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Die Erfindung betrifft eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung einen Gasmotor gemäß dem Anspruch 15.
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Eine Zündkerze für eine insbesondere mit Gas befeuerte Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus
DE 197 05 372 A1 bekannt. Diese weist eine Mittelelektrode in einem Zündraum auf, welche unter Ausbildung eines ringförmigen Zündspaltes in eine Öffnung einer als Masseelektrode ausgebildeten Zündraumkappe ragt.
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Eine für Magergas-Motoren besonders geeignete Vorkammerzündkerze ist beispielsweise in
DE 101 44 976 A1 offenbart. Diese weist eine Anzahl von Zündöffnungen in Form von zylindrischen Bohrungen in einer Zündraumkappe auf. Dabei ist der Zündraum innerhalb der Zündraumkappe durch separate Masseelektroden in einen Zündkerzenatmungsraum und eine Vorverbrennungskammer geteilt.
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Eine eingangs genannte Zündkerze mit einer in einer Zündraumkappe angebrachten mittleren Zündöffnung und seitlichen Zündöffnungen ist
DE 38 21 688 A1 in der in
1 gezeigten Weise zu entnehmen. Auch die dort beschriebenen Zündöffnungen sind als Übertrittsbohrungen mit einer zylindrischen Randmantelfläche gebildet.
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Bei der Anordnung und Ausbildung der Übertrittsbohrungen zur Bildung der Zündöffnungen ist – wie beispielsweise aus dem Vergleich der
DE 38 21 688 A1 und
DE 101 44 976 A1 ersichtlich – immer ein Kompromiss zwischen einer Spülung des Zündelektrodenspalts bei gemäßigter Ladungsbewegung zum Zündzeitpunkt für gute Zündbedingungen einerseits und einer Flammeindringtiefe in den Brennraum für eine schnelle Ladungsumsetzung andererseits zu machen.
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Wünschenswert ist es, insbesondere über eine mittlere Zündöffnung, vergleichsweise gute Zündbedingungen und, insbesondere über eine oder mehrere seitliche Zündöffnungen, eine vergleichsweise schnelle Ladungsumsetzung zu erreichen. Im vorgenannten Stand der Technik ist dazu bei einer Mittelbohrung ein Durchmesser vergleichsweise groß und ähnlich wie bei einer Seitenbohrung dimensioniert. Diese Maßnahme ist noch verbesserungswürdig.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Zündkerze anzugeben, insbesondere eine Zündkerze die einen verbesserten Kompromiss zwischen guter Spülung des Zündelektrodenspaltes und schneller Ladungsumsetzung erreicht. Insbesondere sollen eine mittlere Zündöffnung und eine seitliche Zündöffnung in verbesserter Weise realisiert sein.
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Die Aufgabe betreffend die Zündkerze wird durch die Erfindung mit einer Zündkerze in der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mittlere und/oder die wenigstens eine seitliche Zündöffnung (bevorzugt sind drei oder mehr seitliche Zündöffnungen) – vorzugsweise alle Zündöffnungen – eine von einer zylindrischen Randmantelfläche abweichende Randmantelfläche aufweist, bei der eine dem Zündraum zugewandte Durchtrittsberandung einen anderen geometrischen Verlauf hat, als eine dem Brennraum zugewandte Durchtrittsberandung. Unter einem anderen geometrischen Verlauf ist beispielsweise eine andere quantitative Größe, wie ein anderer Durchmesser, der Durchtrittsöffnung zu verstehen. Es ist unter einem anderen geometrischen Verlauf auch beispielsweise eine andere qualitative Eigenschaft, wie eine andere geometrische Form, wie z. B. eine runde, elliptische, polygonale od.dgl. Form, der Durchtrittsöffnung zu verstehen. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in der Tat für eine vergleichsweise gute Spülung des Zündelektrodenspaltes eine mittlere Zündöffnung vergleichsweise groß dimensioniert sein sollte. Dies sorgt für eine vergleichsweise geringe Restgasmasse im Zündelektrodenspalt, sodass relativ gute Zündbedingungen erreicht werden können. Darüberhinaus hat die Erfindung jedoch erkannt, dass sich ein zu großer Durchmesser der mittleren Zündöffnung nachteilig auf eine durch die seitliche Zündöffnung wesentlich beeinflusste Flammeindringtiefe auswirken kann; nämlich dann wenn der mit der Dimensionierung der mittleren Zündöffnung zusammenhängende Druckverlust zu groß ist. Im Ergebnis kann dies zu einer nachteilig beeinflussten Brenndauer der Zündkerze und somit insgesamt zu einem begrenzten Wirkungsgrad des Zündvorganges führen.
