DE102011053530A1

DE102011053530A1 - Vorkammerzündkerze mit rohrförmiger elektrode und verfahrenzur herstellung derselben

Info

Publication number: DE102011053530A1
Application number: DE102011053530A
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Hampson; Domenico Chiera
Original assignee: Woodward Inc
Current assignee: Woodward Inc
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: JP5575716B2; US11674494B2; JP2014139951A; US20120125279A1; US20150361945A1; US9172217B2; JP2012114077A; DE102011053530B4; JP5788561B2

Abstract

Eine Vorkammerzündkerze, die eine Hülse und eine an der Hülse angebrachte Endkappe aufweist. Außerdem weist die Vorkammerzündkerze einen in der Hülse angeordneten Isolator auf. In einer besonderen Ausführungform hat eine Mittelelektrode einen ersten Abschnitt, der vom Isolator umgeben ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich vom Isolator in eine Vorkammer erstreckt. Die Vorkammer wird von der Hülse und der Endkappe definiert. In einer weiteren Ausführungform ist eine Masseelektrode an der Hülse angebracht. In besonderen Ausführungformen hat die Masseelektrode eine rohrförmige Form und weist einen inneren Funkenoberflächenring, der in umgebender Beziehung zu der Mittelelektrode beabstandet ist, um einen Elektrodenabstand zu bilden, einen an der Hülse angebrachten äußeren Ring und eine Vielzahl von gerundeten Speichen auf, die den äußeren und den inneren Ring miteinander verbinden. In einer besonderen Ausführungform ermöglichen die Masse- und die Mittelelektrode die Anbringung von Edelmetalllegierungen zur Verlängerung der Lebensdauer der Elektrodenoberflächen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/416 588, angemeldet am 23. November 2010, deren gesamte Lehre und Offenbarung durch Bezugnahme auf sie vollumfänglich hierin eingebunden ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Zündkerzen für Verbrennungsmotoren und insbesondere Zündkerzen mit einer Vorbrennkammer oder Vorkammer.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mit gasförmigen Kraftstoffen wie Erdgas betriebene Motoren werden gewöhnlich mit einem mageren Kraftstoffgemisch versorgt, das ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff ist, das einen Überschuss an Luft über das „chemisch richtige” oder stöchiometrische Maß hinaus enthält. Das magere Kraftstoffgemisch führt oft zu einer schlechten Verbrennung wie z. B. Fehlzündungen, unvollständige Verbrennung und schlechter Kraftstoffverbrauch und Bemühungen zur Gemischverbesserung führen oft zu Klopfen. Ein Faktor, der zu derartigen Ereignissen führen kann, ist die schlechte Fähigkeit konventioneller Zündkerzen, ein mageres Kraftstoffgemisch im Zylinder des laufenden Motors effektiv und einheitlich zu entzünden. Eine effektivere Verbrennung von mageren Kraftstoffgemischen kann mithilfe einer Vorbrennkammer oder Vorkammer erzielt werden.
Vorkammerzündkerzen werden gewöhnlich zum Verbessern der Entflammbarkeitsgrenzen für magere Gemische in Magermotoren wie z. B. Erdgas-Magermotoren oder Kfz-Otto-Magermotoren verwendet. In bekannten Vorkammerzündkerzen, wie z. B. der in US-Patent 5 554 908 offenbarten Vorkammerzündkerze, ist der Elektrodenabstand in einem Hohlraum eingeschlossen, der ein Volumen hat, das möglicherweise einen relativ kleinen Bruchteil des gesamten Motorzylinderhubraums repräsentiert. In einigen Ausführungsformen ist ein Abschnitt des Hohlraums kuppelförmig gestaltet und hat diverse tangentiale Ansaug-/Ausstoßlöcher. Während des Betriebs wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch beim Aufwärtsbewegen des Motorkolbens während des Verdichtungstakts durch die Ansauglöcher in der Vorkammer gepresst. Die Ausrichtung der Löcher kann die Bewegung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren des Vorkammerhohlraums und den Reaktionsstrahl beim Verlassen der Vorkammer bestimmen.
Wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Vorkammerhohlraum erhöht wird, hat dies starker in den Brennraum des Motors eindringende Flammenstrahlen zur Folge. Diese Flammenstrahlen verbessern die Fähigkeit des Motors, bei magereren Luft-Kraftstoff-Gemischen eine schnellere und wiederholbare Flammenausbreitung im Brennraum des Motors zu erzielen. Viele konventionelle Vorkammer-Zündkerzen haben nichtwiederholbare und nicht vorhersagbare Leistungskennlinien, die möglicherweise zu einem höheren Streuungskoeffizienten (COV) als gewünscht und zu Fehlzündungen führen können, was ein Maßstab für die Rauheit sind. Des Weiteren sind viele konventionelle Vorkammerzündkerzen gegenüber Herstellungsvariationen empfindlich.
Eine der Herausforderungen bei der Zündkerzengestaltung ist es, trotz der Tatsache, dass bei Verbrennungsmotoren die frische Zylinderfüllung von einem Zyklus zum nächsten in vielerlei Hinsicht (z. B. Äquivalenzverhältnis, Turbulenz, Temperatur, Rückstände) gewöhnlich nicht homogen oder wiederholbar ist, eine Zündkerze zu schaffen, die einen wiederholbaren und kontrollierbaren Zündverzug während des Verbrennungsprozesses erzielen kann. Auch ist eine Zündkerze erwünscht, die gegenüber Variationen bei der Fertigung oder bezüglich ihrer Komponenten oder ihres Aufbaus relativ unempfindlich ist.
