseelektrode in den Bohrungsabschnitt 22b hinein preßsitz-angepaßt sein, um ihn permanent darin wie in Figur 1 gezeigt zu befestigen. Alternativ kann der Zylinderkopf 10 in-situ um den axialen Teil 43 der peripheren Wand 40 der Masseelektrode herum gegossen werden, um die Masseelektrode 30 im Bohrungsabschnitt 22b einstückig zu sichern und permanent zu befestigen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Masseelektrode 30 geeignet in eine entsprechende Bohrung einer verdampfbaren Polystyrenschaumschablone eingesetzt werden, und zwar zur Inkorporation in ein Aluminiumgußstück hinein durch ein Einwegschaumgußverfahren, bei dem die eine Gestalt entsprechend dem Gußstück aufweisende und die Masseelektrode einschließende Schablone in eine unverbundene Sandform eingebettet und Metall in die Form hineingegossen wird, um die Schablone aufzulösen und zu ersetzen. Andere Techniken, um den axialen Teil 43 der peripheren Wand 40 am Zylinderkopf 10 zu befestigen, können sowohl Schrumpfpaß-, Schraubgewinde- und Schweiß/Hartlöt-Techniken als auch andere Techniken einschließen.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die Masseelektrode 30 in einer vorbestimmten Winkelbeziehung zur Bohrungsachse L positioniert ist, um die Öffnungen 41, 47 und Elektrodenanschlüsse 49 in einer vorbestimmten Orientierung zur Geometrie der Verbrennungskammer 18 anzuordnen und somit den Vorteil des besonderen Flußmusters der Kraftstoff/Luft-Mischung darin zu nutzen, um eine verbesserte Verbrennung zu schaffen. Darüber hinaus kann die Anzahl, die Größe und die Konfiguration der Elektrodenöffnungen 41, 47 und Elektrodenanschlüsse 49 für eine besondere Verbrennungskammergeometrie zu diesem Zweck variiert werden. Die Orientierung und Konfiguration der Masseelektrode 30 hängt von der eingesetzten besonderen Verbrennungskammergeometrie ab und kann von Zylinder zu Zylinder des Motors variieren.
Da die Masseelektrode 30 permanent am Zylinderkopf 10 befestigt ist, ist die Masseelektrode 30 dazu gedacht, für eine lange Zeitperiode, bevorzugt für die Lebensdauer des Motors, im Verbrennungsmotor im Einsatz zu sein. Zu diesem Zweck besteht die permanente Masseelektrode 30 aus einem hitzebeständigen Metall, wie INCONEL 600, Wolfram, rostfreiem Stahl, einem zuvor mit Metall beschichteten Metallsubstrat und dergleichen, das eine angemessene Hitzebeständigkeit und Festigkeit für eine derartige langandauernde Verwendung im Motor zeigt. Der Zylinderkopf 10 wird gewöhnlich aus Gußaluminium oder Gußeisen hergestellt.
Obwohl oben die permanente Masseelektrode 30 die periphere Wand 40 aufweisend beschrieben wurde, die wenigstens teilweise in der Verbrennungskammer 18 durch den Endverschluß 46 geschlossen ist, um eine käfigähnliche oder napfnähnliche Masselektrode 30 zu bilden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Weise eingeschränkt. Insbesondere zieht die Erfindung auch eine röhrenförmige Masseelektrode (nicht gezeigt) in Betracht mit offenen inneren und äußeren Enden (z.B. eine Masseelektrode ähnlich zu derjenigen, die in den Figuren 1 - 5 gezeigt ist, jedoch ohne den das innere Ende der peripheren Wand 40 teilweise abschließenden Endverschluß 46). Darüber hinaus liegen andere Masseelektrodenkonfigurationen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Zum Beispiel kann eine Masseelektrode mit einem U-förmigen transversalen Querschnitt beim Ausführen der Erfindung nützlich sein. Im allgemeinen hängt die Konfiguration und Masse der Masseelektrode von der eingesetzten besonderen Verbrennungskammergeometrie, der Härte der Einsatzanwendung im Motor und der Hitzebeständigkeit/Festigkeit des Materials ab, aus dem die Masseelektrode hergestellt ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Zentrumselektrodenelement 60 ersetzbar in der Zylinderkopfbohrung 20 durch die Zylinderkopfaußenwand 14 hindurch aufgenommen. Das Zentrumselektrodenelement 60 umfaßt eine axial verlängerte Zentrumselektrode 61 und einen axial verlängerten dielektrischen Isolatorkörper 62, der die Zentrumselektrode 61 umgibt. Die Zentrumselektrode 61 weist einen inneren metallischen Abschnitt 64 mit einer inneren Endspitze 66, einen äußeren metallischen Abschnitt 68 mit einem Ende 70, das so konfiguriert ist, daß es sich mit einem herkömmlichen Zündkerzenkabelschuh (nicht gezeigt) auf bekannte Weise in Eingriff befindet, und eine Zwischenwiderstandsglasdichtung 72 des Typs auf, der allgemein in der Zündkerzenindustrie zur Schaffung einer Gasdichtung bekannt ist.
