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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Zusammenhang mit gattungsgemäßen Vorkammerzündkerzen, zum Beispiel gemäß der Druckschrift
DE 10 2010 022 564 A1 , welche bevorzugt mit Gasmotoren und insbesondere mageren Kraftstoffgemischen (Gas-Luft) verwendet werden, gibt es regelmäßig Probleme dahingehend, dass in der Kompressionsphase des Verbrennungsmotors Restgas in ein Vorkammervolumen oberhalb der Zündelektroden so hinein komprimiert wird, dass unter Umständen die Entflammung an den Zündelektroden verhindert ist, das heißt insoweit, als sich zum Zeitpunkt der Funkenentladung kein zündfähiges Gemisch zwischen den Elektroden befindet bzw. die Strömungsgeschwindigkeit hier zu groß ist.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorkammerzündkerze vorzuschlagen, welche auf einfache Weise eine verbesserte Restgas-Spülung des Vorkammerbrennraums nebst einer verbesserten Entflammung an den Elektroden ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorkammerzündkerze vorgeschlagen, welche – auf an sich bekannte Weise – ein Zündkerzengehäuse bzw. einen Zündkerzenkörper aufweist. Weiterhin gemäß üblichem Aufbau und Funktion einer Vorkammerzündkerze weist dieselbe eine (zündseitig angeordnete) Endkappe bzw. Vorkammerkappe auf, welche – zusammen mit dem Zündkerzengehäuse – einen Vorkammerbrennraum der Zündkerze definiert, i. e. eine Vorkammer.
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In dem Vorkammerbrennraum ist eine Elektrodenanordnung angeordnet, welche mittels einer Mittelelektrode der Vorkammerzündkerze, insbesondere einem Endabschnitt der Mittelelektrode, und wenigstens einer Masseelektrode der Vorkammerzündkerze gebildet ist. Während die Mittelelektrode insbesondere gegen das Zündkerzengehäuse elektrisch isoliert ist, ist die wenigstens eine Masseelektrode insbesondere elektrisch leitend mit dem Zündkerzengehäuse verbunden.
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Zwischen der Mittelelektrode bzw. deren Endabschnitt und der Masseelektrode, welche insbesondere mit Abstand zueinander angeordnet sind, ist eine (Luft-)Funkenstrecke für die Zündung eines Gas-Luft-Gemisches in dem Vorkammerbrennraum ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann die Elektrodenanordnung verschiedenste Elektrodenformen vorsehen, z. B. eine ringförmige Masseelektrode, welche den Mittelelektrodenabschnitt umgibt, z. B. auch eine rohrförmige Masseelektrode, eine segmentierte Masseelektrode, mehrere z. B. sternförmig um die Mittelelektrode angeordnete Masseelektroden, wobei die Erfindung aber z. B. auch mit hakenförmigen oder Dach-Elektrodenanordnungen verwendbar ist.
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Auf weiterhin an sich bekannte Weise weist die Vorkammerkappe in einem zentralen Stirnbereich, durch welchen hindurch sich eine Längsmittelachse der Zündkerze bzw. der Vorkammerkappe erstreckt, wenigstens eine Mittenöffnung (Übertrittsöffnung) auf. Die wenigstens eine Mittenöffnung kann in radialer Richtung z. B. von einer oder mehreren äußeren Übertrittsöffnungen umgeben sein.
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Die Mittenöffnung (zentrale Übertrittsöffnung), bevorzugt als Bohrung bzw. Übertrittsbohrung ausgeführt, ist insbesondere bereitgestellt, eine zentrale bzw. primäre Lochströmung (Mittel-Jet) in dem Vorkammerbrennraum auszubilden, mittels welcher eine Restgasspülung (insbesondere an den Elektroden und weiterhin insbesondere eines rückwärtigen (dem zündseitigen Ende abgewandten) Vorkammerbrennraumteils) ermöglicht ist (das heißt im Zuge eines Verdichtungstakts bzw. Kompressionshubs eines mit der Vorkammerzündkerze verwendeten Gasmotors, im Rahmen dessen Gas-Luft-Gemisch bzw. frische Ladung (Frischgas) durch die Mittenöffnung in den Vorkammerbrennraum hinein komprimiert wird).