Ausführungsformen der Erfindung sehen eine derartige Zündkerze vor. Diese und andere Vorteile der Erfindung sowie zusätzliche Erfindungsmerkmale gehen aus der hierin bereitgestellten Beschreibung der Erfindung hervor.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt sehen Ausführungsformen der Erfindung eine Vorkammerzündkerze vor, die eine Hülse und eine an der Hülse angebrachte Endkappe, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode beinhaltet. Außerdem weist die Vorkammerzündkerze einen in der Hülse angeordneten Isolator auf. In einer besonderen Ausführungsform hat die Mittelelektrode einen ersten Abschnitt, der vom Isolator umgeben ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich vom Isolator in eine Vorkammer erstreckt. Das Vorkammervolumen wird von der Hülse und der Endkappe definiert. In einer weiteren Ausführungsform ist die Masseelektrode an der Hülse angebracht. In besonderen Ausführungsformen weist die Masseelektrode einen inneren Ring, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode beabstandet ist, einen an der Hülse angebrachten äußeren Ring und eine Vielzahl von Speichen, die den inneren und den äußeren Ring miteinander verbinden, auf. In einer besonderen Ausführungsform hat die Masseelektrode eine rohrförmige Form, die zum Schutz des ankommenden Mittellochflusses, der durch den Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode hindurchströmt, vor Störungen durch den über seitliche Löcher einströmenden Fluss dient. Die rohrförmige Gestalt lenkt zudem den Fluss durch seitliche Löcher hinter der Masseelektrode am Rand, so dass er sich beim Verlassen des Spalts dem Flammenkern anschließt. Außerdem hat die Mittelelektrode eine aerodynamische Gestalt, die die Flussstromlinie vom Mittelloch durch den Spalt verbessert.
In einem weiteren Aspekt sehen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Fördern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor vor. Das Verfahren beinhaltet das Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Vorkammer einer Vorkammerzündkerze. In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet das Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Vorkammer das Bereitstellen eines ersten Kanals, um den Fluss einer ersten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in einen Spalt zwischen der Mittel- und der Masseelektrode mit einer überwiegend rückwärtigen Strömungsrichtung aus der vorderen Kammer der Vorkammer zuzulassen, und das Entzünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Spalt, wobei die Entzündung einen Flammenkern produziert. Ferner beinhaltet das Verfahren das Verursachen des Transports des Flammenkerns zu einer hinteren Kammer der Vorkammer und das Bereitstellen eines zweiten Kanals, um den Fluss einer sekundären (seitlichen) Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in die vordere Kammer zuzulassen, so dass die sekundäre Luft-Kraftstoff-Gemischmenge zur hinteren Kammer strömt, um von dem Flammenkern entzündet zu werden. Der sekundäre Fluss kann auch eine Verwirbelung aufweisen, die dazu dient, die sich entwickelnde Flamme in der hinteren Kammer in azimutaler Richtung auszubreiten – so dass die azimutale Einheitlichkeit verbessert wird. Die Entzündung der ersten und der zweiten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge erzeugt in der Vorkammer einen Druckanstieg, der verursacht, dass aus dem ersten und dem zweiten Kanal ein Flammenstrahl austritt. Die Kanallochgröße und der Kanallochwinkel können optimiert werden, um die Flammenstrahlgeschwindigkeit und die Eindringung des Flammenstrahls in die Hauptkammer zu maximieren, wodurch die Verbrennung in der Hauptkammer verbessert wird. Die Lochgröße bestimmt sowohl Ein- als auch Ausströmung und ist daher optimiert, um den/die gewünschte(n) motorspezifische(n) Zündverzugzeit, Strahlgeschwindigkeit und Flammenstrahleindringung und somit Hauptkammerverbrennungsgeschwindigkeit zu erzielen.
In noch einem weiteren Aspekt sehen Ausführungsformen der Erfindung eine Vorkammerzündkerze vor, die eine Hülse und eine an der Hülse angebrachte Endkappe aufweist. Außerdem weist die Vorkammerzündkerze einen in der Hülse angeordneten Isolator auf. In einer speziellen Ausführungsform hat eine Mittelelektrode einen ersten Abschnitt, der von dem Isolator umgeben ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich vom Isolator in eine Vorkammer erstreckt. Die Vorkammer wird von der Hülse und der Endkappe definiert. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Masseelektrode an der Hülse angebracht. In besonderen Ausführungsformen weist die Masseelektrode einen inneren Ring auf, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode beabstandet ist, und eine von dem inneren Ring radial nach außen vorspringende Vielzahl von Speichen, die den Ring in Solllage halten. In einer Ausführungsform ist das Ende jeder Speiche an der Hülse angebracht.
Ferner sehen in einem weiteren Aspekt Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Vorkammerzündkerze vor. Das Verfahren beinhaltet das Anbringen einer Masseelektrode an der Hülse. In einer besonderen Ausführungsform umfasst die Masseelektrode eine rohrförmige Elektrode. In wenigstens einer Ausführungsform hat die rohrförmige Elektrode einen inneren Ring, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode positioniert ist.
Das Verfahren beinhaltet auch das Anbringen von Edelmetall an der Mittelelektrode und der Masseelektrode, das die funkenbildende Oberfläche repräsentiert. Das Verfahren beinhaltet auch den Herstellungsprozess, mit dem der Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode während der Herstellung und Montage mit einem Abstandseinstellwerkzeug erzeugt wird, so dass der Elektrodenabstand während Herstellung und Montage genau festgelegt wird – was die Notwendigkeit einer nachträglichen Einstellung des Elektrodenabstands nach der Fertigung verringert. In einer Ausführungsform wird das Abstandseinstellwerkzeug vor der abschließenden Anbringung der Masseelektrode an der Hülse zwischen die Mittelelektrode und die Masseelektrode gesteckt.
Dieser Abstand wird am besten aufrechterhalten, wenn dies der abschließende Erhitzungsschritt im Prozess ist.
Die spezielle Anordnung einer rohrförmigen Masseelektrode mit einer konzentrischen Mittelelektrode, die Bedingungen für den Fluss durch den Spalt zur Rückseite der Masseelektrode geschaffen hat, kann in einer Vorkammer-im-Kopf-Gestaltung erzielt werden, die die Hülse der Zündkerze nicht benötigt, wobei die Zylinderkopfvorkammer an die Stelle der Zündkerzenhülsenwand tritt. Außerdem kann Kraftstoff zur Vorkammerzündkerze oder der Vorkammer-im-Kopf-Vorrichtung zugeführt werden, um die Grenze für mageren Betrieb weiter auszudehnen. Diese werden als „kraftstoffgespeiste” Vorrichtungen bezeichnet.
Andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die in die Beschreibung eingebundenen und Teil dieser bildenden Begleitzeichnungen veranschaulichen mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, zum Erläutern der Grundsätze der Erfindung. Es zeigt:
1 eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer Vorkammerzündkerze gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Darstellung der rohrförmigen Elektrode, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
3 eine beispielhafte Ausführungsform des ersten und des zweiten Elektrodenoberflächenrings gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Draufsicht der rohrförmigen Elektrode, die gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
5 eine Querschnittansicht der rohrförmigen Elektrode mit einem ersten Elektrodenoberflächenring auf einem Trägermaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 eine perspektivische Darstellung einer rohrförmigen Elektrode, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
7 eine Endansicht einer Endkappe für die Vorkammerzündkerze gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Querschnittansicht der Endkappe von 7 und
9 eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer Vorkammerzündkerze gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.
Die Erfindung wird zwar in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, es besteht aber keine Absicht, sie auf diese Ausführungsformen zu begrenzen. Im Gegensatz, sie soll alle Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen abdecken, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, eingeschlossen sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um die Probleme eines wiederholbaren und kontrollierbaren Zündverzugs während des Verbrennungsprozesses anzugehen, der sowohl einen effizienteren Verbrennungsprozess als auch eine längere Lebensdauer für die Zündkerze zur Folge hat, wurde eine Vorkammerzündkerze entwickelt, die eine rohrförmige Elektrode zur Regelung der Flammenkernentwicklung, des Zündverzugs, der Flammenstrahlentwicklung beinhaltet und die Motorleistung verbessert. Der Verzug ist die Zeitspanne zwischen dem Zündfunken und dem Zeitpunkt, an dem die Verbrennung ein Volumen bewirkt, das zum Erhöhen des Drucks in der Vorkammer ausreicht.
1 illustriert eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer Vorkammerzündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorkammerzündkerze 100 hat eine Längsachse 101 und eine Mittelelektrode 102, die entlang der Längsachse 101 verläuft und weiter von einem Isolator 104 in eine Vorbrennkammer verläuft, die in eine hintere Kammer 106 und eine vordere Kammer 108 unterteilt ist. Eine rohrförmige Elektrode 110, die als die Masseelektrode dient, ist im Inneren einer Hülse 112 angeordnet. In Ausführungsformen der Erfindung ist die Hülse 112 aus einem hochfesten Metall hergestellt, das hohen Temperaturen gegenüber beständig ist. Der Scheibenteil 114 der rohrförmigen Elektrode 110 trennt die hintere Kammer 106 von der vorderen Kammer 108. Eine Endkappe 116 definiert ein Ende des Vorkammervolumens der Zündkerze 100 und auch eine Grenze der vorderen Kammer 108. Wie in 1 gezeigt wird, kann in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Innenfläche 118 der Hülse 112 einen abgestuften Abschnitt 120 haben, so dass die rohrförmige Elektrode 110 während der Montage der Vorkammerzündkerze 100 auf dem abgestuften Abschnitt 120 zu sitzen kommen kann.
2 ist eine perspektivische Darstellung der rohrförmigen Elektrode 110, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Die rohrförmige Elektrode 110 hat einen inneren Ring 130 und einen äußeren Ring 132, die in der rohrförmigen Masseelektrode 110 eingebettet sind. In der Ausführungsform von 2 sind der innere Ring 130 und der äußere Ring 132 durch drei Speichen 134 miteinander verbunden. Vom inneren Ring 130 im mittleren Abschnitt der rohrförmigen Elektrode 110 erstreckt sich ein rohrförmiger innerer Ring oder Geschwindigkeitsregelungskragen 136. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 illustriert, erstreckt sich der Geschwindigkeitsregelungskragen 136 in einer Richtung von dem Scheibenteil 114 weg in die vordere Kammer 108. Eine mittige Öffnung 138 verläuft durch den inneren Ring 130 und den Geschwindigkeitsregelungskragen 136.
In einer Ausführungsform der Erfindung, wobei weiterhin auf 2 Bezug genommen wird, ist die rohrförmige Elektrode 110 aus einer Kupferlegierung, einer Nickellegierung oder einem anderen relativ hoch leitfähigen Metall hergestellt. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Edelmetall an einer Innenfläche 140 des inneren Rings 130 angebracht oder auf sie aufgebracht. Edelmetalle werden gewöhnlich an den Elektroden von Zündkerzen verwendet, um die Lebensdauer der Zündkerze zu verlängern und die Leistung zu verbessern. Die für diese Anwendung gewählten Edelmetalle weisen einen hohen Schmelzpunkt, hohe Leitfähigkeit und erhöhte Oxidationsbeständigkeit auf. In Ausführungsformen der Erfindung verkleidet ein erster Elektrodenoberflächenring 142 aus z. B. Platin oder Legierungen davon, Rhodium oder Legierungen davon, Wolfram oder Legierungen davon, Iridium oder Legierungen davon die Innenfläche 140 des inneren Rings 130. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist die Innenfläche 140 des inneren Rings 130 mit einer Iridium-Rhodium-Legierung oder einer Nickellegierung verkleidet. In besonderen Ausführungsformen der Erfindung, wobei wieder auf 1 Bezug genommen wird, ist ein zweiter Elektrodenoberflächenring 144 aus demselben oder einem ähnlichen Material wie der erste Elektrodenoberflächenring 142 an einer Außenfläche 146 der Mittelelektrode 102 angebracht oder auf sie aufgebracht.
Die Speichen 134, wobei wieder auf 2 Bezug genommen wird, können zur leichten Fertigung mit rechteckigen Rändern versehen sein oder eine gekrümmte Kontur haben, um durch die Zwischenräume zwischen den Speichen 134 hindurchströmenden Gasen weniger Widerstand zu bieten. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann es eine größere oder kleinere Zahl von Speichen geben, die den inneren Ring 130 und den äußeren Ring 132 miteinander verbinden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung hat die rohrförmige Elektrode 110 keinen aus einem Edelmetall hergestellten Elektrodenoberflächenring. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die gesamte rohrförmige Elektrode 110 aus einem einzigen Material wie z. B. einer Nickellegierung hergestellt.
