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Die Erfindung geht aus von einer Vorkammerzündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Vorkammerzündkerze ist aus der
DE 26 11 057 A1 bekannt.
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Die elektrische Zündenergie wird bei Vorkammerzündkerzen in einer Vorkammer freigesetzt, die über Öffnungen mit dem Brennraum des Motors in Verbindung steht. Durch diese Öffnungen treten bei einer Zündung Fackelstrahlen aus der Vorkammer aus und in den Brennraum des Motors ein. Vorkammerzündkerzen führen deshalb zu einer verbesserten Ausnutzung der elektrischen Zündenergie und bewirken durch die Fackelstrahlen eine intensive und schnelle Verbrennung in dem Brennraum. Durch Einsatz von Vorkammerzündkerzen lässt sich deshalb der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors verbessern.
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Insbesondere bei sehr mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen lässt sich die Zündung weiter verbessern, indem durch einen Kanal zusätzlicher Kraftstoff in die Vorkammer eingebracht wird, wie dies beispielsweise aus der
EP 1 936 143 A1 bekannt ist. In der Vorkammer befindet sich dann ein fetteres Kraftstoff-Luft-Gemisch als in dem Brennraum des Motors. Das fettere Gemisch kann leichter durch die in der Vorkammer freigesetzte elektrische Zündenergie gezündet werden. Die daraufhin aus den Öffnungen der Vorkammer austretenden Fackelstrahlen können dann problemlos auch ansonsten nur schwer entzündbares mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch entzünden.
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Ein in die Vorkammer führender Kanal kann bei Vorkammerzündkerzen vorteilhaft auch dazu genutzt werden, um nach einer Verbrennung Restgas aus der Vorkammer zu entfernen, d. h. möglichst vollständig durch frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch zu ersetzen. Eine Vorkammerzündkerze mit einem dafür vorgesehenen Kanal ist aus der
DE 10 2005 017 186 A1 bekannt. Ein erster Abschnitt des Kanals wird von einer in Längsrichtung der Kerze verlaufende Bohrung in dem Gehäuse der Kerze gebildet. Ein zweiter Abschnitt des Kanals wird von einer in radialer Richtung verlaufenden Bohrung gebildet, die bis zu dem Isolator führt. Von dort aus verläuft der Kanal der bekannten Zündkerze zwischen dem Isolator und der Innenseite des Gehäuses bis zur Vorkammer.
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Bei einer Verbrennung liegt an dem Kanal der im Brennraum herrschende Druck an, der bis zu 150 bar betragen kann. Es besteht deshalb die Gefahr, dass es auch in dem Kanal zu einer Verbrennung von Kraftstoff kommt, was zu Schäden und Leistungsverlusten führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie dieser Gefahr möglichst effizient entgegengewirkt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorkammerzündkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze verläuft eine in die Vorkammer führende Kanalbohrung in dem Kerzengehäuse zwischen einer Außenfläche des Gehäuses und dem Isolator schräg zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze.
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Diese scheinbar einfache Maßnahme hat erhebliche Vorteile:
Bei der aus der
DE 10 2005 017 186 A1 bekannten Zündkerze muss nämlich an der Außenseite des Gehäuses die in radialer Richtung verlaufende Kanalbohrung abgedichtet werden. Diese Dichtstelle ist eine potentielle Schwachstelle, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verlauf der Kanalbohrung vermeiden lässt.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze die Kanalbohrung in dem Gehäuse bis zu der Vorkammer verlaufen kann. Kanalabschnitte zwischen dem Isolator und einer Innenfläche des Gehäuses, wie sie bei der aus der
DE 10 2005 017 186 A1 bekannten Vorkammerzündkerze vorhanden sind, lassen sich somit vermeiden. Derartige Kanäle an der Außenseite des Isolatorkörpers schwächen nämlich die Abdichtung der Zündkerze insgesamt, so dass Leckagegase leichter zwischen dem Isolatorkörper und dem Gehäuse hindurch sickern können.
