CN116615847A - 经热优化的预燃室火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预燃室火花塞(1)，其包括：中间电极(2)、接地电极(3)、具外螺纹(40)的壳体(4)、布置在壳体(4)处并连同壳体(4)限定了预燃室(7)的帽盖(6)、将中间电极(2)与壳体(4)电绝缘的绝缘体(5)，其中，壳体(4)的外螺纹(40)沿预燃室火花塞(1)的轴向方向(X‑X)具有螺纹长度(11)，其中，壳体(4)在第一固定区域(41)和第二固定区域(42)处紧固在绝缘体(5)处，使得第一夹紧力(F1)在第一固定区域(41)处从壳体(4)作用到绝缘体(5)上，并且第二夹紧力(F2)在第二固定区域(42)处从壳体(4)作用到绝缘体(5)上，其中，第一夹紧力和第二夹紧力(F1、F2)沿轴向方向(X‑X)方向彼此相反指向，其中，第一固定区域(41)与第二固定区域(42)之间的间距沿轴向方向(X‑X)限定了夹紧长度(12)，并且其中，螺纹长度(11)与夹紧长度(12)之间的比值处在0.7至1.3的范围中。

Description

经热优化的预燃室火花塞

技术领域

本发明涉及一种稳健且经热优化的预燃室火花塞，该预燃室火花塞具有在运行中显著降低的热损伤的风险。本发明还涉及一种具有这类预燃室火花塞的内燃机。

背景技术

预燃室火花塞从现有技术中以不同设计方案已知。预燃室火花塞通常在内燃机中使用，该内燃机利用气态介质运行。这样的预燃室火花塞通常具有预燃室，在该预燃室中布置了中间电极和接地电极。预燃室通过帽盖以及壳体的一部分来限定。在帽盖处和/或在电极处出现过高温度的情况下，在此可能出现非期望的且不可控的炽热点火。这一方面由于提高的磨损而是不期望的并且另一方面可能会由此出现内燃机的较差的废气排放。在最坏的情况下可能出现内燃机的实质上的损坏。因此在预燃室火花塞中进行改善的热排放是绝对必要的。

发明内容

与此相对地，具有权利要求1的特征的根据本发明的预燃室火花塞具有以下优点，即：能够避免尤其在预燃室的区域中的过高的温度。在此，尤其能够降低电极温度，从而由于降低了预燃室火花塞的电极处的磨损而得到高的使用寿命。通过降低的温度此外在针对电极的材料选择(例如具有较低的导热能力的材料)时也得到更大的自由度，由此能够显著降低针对电极的成本。此外，预燃室火花塞在整个使用寿命上具有改善的内部密封性。根据本发明也得到了相对于不当操作(例如用过高的转动力矩来拧入预燃室火花塞)的更高的稳健性，这种不当操作可能降低或完全损坏预燃室火花塞的密封功能，从而气体可能以可行的方式从燃烧室经由预燃室火花塞处的不密封的区域而到达大气中。这一点根据本发明通过以下方式来实现，即：预燃室火花塞具有中间电极和接地电极以及带有外螺纹的壳体。还设置了帽盖，该帽盖布置在壳体处并且连同壳体的一部分限定了预燃室。预燃室火花塞还包括绝缘体，该绝缘体将中间电极与壳体电绝缘。在此，壳体具有带有沿轴向方向的延伸部的螺纹并且通过第一固定区域和第二固定区域紧固在绝缘体处。在此如此进行在第一固定区域和第二固定区域处的紧固，使得第一夹紧力在第一固定区域上从壳体作用到绝缘体上，并且第二夹紧力在第二固定区域上从壳体作用到绝缘体上。这两个夹紧力在此沿预燃室火花塞的轴向方向彼此相反指向。在此，第一固定区域与第二固定区域之间的间距沿轴向方向限定了夹紧长度。通过这两个彼此相反的夹紧力因此实现了壳体在绝缘体处的预紧。此外，如此选择螺纹长度与夹紧长度之间的比值，使得该比值处在0.7至1.3的范围中。通过对螺纹长度和夹紧长度的这种选择结合对壳体的预紧，能够在宽的温度范围上实现改善的密封，从而也能够满足预燃室火花塞的最高的密封性要求。此外，通过根据本发明选择螺纹长度和夹紧长度所得到的固定区域的位置能够确保，预燃室火花塞的内部的密封元件在较冷的气缸头部的区域中尽可能远离燃烧室并且因此存在针对预燃室火花塞的散热的特别有利的条件。由此能够避免对预燃室火花塞的构件、尤其电极的热损伤。此外，根据本发明选择螺纹长度和夹紧长度有助于在预燃室火花塞的使用寿命上维持住在壳体处的预紧。由此，在预燃室火花塞的使用寿命上能够维持住改善的密封效果。

从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。

对预燃室火花塞的进一步改善通过以下方式来实现，即：优选螺纹长度与夹紧长度之间的比值处在0.8至1.2的范围中。进一步优选地，螺纹长度与夹紧长度之间的比值处在0.8至1的范围中。