Die rohrförmige Elektrode 110 kann im Wesentlichen als einteiliges Stück gegossen oder bearbeitet werden, aber der erste Elektrodenoberflächenring kann möglicherweise auch ein separater Ring aus einer Art von Edelmetall oder einem ähnlich geeigneten Metall sein. Außerdem ist vorgesehen, dass die rohrförmige Elektrode 110 aus Pulvermetall hergestellt sein kann, wobei das Pulvermetall gesintert oder spritzgegossen wird. Andere Herstellungsmethoden, bei denen das Pulvermetall, anstatt gesintert zu werden, geschmolzen wird, sind ebenfalls vorgesehen. In wenigstens einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Elektrodenoberflächenring 142, 144 aus z. B. zylindrischem oder Vierkantstabmaterial hergestellt, das auf Länge zugeschnitten und zu einem Ring geformt wird. in einer alternativen Ausführungsform ist der erste und der zweite Elektrodenoberflächenring 142, 144 aus flachem Blechmaterial hergestellt und es wird eine Stanzvorrichtung verwendet, um eine Anzahl von Elektrodenoberflächenringen 142, 144 aus einem einzelnen flachen Blech zu produzieren. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des ersten und des zweiten Elektrodenoberflächenrings 142, 144, bei der die zwei Elektrodenoberflächenringe in einem einzelnen Durchgang gestanzt werden, so dass der erste und der zweite Elektrodenoberflächenring 142, 144 über drei Ansätze 148 angebracht sind. In einer besonderen Ausführungsform werden der erste und der zweite Elektrodenoberflächenring 142, 144 mit angebrachten Ansätzen 148 an der rohrförmigen Elektrode 110 montiert, um die richtige Beabstandung zwischen den Elektrodenoberflächenringen 142, 144 aufrecht zu erhalten. Die Ansätze 148 werden entfernt, nachdem der erste Elektrodenoberflächenring 142 an der rohrförmigen Elektrode 110 angebracht worden ist und nachdem der zweite Elektrodenoberflächenring 144 an der Mittelelektrode 102 angebracht worden ist. Der Ring 142 kann auch in einen oder mehrere halbkreisförmige Abschnitte zertrennt werden, um Fertigung, Montage, Anbringung und/oder Wärmeausdehnung gerecht zu werden.
Eine alternative Ausführungsform der rohrförmigen Elektrode wird in 4 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind der innere Ring 130, der äußere Ring 132, die Speichen 134 und der Geschwindigkeitsregelungskragen 136 im Wesentlichen die gleichen wie für die rohrförmige Elektrode 110. Die rohrförmige Elektrode 111 weist aber den zweiten Elektrodenoberflächenring 144 auf, der mit drei Ansätzen 156 am ersten Elektrodenoberflächenring 142 angebracht ist. Dadurch wird die richtige Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenoberflächenring 142, 144 aufrecht erhalten, bis die Montage abgeschlossen ist. Nach der Montage können die Ansätze 156 mechanisch oder durch Elektronenstrahl oder Wasserstrahl oder mit einem ähnlichen Verfahren entfernt werden. In einer besonderen Ausführungsform können die Ansätze 156 aber z. B. aus einem Material mit einem beträchtlich niedrigeren Schmelzpunkt als dem der anderen Materialien in der rohrförmigen Elektrode 111 oder dem zweiten Elektrodenoberflächenring 144 hergestellt sein. Die Ansätze 156 können daher nach der Montage der rohrförmigen Elektrode 111 an der Vorkammerzündkerze 100 durch Verbrennen oder Schmelzen entfernt werden.
Es gibt mehrere Verfahren, mit denen der erste Elektrodenoberflächenring 142 an der rohrförmigen Elektrode 110 angebracht werden kann. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die rohrförmige Elektrode 110 um den ersten Elektrodenoberflächenring 142 gegossen. In einer alternativen Ausführungsform wird ein separater Metallring mit einer Schicht aus Edelmetall oder einem ähnlich geeigneten Metall, das an einer Innenfläche des Metallrings angebracht ist, am inneren Ring 130 der rohrförmigen Elektrode 110 montiert.
Zum Beispiel kann das Elektrodenoberflächenringmaterial durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung z. B. auf ein Pulvermetallsubstrat aufgebracht werden. Zum Beispiel kann das Pulvermetallsubstrat ein Hohlzylinder sein und das Elektrodenoberflächenringmaterial kann auf die Innenfläche des Hohlzylinders aufgebracht werden. Der Zylinder könnte in eine Anzahl erster Elektrodenoberflächenringe 142 geschnitten werden. Wenn das gleiche Material auf der Außenseite eines kleineren Hohlzylinders aufgebracht würde, könnte er in eine Anzahl von zweiten Elektrodenoberflächenringen 144 geschnitten werden. Die auf diese Weise hergestellten ersten Elektrodenoberflächenringe 142 könnten in die mittige Öffnung der rohrförmigen Elektrode 110 eingesetzt und dort angeschweißt oder angelötet werden. 5 zeigt eine Querschnittansicht der rohrförmigen Elektrode 110, die einen ersten Elektrodenoberflächenring 142 hat, der an einem Trägermaterial 143, z. B. einer Nickellegierung oder einer hoch leitfähigen Legierung, angebracht oder auf es aufgebracht ist. In einer besonderen Ausführungsform ist die Schweißung eine Heftschweißung an einem Punkt oder einigen wenigen ausgewählten Punkten, um eine gewisse relative Bewegung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungsgeschwindigkeiten für die verschiedenen Materialien zuzulassen. Die Verwendung der oben beschriebenen Verfahren zum Hinzufügen des Edelmetalls zur rohrförmigen Elektrode 110 ermöglicht die Fertigung der Vorkammerzündkerze 100 mit weniger Edelmetall, als in konventionellen Vorkammerzündkerzen gewöhnlich benutzt wird, wodurch die Vorkammerzündkerze 100 weniger kostspielig herzustellen ist als viele konventionelle Vorkammerzündkerzen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die rohrförmige Elektrode 110 aus separaten Teilen zusammengebaut sein. Die Ausführungsform von 5 zeigt auch eine Querschnittansicht einer besonderen Ausführungsform der rohrförmigen Elektrode 110, die einen separaten Scheibenteil 114 und einen Geschwindigkeitsregelungskragen 136 hat. In wenigstens einer Ausführungsform hat der Geschwindigkeitsregelungskragen 136 an einem Ende einen ausgesparten Abschnitt 152 und der ausgesparte Abschnitt wird in einen ringförmigen Aufnahmeabschnitt 154 im Scheibenteil 114 eingepresst. In einer weiteren Ausführungsform könnte der ringförmige Aufnahmeabschnitt 154 einwärts in den ausgesparten Abschnitt 152 des Geschwindigkeitsregelungskragens 136 eingepresst werden und ihn in Solllage halten. In einer weiteren Ausführungsform weist der ausgesparte Abschnitt 152 einen ringförmigen Vorsprung um seinen Umfang auf, der in eine Ausnehmung in dem ringförmigen Aufnahmeabschnitt 154 der rohrförmigen Elektrode 110 passt, um die Befestigung zwischen dem Scheibenteil 114 und dem Geschwindigkeitsregelungskragen 136 zu verbessern. In einer alternativen Ausführungsform ist der ausgesparte Abschnitt 152 zusammen mit einer Innenfläche des ringförmigen Aufnahmeabschnitts 154 so mit Gewinde versehen, dass der Geschwindigkeitsregelungskragen 136 in den Scheibenteil 114 eingeschraubt werden kann.