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Erfindungsgemäß ist in der Kanalbohrung ein Rohr zwischen der Außenfläche des Gehäuses und dem Isolator angeordnet. Durch das Rohr wird der durchströmbare Querschnitt des Kanals wirksam reduziert und somit an die durchzuleitenden Fluidmengen angepasst. Vorteilhaft wird dabei auch das Kanalvolumen insgesamt reduziert, so dass sich die einem Arbeitszyklus des Motors in die Vorkammer eingebrachte Kraftstoffmenge mit einer größeren Genauigkeit dosieren lässt. An sich ist es zwar auch möglich, den Kanal von vornherein mit dem gewünschten Kanaldurchmesser zu bohren. Allerdings wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass der damit verbundene Aufwand wesentlich größer ist. Die Fertigungskosten für ein Kerzengehäuse, mit einer breiteren Kanalbohrung, in der ein Rohr verläuft, sind demgegenüber deutlich geringer. Der durchströmbare Innendurchmesser des Kanals beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1 mm, beispielsweise 0,4 mm bis 0,8 mm. Bevorzugt ist die Kanalbohrung auf dem größten Teil ihrer Länge mit dem Rohr gefüllt.
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Eine das Rohr umgebende Wandfläche der Kanalbohrung ist von einer Querbohrung durchbrochen. Die Querbohrung ermöglicht es, das Einschieben des Rohrs in die Kanalbohrung zu überwachen. Zudem kann die Kanalbohrung vor dem Einbringen des Rohrs geprüft und erforderlichenfalls vorbereitet werden. Bevorzugt hat die Querbohrung einen größeren Durchmesser als die Kanalbohrung, beispielsweise einen mehr als doppelt so großen Durchmesser, insbesondere einen mehr als dreimal so großen Durchmesser. Ein weiterer Vorteil der Querbohrung ist es, dass das Rohr dort zugänglich ist und sich im Bereich der Querbohrung an dem Gehäuse befestigen lässt, beispielsweise durch Laserschweißen oder Hartlöten. Bevorzugt wird das Rohr in der Querbohrung mit dem Gehäuse hart verlötet. Dafür benötigtes Hartlot kann problemlos in die Querbohrung eingebracht werden. Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise auch ein das Rohr umgebender Ringspalt in der Kanalbohrung abdichten, nämlich indem der Ringspalt im Bereich der Querbohrung mit Lot gefüllt wird.
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Die Querbohrung kann bis zu dem Isolator durchgehen, ist aber bevorzugt als ein Sackloch ausgeführt, da sich das Rohr in einer als Sackloch ausgeführten Querbohrung leichter mit dem Gehäuse verlöten lässt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein zu der Vorkammer führender Endabschnitt der Kanalbohrung einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser des Rohres ist. Die Kanalbohrung kann beispielsweise als eine Stufenbohrung durchgeführt werden. Da der Endabschnitt nur einen Bruchteil der Gesamtlänger der Kanalbohrung hat, ist der Aufwand für das Bohren des Endabschnitts trotz seines kleinen Durchmessers relativ gering. Der Endabschnitt kann deshalb einen kleinen, für den Fluidtransport optimalen Durchmesser aufweisen. Wenn in der Kanalbohrung ein Rohr verläuft, kann mit dem Endabschnitt zudem ein Anschlag für das Rohr geschaffen werden, der dessen Positionierung erleichtert. Besonders bevorzugt befindet sich ein Ende des Rohres zwischen dem Endabschnitt und der Querbohrung.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Rohr von einem Hauptabschnitt der Kanalbohrung und einem zwischen dem Hauptabschnitt und dem Endabschnitt angeordneten Zwischenabschnitt der Kanalbohrung umgeben ist, wobei der Hauptabschnitt einen größeren Durchmesser als der Zwischenabschnitt aufweist und die Wandfläche des Hauptabschnitts von der Querbohrung durchbrochen ist. Beispielsweise kann die Kanalbohrung als eine Stufenbohrung durchgeführt sein, die sich mit einer Stufe von dem Hauptabschnitt auf den Zwischenabschnitt verengt und mit einer weiteren Stufe auf den Durchmesser des Endabschnitts verengt. Der Hauptabschnitt macht den größten Teil der Länge der Kanalbohrung aus. Damit sich das Rohr gut in die Kanalbohrung einschieben lässt, ist der Innendurchmesser des Hauptabschnitts deshalb größer als der Außendurchmesser des Rohrs. Der Zwischenabschnitt hat dagegen bevorzugt einen Innendurchmesser, der mit dem Außendurchmesser des Rohres zumindest näherungsweise übereinstimmt. Wenn das Rohr im Bereich der Querbohrung mit dem Gehäuse hart verlötet wird, lässt sich auf diese Weise verhindern, dass Lot durch einen Ringspalt zwischen Rohr und Kanalbohrung in die Vorkammer eindringt.