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In Abkehr von einer zylindrischen Randmantelfläche sieht die Erfindung entweder für die mittlere Zündöffnung oder die seitliche Zündöffnung oder für beide eine von der zylindrischen Randmantelfläche abweichende Randmantelfläche vor. Erfindungsgemäß ist konkret vorgesehen, dass eine dem Zündraum zugewandte Durchtrittsberandung einen anderen geometrischen Verlauf hat, als eine dem Brennraum zugewandte Durchtrittsberandung – dies kann entweder für die mittlere oder die seitliche Zündöffnung, aber auch für beide realisiert sein.
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Das Konzept der Erfindung bietet damit die Basis, durch zusätzliche Gestaltung der dem Zündraum und dem Brennraum zugewandten Durchtrittsberandungen – und insbesondere auch der diese verbindende Randmantelfläche – einen verbesserten Kompromiss zwischen Spülung des Zündelektronenspalts und Flammeindringtiefe zu erreichen. Insbesondere hat das Konzept der Erfindung zum Ziel, eine Umverteilung der Zündgasmasse von der mittleren Zündöffnung zu einer seitlichen Zündöffnung zu erreichen, da – wie vorzugsweise erkannt – dies zu einem verbesserten Kompromiss zwischen Spülung des Zündelektronenspalts und Flammeindringtiefe führt.
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Das Konzept erweist sich als vorteilhalft – nicht nur, aber vorzugsweise – für den Fall, dass die Elektrodenanordnung durch die Mittelelektrode und eine Masseelektrode gebildet ist, wobei die Masseelektrode mittels einer von der Zündraumkappe separaten Elektrode gebildet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Generell hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine mittlere Zündöffnung gegenläufig zu einer seitlichen Zündöffnung gestaltet ist. Dieses grundsätzlich weiterbildende Konzept sieht insbesondere geometrisch gegenläufig gestaltete Randmantelflächen und/oder Durchtrittsberandungen vor, was die Ausgestaltung einer mittleren Zündöffnung im Vergleich zu einer seitlichen Zündöffnung betrifft. Ist beispielsweise eine Randmantelfläche der mittleren Zündöffnung von innen nach außen sich konisch erweiternd gebildet so ist gemäß dem generellen Konzept der vorgenannten Weiterbildung die Randmantelfläche der seitlichen Zündöffnung sich konisch nach außen verjüngend gestaltet. Auch der umgekehrte Fall ist – wenngleich weniger vorteilhaft – grundsätzlich möglich. Dies hat den Vorteil, dass mit einer mittleren Zündöffnung ein anderer Effekt erreichbar ist als mit einer seitlichen Zündöffnung. Damit ist insbesondere eine Umverteilung der Zündgasmasse von der mittleren Zündöffnung zu einer seitlichen Zündöffnung erreichbar.
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Im Folgenden werden insbesondere Weiterbildungen betreffend der Randmantelfläche der mittleren Zündöffnung beschrieben.
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Insbesondere bei einer mittleren Zündöffnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einer dem Zündraum zugewandten Durchtrittsberandung der Randmantelfläche einen geringeren Umfang zu verleihen, als einer dem Brennraum zugewandten Durchtrittsberandung der Randmantelfläche. Dadurch kann vorteilhaft ein minimaler Durchmesser der mittleren Zündöffnung im Vergleich zum Stand der Technik vergleichsweise gering gestaltet werden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass ein Druckverlust durch die mittlere Zündöffnung in vorteilhafter Weise nach oben begrenzt ist. Insbesondere kann dadurch ein ausreichend großer Staudruck an der mit geringerem Umfang gestalteten inneren Durchtrittsberandung der Randmantelfläche der mittleren Zündöffnung erreicht werden. Dies wiederum ist vorteilhaft hinsichtlich der Flammeindringtiefe, die vor allem durch eine seitliche Zündöffnung beeinflusst wird.
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Vorteilhaft ist darüberhinaus bei einer mittleren Zündöffnung eine von einer zylindrischen Randmantelfläche abweichende, sich konisch nach außen erweiternde Randmantelfläche vorgesehen. Eine solche auch als Konizität der mittleren Zündöffnung bezeichnete Eigenschaft verbessert – trotz eines vergleichsweise geringen Umfangs einer inneren Durchtrittsberandung – die Spülung durch die mittlere Zündöffnung. Bei derart verbesserter Spülung kann ein minimaler Umfang der inneren Durchtrittsberandung vergleichsweise gering ausgeführt sein.