Im Betrieb, wobei jetzt wieder auf 1 Bezug genommen wird, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Hauptzylinder des Motors (nicht gezeigt) durch ein mittleres Loch 162 (siehe auch 7 und 8) in Endkappe 116 und durch eine Vielzahl von Randlöchern 164 (siehe auch 7 und 8) in die vordere Kammer 108 der Vorkammerzündkerze 100 gesaugt. Das durch das mittlere Loch 162 eingesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt durch den Geschwindigkeitsregelungskragen 136 zum Elektrodenabstand zwischen Mittelelektrode 102 und rohrförmiger Elektrode 110, wo es von einem elektrischen Funken entzündet wird. Die Geschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs verursacht, dass der anfängliche Flammenkern in die hintere Kammer 106 transportiert wird.
Das durch die Randlöcher 164 eingesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch hat aufgrund der Abwinklung der Randlöcher 164 eine Verwirbelung. Das wirbelnde Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt an der Außenseite des Geschwindigkeitsregelungskragens 136 vorbei zur hinteren Kammer 106, wo es von dem Flammenkern aus dem Mittellochfluss entzündet wird. Die von der Verwirbelung des Luft-Kraftstoff-Gemischs verursachte Turbulenz verteilt den wachsenden Flammenkern in der hinteren Kammer 106, wobei vorwiegend der Kraftstoff in der hinteren Kammer 106 verzehrt wird. Dies führt während des Voranschreitens der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs von der hinteren Kammer 106 zur vorderen Kammer 108 zu einer schnelleren Verbrennung und einem raschen Anstieg des Drucks in der Vorkammer. Das Ergebnis ist eine vollständigere Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs und daher ein höherer Druck in der Vorkammer. Dies führt zu einem Flammenstrahl hoher Geschwindigkeit durch das mittlere Loch 162 und durch die Vielzahl von Randlöchern 164 in den Hauptbrennraum hinein (nicht abgebildet).
Auf diese Weise wird die Zündung durch den Fluss des Flammenkerns zur hinteren Kammer 106 verzögert. Der Verbrennungsprozess beginnt in der hinteren Kammer 106 und muss durch die vordere Kammer 108 voranschreiten, bevor die resultierenden Flammen in den Hauptbrennraum hineinspringen. Weil dieser größerer Zündverzug zu einer vollständigeren Verbrennung führt, ist der Prozess wiederholbarer und weist weniger Variationen und daher einen niedrigeren COV als bei typischen konventionellen Vorkammerzündkerzen auf. Ein zusätzlicher Vorteil der verzögerten Entzündung ist, dass der Zündfunke im Verbrennungszyklus früher ausgelöst werden kann, wenn der Zylinderdruck niedriger ist, als dies ohne den Zündverzug der Fall wäre. Das Auslösen des Zündfunkens, wenn der Zylinderdruck niedriger ist, verlängert die Lebensdauer der Vorkammerzündkerze 100.
Des Weiteren kann beim Konfigurieren der Vorkammerzündkerze das Volumen der hinteren Kammer 106 hinter der rohrförmigen Elektrode 110 und das der vorderen Kammer 108 vor der rohrförmigen Elektrode 110 zur Steuerung der Flammenkernentwicklung und somit des Zündverzugs optimiert werden. Das Verhältnis des Volumens der vorderen Kammer 108 zu dem der hinteren Kammer 106 bestimmt die Größe und Eindringung des Flammenstrahls, der aus dem mittleren Loch 162 austritt.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer rohrförmigen Elektrode 180, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Die rohrförmige Elektrode 180 dient als Masseelektrode und ähnelt der rohrförmigen Elektrode 110, außer dass die rohrförmige Elektrode 180 keinen äußeren Ring hat. Die rohrförmige Elektrode 180 weist den inneren Ring 130 mit einer mittigen Öffnung 138 auf. Der innere Ring 130 erstreckt sich axial und bildet so den Geschwindigkeitsregelungskragen 136. In der Ausführungsform von 6 erstrecken sich drei Speichen 134 vom Äußeren des inneren Rings 130 radial nach außen. In einer besonderen Ausführungsform wird die rohrförmige Elektrode 180 an der Vorkammerzündkerze 100 montiert, indem ein Ende 182 jeder Speiche 134 direkt an der Hülse 112 angebracht wird. Die Anbringung erfolgt durch Schweißen, Löten oder dergleichen.
