汽车内燃机的气缸及相应制造方法、制造气缸的机构、火花塞、内燃机和汽车的制作方法
【专利摘要】一种用于汽车（10）的内燃机（8）的气缸（7），其包括至少一个进气道（4）和一个火花塞（1），该火花塞本身包括火花塞侧电极（2）。火花塞（1）固定在气缸（7）中，使得在内燃机（8）的运行中利用由至少一个进气道（4）产生的气流尽可能最佳地冷却火花塞侧电极（2）。
【专利说明】汽车内燃机的气缸及相应制造方法、制造气缸的机构、火花塞、内燃机和汽车
[0001]本发明涉及汽车内燃机的气缸以及被设计用于制造气缸的制造方法和用于制造气缸的机构。本发明还涉及火花塞、内燃机和汽车，该火花塞分别可容纳在本发明的气缸中，或者具有本发明的气缸。
[0002]DE 10 2006 042 457 B4、DE 103 49 077 Al 和 DE 10 2007 024 878 Al 公开到，
相对于气缸的入口阀以一定的方向将火花塞设置在气缸中。
[0003]DE 101 38 976 Al记载了一种用于确定内燃机中的提前点火燃烧的设备。
[0004]根据现有技术，提前点火是公知的，其中，在按计划的点火时间点之前很长时间或不太长时间就出现气缸工质的不受控制的点火过程。在这种情况下，由于空气-燃油-混合物的过早反应和附加的压缩，产生很高的气缸压力。由于燃烧开始后的提高的热状态，往往会出现爆燃，随后伴有爆震式燃烧。这些条件一起出现，就会造成汽油机的气缸压力大于250巴，进而导致发动机立即失灵。
[0005]因此,本发明的目的在于，提出一种气缸，其中，与根据现有技术的相仿的气缸相t匕，很少出现提前点火。
[0006]根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1的气缸、一种根据权利要求7的用于制造气缸的制造方法、根据权利要求12的用于制造气缸的机构、一种根据权利要求13的火花塞、一种根据权利要求15的内燃机和一种根据权利要求16的汽车得以实现。
[0007]在本发明的范围内，提出一种用于汽车的内燃机的气缸。在此，气缸包括一个或多个进气道和一个火花塞。该火花塞本身具有火花塞侧电极(Massenelektrode)。火花塞适当地固定在气缸中，使得火花塞相对于气缸的至少一个进气道具有处于预定的朝向范围内的朝向(即气缸朝向处于预定的误差范围(例如角度误差)内)，以便在内燃机运行时利用通过一个或多个所述进气道产生的气流来冷却火花塞侧电极。也就是说，火花塞适当地安装或者设置在气缸中，使得由至少一个进气道产生的气流在考虑到火花塞的安装误差情况下尽可能最佳地冷却火花塞侧电极。
[0008]换句话说，本发明的基本构思在于，利用在内燃机运行中由至少一个进气道产生的气流来冷却火花塞的火花塞侧电极。为了获取火花塞的进而火花塞侧电极的最佳的朝向(在该朝向上，火花塞侧电极被至少一个进气道的气流最佳地冷却)，已尝试了众多方向，其方式为，火花塞侧电极在内燃机的运行中分别会变得有多热。为了获取火花塞的最佳朝向，在光线能够到的发动机上对火花塞进行温度测量，其中采用了 一种特殊的测量技术(红外线测温)。
[0009]本发明已认识到，为了利用至少一个进气道的气流来冷却火花塞侧电极，最好适当地将火花塞固定或安装在气缸中，使得火花塞的裸露端基本上(即以预定的误差)布置在至少一个进气道的方向上。
[0010]换句话说，火花塞适当地安装(例如旋装)在气缸中，使得火花塞侧电极的裸露端(即非固定端)朝向至少一个进气道，从而经由至少一个进气道流入的气流到达火花塞侧电极的裸露端，由此冷却该火花塞侧电极。[0011]发明人研究了两种不同的方案。按照第一种方案，火花塞侧电极的裸露端布置在进气阀的方向上，而按照第二种方案却布置在排气阀的方向上。在接着进行温度测量时，按照第二种方案，火花塞侧电极的最热部位(通常位于火花塞侧电极的裸露端)的温度将比第一种方案情况下火花塞侧电极最热部位的温度高出4(T60°C。因此，火花塞的有针对性的安装位置及火花塞侧电极的方向朝向一个/多个所述进气阀将有利地明显降低火花塞侧电极上的温度，由此可以显著地降低火花塞的最高温度，进而降低提前点火的频率。
