CN117296220A - 具有改善的热管理的预燃室火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预燃室火花塞，其包括：中心电极(2)和至少一个接地电极(3)；壳体(4)；绝缘体(5)，该绝缘体使中心电极(2)相对于壳体(4)电绝缘；具有至少一个盖罩孔(60)的盖罩(6)；以及具有规定的气体容积(V)的预燃室(7)，其中，绝缘体(5)具有脚部区域(50)，该脚部区域在脚部长度(L)上沿轴向方向(X‑X)伸入到预燃室(7)中并且与气体容积(V)接触，并且其中，气体容积(V)相对于脚部长度(L)的比例(R)处在R＝40至300mm2的范围中。

Description

具有改善的热管理的预燃室火花塞
技术领域
本发明涉及一种尤其用于移动式内燃机的预燃室火花塞，该预燃室火花塞具有预燃室的区域中的热优化。
背景技术
预燃室火花塞由现有技术在不同的设计方案中已知。在现有技术中，预燃室火花塞目前为止主要使用在固定式气体发动机中，该固定式气体发动机通常在具有相对高的负荷的仅唯一的运行点中运行。针对这种运行点而后设计相应的预燃室火花塞。对于移动式内燃机、例如在机动车辆中然而无法直接采用这类用于固定式气体发动机的预燃室火花塞，因为在使用在移动式领域中时内燃机在运行中在不同的负荷范围、尤其也在部分负荷范围中运行。由于具有不同的负荷范围的移动式运行，现在可能在盖罩处或者在预燃室火花塞的预燃室的壁区域中产生不希望的局部集热，这可能导致不希望的炽热点火。这类不希望的炽热点火然而可能在内燃机处引起破坏，并且以负面的方式影响内燃机的燃料消耗和排放特性。
发明内容
具有权利要求1的特征的按照本发明的预燃室火花塞与此相对具有的优点是，能够在预燃室火花塞的运行中避免不希望的炽热点火。由此避免了由于这类不希望的炽热点火所致的损害内燃机的危险。此外，点火时刻能够尤其针对移动式内燃机来个性化地选择并且也在运行中改变，而不会由此在火花塞处出现热问题。因此能够在盖罩处或者在预燃室火花塞的预燃室的区域中避免不希望的局部集热，从而预燃室火花塞尤其设立用于移动式内燃机中的运行。在此，预燃室火花塞能够尽管如此容易地构造并且尤其适合于批量生产，由此能够显著地降低制造成本。这一点按照本发明通过下述方式来实现，即：预燃室火花塞具有中心电极和至少一个接地电极。此外，预燃室火花塞包括：壳体；绝缘体，该绝缘体使中心电极相对于壳体电绝缘；以及具有至少一个盖罩孔的盖罩。预燃室火花塞的预燃室在此位于盖罩以及壳体的部分区域的内部中。预燃室在此具有填充有气体的气体容积V。此外，绝缘体具有脚部区域，该脚部区域伸入到预燃室中并且沿轴向方向X-X具有脚部长度L，在该脚部长度处，绝缘体的外壁区域形成预燃室的壁区域。绝缘体的脚部区域因此与气体容积V接触。在此，气体容积V相对于脚部区域的轴向的脚部长度L的比例R处在R＝V：L＝40至300mm2的范围中。当比例R处在该范围中时能够保证，即使内燃机不是在恒定的负荷范围中、而是在不同的负荷范围中并且尤其也在部分负荷范围中运行，在预燃室火花塞的运行中也不会出现局部集热。
预燃室的气体容积V在此规定为填充有气体的体积。在此，气体容积尤其也受接地电极的数目和尺寸以及中心电极和接地电极的几何设计方案影响。盖罩孔的容积并不视为预燃室的气体容积V。
因为能够避免通过由于盖罩或预燃室的区域中的局部集热所致的不希望的炽热点火而引起的失火(Fehlzündung)，因此通过预燃室火花塞能够实现可靠且改善的燃烧。因此能够显著地改善内燃机的效率和内燃机的废气排放。
从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。
优选气体容积V相对于脚部区域的脚部长度L的比例R处在R＝80至200mm2的范围中，并且进一步优选处在R＝85至135mm2的范围中。
按照本发明的另外的优选的设计方案，在脚部区域的脚部长度L处在3至4mm的范围中、并且气体容积V处在350至400mm3之间的情况下，R处在87.5至133.3的范围中。特别优选范围R在此处在100mm2±10mm2的范围中。
进一步优选绝缘体的脚部区域的脚部长度L由间隙长度L1和预燃室长度L2的总和形成。间隙长度L1在此设置在绝缘体与壳体之间的区域中，在该区域中构造小的径向间隙。预燃室长度L2在此是脚部区域的其余的长度，该预燃室长度伸入到预燃室中并且比在绝缘体与壳体之间的间隙的区域中具有更大的径向间距。
特别优选预燃室长度L2大于间隙长度L1。优选间隙长度L1约为脚部长度L的1/3。
此外，本发明涉及一种具有按照本发明的预燃室火花塞的移动式内燃机。移动式内燃机特别优选以汽油或气态燃料、例如天然气或氢气来运行。通过使用按照本发明的预燃室火花塞能够显著地改善内燃机在不同的负荷状态中、尤其在不同的部分负荷状态中的效率以及还有排放特性。
附图说明
在下文中，参考附图来详细地描述本发明的优选的实施例。在附图中：
图1示出了按照本发明的第一优选的实施例的预燃室火花塞的示意性的局部剖视图。
具体实施方式
在下文中参考图1详细地描述按照本发明的第一优选的实施例的预燃室火花塞1。
如由图1显而易见的那样，预燃室火花塞1包括壳体4和盖罩6，它们规定了预燃室7。盖罩6例如借助于焊接连接来与壳体4连接。
预燃室火花塞1此外包括中心电极2以及多个接地电极3。接地电极3固定在壳体4中的开口40中。接地电极的数目在此优选处在1与4之间。
在盖罩6中此外设置有多个盖罩孔60，这些盖罩孔能够实现内燃机的预燃室7与燃烧室8之间的气体交换。内燃机优选是移动式内燃机，其在不同的负荷状态中、也就是说在全负荷和各种部分负荷状态中运行。
如进一步由图1显而易见的那样，预燃室7具有气体容积V。气体容积V在此是预燃室7的填充有气体的体积。预燃室7的这种气体容积V通过盖罩孔60来填充有燃料空气混合物，并且因此能够根据气体容积V的大小来接纳更多的或更少的能量。盖罩孔60的容积并不视为气体容积V。
使中心电极2与壳体4电绝缘的绝缘体5在此具有脚部区域50，该脚部区域沿预燃室火花塞1的轴向方向X-X伸入到预燃室7中。绝缘体5的脚部区域50在此是下述区域，该区域的外壁与位于预燃室7中的气体处于接触之中。
如由图1显而易见的那样，脚部区域50在此沿预燃室火花塞的轴向方向X-X具有脚部长度L，在该脚部长度处，脚部区域50与预燃室的气体容积V处于接触之中。
如由图1进一步显而易见的那样，在绝缘体5与壳体4之间在此设置有间隙9，该间隙构造为环形间隙。间隙9在此沿轴向方向X-X具有间隙长度L1。其余的脚部长度L在此由绝缘体5的脚部区域50的预燃室长度L2形成。间隙长度L1在此优选约为脚部长度L的1/3。
现在已经以出乎意料的方式确定了，气体容积V相对于脚部长度L的比例R(R＝V：L)是对于预燃室7的热平衡极为重要的指标。在此尤其发挥作用的是，以其脚部区域50伸入到预燃室7中的绝缘体5由于其热性能而具有与通常由金属所制成的壳体4不同的热传导值。由此，脚部长度L以显著的方式影响预燃室7的热平衡。特别地，借助于绝缘体5能够有针对性地将热量从预燃室7沿轴向方向X-X引走。
如果比例R在此处在40至300mm2的范围中，则能够可靠地阻止在预燃室7内产生暂时的局部集热。由此能够在预燃室7的区域中阻止所谓的热聚点并且因此阻止不希望的炽热点火。由此能够保护内燃机以免受损害。
特别有利的是，R＝V/L＝85至135mm2。
特别地，当内燃机设立为移动式内燃机时，该内燃机能够在不同的负荷状态中运行，而不会由此以显著的方式负面影响预燃室火花塞在盖罩6和预燃室7的区域中的热平衡。
以出乎意料的方式，因此能够通过气体容积V与脚部长度L之间的比例R来以正面的方式影响预燃室7的热平衡。
对于移动式内燃机而言，在此特别优选在3至4mm的长度的范围中选择脚部区域50的脚部长度L，并且为此在350至400mm3的范围中选择预燃室7的气体容积V。
因此，移动式内燃机能够以其完整的发动机特性曲线可靠地工作，从而按照本发明的预燃室火花塞特别适合于汽车应用。特别地，通过按照本发明的出乎意料的规定能够在移动式内燃机的每个负荷范围中实现可靠的点火。