7 und 8 zeigen eine Endansicht bzw. eine Querschnittansicht der Endkappe 116 für Vorkammerzündkerze 100 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. In einer besonderen Ausführungsform ist die Endkappe 116 kelchförmig, so dass sie geringfügig aus dem Ende der Hülse 112 vorsteht. Die Endkappe 116 hat ein mittleres Loch 162, das in wenigstens einer Ausführungsform um die Längsachse 101 der Vorkammerzündkerze 100 zentriert ist. Das mittlere Loch 162 ist zur Regelung des Durchflusses des Luft-Kraftstoff-Gemischs in die vordere Kammer 108 konfiguriert. Die Endkappe 116 weist ferner die Vielzahl von Randlöchern 164 auf, die in eine(r) Seitenwand 166 der Endkappe 116 gebohrt oder ausgebildet werden können. Die Randlöcher 164 sind zum Erzeugen einer Verwirbelung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorbrennkammer konfiguriert. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Endkappe 116 durch Schweißen, Löten oder dergleichen an der Hülse 112 angebracht.
7 und 8 illustrieren eine Ausführungsform der Endkappe 116 mit sieben Randlöchern 164 in der Seitenwand 166 und sieben Randlochachsen 168. Der Einfachheit halber wird in 7 nur eine Randlochachse 168 gezeigt. 7 zeigt eine Endansicht der Endkappe 116, die einen beispielhaften Verwirbelungswinkel für die Randlöcher 164 beinhaltet und ferner die Längsachse 101 für die Vorkammerzündkerze 100 beinhaltet, wie sie in einer besonderen Ausführungsform liegen würde, wenn die Endkappe 116 an Hülse 112 montiert wäre. 8 ist eine Querschnittansicht der Endkappe 116 und zeigt einen beispielhaften Eindringungswinkel für die Randlöcher 164.
Andere Ausführungsformen der Endkappe 116 können mehr oder weniger als sieben Randlöcher 164 haben. Die Randlöcher 164 sind so abgewinkelt, dass keine der Randlochachsen 168 die Längsachse 101 schneidet. Wie oben angegeben, illustriert 7 einen Verwirbelungswinkel für die Randlöcher 164. Wie in 7 gezeigt, wird der Verwirbelungswinkel als der Winkel zwischen der Randlochachse 168 und einer radialen Linie 169 definiert, die von der Mitte der Endkappe 116 durch einen Punkt auf der Randlochachse 168 auf halbem Weg zwischen den Enden des Zylinders verläuft, der von dem entsprechenden Randloch 164 definiert wird.
In der Ausführungsform von 7 und 8 beträgt der Verwirbelungswinkel 45 Grad, in alternativen Ausführungsformen könnte er aber größer oder kleiner als 45 Grad sein. 8 illustriert einen Eindringungswinkel für die Randlöcher 164. Wie in 8 gezeigt, ist der Eindringungswinkel als der Winkel zwischen der Randlochachse 168 und der Längsachse 101 oder einer zur Längsachse 101 parallelen Linie 171 definiert. Während des Motorbetriebs, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die vordere Kammer 108 der Vorkammer eingeführt wird, erzeugt die Abwinklung der Randlöcher 164 einen auf das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer wirkenden Wirbeleffekt. Die genaue Lage (d. h. an der Seitenwand 166) und Konfiguration (z. B. Durchmesser, Winkel) der Randlöcher 164 hängt von dem gewünschten Strömungsfeld und der gewünschten Luft-Kraftstoff-Verteilung in der Vorbrennkammer ab.
9 ist eine Querschnittansicht einer Vorkammerzündkerze 200, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Die Vorkammerzündkerze 200 hat eine Längsachse 201. Die Mittelelektrode 102, die entlang der Längsachse 201 verläuft, verläuft ferner vom Isolator 104 in die in hintere Kammer 106 und vordere Kammer 108 unterteilte Vorkammer hinein. Eine rohrförmige Elektrode 210, die in Hülse 112 angeordnet ist, dient als die Masseelektrode. Der Scheibenteil 214 der rohrförmigen Elektrode 210 trennt die hintere Kammer 106 von der vorderen Kammer 108. Die Endkappe 116 definiert das Ende der Vorkammerzündkerze 200 und auch eine Grenze der vorderen Kammer 108. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Innenfläche 118 der Hülse 112 einen abgestuften Abschnitt 120 haben, so dass die rohrförmige Elektrode 210 während der Montage der Vorkammerzündkerze 200 auf dem abgestuften Abschnitt 120 zu sitzen kommen kann.
Im Betrieb funktioniert die Vorkammerzündkerze 200 auf ähnliche Weise wie die für den Betrieb der Vorkammerzündkerze 100 oben beschriebene. In 9 ist aber ersichtlich, dass sich ein rohrförmiger innerer Ring oder Geschwindigkeitsregelungskragen 236 axial sowohl in die vordere Kammer 108 als auch in die hintere Kammer 106 hinein erstreckt. Indem die Länge des Geschwindigkeitsregelungskragens 236 vergrößert wird, d. h. der Abschnitt hinzugefügt wird, der sich in die hintere Kammer 106 erstreckt, kann der Zündverzug noch weiter vergrößert werden. In diesem Fall wird der Zündverzug von der Länge des verlängerten hinteren Abschnitts des Geschwindigkeitsregelungskragens 236 und von der Strömungsgeschwindigkeit im verlängerten hinteren Abschnitt des Geschwindigkeitsregelungskragens 236 bestimmt. Die Strömungsgeschwindigkeit im Geschwindigkeitsregelungskragen 236 ist eine Funktion des Massendurchflusses durch den Mittelkanal 162. Der vergrößerte Zündverzug, der sich durch den verlängerten Geschwindigkeitsregelungskragen 236 ergibt, lässt es zu, dass der Funke noch früher ausgelöst wird als im Fall der Vorkammerzündkerze 100. Das frühere Auslösen des Funkens, wenn der Zylinderdruck niedriger ist, verlängert die Lebensdauer der Zündkerze. Eine derartige Gestaltung ermöglicht auch die Herstellung von Vorkammerzündkerzen mit Mittel- und Masseelektrode ohne Edelmetall. Dies verringert die Materialkosten und vereinfacht die Herstellung und Montage der Zündkerze beträchtlich.
Alle Bezugsobjekte, einschließlich Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und hierin angeführte Patente, sind hiermit durch Bezugnahme auf dieselben in gleichem Maße einbezogen, als ob jedes Bezugsobjekt einzeln und spezifisch durch Bezugnahme einbezogen wäre und vollumfänglich hierin dargelegt wäre.