[0012]若至少一个进气道恰好由一个进气道构成，则火花塞侧电极的裸露端刚好朝向这个进气道。而如果至少一个进气道恰好由两个进气道构成，则火花塞侧电极的裸露端在考虑到误差的情况下朝向两个进气道之间。
[0013]所述误差有利地至多为±90°，为±45°则更好，最好为±5°。
[0014]如果根据本发明所述误差为±90° (±45°或±5° )，则在根据本发明进行安装时，使火花塞围绕其纵向中轴线适当地旋转，从而该火花塞相对于最佳方向(在该方向上，火花塞侧电极的裸露端恰好朝向这个进气道(刚好有一个进气道时)或者恰好朝向两个进气道之间(刚好有两个进气道时))顺时针旋转最多90° (45°或5° )或者逆时针旋转最多90° (45°或5° )。在此，“恰好在两个进气道之间”尤其系指在两个进气道之间位于一条直线上的点，该直线把伸入燃烧室的一个进气道的出口中心与伸入燃烧室的另一进气道的出口中心连接起来。在此，该点相距一个进气道的出口中心的距离等于相距另一个进气道的出口中心的距离。
[0015]所述气缸特别是包括用来根据本发明将火花塞设置在气缸中的机构，从而火花塞侧电极的裸露端在考虑到误差的情况下布置在至少一个进气道的方向上。
[0016]该机构例如可以包括某些标记，用于按照所希望的方式把火花塞设置在气缸中。另一种可行方案在于，设有一定的止挡，从而在考虑到该止挡的情况下安装火花塞时，该火花塞根据本发明朝向至少一个进气道。
[0017]本发明的机构的一种优选的发明实施方式在于，气缸(特别是气缸盖)包括安装孔，该安装孔被设计用来紧固火花塞且带有内螺纹。在此，火花塞包括外螺纹，外螺纹与内螺纹匹配，使得火花塞在安装之后以预定的误差相对于至少一个进气道朝向预定的方向，在安装时，以预定的扭矩把火花塞拧入到内螺纹中。
[0018]气缸的内螺纹与火花塞的外螺纹相应地匹配，也就是说，经过特殊设计，火花塞在安装时必须相对于气缸布置在预定的方向上，以便使得内螺纹与外螺纹能够啮合，通过这种方式，可以在考虑到误差的情况下确定火花塞的最终位置(即安装后的位置)，进而确定火花塞侧电极的裸露端相对于至少一个进气道的方向。
[0019]在本发明的范围内，还将提出一种用于制造汽车内燃机气缸的制造方法。按照该制造方法，把火花塞适当地安装在气缸中，从而确保火花塞相对于气缸的一个或多个进气道的朝向处于预定的朝向范围内，以便在内燃机运行时利用由至少一个进气道产生的气流尽可能最佳地冷却火花塞的火花塞侧电极。
[0020]换句话说，该制造方法保证火花塞(特别是火花塞侧电极的裸露端)在安装之后相对于至少一个进气道具有所希望的方向。按照本发明的制造方法的上述定义，仅仅偶尔实现(即并非针对每个气缸都保证)这种所希望的方向的制造方法并不是本发明的制造方法，因为它无法保证火花塞相对于至少一个进气道的所希望的方向。[0021]根据本发明的制造方法，特别是使得火花塞围绕中间纵轴线(或纵向中轴线)转动，由此将火花塞安置在气缸中。也就是说，通过围绕中间纵轴线的转动把火花塞拧入到气缸(特别是气缸盖)中。在此，火花塞转动至最终位置，使得火花塞侧电极的裸露端在考虑到误差的情况下朝向至少一个进气道。
[0022]根据该制造方法的一种优选的发明实施方式，火花塞包括外螺纹，气缸包括内螺纹。在此，内螺纹和外螺纹相互匹配，使得在火花塞已经拧入到内螺纹中时，火花塞侧电极的裸露端由于内螺纹与外螺纹匹配而在一定程度上必定以预定的误差朝向至少一个进气道。
[0023]在本发明的范围内还将提出用于制造汽车内燃机气缸的机构。在此，所述机构经过设计，使得借助所述机构能将火花塞安装在气缸中，从而保证火花塞相对于气缸的一个或多个进气道的朝向处于预定的朝向范围内，以便在内燃机运行时利用由至少一个进气道产生的气流尽可能最佳地冷却火花塞的火花塞侧电极。