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Beim Flammübertritt in den Brennraum tritt dagegen der umgekehrte Effekt auf. Durch die mittlere Zündöffnung tritt weniger Masse aus, wodurch für die seitlichen Zündöffnungen mehr Zündgasmasse zur Verfügung steht. Im Weiteren werden besonders bevorzugte Weiterbildungen betreffend die Randmantelfläche der seitlichen Zündöffnung beschrieben.
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Besonders vorteilhaft ist, zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten vorteilhaften Weiterbildungen betreffend die mittlere Zündöffnung, dass eine dem Zündraum zugewandte Durchtrittsberandung der Randmantelfläche einen größeren Umfang als eine dem Brennraum zugewandte Durchtrittsberandung der Randmantelfläche hat. Insbesondere im Falle der vorgenannten Maßnahmen betreffend die mittlere Zündöffnung steht für eine seitliche Zündöffnung vergleichsweise viel Zündgasmasse zur Verfügung. Durch eine innere Durchtrittsberandung mit größerem Umfang kann vergleichsweise viel Masse durch die seitliche Zündöffnung treten, was die Flammeindringtiefe besonders vorteilhaft beeinflusst.
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In besonders vorteilhafter Weise ist die seitliche Zündöffnung mit einer von einer zylindrischen Randmantelfläche abweichenden, sich konisch nach außen verjüngenden Randmantelfläche ausgestaltet. Durch diese Maßnahme wird eine vergleichsweise hohe Flammstabilität erreicht, was sich positiv auf die Flammeindringtiefe auswirkt.
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Hinsichtlich der Gestaltung der Konizität einer Randmantelfläche können nach Bedarf unterschiedliche Mantellinien vorgesehen sein. Beispielsweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Mantellinie zu einer Achse der Zündöffnung konvex gekrümmt auszugestalten. Grundsätzlich kann eine Mantellinie auch linear gegen eine Achse der Zündöffnung verlaufen, insbesondere mit einem linear zunehmenden Abstand zur Öffnungsachse. Diese und ähnliche Gestaltungen der Mantellinie haben sich insbesondere für eine kreisförmige innere und/oder äußere Durchtrittsberandung als vorteilhaft erwiesen.
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Es hat sich gezeigt, dass sich – wie insbesondere anhand von 4 nachgewiesen – ein bestimmtes Verhältnis eines ersten mittleren Durchmessers d1 zu einem zweiten mittleren Durchmesser d2 der inneren bzw. äußeren Durchtrittsberandung einer Randmantelfläche besonders wirksam ist, insbesondere bei der mittleren Zündöffnung, um die mit dem Konzept der Erfindung erreichbaren Vorteile zu verwirklichen; insbesondere eine vergleichsweise gute Spülung des Zündelektrodenspalts zu erreichen. Das Verhältnis d1/d2 liegt vorteilhaft zwischen 0,92 und 0,4.
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Darüber hinaus hat es sich – wie anhand von 4 nachgewiesen – als vorteilhaft erwiesen, eine vergleichsweise hohe Flammeindringtiefe mit einem bestimmten Verhältnis eines zweiten mittleren Durchmessers e2 zu einem ersten mittleren Durchmesser e1 zu erreichen. Das Verhältnis eines Durchmessers e2/e1 liegt, insbesondere bei einer Randmantelfläche eins seitlichen Zündspaltes, vorteilhaft zwischen 0,92 und 0,4.
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Das Konzept der Erfindung führt in besonders vorteilhafter Weise auf einen Gasmotor, vorteilhaft auf einen Magergasmotor, mit einer Zündkerze der vorgenannten Art.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend insbesondere für eine Zündkerze eines Magergasmotors beschrieben, bei dem sich das vorstehend beschriebene Konzept der Erfindung bzw. der Weiterbildungen des Konzepts besonders bewährt hat. Darüberhinaus kann das Konzept der Erfindung jedoch auch genutzt werden, um Zündkerzen für andere Gasmotoren oder sonstige Brennkraftmaschinen wie beispielsweise einen Ottomotor zur Verfügung zu stellen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1 eine beispielsweise in
DE 382 16 88 A1 analog beschriebene beispielhaft dargestellte Zündkerze der eingangs genannten Art;
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2 eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Zündkerze wie sie beispielsweise für ein Magergasmotor eingesetzt werden kann mit einer besonders vorteilhaften Zündraumkappe;
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3A eine erste Variante einer Mantellinie für eine konische Randmantelfläche bei einer mittleren Zündöffnung der Zündraumkappe der 2 oder, – dann gegenläufig – bei einer seitlichen Zündöffnung der Zündraumkappe der 2;
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3B eine zweite Variante einer Mantellinie für eine konische Randmantelfläche bei einer mittleren Zündöffnung der Zündraumkappe der 2 oder, – dann gegenläufig – bei einer seitlichen Zündöffnung der Zündraumkappe der 2.