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Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze ist in kennzeichnender Weise hierbei derart ausgebildet, dass die wenigstens eine Mittenöffnung gegenüber der Längsmittelachse einen Radialversatz aufweist (mit anderen Worten ist die Mittenöffnung bevorzugt außermittig im zentralen Stirnbereich gebildet bzw. angeordnet). Bevorzugt weist die wenigstens eine Mittenöffnung hierbei eine Durchgangsrichtung parallel zur Längsmittelachse auf.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Vorkammerzündkerze erfindungsgemäß derart gebildet sein, dass die wenigstens eine Mittenöffnung eine Durchgangsrichtung aufweist, welche schräg zur Längsmittelachse ausgerichtet ist. Mit anderen Worten schließt die Durchgangsrichtung der Mittenöffnung mit der Längsmittelachse hierbei einen Winkel ein, d. h. einen Winkel ungleich Null Grad. Bevorzugt schneidet die Längsmittelachse bei einer solchen Ausgestaltung der Vorkammerzündkerze die Mittenöffnung und/oder bevorzugt ist die Mittenöffnung hierbei punktsymmetrisch zu einem Symmetriepunkt auf der Längsmittelachse.
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Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die Vorkammerzündkerze gemäß der Erfindung derart gebildet sein, dass die wenigstens eine Mittenöffnung mit Radialversatz zur Längsmittelachse gebildet ist und eine Durchgangsrichtung aufweist, welche schräg zu der Längsmittelachse ausgerichtet ist (mit anderen Worten schließt die Durchgangsrichtung der Mittenöffnung hierbei mit der Längsmittelachse wiederum einen Winkel ein, d. h. einen Winkel ungleich Null Grad). Mit dieser Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mittenöffnung punktsymmetrisch zu einem Symmetriepunkt auf einer zu der Längsmittelachse parallelen Achse ist.
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Die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorkammerzündkerze, bei welcher die Vorkammerkappe mit Bezug auf die wenigstens eine Mittenöffnung insbesondere asymmetrisch zu der Längsmittelachse gebildet sein kann, ermöglicht durch Berücksichtigung neuer Parameter in Form von Winkel und/oder Exzentrizät der Mittenöffnung eine Verbesserung der Frischgasspülung, insbesondere durch gezielte Ausrichtung der Mittenöffnung zu bzw. mit den Elektroden. Eine Mittenöffnung ist im Rahmen der Erfindung hierbei insbesondere eine Öffnung am zentralen Stirnbereich, welche nur geringen, insbesondere den geringsten Abstand zur Längsmittelachse aufweist, d. h. bevorzugt eine zentrumsnächste Öffnung.
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Mit der Erfindung kann wirksam eine unzureichende Restgasspülung vermieden werden, welche sich bei zentrischer bzw. koaxialer Anströmung der Mittelelektrode über eine primäre Lochströmung gemäß dem Stand der Technik ergeben kann. Weiterhin ist es durch eine mit der Erfindung ermöglichte, gerichtete Spülung des rückwärtigen Raumes des Vorkammerbrennraums (oberhalb der Elektroden) auch ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit an den Zündelektroden derart zu optimieren, dass eine Entflammung in dem Vorkammerbrennraum bzw. der Vorkammer verbessert darzustellen ist (wie dies nachfolgend noch näher erläutert ist).
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Allgemein bevorzugt ist – insbesondere zur vollumfänglichen Erzielung der vorstehenden Vorteile – die Vorkammerzündkerze bzw. deren wenigstens eine Mittenöffnung eingerichtet (d. h. durch geeignete Positionierung der Mittenöffnung und/oder Ausrichtung der Durchgangsrichtung derselben), einen Elektrodenspalt bzw. die Funkenstrecke zwischen Masselektrode und Mittelelektrode ausgehend von der rückwärtigen Seite (i. e. der der Stirnseite entgegen gesetzten Seite) des Vorkammerbrennraums mit Frischgas zu spülen, i. e. insbesondere indirekt.
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Bevorzugt wird hierbei – zunächst – der rückwärtige Raum, z. B. ein rückwärtiger Ringspalt in dem Vorkammerbrennraum und weiterhin z. B. gebildet zwischen einer Isolatorkeramik und dem Zündkerzengehäuse, mittels des Mittel-Jets bzw. via die wenigstens eine Mittenöffnung angeströmt und – nachfolgend – im Zuge der Restgasverdrängung aus dem rückwärtigen Raum (mittels Frischgas bzw. dem Mittel-Jet) der Elektrodenspalt durchströmt, i. e. gespült. Für eine Unterstützung der derart vorgesehenen indirekten Elektrodenspaltspülung kann die rückwärtige Vorkammerbrennraumwandung geeignet strömungsleitend ausgeformt sein, bevorzugt z. B. als Ringnapf um die Mittelelektrode. Insbesondere derartige Ausführungsformen, welche eine Spülung des Elektrodenspalts ausgehend von dessen rückwärtigen bzw. zündseitenabgewandten Ende vorsehen, ermöglichen neben einer vorteilhaft guten Frischgasspülung die angestrebten niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Elektrodenspalt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorkammerzündkerze können insbesondere Ausführungsformen darstellen, bei welchen die wenigstens eine Mittenöffnung bereitgestellt und/oder deren Durchgangsrichtung ausgerichtet ist, durch die Mittenöffnung in den Vorkammerbrennraum eintretendes Frischgas (Mitteljet) radial außen an der Elektrodenanordnung vorbei und bevorzugt ungehindert (in den rückwärtigen Vorkammer(brennraum)teil) zu leiten, i. e. sowohl radial außen an der Mittenelektrode als auch radial außen an der Masseelektrode vorbei zu leiten (d. h. bevorzugt ohne den Elektrodenspalt hierbei zu durchtreten).