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Bevorzugt verjüngt sich der Rohrdurchmesser zwischen dem Hauptabschnitt und dem Zwischenabschnitt kontinuierlich, beispielsweise konisch. Auf diese Weise lässt sich das Rohr leichter in den Zwischenabschnitt einschieben als bei einem stufenartigen Übergang. Das Rohr kann an seinem Ende ein Außengewinde aufweisen, das mit einem im Zwischenabschnitt vorgesehenen Gewinde verschraubt wird. Erforderlich ist ein solches Gewinde aber nicht.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein die Kanalbohrung enthaltendes Gehäuseteil mit einem Metallteil verschweißt ist, das eine an die Kanalbohrung anschließende Bohrung aufweist, wobei das Rohr sowohl in der Kanalbohrung als auch in der anschließenden Bohrung verläuft und zwischen den Gehäuseteil und dem Metallteil gebogen ist. Zwischen diesem Metallteil und dem mit ihm verschweißten Gehäuseteil kann der Isolator eingespannt sein.
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Durch diese Einspannung wird der Isolator gegen eine Dichtstelle des Gehäuseteils gedrückt und somit die Abdichtung zum Brennraum hin verbessert. Das Metallteil kann ein Gehäuseteil sein oder eine von dem Gehäuse separate Isolatorkörperhalterung, wie dies beispielsweise in der
WO 2008/031482 A1 beschrieben ist. Die Einspannkraft kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das Metallteil um einen Wulst des Isolators herum greift und bei einer hohen Temperatur mit dem Gehäuseteil verschweißt wird. Wenn das Gehäuseteil abkühlt, zieht es sich zusammen und erzeugt so eine Einspannkraft. Um diese Einspannkraft nicht zu reduzieren, sollte eine Wärmeeinbringung zur Befestigung des Rohrs in der Kanalbohrung möglichst punktuell und in großem Abstand von dem Metallteil erfolgen. Dies kann vorteilhaft durch die vorstehend beschriebene Querbohrung erreicht werden.
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In dem weiteren Metallteil kann die Kanalbohrung in Längsrichtung der Zündkerze verlaufen, so dass sich mit der schräg zur Längsrichtung der Kerze verlaufenden Kanalbohrung ein stumpfer Winkel ergibt. Das Rohr kann nach dem Verschweißen der beiden Gehäuseteile eingeschoben werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind bei mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze;
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zündkerze; und
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3 eine Detailansicht zu 2 ahne Rohr.
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Die in 1 dargestellte Vorkammerzündkammerzündkerze hat eine Vorkammer, in der eine Zündelektrode 1 angeordnet ist. Die Zündelektrode 1 ist an einen in 1 nicht dargestellten Innenleiter angeschlossen, der von dem Isolator 2 umgeben ist. Der Isolator 2 ist von einem Gehäuse umgeben, das aus mehreren Gehäuseteilen 3a, 3b, 3c zusammengefügt ist. Die Gehäuseteile 3a, 3b, 3c können bei der Herstellung durch Schweißen verbunden werden.
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Das Gehäuse weist eine Kanalbohrung 4 auf, die zwischen einer Außenfläche des Gehäuses und dem Isolator 2 schräg zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verläuft und in die Vorkammer führt. Die dargestellte Vorkammerzündkerze hat also einen Kanal zum Einleiten von Kraftstoff in die Vorkammer. Auf diese Weise kann in der Vorkammer ein fetteres Kraftstoffgemisch erzeugt werden, das sich leichter zünden lässt. Der in die Vorkammer führende Kanal kann beispielsweise auch verwendet werden, um die Vorkammer zu spülen, d. h. nach einer Verbrennung Restgas aus der Vorkammer zu entfernen.
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Die Kanalbohrung 4 verläuft in einem Gehäuseteil 3a, das bevorzugt ein Außengewinde 5 zum Einschrauben in den Zylinderkopf eines Motors aufweist. Dieses Gehäuseteil 3a trägt ein Gehäuseteil 3b mit Öffnungen 6 zum Austreten von Fackelstrahlen.
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Das die Kanalbohrung 4 aufweisende Gehäuseteil 3a hat eine Anlagestelle für eine Ringdichtung 7, die zwischen dem Isolator 2 und dem Gehäuse verpresst ist. Die Eintrittsstelle der Kanalbohrung 4 in das Gehäuse liegt bevorzugt von der Brennraumseite der Vorkammerzündkerze aus gesehen hinter der Ringdichtung 7. Mit anderen Worten ist die Eintrittstelle der Kanalbohrung 4 von dem die Öffnungen 6 für Fackelstrahlen aufweisenden Ende der Vorkammerzündkerze weiter entfernt als die Ringdichtung 7.