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4 ein simulationsbasierter Vergleich von Strömungsfeldern (i) und Temperaturfeldern (ii) für eine Zündflamme wie sie eine seitliche Zündöffnung durchtreten, wobei im Falle (A) eine zylindrische Randmantelfläche vorliegt und im Falle (B) eine konische Randmantelfläche (B) vorliegt.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen unteren Teil, d.h. einen in einen Brennraum 80 eines Zylinders eines Magergasmotors hineinragenden Teil, einer Vorkammerzündkerze 1 mit einer Vorkammer und einer an sich bekannten Elektrodenanordnung. Die Vorkammerzündkerze 1 ist in die Wand 2 des Zylinderkopfes eines Ottomotors eingeschraubt. Die Vorkammerzündkerze 1 enthält eine zylindrische Kammer 3, die im Bereich der Stirnseite 4 verengt ist. Im Bereich der Stirnseite sind mehrere tangentiale Einlassbohrungen 5 angeordnet, über die während des Kompressionstaktes des Ottomotors das frische Gemisch in die untere Teilkammer 6 eindringt und dort eine Drehströmung erzeugt, mit der das Gemisch schraubenlinienförmig in die obere zylindrische Teilkammer 3 einströmt. Die Zündstelle befindet sich vorzugsweise in der Verlängerung der unteren Teilkammer 6 zwischen der stiftförmigen Masseelektrode 7 und dem Stift 8 der Mittelelektrode 9.
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2 zeigt für eine bildlich symbolisch dargestellte Vorkammerzündkerze 10 mit einer ebenfalls symbolisch dargestellten Mittelelektrode in einem Zündraum 30, eine Zündraumkappe 70 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Die Zündraumkappe 70 kann vorliegend auch die Masseelektrode zur Mittelektrode 90 bilden; vorteilhaft ist jedoch eine separate Masseelektrode vorgesehen.
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Die Zündraumkappe 70 weist eine Öffnungsanordnung 50 auf, die eine mittlere Zündöffnung 51 sowie eine erste seitliche Zündöffnung 52.1 und eine zweite seitliche Zündöffnung 52.2 umfasst. Diese stehen stellvertretend für bevorzugt drei oder mehr seitliche Zündöffnungen in einer Abwandlung, es können jedoch auch eine oder genau zwei seitliche Zündöffnungen vorgesehen sein. Die mittlere Zündöffnung 51 ist gegenüber der Mittelelektrode 90 liegend in der Zündraumkappe 70 angeordnet. Die zweit seitlichen Zündöffnungen 52.1, 52.2 sind seitlich von der mittleren Zündöffnung 51 in der Zündraumkappe 70 angeordnet. Alle Zündöffnungen 51, 52.1, 52.2 weisen eine von einer zylindrischen Randmantelfläche abweichende Randmantelfläche 53, 54.1, 54.2 auf. Außerdem ist für jede der Randmantelflächen 53, 54.1, 54.2 eine dem Zündraum 30 zugewandte innere Durchtrittsberandung 55i bzw. 56i.1, 56i.2 als auch eine dem Brennraum 80 zugewandte äußere Durchtrittsberandung 55a bzw. 56a.1, 561.2 vorgesehen.
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Vorliegend ist jede der seitlichen Zündöffnungen 52.1, 52.2 jeweils mit einer Öffnungsachse AS1 bzw. einer Öffnungsachse AS2 um einen Winkel α1 bzw. α2 von jeweils 45° gegen eine Öffnungsachse AM der mittleren Zündöffnung gekippt.