Der axial verlängerte Isolatorkörper 62 ist einstückig um die Zentrumselektrode 61 geformt und weist eine erste innere ringförmige Schulter 76 zum Eingriff mit dem ringförmigen Sitz 32 der Zylinderkopfbohrung 20 und eine zweite äußere ringförmige Schulter 78 auf, die axial von der ersten Schulter 76 zur Zusammenwirkung mit nachstehend zu beschreibenden Verriegelungsmitteln 80 und Federmitteln 90 beabstandet ist.
Fachleute werden bemerken, daß das Zentrumselektrodenelement 60 kein äußeres Metall- (z.B. Stahl-)Gehäuse des bei einer herkömmlichen Zündkerze vorliegenden Typs aufweist. Somit wird das Zentrumselektrodenelement 60 von diesem Standpunkt aus als gehäuselos betrachtet und schafft nachstehend zu erläuternde Vorteile.
Das oben erwähnte Verriegelungsmittel 80 umfaßt bevorzugt eine ringförmige Spannhaltenuß 82, gezeigt in den Figuren 1 - 2. Die Spannhaltenuß 82 weist einen ringförmigen Metall- (z.B. Stahl-, Aluminium- oder Kupfer-)Körper 84 mit einer äußeren, mit einem Gewinde versehenen Peripherie 84a und einer inneren Bohrung 86 auf, um den Isolatorkörper 62 aufzunehmen. Die innere Bohrung 86 weist eine ringförmige Schulter 88 auf, die axial von der ringförmigen äußeren Schulter 78 des Isolatorkörpers 62 beabstandet ist, um die Federmittel 90 in Form einer oder mehrerer Bellville-Federunterlegscheiben 22 dazwischen unterzubringen. Das äußere Ende der Haltenuß 82 weist vier radiale Schlitze 93 auf, die in diametral gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind. Alternativ kann ein einziges Paar diametral gegenüberliegender Schlitze geeignet verwendet werden. In jedem Fall sind die Schlitze 93 konfiguriert und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet um die Haltenuß 82 herum, Figur 2, um mit einem herkömmlichen Spannschlüssel (nicht gezeigt) zur Installation und Entfernung des Zentrumselektrodenelements 60 in der Zylinderkopfbohrung 20 in Eingriff bringbar zu sein.
Das ersetzbare Zentrumse1ektrodenelement 60 wird in der Zylinderkopfbohrung 20 installiert, indem es einfach darin eingesetzt wird, bis sich die innere Isolatorkörperschulter 76 mit dem Sitz 32 der Bohrung 30 in Eingriff befindet, Figur 1. Dann wird die Spannhaltenuß 62 in den äußeren, mit einem Gewinde versehenen Bohrungsabschnitt 24 geschraubt, um die Federunterlegscheiben 92 zwischen die Haltenußschulter 88 und die äußere Isolatorkörperschulter 78 zu klammern. Wenn die Haltenuß 82 festgezogen wird, wird die innere Isolatorkörperschulter 76 abdichtend gegen den Bohrungssitz 32 geklammert. Diese Klammerwirkung bringt den Isolatorkörper 62 in engen wärmeleitfähigen Kontakt mit dem Zylinderkopf 10, um einen Pfad für einen Hitzetransfer vom Isolatorkörper 62 zu schaffen. Diese Klammerwirkung sichert außerdem das Zentrumselektrodenelement 60 in der Zylinderkopfbohrung 20 auf solche Weise, daß die Zentrumselektrodenspitze 66 in der elektrodenaufnehmenden Aushöhlung 44, die durch die permanente Masseelektrode 30 definiert ist, Figur 1, aufgenommen ist, um mit ihr beim Definieren einer Funkenstrecke G dazwischen zusammenzuwirken.
Die Federunterlegscheiben 92 sind zwischen den Schultern 78, 88 vorgesehen, um Wärmeausdehnungskoeffizientdifferenzen zwischen dem Zylinderkopf 10 und dem Zentrumselektrodenisolatorkörper 62 zu kompensieren. Insbesondere während eines Motorbetriebs bei erhöhter Temperatur halten die Federunterlegscheiben 92 eine Vorspannung auf dem Isolatorkörper 62 auf den Bohrungssitz 32 zu aufrecht, um erforderlichen Hitzetransfer und Gasabdichtung dazwischen zu schaffen. Eine Verwendung der Federunterlegscheiben 92 ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Zylinderkopf 10 Aluminium umfaßt. In dem Fall, daß der Zylinderkopf 10 Eisen umfaßt (welches einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine höhere Streckfestigkeit als Aluminium zeigt), können die Federunterlegscheiben 92 durch eine herkömmliche Dichtung (nicht gezeigt) aus Kupfer oder Stahl ersetzt werden.