Die Verwendung der Begriffe „ein/e/r” und „der”, „die”, „das” und ähnliche Verweise im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Zusammenhang mit den folgenden Ansprüchen) ist als Singular und Plural abdeckend auszulegen, sofern hierin nicht anders angegeben oder sofern dem durch den Zusammenhang nicht deutlich widersprochen wird. Die Begriffe „umfassen”, „aufweisen”, „beinhalten” und „enthalten” sind als offene Begriffe auszulegen (d. h. sie bedeuten „einschließlich, aber nicht darauf begrenzt”), sofern nicht anders angegeben. Die Angabe von Wertebereichen hierin dient lediglich als Kurzschreibweise anstatt der einzelnen Nennung jedes separaten Wertes, der in den Bereich fällt, sofern hierin nicht anders angegeben wird, und jeder separate Wert ist in die Beschreibung einbezogen, als würde er hierin einzeln genannt. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nicht anderweitig angegeben oder sofern dem durch den Zusammenhang nicht deutlich widersprochen wird. Die Verwendung beliebiger und aller hierin angegebener Beispiele oder beispielbezogener Ausdrücke (z. B. „wie z. B.”) soll lediglich die Erfindung besser veranschaulichen und stellt keine Begrenzung des Umfangs der Erfindung dar, sofern kein anderweitiger Anspruch besteht. Kein Ausdruck in der Patentbeschreibung darf so ausgelegt werden, als ob er andeutete, dass ein nicht beanspruchtes Element für die Ausführung der Erfindung wesentlich ist.
Hierin werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben, einschließlich der besten den Erfindern bekannten Ausführungsart für die Erfindung. Variationen dieser bevorzugten Ausführungsformen werden der Durchschnittsfachperson beim Lesen der vorangehenden Beschreibung möglicherweise offensichtlich werden. Die Erfinder erwarten, dass fachkundige Personen derartige Variationen entsprechend einsetzen werden, und die Erfinder sehen vor, dass die Erfindung anders als hierin speziell beschrieben ausgeführt wird. Dementsprechend beinhaltet die Erfindung alle Modifikationen und Entsprechungen des in den hieran angehängten Ansprüchen genannten Gegenstands, wie vom einschlägigen Recht gestattet. Darüberhinaus umschließt. die Erfindung alle Kombinationen der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen hiervon, sofern hierin nicht anders angegeben oder sofern dem aus dem Zusammenhang nicht anderweitig deutlich widersprochen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5554908 [0004]

Claims

Vorkammerzündkerze, umfassend: eine Hülse, eine an der Hülse angebrachte Endkappe, einen in der Hülse angeordneten Isolator, eine Mittelelektrode, die einen ersten Abschnitt, der vom Isolator umgeben ist, und einen zweiten Abschnitt hat, der sich vom Isolator in eine Vorkammer erstreckt, wobei die Vorkammer von der Hülse und der Endkappe definiert wird, und eine an der Hülse angebrachte Masseelektrode, wobei die Masseelektrode Folgendes aufweist: einen rohrförmigen inneren Ring, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode beabstandet ist, einen an der Hülse angebrachten äußeren Ring und eine Vielzahl von Speichen, die den inneren und den äußeren Ring miteinander verbinden.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings, der an die Mittelelektrode angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Platinlegierung, eine Rhodiumlegierung oder eine Iridium-Rhodium-Legierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings, der an die Mittelelektrode angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Wolframlegierung, eine Iridiumlegierung oder eine Nickellegierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt der Mittelelektrode, der an den inneren Ring angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Platinlegierung, eine Rhodiumlegierung oder eine Iridium-Rhodium-Legierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt der Mittelelektrode, der an den inneren Ring angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Wolframlegierung, eine Iridiumlegierung oder eine Nickellegierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei die Gestalt jeder der Vielzahl von Speichen konfiguriert ist, um einen Gasfluss durch Zwischenräume zwischen den Speichen zu fördern.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei die Endkappe einen Mittelkanal umfasst, der konfiguriert ist, um einen ersten Fluss von Luft-Kraftstoff-Gemisch in den rohrförmigen inneren Ring zu lenken.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 7, wobei die Endkappe ferner eine Vielzahl von Randkanälen umfasst, die konfiguriert sind, um zu bewirken, dass ein zweiter Fluss von Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Vorkammer durch die Vorkammer wirbelt.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Randkanälen so abgewinkelt sind, dass jeder Kanal eine Längsachse hat, die weder senkrecht noch parallel zu einer Längsachse der Vorkammerzündkerze ist und die Längsachse der Vorkammerzündkerze nicht schneidet.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings axial von einer Spitze der Mittelelektrode in Richtung auf die Endkappe verläuft.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 10, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings axial von der Spitze der Mittelelektrode von der Endkappe weg verläuft.
Verfahren zum Fördern der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine, das Folgendes umfasst: Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Vorkammer einer Vorkammerzündkerze, wobei das Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Vorkammer Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ersten Kanals, um den Fluss einer ersten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in eine vordere Kammer der Vorkammer zuzulassen, Entzünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs, wobei die Entzündung einen Flammenkern erzeugt, Verursachen des Transports des Flammenkerns zu einer hinteren Kammer der Vorkammer und Bereitstellen eines zweiten Kanals, um den Fluss einer zweiten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in die vordere Kammer zuzulassen, so dass die zweite Luft-Kraftstoff-Gemischmenge zur hinteren Kammer strömt, um darin von dem Flammenkern entzündet zu werden, wobei die Entzündung der ersten und der zweiten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge verursacht, dass aus dem ersten und dem zweiten Kanal ein Flammenstrahl ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen eines ersten Kanals das Bereitstellen eines Mittellochs in einer Endkappe der Vorkammerzündkerze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen eines zweiten Kanals das Bereitstellen eines Kanals mit einer Längsachse umfasst, die zu einer Längsachse der Vorkammerzündkerze weder parallel noch senkrecht ist noch sie schneidet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bereitstellen des zweiten Kanals das Bereitstellen eines Kanals umfasst, der zum Erzeugen einer turbulenten Strömung der zweiten Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in der Vorkammer konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Vorkammer einer Vorkammerzündkerze das Bereitstellen einer Masseelektrode umfasst, die zum Verzögern der Entzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Masseelektrode einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der in enger Nähe zu einer Mittelelektrode positioniert ist, wobei der rohrförmige Abschnitt axial parallel zu einer Längsachse der Vorkammerzündkerze verläuft.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Luft-Kraftstoff-Gemischmenge durch das Innere des rohrförmigen Abschnitts strömt und die zweite Luft-Kraftstoff-Gemischmenge um das Äußere des rohrförmigen Abschnitts herum strömt.