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Die mittlere Zündöffnung 51 ist vorliegend dazu ausgelegt, einerseits einen nicht zu großen Druckverlust im Zündraum 30 zu verursachen und weist dazu eine innere Durchtrittsberandung 55i vergleichsweise geringen Durchmessers auf. Die innere Durchtrittsberandung 55i der Randmantelfläche 53 der mittleren Zündöffnung 51 ist vorliegend kreisförmig ausgebildet und hat einen geringeren Durchmesser d1 als die äußere Durchtrittsberandung 55a mit Durchmesser d2. Vorliegend liegt ein Verhältnis der Durchmesser d1:d2 bei etwa 0,8; kann in anderen Ausführungsvarianten vorteilhaft aber auch in einem Bereich zwischen 0,92 und 0,4 liegen. Zwischen der inneren Durchtrittsberandung 55i und der äußeren Durchtrittsberandung 55a verläuft die Randmantelfläche 53 konisch mit einer beispielsweise anhand der Varianten in 3A und 3B beschriebenen Mantellinie, die im Folgenden noch erläutert wird.
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In allen denkbaren Varianten einer konisch verlaufenden Mantellinie zwischen den vorgenannten inneren und äußeren Durchtrittsberandungen 55i, 55a wird trotz der vergleichsweise klein gestalteten inneren Durchtrittsberandung 55i eine gute Spülung eines Zündelektrodenspaltes zwischen Mittelelektrode 90 und Masseelektrode erreicht. Die Gestaltung der mittleren Zündöffnung 51 garantiert somit einerseits einen ausreichenden Masserückhalt eines Zündgases – das dann einen Flammaustritt durch die seitlichen Zündöffnungen 52.1, 52.2 zur Verfügung steht – und dennoch eine verbesserte Spülung des Zündelektrodenspalts durch die mittlere Zündöffnung 51 aufgrund der sich von innen nach außen erweiternden Randmantelfläche 53.
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Der untere Wert des Durchmesserverhältnisses d1:d2 stellt im Wesentlichen einen Wert dar, bei dem entweder der erste mittlere Durchmesser d1 zu klein ist; also bereits nicht ausreichend Zündgasmasse durch die mittlere Zündöffnung 51 treten kann. Oder für den unteren Wert des Durchmesserverhältnisses d1:d2 ist der zweite Durchmesser d2 zu groß, so dass ein Druckverlust durch die mittlere Zündöffnung 51 zu groß wird.
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Der obere Wert des Durchmesserverhältnisses d1:d2 stellt eine Grenze dar, oberhalb derer entweder der erste Durchmesser d1 zu groß ist; also wiederum ein durch die mittlere Zündöffnung bewirkter Druckverlust zu groß wird. Oder der zweite Durchmesser d2 ist zu klein, so dass dadurch keine ausreichende Spülung mittels der mittleren Zündöffnung 51 mehr erreicht werden kann.
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Im Ergebnis führt der Verhältniswert von d1:d2 – vorliegend bei 0,8 – zu einer besonders guten Spülung des Zündelektrodenspalts bei noch akzeptablem Druckverlust durch die mittlere Zündöffnung 51.
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Eine seitliche Zündöffnung 52.1, 52.2 ist vorliegend gegenläufig zur mittleren Zündöffnung 51 gestaltet. Beide seitliche Zündöffnungen 52.1, 52.2 sind vorliegend gleich ausgebildet. Die Durchmesser e1 der inneren Durchtrittsberandungen 56i.1, 56i.2 sind vorliegend etwas größer als der Durchmesser d2 der äußeren Durchtrittsberandung 55a der mittleren Zündöffnung 51 gewählt. Die äußeren Durchmesser e2 der äußeren Durchtrittsberandungen 56a.1, 56a.2 der seitlichen Zündöffnungen 52.1, 52.2 sind vorliegend etwas größer als der Durchmesser d1 der inneren Durchtrittsberandung 55i der mittleren Zündöffnung 51. Vorliegend ist das Verhältnis der Durchmesser e1:e2 einer äußeren Durchrittsberandung 56a.2, 56i.2 bzw. 56a.1, 56i.1 bei 0,7 gewählt. In anderen Varianten kann das Verhältnis der Durchmesser durchaus zwischen 0,92 und 0,4 liegen. Der vorliegend gewählte Wert von 0,7 garantiert einen mäßig gut fokussierten Flammdurchtritt durch die seitliche Zündöffnung 52.1, 52.2, wobei die erhöhte Massemenge für die seitlichen Zündöffnungen 52.1, 52.2 durch einen vergleichsweise großen Durchmesser der inneren Durchtrittsberandungen 56i.1, 56i.2 aufgefangen werden kann.