为了实现尽可能均匀地预紧到壳体上，优选第一夹紧力和第二夹紧力一样大。由此实现了壳体的均匀的预紧。

进一步优选地，预燃室火花塞在第一固定区域和第二固定区域处分别具有倾斜部、即相对于预燃室火花塞的中轴线倾斜布置的面。由此能够实现对第一固定区域和第二固定区域处的两个预紧力的良好的可调节性。在此特别优选地，位于预燃室火花塞的背离燃烧室的侧部处的第二固定区域借助于卷边工艺来构造在绝缘体处。此外，优选第一固定区域和第二固定区域布置在不同的直径上。特别优选地，第二固定区域在此相较于第一固定区域布置在较大的直径上。由此减小壳体的指向预燃室的面，从而产生到壳体中的较小的热输入。

此外优选地，预燃室火花塞包括壳体与绝缘体之间的密封元件。密封元件优选是密封盘。特别优选地，密封元件在此布置在第一固定区域处。通过将预紧力施加到第一固定区域处，密封元件优选变形、特别优选地塑性变形。密封元件在此特别优选地在壳体处布置在径向向内指向的法兰的背离燃烧室的侧部处，从而得以保护以免受高温和尤其热气体影响。

密封元件优选地布置在第一固定区域处。由此，在壳体固定在绝缘体处时，密封元件也能够弹性变形并且对壳体与绝缘体之间的间隙进行密封。根据本发明的另一优选的设计方案，第一固定区域沿轴向方向位于螺纹长度的从预燃室出发的第一半部中。

第一固定区域优选布置在壳体的内周缘处。第二固定区域优选地布置在壳体的背离预燃室的端部处。

第一固定区域优选地通过形成在壳体的内周缘处的环形隆起来设置。

进一步优选地，螺纹长度从帽盖与壳体之间的紧固区域、即壳体的在燃烧室侧的端部延伸直至壳体的抵靠面。抵靠面设立用于抵靠在外部构件处。抵靠面优选垂直于预燃室火花塞的中轴线。抵靠面在此例如设立用于，直接或间接地、例如通过布置密封环等来抵靠在气缸头部处。

预燃室火花塞优选设立用于在内燃机中使用。

本发明此外涉及一种具有根据本发明的预燃室火花塞的内燃机、尤其移动式内燃机。移动式内燃机优选在车辆中使用。尤其还设置了在赛车运动中使用该预燃室火花塞。

附图说明

下面参照附图来详细描述本发明的优选的实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明一种优选的实施例的预燃室火花塞的示意性的部分截面图，以及

图2示出了图1的预燃室火花塞的示意性部分截面图。

具体实施方式

下面参照图1和图2来详细描述根据本发明的第一实施例的预燃室火花塞1。

预燃室火花塞1包括中间电极2和接地电极3。在中间电极2处布置贵金属引脚20。在此要注意，贵金属引脚也能够布置在接地电极3处。

预燃室火花塞1还包括壳体4、尤其由金属材料制成的壳体、以及绝缘体5。绝缘体5设立用于将中间电极2与壳体4电绝缘。

在壳体4处还设置了外螺纹40。外螺纹40具有螺纹长度11，该螺纹长度从朝内燃机的燃烧室方向指向的第一端部4a延伸直至壳体4处的抵靠面10(参见图2)。抵靠面10垂直于预燃室火花塞的中轴线X-X。为了避免损坏外螺纹，在外螺纹40与抵靠面10之间设置了环绕的槽10a。

预燃室火花塞1还包括帽盖6(参见图1)。在帽盖6中构造多个帽盖孔60，以便一方面能够在预燃室7中实现气体交换并且另一方面使火焰射束从预燃室7中出来进入到内燃机的燃烧室中，以用于气体混合物的主点火。预燃室7在此通过帽盖6以及壳体4的一部分来限定。中间电极2和接地电极3在此布置在预燃室7中。

如尤其从图2中可见，壳体4在第一固定区域41和第二固定区域42处紧固在绝缘体5处。在此如此进行对壳体4的紧固，使得第一夹紧力F1在第一固定区域41处从壳体4作用到绝缘体5上，并且第二夹紧力F2在第二固定区域42处从壳体4作用到绝缘体5上。在此，这两个夹紧力F1、F2沿预燃室火花塞1的轴向方向X-X彼此相反地指向。这两个夹紧力F1、F2优选一样大。

此外，在第一固定区域41处在绝缘体处设置第一倾斜部5a，并且在第二固定区域42处设置第二倾斜部5b。如从图2中可见，倾斜部彼此相反地构造并且优选以45°角度构造。

通过这两个夹紧力F1、F2因此实现了壳体4在绝缘体5处的预紧，由此壳体4趋向于径向向外加宽。由此，当预燃室火花塞1被拧入在气缸头部中时，在该预燃室火花塞的装配后状态中实现了预燃室火花塞1的外周缘与气缸头部之间的改善的密封。此外，通过壳体的刚性的弹簧特性曲线在小的夹紧长度下将高的表面挤压力作用到密封元件9上，该密封元件布置在壳体4与绝缘体5之间。密封元件9在此布置在壳体4的背离燃烧室的侧部处并且通过径向向内指向的法兰44而得以保护不受非常热的气体影响。