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Hierfür kann die Vorkammerzündkerze bzw. die Mittenöffnung z. B. eingerichtet sein, Frischgas (Mittel-Jet) mittelbar in Richtung des rückwärtigen Raumes zu führen, z. B. Frischgas in Richtung zur radial außenliegenden Umfangswand der Vorkammerbrennraum und hierüber in den rückwärtigen Raum zu leiten (insbesondere mittels einer schräg orientierten Mittenbohrung oder mittels einer schräg orientierten und auch außermittigen Mittenbohrung), und/oder Frischgas unmittelbar in Richtung zum rückwärtigen Vorkammerbrennraumende zu führen, z. B. mittels einer außermittigen, insbesondere parallel zur Längsmittelachse orientierten, Mittenöffnung bzw. Übertrittsbohrung.
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Angemerkt sei an dieser Stelle, dass mit der Erfindung selbstverständlich auch eine Vorkammerzündkerze bereitstellbar ist, bei welcher die wenigstens eine Mittenöffnung bereitgestellt und/oder deren Durchgangsrichtung ausgerichtet ist, durch die Mittenöffnung in den Vorkammerbrennraum eintretendes Frischgas (Mitteljet) zwischen der Mittenelektrode und der wenigstens einen Masseelektrode hindurch in einen rückwärtigen Vorkammerteil zu leiten. Eine solche Lösung kann z. B. in Kombination mit einer radialversatzbehafteten und/oder schrägen Mittenbohrung erwogen werden, welche das Frischgas außen an der Elektrodenanordnung vorbei in die Vorkammer führt.
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Vorgeschlagen wird mit der Erfindung auch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere ein Gasmotor, wobei die Brennkraftmaschine zur Gemischzündung eine wie vorstehend erläuterte Vorkammerzündkerze aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Vorkammerbrennraum fokussierte Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Vorkammerbrennraum fokussierte Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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3 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Vorkammerbrennraum fokussierte Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß noch einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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4 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Vorkammerbrennraum fokussierte Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt exemplarisch und schematisch eine erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze 1 in einer abgebrochenen Schnittansicht, wobei die Vorkammerzündkerze 1 zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor mit Fremdzündung vorgesehen ist, insbesondere für einen Gasmotor, und weiterhin insbesondere für einen Gasmotor, welcher mit einem Brenngas-Luft-Gemisch, bevorzugt einem mageren Gemisch, betrieben wird.
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Die Vorkammerzündkerze 1 weist einen Zündkerzenkörper bzw. ein Zündkerzengehäuse 3 auf, an welchem eine – im Wesentlichen kuppelförmige – Vorkammerkappe bzw. Endkappe 5 angeordnet ist, d. h. an dem zündseitigen Gehäuseende. Mit der Vorkammerkappe 5 und dem Zündkerzengehäuse 3 ist eine Vorkammer bzw. ein Vorkammerbrennraum 7 definiert, wobei die Vorkammerkappe 5 zum Beispiel an das Zündkerzengehäuse 3 (laser)geschweißt oder anderweit daran befestigt ist.
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In dem Vorkammerbrennraum 7 ist eine Elektrodenanordnung 9 gebildet bzw. bereitgestellt, welche mittels einer Mittelelektrode 11, insbesondere mittels eines (End-)Abschnitts derselben (Zündabschnitt; Elektrodenspitze), und einer damit zusammenwirkenden Masseelektrode 13 gebildet ist. Zwischen der Mittelelektrode 11 bzw. deren Endabschnitt und der Masseelektrode 13 ist insoweit eine (Luft-)Funkenstrecke 15 für die Gemischzündung in der Vorkammer 7 ausgebildet.