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Insgesamt wird so durch die Kombination einer gegenläufigen Auslegung von mittleren und seitlichen Zündöffnungen 51 einerseits und 52.1, 52.2 andererseits eine erhöhte Flammeindringtiefe in einen außerhalb der Zündraumkappe 70 liegenden Brennraum 80 erreicht. Somit ergibt sich im Brennraum ein schnelleres Durchbrennen der Ladung nach Zündung im Zündraum 30.
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4 zeigt dazu in der linken Spalte (i) den Vergleich von simulierten Strömungsfeldern eines Flammdurchtritts durch die seitliche Zündöffnung 52.2 – in Ansicht (A) – im Falle einer zylindrischen Randmantelfläche (wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist) und – in Ansicht (B) – im Falle einer sich konisch von innen nach außen verjüngenden Randmantelfläche 54.2 wie sie zuvor anhand von 2 beschrieben wurde.
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Erkennbar aus den rechteckig dargestellten Entfernungszonen ist, dass die Flammeindringtiefe im Falle der Ansicht (B) – also bei einer sich konisch verjüngenden Randmantelfläche 54.2 – in den Brennraum erheblich größer ist.
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Dies bestätigt auch die vergleichende Simulation eines Temperaturfeldes in Spalte (ii) der 4 für den genannten Fall einer zylindrischen Randmantelfläche (Ansicht (A)) einerseits und einer sich konisch verjüngenden Randmantelfläche 54.2 (Ansicht (B)) andererseits. Nicht nur ist die Flammeindringtiefe in den Brennraum größer. Es ergibt sich auch eine vergleichsweise erhöhte Kerntemperatur im Bereich der mittleren Öffnungsachse AS1 der Zündflamme für den Fall der Ansicht (B) (ii).
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Im Prinzip konnten diese Ergebnisse bestätigt werden sowohl für eine in 3A gezeigte Variante einer Randmantelfläche 53a als auch für eine in 3B gezeigte Variante einer Randmantelfläche 53B.
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Eine erste Variante einer Randmantelfläche 53A weist eine Mantellinie 57a auf, die sich von einem ersten Durchmesser d1 zu einem zweiten Durchmesser d2 entlang einer Achse AM erstreckt und konvex erweitert. Je nach Gestaltung einer beispielsweise elliptisch konvex gekrümmten Mantellinie 57A lässt sich die Wirkung des Durchmessers d1 an der inneren Durchtrittsberandung 55i verstärken im Verhältnis zu einem Durchmesser d2 an der äußeren Durchtrittsberandung 55a. Auch der umgekehrte Fall ist möglich.
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3B zeigt dagegen eine Mantellinie 57B, die sich entlang der Achse AM erstreckt, wobei der Abstand zur Achse AM vom Durchmesser d1 zum Durchmesser d2 linear erhöht wird. Die Gewichtung einer Auswirkung des ersten Durchmessers d1 an der inneren Durchtrittsberandung 55i im Vergleich zu einem Durchmesser d2 an der äußeren Durchtrittsberandung 55a ist bei der in 3B dargestellten Variante vergleichsweise ausgewogen.
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Aus 3A und 3B ist ersichtlich, dass diese Überlegungen in analoger Weise auch auf die Gestaltung einer Mantellinie für eine oder beide seitlichen Zündöffnungen mit den Durchmessern e1, e2 angewendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 10
- Vorkammerzündkerze
- 2
- Wand
- 3
- zylindrische Kammer
- 4
- Stirnseite
- 6
- untere Teilkammer
- 5
- Einlassbohrungen
- 7
- Masseelektrode
- 8
- Stift
- 9
- Mittelelektrode
- 30
- Zündraum
- 50
- Öffnungsanordnung
- 51
- mittlere Zündöffnung
- 52.1
- erste seitliche Zündöffnung
- 52.2
- zweite seitliche Zündöffnung
- 53, 54.1, 54.2
- Randmantelfläche
- 55i bzw. 56i.1, 56i.2
- innere Durchtrittsberandung
- 55a bzw. 56a.1, 561.2
- äußere Durchtrittsberandung
- 70
- Zündraumkappe
- 80
- Brennraum
- 90
- Mittelektrode
- AS1 AS2
- Öffnungsachse der seitlichen Zündöffnungen
- d1, e1
- erster Durchmesser
- d2, e2
- zweiter Durchmesser
- α1, α2
- Winkel
- AM
- Öffnungsachse der mittleren Zündöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19705372 A1 [0002]
- DE 10144976 A1 [0003, 0005]
- DE 3821688 A1 [0004, 0005, 0027]