此外，第一固定区域41与第二固定区域42之间的间距限定了壳体的夹紧长度12。因此，在壳体的夹紧长度12的区域中产生预紧。此外，当前螺纹长度11与夹紧长度12之间的比值V处在0.7至1.3的范围中。特别优选地，螺纹长度11与夹紧长度12之间的比值处在0.8至1.2的范围中并且进一步优选地处在0.8至1的范围中。在此，进一步优选地，螺纹长度11与夹紧长度12之间的比值小于1，即螺纹长度11小于夹紧长度12，其中，下限值为0.7。

第一固定区域41布置在第一直径D1上，并且第二固定区域42布置在第二直径D2上。在此，第一直径D1小于第二直径D2。

通过对选择螺纹长度11和夹紧长度12以及在壳体4处设置预紧的措施的这种结合，因此实现了预燃室火花塞1的改善的稳健性和尤其密封性。此外，螺纹长度11和夹紧长度12的巧妙的选择能够实现预燃室火花塞1在运行中的明显改善的散热，从而能够由于适度的电极温度而实现高的使用寿命。

因为电极处的温度相较于目前的预燃室火花塞明显降低，所以在针对电极的材料选择时也得到较大的自由度，从而能够降低针对电极的成本。此外，在壳体4与绝缘体5之间在第一固定区域和第二固定区域处设置预紧引起了，实现预燃室火花塞1在其整个使用寿命上的改善的内部密封性。对螺纹长度11和夹紧长度12的长度的选择此外对误装配有正面影响，例如在用过高的转动力矩拧紧预燃室火花塞1时，因为通过巧妙的长度选择而能够防止在过高的拧紧转动力矩时损坏预燃室火花塞1。

示例性地能够根据外螺纹40的螺纹直径来获得螺纹长度和夹紧长度的特别优选的比值V，如下表所列：

螺纹外直径	螺纹长度/夹紧长度	比值V
			M10	26.5/30	0.83
M12	26.5/27	0.98
			M14	25.0/25.0	1.0

。

因此，通过根据本发明的措施能够在预燃室火花塞1处实现关于预燃室火花塞1的构件、尤其电极的明显改善的使用寿命和运行中的降低的温度。因此，根据本发明的预燃室火花塞1尤其适用于固定领域或移动领域以及赛车运动领域中的内燃机。

Claims (12)

1.一种预燃室火花塞(1)，其包括：

-中间电极(2)，

-接地电极(3)，

-具有外螺纹(40)的壳体(4)，

-帽盖(6)，所述帽盖布置在所述壳体(4)处并且连同所述壳体(4)限定了预燃室(7)，

-绝缘体(5)，所述绝缘体将所述中间电极(2)与所述壳体(4)电绝缘，

-其中，所述壳体(4)的外螺纹(40)沿所述预燃室火花塞(1)的轴向方向(X-X)具有螺纹长度(11)，

-其中，所述壳体(4)在第一固定区域(41)和第二固定区域(42)处如此紧固在所述绝缘体(5)处，使得第一夹紧力(F1)在所述第一固定区域(41)处从所述壳体(4)作用到所述绝缘体(5)上，并且第二夹紧力(F2)在所述第二固定区域(42)处从所述壳体(4)作用到所述绝缘体(5)上，其中，所述第一夹紧力和第二夹紧力(F1、F2)沿轴向方向(X-X)彼此相反指向，

-其中，所述第一固定区域(41)与所述第二固定区域(42)之间的间距沿轴向方向(X-X)限定了夹紧长度(12)，并且

-其中，所述螺纹长度(11)与所述夹紧长度(12)之间的比值处在0.7至1.3的范围中。

2.根据权利要求1所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述螺纹长度(11)与所述夹紧长度(12)之间的比值处在0.8至1.2的范围中，并且尤其处在0.8至1.0的范围中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述第一夹紧力(F1)与所述第二夹紧力(F2)一样大。

4.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述绝缘体(5)在所述第一固定区域(41)处具有第一倾斜部(5a)并且在所述第二固定区域(42)处具有第二倾斜部(5b)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述第一固定区域(41)相较于所述第二固定区域(42)布置在较小的直径上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，还包括密封元件(9)，所述密封元件布置在所述壳体(4)与所述绝缘体(5)之间、尤其靠近所述预燃室(7)。

7.根据权利要求6所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述密封元件(9)布置在径向向内指向的法兰(44)的背离燃烧室的侧部处。

8.根据权利要求6或7所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述密封元件(9)布置在所述第一固定区域(41)处。

9.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述第一固定区域(41)沿轴向方向(X-X)位于所述螺纹长度(11)的从所述预燃室(7)出发的第一半部(11a)中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述螺纹长度(11)从所述壳体(4)的第一端部(4a)延伸直至所述壳体(4)的抵靠面(10)，所述帽盖(6)在所述壳体处紧固在所述第一端部处，其中，所述抵靠面设立用于抵靠在外部构件处。

11.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)，其特征在于，所述法兰(44)的抵靠面朝所述预燃室火花塞的背离所述燃烧室的端部的方向倾斜。

12.一种内燃机，其包括根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞(1)。