[0024]如前面已经介绍过的那样，对于本发明的所述机构存在如下可行方案:
?标记，其用来保证火花塞在安装后相对于至少一个进气道具有所希望的方向，在安装时考虑所述标记；
?止挡，其用来保证在火花塞已转动至该止挡时火花塞相对于至少一个进气道具有所希望的方向； ?定向的螺纹，即特别是使得火花塞的外螺纹与气缸的内螺纹匹配，如前所述。
[0025]在本发明的范围内还将提出一种火花塞。在此，火花塞的螺纹经过设计，使得螺纹表面轮廓被辊轧。这种螺纹的产生方式为，在两个转动的辊轧工具之间的极大的力作用下，工件发生变形。通过在工件表面上产生辊轧工具轮廓，把材料在冷态下一直挤压到螺纹辊轧工具的根部中，进而辊轧至额定尺寸。在辊轧之后，检查螺纹的位置。了解了如何在相应的火花塞上设计螺纹之后，就安置(焊接)火花塞侧电极。此外，在燃烧室侧延长火花塞金属壳体的凸缘，使得火花塞凸缘(Ziindkerzenbund)以火花塞陶瓷(Ziindkerzenkeramik)终止，或者略微突出于火花塞陶瓷。由此，火花塞陶瓷作为绝缘体屏蔽地位于壳体内。通过这种设计，改变了可能的火花隙，从而在剧烈的充气运动时可能的表面放电不会通过陶瓷进行，而是被转向至金属壳体。由此保证混合物的可靠点火，且通过这种可靠点火来保护陶瓷，因为陶瓷位于火花塞壳体的相同的高度或者位于火花塞壳体之下。
[0026]在本发明的范围内还将提出一种用于汽车的内燃机，其中，该内燃机包括本发明的前面介绍过的气缸。
[0027]最后，在本发明的范围内提出一种汽车，其包括本发明的内燃机。
[0028]在研究提前点火的过程中，会观察到一种清晰的趋势。火花塞越冷，工作点出现提前点火的频率就越小。已认识到，火花塞是燃烧室中最热的构件，因而有助于提前点火。在整个进气和压缩阶段中，热量从热的火花塞传递至较冷的燃油-空气-混合物。由于根据本发明对火花塞进行定向安装，降低了在整个运行特性场中的温度。这种温度降低除了减小提前点火的概率外，还减小了对炽热点火、热过载和所导致的火花塞受损的敏感度。
[0029]总之，本发明特别是具有如下优点:降低出现提前点火的概率。此外，有利地减轻了火花塞的负荷，因而增强了火花塞的耐用性。
[0030]本发明特别适宜应用在机动车的内燃机中。不言而喻，本发明并不局限于该优选的应用领域，因为本发明也适合于船只、飞机以及有轨汽车或轨道导向式汽车的内燃机。[0031 ] 下面借助本发明的优选实施方式参照附图详述本发明。
[0032]图1示出从气缸内腔观察的气缸盖；
图2为气缸盖的按照图1中的剖切线6剖切的剖视图；
图3示出本发明的火花塞；
图4示出带有本发明的内燃机的本发明的汽车。
[0033]图1中示出从气缸的内腔观察的气缸盖。可看到两个进口通道4和两个排气道5，其中，在这些进气道4和排气道5的中心对称地安置有火花塞I。
[0034]剖视图2示出了气缸盖或燃烧室的中间的在图1中标有附图标记6的剖切面。这里在左边(图2)示出了进气道4，右边示出了排气道5，中间示出了火花塞I。可看到，火花塞I的火花塞侧电极2从火花塞I的外边缘朝向火花塞I的纵向中轴线弯曲。火花塞侧电极2的标有附图标记3的裸露端在图2中恰好向左朝向(因而恰好朝向剖切面6)。因此，火花塞侧电极2的裸露端3恰好朝向两个进气道4之间。
[0035]图3所示为火花塞I的剖视图。火花塞凸缘12以火花塞陶瓷14终止，或者甚至突出于火花塞陶瓷14。火花塞陶瓷14屏蔽地位于火花塞壳体11内，并形成绝缘体。
[0036]在图4中示出了本发明的汽车10，它具有本发明的内燃机8。该内燃机8本身包括四个本发明的气缸7。
【权利要求】
1.一种用于汽车(10)的内燃机(8)的气缸， 其中，气缸(7)包括至少一个进气道(4)和一个火花塞(1)， 其中，该火花塞(1)包括火花塞侧电极(2 )， 其特征在于， 火花塞(1)固定在气缸(7 )中，使得火花塞(1)相对于至少一个进气道(4 )具有处于预定的朝向范围内的朝向，以便在内燃机(8)的运行中利用由至少一个进气道(4)产生的气流来冷却火花塞侧电极(2 )。