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In der Kanalbohrung 4 ist zwischen der Außenfläche des Gehäuses und dem Isolator 2 ein Rohr 8 angeordnet. Eine das Rohr 8 umgebende Wandfläche der Kanalbohrung 4 ist von einer Querbohrung 10 durchbrochen, die bevorzugt als ein Sackloch ausgeführt ist. Das Rohr 8 ist mit dem Gehäuse hart verlötet. Das Lotmaterial hierfür wird bei der Fertigung in die Querbohrung 10 eingebracht und füllt einen Ringspalt zwischen dem Rohr 8 und der Wand der Kanalbohrung 4.
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Die Kanalbohrung 4 ist eine Stufenbohrung. Ein zu der Vorkammer führender Endabschnitt der Kanalbohrung 4 hat einen Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Rohres 8 ist. An diesen Endabschnitt schließt ein Zwischenabschnitt an, in dem das Rohr 8 steckt. Der Durchmesser des Zwischenabschnitts entspricht dem Außendurchmesser des Rohres 8. Vorteilhaft wird dadurch das Eindringen von Lotmaterial in den Zwischenabschnitt erschwert, so dass der Kanal beim Einlöten des Rohres nicht verstopft. An den Zwischenabschnitt schließt ein Hauptabschnitt an, der einen größeren Durchmesser als das Rohr 8 hat. In dem Hauptabschnitt ist zwischen den Kanalwänden und dem Rohr 8 also ein Ringspalt. Dieser Ringspalt ist ebenso wie die Querbohrung zumindest teilweise mit Lot gefüllt.
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Die einzelnen Abschnitte der Kanalbohrung 4 sind in 3 deutlich zu sehen, welche die Kanalbohrung des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels im Detail ohne eingelegtes Rohr 8 zeigt. Der Endabschnitt 4a hat bevorzugt eine größere Länge als der Zwischenabschnitt 4b. Der in 3 nur teilweise dargestellte Hauptabschnitt 4c ist bevorzugt länger als der Zwischenabschnitt 4b und der Endabschnitt 4a und kann den größten Teil der Länge der Kanalbohrung 4 ausmachen. Die schematische Darstellung der 1 ist in dieser Hinsicht nicht maßstabsgetreu.
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Von der Querbohrung 10 ist eine Wandfläche des Hauptabschnitts 4c durchbrochen. Die Querbohrung 10 kann zusätzlich auch eine Wandfläche des Zwischenabschnitts 4b durchbrechen, wie dies beispielsweise in 3 dargestellt ist.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorkammerzündkerze unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 im Wesentlichen dadurch, dass an das die Querbohrung aufweisenden Gehäuseteil 3a ein Gehäuseteil 3d anschließt, das eine an die Kanalbohrung anschließende Bohrung anschließende Bohrung aufweist. Das Rohr 8 erstreckt sich sowohl in der Kanalbohrung 4 als auch in der anschließenden Bohrung und ist zwischen dem Gehäuseteil 3d und dem Gehäuseteil 3a gebogen. Die Kanalbohrung 4 schließt mit der Bohrung in dem Gehäuseteil 3d einen stumpfen Winkel ein, wie dieses in 2 dargestellt ist.
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Indem das Gehäuseteil 3a mit dem Gehäuseteil 3c der 1 oder dem Gehäuseteil 3d der 2 bei hohen Temperaturen verschweißt wird, kann ein Einspannen des Isolators 2 zwischen den betreffenden Gehäuseteilen erreicht werden. Indem die Querbohrung 10 in einem Abstand von der Schweißverbindung zwischen den betreffenden Gehäuseteilen angeordnet ist, wird durch die Befestigung des Rohrs 4 an dem Gehäuseteil 3a die Schweißverbindung und damit die Vorspannkraft nicht beeinträchtigt. Bevorzugt wird das Rohr deshalb durch Induktionserwärmung mit dem Gehäuseteil 3a hart verlötet. Durch die Frequenz des Wechselfeldes kann die Eindringtiefe der Wärme auf das nötige Maß begrenzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zündelektrode
- 2
- Isolator
- 3a
- Gehäuseteil
- 3b
- Gehäuseteil
- 3c
- Gehäuseteil
- 3d
- Gehäuseteil
- 4
- Kanalbohrung
- 4a
- Endabschnitt
- 4b
- Zwischenabschnitt
- 4c
- Hauptabschnittt
- 5
- Auflengewinde
- 6
- Öffnungen
- 7
- Ringdichtung
- 8
- Rohr
- 10
- Querbohrung