Gemäß einem besonderen Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung, der in Figur 6 gezeigt ist, nachdem die Masseelektrode 30 permanent am Zylinderkopf 10 in der Zylinderkopfbohrung 20 befestigt worden ist, jedoch vor der Installation des Zentrumselektrodenelements 60, wird ein Präzisionsdorn 120 axial in die Bohrung 20 durch die Zylinderkopfaußenwand 14 hindurch eingesetzt. Der Dorn 120 wird in die Bohrung 20 eingesetzt, bis eine ringförmige Dornschulter 120 an den Bohrungssitz 32 stößt. Dieses Anstoßen bringt ein Arbeitsende 124 des Dorns 120 in eine vorausgewählte axiale Beziehung zum Bohrungssitz 32, wie es durch den festen axialen Abstand zwischen der Dornschulter 122 und dem Dornende 124 bestimmt wird.
Wenn der Dorn 120 in die Zylinderkopfbohrung 20 auf diese Weise eingesetzt wird, wird der Masseelektrodenendverschluß 46 durch das Dornende 124 bearbeitet, um den Endverschluß 46 in einer erwünschten vorausgewählten axialen Beziehung zum Sitz 32 zu positionieren, wie es durch den axialen Abstand zwischen der Dornschulter 122 und dem Dornende 124 bestimmt wird. In dem Fall, daß der Masseelektrodenendverschluß 46 der Zylinderkopfinnenwand 16 zu nahe ist, gelangt der Endverschluß 46 mit dem Dornende 24 in Eingriff und wird axial weg von der Zylinderkopfinnenwand 16 deformiert, wenn der Dorn 120 in die Bohrung 20 eingesetzt wird, bis die Schulter 122 gegen den Sitz 32 stößt. In dem Fall, daß der Masseelektrodenendverschluß 46 zu weit von der Zylinderkopfinnenwand 16 entfernt ist, wird der Endverschluß 46 axial auf das Dornende 24 zu und gegen dieses deformiert unter Verwendung eines geeignetes Werkzeugs (nicht gezeigt) wie eines Hammers. Eine vorausgewählte axiale Beziehung wird dadurch zwischen dem Masseelektrodenendverschluß 46 und dem Bohrungssitz 32 vor dem Einsetzen des Zentrumselektrodenelements 60 in die Zylinderkopfbohrung 20 geschaffen. Danach wird der Dorn 120 von der Zylinderkopfbohrung 20 entfernt und das Zentrumselektrodenelement 60 in der Zylinderkopfbohrung 20 wie oben beschrieben installiert und gesichert.
Eine Verwendung des gehäuselosen Zentrumselektrodenelements 60 in Verbindung mit der Spannhaltenuß 82, um das Zentrumselektrodenelement 60 in der Zylinderkopfbohrung 20 zu sichern, setzt beträchtlichen Raum auf dem Zylinderkopf 12 frei, um andere Motorkomponenten wie ein Einlaß/Auslaßventil, Einlaß/Auslaßdurchgänge, Nockenwellen und einen Wassermantel unterzubringen, die verwendet oder zur Verwendung vorgeschlagen wird von den Herstellern für kraftstoffeffiziente und/oder Hochleistungsmotoren. Darüber hinaus wird der Zwischenraum, der für das Zentrumselektrodenelement-Installations/Entfernungswerkzeug (d.h. ein Spannschlüssel anstelle eines hexagonalen Antriebssockels) erforderlich ist, ebenfalls reduziert. Zusätzlich kann die Größe (z.B. der Durchmesser) des Zentrumselektrodenisolatorkörpers 62 auch zu diesem gleichen Zweck reduziert werden.
Wichtig ist, daß diese platzsparenden Vorteile erhalten werden, während gleichzeitig eine vorbestimmte, gesteuerte Orientierung der permanenten Masseelektrode 30 relativ zur Geometrie der Verbrennungskammer 18 wie oben beschrieben geschaffen wird.
Darüber hinaus sind diese Vorteile erreichbar, ohne die Leistung der Masseelektrode 30 und des Zentrumselektrodenelements 60 hinsichtlich Undichtigkeit, dielektrischer Festigkeit, mechanischer Festigkeit, Verschmutzungswiderstand, Leerlaufstabilität und Elektrodenlebensdauer zu gefährden. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung Leistungscharakteristiken, die gleich oder besser sind als eine herkömmliche "mit einem Gehäuse versehene" Zündkerze, während signifikant weniger Raum auf dem Zylinderkopf 12 erforderlich ist.
Während die Erfindung hinsichtlich spezifischer Ausführungsformen von ihr beschrieben worden ist, ist sie nicht dazu gedacht, darauf, sondern vielmehr nur in dem nachstehend in den Ansprüchen dargelegten Umfang beschränkt zu sein.