2.如权利要求1所述的气缸，其特征在于，火花塞(1)安装在气缸(7)中，使得火花塞侧电极(2)的裸露端(3)以预定的误差布置在至少一个进气道(4)的方向上。
3.如权利要求2所述的气缸，其特征在于，至少一个进气道包括恰好两个进气道(4)；“朝向两个进气道(4)”的含义是，火花塞侧电极(2)的裸露端(3)以所述误差朝向两个进气道(4)之间。
4.如权利要求2或3所述的气缸，其特征在于，所述误差处于±90°~±5°的范围内。
5.如权利要求2-4中任一项所述的气缸，其特征在于，所述气缸包括用来将火花塞安装在气缸(7)中的机构，从而火花塞侧电极(2)的裸露端(3)以预定的误差布置在至少一个进气道(4)的方向上。
6.如权利要求2-5中任一项所述的气缸，其特征在于，气缸(7)包括安装孔，该安装孔用来紧固火花塞(1)且带有内螺纹；火花塞(1)包括外螺纹；内螺纹与外螺纹相互匹配，使得火花塞(1)在安装之后以一误差相对于至少一个进气道(4)朝向预定的方向，在安装时，以预定的扭矩把火花塞(1)拧入到内螺纹中。
7.一种用于制造汽车(10)的内燃机(8)的气缸(7)的制造方法， 其特征在于， 把火花塞(1)安装在气缸(7 )中，从而确保火花塞(1)相对于气缸(7 )的至少一个进气道(4)的朝向处于预定的朝向范围内，以便在内燃机(8)的运行中利用由至少一个进气道(4 )产生的气流来冷却火花塞(1)的火花塞侧电极(2 )。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，把火花塞(1)安装在气缸(7)中，从而确保火花塞侧电极(2)的裸露端(3)以预定的误差布置在至少一个进气道(4)的方向上。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，使得火花塞(1)围绕中间纵轴线转动，由此将火花塞(1)安置在气缸(7 )中；转动火花塞(1)，使得火花塞侧电极(2 )的裸露端(3 )以所述误差朝向至少一个进气道(4 )。
10.如权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，火花塞(1)具有外螺纹；以预定的扭矩把火花塞(1)的外螺纹拧入到气缸(7)的内螺纹中；内螺纹与外螺纹相互匹配，使得火花塞侧电极(2)的裸露端(3)在火花塞(1)拧入到内螺纹中之后以所述误差朝向至少一个进气道(4)。
11.如权利要求7-10中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法被设计用于制造根据权利要求1-6中任一项的气缸(7)。
12.用于制造汽车(10)的内燃机(8)的气缸(7)的机构， 其中，所述机构经过设计，使得所述机构将火花塞(1)安装在气缸中，从而保证火花塞(1)相对于气缸(7)的至少一个进气道(4)的朝向处于预定的朝向范围内，以便在内燃机(8)的运行中利用由至少一个进气道(4)产生的气流来冷却火花塞(I)的火花塞侧电极(2)。
13.—种用于根据权利要求1-6中任一项的气缸的火花塞(I),其特征在于,火花塞(11)的螺纹经过设计，使得螺纹(11)的表面轮廓被辊轧。
14.如权利要求13所述的火花塞(I)，其特征在于，火花塞凸缘(12)在燃烧室侧延长，使得火花塞凸缘(12)至少以火花塞陶瓷(14)终止，或者略微突出于火花塞陶瓷(14)。
15.一种用于汽车(10)的内燃机，带有根据权利要求1-6中任一项的气缸(7)。
16.一种汽车，带有根据权利要求15的内燃机(8)。
【文档编号】H01T13/16GK103562534SQ201280025788
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】A.比基希特, L.亨切尔, M.施托勒, C-S.松德 申请人:大众汽车有限公司