Claims (8)

1.预燃室火花塞，包括：
-中心电极(2)和至少一个接地电极(3)，
-壳体(4)，
-绝缘体(5)，该绝缘体使所述中心电极(2)相对于所述壳体(4)电绝缘，
-具有至少一个盖罩孔(60)的盖罩(6)，以及
-具有规定的气体容积(V)的预燃室(7)，
-其中，所述绝缘体(5)具有脚部区域(50)，该脚部区域在脚部长度(L)上沿轴向方向(X-X)伸入到所述预燃室(7)中并且与所述气体容积(V)接触，并且
-其中，所述气体容积(V)相对于所述脚部长度(L)的比例R处在R＝40至300mm2的范围中。
2.根据权利要求1所述的预燃室火花塞，其中，所述比例R处在80至200mm2的范围中、尤其处在85至135mm2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，其中，在所述脚部长度(L)的长度处在3至4mm的范围中、并且气体容积(V)处在350至400mm3之间的范围中的情况下，所述比例R处在87.5至133.3mm2的范围中并且尤其处在100mm2±10mm2的范围中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室火花塞，其中，所述绝缘体(5)的脚部区域(50)的脚部长度(L)由间隙(9)的间隙长度(L1)和所述脚部区域的预燃室长度(L2)的总和构成，其中，所述间隙(9)构造在所述绝缘体(5)与所述壳体(4)之间。
5.根据权利要求4所述的预燃室火花塞，其中，所述预燃室长度(L2)大于所述间隙长度(L1)。
6.根据权利要求4或5所述的预燃室火花塞，其中，所述间隙长度(L1)约为所述脚部长度(L)的1/3。
7.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。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述内燃机是移动式内燃机。
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