Vorkammerzündkerze, umfassend: eine Hülse, eine an der Hülse angebrachte Endkappe, einen in der Hülse angeordneten Isolator, eine Mittelelektrode, die einen ersten Abschnitt, der vom Isolator umgeben ist, und einen zweiten Abschnitt hat, der sich vom Isolator in eine Vorkammer erstreckt, wobei die Vorkammer von der Hülse und der Endkappe definiert wird, und eine an der Hülse angebrachte Masseelektrode, wobei die Masseelektrode Folgendes aufweist: einen inneren Ring, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode beabstandet ist, und eine Vielzahl von Speichen, die von dem inneren Ring radial nach außen vorspringen, wobei das Ende jeder Speiche an der Hülse angebracht ist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings, der an die Mittelelektrode angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Platinlegierung, eine Rhodiumlegierung oder eine Nickellegierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings, der an die Mittelelektrode angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Wolframlegierung, eine Iridiumlegierung oder eine Iridium-Rhodium-Legierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei ein Abschnitt der Mittelelektrode, der an den inneren Ring angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Platinlegierung, eine Rhodiumlegierung oder eine Nickel-Legierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei ein Abschnitt der Mittelelektrode, der an den inneren Ring angrenzt, eine Schicht umfasst, die eine Wolframlegierung, eine Iridiumlegierung oder eine Iridium-Rhodium-Legierung aufweist.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei die Endkappe einen Mittelkanal aufweist, der konfiguriert ist, um einen ersten Fluss von Luft-Kraftstoff-Gemisch in den rohrförmigen inneren Ring zu lenken.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 24, wobei die Endkappe ferner eine Vielzahl von Randkanälen aufweist, die konfiguriert sind, um zu bewirken, dass ein zweiter Fluss von Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Vorkammer durch die Vorkammer wirbelt.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 25, wobei die Vielzahl von Randkanälen so abgewinkelt sind, dass jeder Kanal eine Längsachse hat, die weder senkrecht noch parallel zu einer Längsachse der Vorkammerzündkerze ist und die Längsachse der Vorkammerzündkerze nicht schneidet.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 19, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings axial von einer Spitze der Mittelelektrode in Richtung auf die Endkappe verläuft.
Vorkammerzündkerze nach Anspruch 27, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen inneren Rings axial von der Spitze der Mittelelektrode von der Endkappe weg verläuft.
Verfahren zur Herstellung einer Vorkammerzündkerze, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Hülse, Einsetzen eines Isolators in das Innere der Hülse, Einsetzen einer Mittelelektrode teilweise im Isolator, Anbringen einer Masseelektrode an der Hülse, wobei die Masseelektrode einen rohrförmigen inneren Ring hat, der in umgebender Beziehung zur Mittelelektrode angeordnet ist, und Montieren einer Endkappe an der Hülse.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Anbringen einer Masseelektrode an der Hülse entweder Anlöten oder Anschweißen der Masselektrode an der Hülse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Anbringen einer Masseelektrode an der Hülse das Anbringen einer Masseelektrode aufweist, die einen ersten Elektrodenoberflächenring hat, der an einer Innenfläche des rohrförmigen inneren Rings angebracht ist, wobei der erste Elektrodenoberflächenring eine Vielzahl von Speichen hat, die radial einwärts gerichtet sind, wobei die Vielzahl von Speichen an einem zweiten Elektrodenoberflächenring enden, der zur Anbringung an der Mittelelektrode konfiguriert ist, wobei die Vielzahl von Speichen nach Anbringung des zweiten Elektrodenoberflächenrings an der Mittelelektrode entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Einsetzen einer Mittelelektrode das Einsetzen einer Mittelelektrode aufweist, die aus einem ersten Metall hergestellt ist, das eine aus einem zweiten Metall hergestellte Oberflächenschicht aufweist, wobei die Oberflächenschicht sich an einem Abschnitt der Mittelektrode befindet, der nahe dem rohrförmigen inneren Ring ist.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das zweite Metall Platin, Iridium, Rhodium oder Wolfram oder Legierungen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Anbringen einer Masseelektrode das Anbringen einer aus einem ersten Metall hergestellten Masseelektrode aufweist, die eine aus einem zweiten Metall hergestellte Oberflächenschicht aufweist, wobei die Oberflächenschicht sich in dem rohrförmigen inneren Ring nahe der Mittelelektrode befindet.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das zweite Metall Platin, Iridium, Rhodium oder Wolfram oder Legierungen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das zweite Metall in der Form eines Kreisrings aufgebaut ist und die Masseelektrode um den Kreisring gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das zweite Metall in der Form eines Kreisrings aufgebaut ist und dann an eine Innenfläche des rohrförmigen inneren Rings heftgeschweißt ist.
Verfahren nach Anspruch 37, das ferner das Anfertigen des Kreisrings durch Aufbringen des zweiten Metalls auf ein ringförmiges Substrat aus Pulvermetall aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Bereitstellen einer Hülse das Bereitstellen einer rohrförmigen Hülse umfasst und wobei das Einsetzen einer Mittelelektrode das Einsetzen einer zylindrischen Mittelelektrode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Anbringen einer Masseelektrode an der Hülse, wobei die Masseelektrode einen rohrförmigen inneren Ring hat, der in umgebender Beziehung zu der Mittelelektrode angeordnet ist, das Anbringen einer Masseelektrode mit einem rohrförmigen inneren Ring, der verschiedene Profile und Längen hat, die zum Steuern eines Zündverzugs dienen, an der Hülse aufweist.