Claims

1. Ein Verbrennungsmotor (12) mit:

(a) einem Zylinderkopf (10) mit einer äußeren Wand (14), einer wenigstens einen Teil einer Verbrennungskammer (18) bildenden inneren Wand (16), einer Zündkerzenbohrung (20), die sich zwischen den äußeren und inneren Wänden (14, 16) entlang einer Achse (L) erstreckt und einen Zwischentransversalsitz (32) aufweist, um mit einem Element in Eingriff zu gelangen, das durch die äußere Wand (14) gegen eine Bewegung auf die innere Wand (16) zu eingeführt wird,

(b) einer Masseelektrode (30) an der inneren Wand (16) nahe der Bohrung (20),

(c) einem Zündkerzenzentrumselektrodenelement (60), das ersetzbar in der Bohrung (20) durch die äußere Wand (14) aufgenommen wird und eine Zentrumselektrode (61) und einen umgebenden Isolatorkörper (62) mit einer Schulter (76) aufweist, die sich mit dem Bohrungssitz (32) in Eingriff befindet, wobei sich die Zentrumselektrode (61) innerhalb der Verbrennungskammer (18) erstreckt und von der Masseelektrode (30) beabstandet ist, um mit ihr zusammenzuwirken und somit eine Funkenstrecke (G) zu definieren, und

(d) Verriegelungsmitteln (80), die entfernbar am Zylinderkopf (10) befestigt sind, um den Isolatorkörper (62) gegen den Bohrungssitz (32) zu klammern und somit das Zentrumselektrodenelement (60) in der Zylinderkopfbohrung (20) in Funkenerzeugungsanordnung mit der Masseelektrode (30) zu sichern,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Masseelektrode eine permanente Masseelektrode (30) ist, die permanent am Zylinderkopf (10) an der inneren Wand (16) nahe der Bohrung (20) befestigt ist.

2. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (30) eine napfähnliche Konfiguration aufweist und eine periphere Wand (40) und eine Endwand (46) umfaßt, die zusammenwirken, um eine zentrumselektrodenaufnehmende Aushöhlung (44) zu definieren, wobei wenigstens ein Teil der peripheren Wand (40) in der Bohrung (20) durch die innere Wand (16) zur Befestigung am Zylinderkopf (10) aufgenommen wird, so daß die Endwand (46) in die Verbrennungskammer (18) hinein vorsteht, und die Masseelektrode (30) ferner Öffnungen (41, 47) zur Kommunikation der Aushöhlung (44) mit der Verbrennungskammer (18) umfaßt.

3. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungsmittel (80) eine ringförmige Spannhaltenuß (82) umfaßt, die schraubbar in einem mit einem Gewinde versehenen Teil (24) der Zylinderkopfbohrung (20) um den Isolatorkörper (62) herum aufgenommen wird, um die Isolatorkörperschulter (76) gegen den Bohrungssitz (32) zu klammern.

4. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ferner Federmittel (90) umfaßt, die zwischen der Haltenuß (82) und dem Isolatorkörper (62) zur Vorspannung der Isolatorkörperschulter (76) gegen den Bohrungssitz (32) angeordnet sind.

5. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein axiales Teil der permanenten Masseelektrode (30) in die Zylinderkopfbohrung (20) hinein preßsitz-angepaßt ist.

6. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (10) ein Metallgußstück umfaßt, das um ein axiales Teil der Masseelektrode (30) herum erstarrt ist, um die Masseelektrode (30) am Zylinderkopf (10) zu befestigen.

7. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (10) aus einem Aluminium- oder Eisengußstück geformt ist und die permanente Masseelektrode (30) aus einem feuerfesten Metall besteht, das sich vom Zylinderkopf (10) unterscheidet.

8. Ein Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die permanente Masseelektrode (30) aus einem Metall auf Nickelbasis besteht.

9. Ein Verfahren zur Herstellung einer Masseelektrode (30) zur Verwendung mit einem Zündkerzenzentrumselektrodenelement (60), das in einem Zylinderkopf (10) eines Verbrennungsmotors (12) installiert ist, wobei der Zylinderkopf (10) eine äußere Wand (14), eine wenigstens einen Teil einer Verbrennungskammer (18) bildende innere Wand (16) und eine Bohrung (20) zur Aufnahme des Zündkerzenelements (60) zwischen den äußeren und inneren Wänden (14, 16) entlang einer Achse (L) aufweist, wobei die Bohrung (20) einen Zwischentransversalsitz (32) aufweist, um mit einer Schulter (76) des Zentrumselektrodenelements (60) in Eingriff zu gelangen, das durch die äußere Wand (14) gegen eine Bewegung auf die innere Wand (16) zu installiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte umfaßt, daß:

(a) eine Masseelektrode (30) mit einer peripheren Wand (40), einem ersten, offenen Ende (31) und einem zweiten, wenigstens teilweise geschlossenen Ende (33) gebildet wird;

(b) die Masseelektrode (30) permanent in der Zylinderkopfbohrung (20) befestigt wird, so daß die periphere Wand (40) teilweise in der Zylinderkopfbohrung (20) durch die Zylinderkopf innenwand (16) aufgenommen wird und das zweite Ende (33) über die Zylinderkopfinnenwand (16) hinaus angeordnet wird, um in die Verbrennungskammer (18) hinein vorzustehen, wobei das offene Ende (31) der Masseelektrode mit der Bohrung (20) übereinstimmt;

(c) ein Dorn (120) axial in die Bohrung (20) durch die Zylinderkopfaußenwand (14) eingesetzt wird, wobei der Dorn (120) ein Ende (124) besitzt, um mit dem zweiten Ende (33) der Masseelektrode in Eingriff zu gelangen;

(d) das zweite Ende (33) der Masseelektrode gegen das Dornende (124) bewegt wird, um das zweite Ende (33) in einer vorausgewählten axialen Beziehung zum Sitz (32) der Bohrung (20) zu Positionieren; und

(e) der Dorn (120) entfernt wird.

10. Ein Verfahren zur Herstellung einer Masseelektrode (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die permanente Masseelektrode (30) am Zylinderkopf (10) befestigt wird, indem ein axialer Teil der Masseelektrode (30) in der Zylinderkopfbohrung (20) preßsitz-angepaßt wird.

11. Ein Verfahren zur Herstellung einer Masseelektrode (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die permanente Masseelektrode (30) am Zylinderkopf (10) befestigt wird, indem der Zylinderkopf (10) um einen axialen Teil der Masselektrode herum (30) gegossen wird, um die Masseelektrode (30) in der Zylinderkopfbohrung (20) zu sichern.