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Die Mittelelektrode 11 ist über einen Isolator 17 elektrisch gegen das Gehäuse 3 isoliert und weiterhin elektrisch mit einem – dem zündseitigen Kerzenende 1a entgegen gesetzt angeordneten – Kontaktpin verbunden, welcher z. B. als SAE-Adapter ausgeführt ist (nicht dargestellt). Die Masseelektrode 13, z. B. gebildet mit einem Edelmetall, ist demgegenüber elektrisch leitend an das insbesondere hochtemperaturfeste Gehäuse 3 ankontaktiert, z. B. über ihren Umfang via eine Mehrzahl von – insbesondere verschweißten – Stegbügeln 19 auch daran gehaltert, d. h. an diskreten Positionen, z. B. stern- oder speichenförmig.
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Die Masseelektrode 13 kann, wie 1 veranschaulicht, rohrabschnittsförmig gebildet sein und die Mittelektrode 11 endabschnittsseitig, welcher Endabschnitt z. B. rundstabförmig gebildet ist, vollumfänglich umgeben, wobei der dabei verbleibende Ringspalt die Luftfunkenstrecke 15 bildet.
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Die Vorkammerkappe 5 weist weiterhin einen zentralen Stirnbereich 21 auf (welcher der Elektrodenanordnung 9 am zündseitigen bzw. vorderen Kerzenende 1a gegenüberliegt), durch welchen hindurch sich eine Längsmittelachse A der Vorkammerzündkerze 1 erstreckt (welche Achse A auch eine Vorkammermittelachse bildet). Zwischen dem zentralen Stirnbereich 21 und der Elektrodenanordnung 9 ist hierbei ein erstes Volumen 23 als vorderer (brennraumnäherer) Kammerteil 23 in dem Vorkammerbrennraum 7 bereitgestellt, während zwischen der Masseelektrode 13 und dem dem zündseitgen Kerzenende 1a entgegen gesetzten Vorkammerbrennraumende 7a (hinteres Ende bzw. brennraumferneres Ende) ein rückwärtiger Kammerteil 25 bzw. rückwärtiger Raum gebildet ist (Zündkerzen-Atmungsraum). Mittels des rückwärtigen Kammerteils 25 können Verbrennungsprodukte eines vorherigen Verbrennungstakts (Restgas) aus der Vorkammer 7 ausgebracht werden, d. h. wenn das zu zündende Frischgas in den Vorkammerbrennraum 7 hineinkomprimiert wird.
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Das Frischgas wird insbesondere über eine Mittenöffnung 27, weiterhin insbesondere eine einzige Mittenöffnung 27, in den Vorkammerbrennraum 7 eingebracht (welche zentrale Frischgas-Zufuhr auch als „Mittel-Jet” bezeichnet ist), welche Mittenöffnung 27 – als zentralste bzw. zentrumsnächste Übertrittsöffnung 27 – in dem zentralen Stirnbereich 21 der Vorkammerkappe 5, d. h. an einem (zündseitigen) Vorkammer(kappen)boden 29, gebildet ist. Neben der Mittenöffnung 27 weist die Vorkammerzündkerze 1 weiterhin mehrere – radial außenliegende – Übertrittsöffnungen 31 auf, durch welche im Zuge des Zündens des Gas-Luft-Gemisches in der Vorkammer 7 radial und/oder tangential orientierte Fackelstrahlen in einen Hauptbrennraum einer mit der Zündkerze 1 verwendeten Brennkraftmaschine austreten. Die äußeren Übertrittsöffnungen 31 sind bevorzugt in einem Umfangswandabschnitt 33 der Vorkammerkappe 5 bzw. des Vorkammerbrennraums 7 bereitgestellt.
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Ersichtlich ist die wenigstens eine Mittenöffnung 27 bzw. deren Durchgangsrichtung B bei der Vorkammerzündkerze 1 gemäß 1 erfindungsgemäß schräg zur Längsmittelachse A ausgerichtet, wobei die Mittenöffnung 27 insbesondere Punktsymmetrie zu einem Symmetriepunkt auf der Längsmittelachse A aufweist. Hierbei schneiden sich die Längsmittelachse A und die Richtungsachse B insoweit unter einem Winkel α, insbesondere spitzwinklig.
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Die so ausgestaltete Mittenöffnung 27 weist hierbei insbesondere eine Ausrichtung – mit Bezug auf deren Durchgangsrichtung B – derart auf, dass in den Vorkammerbrennraum 7 hinein komprimiertes Frischgas (welches mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in den Vorkammerbrennraum 7 eintritt; verdeutlicht mit dem durchgezogen dargestellten Pfeil C) aufgrund der gegenüber der Längsmittelachse A winkeligen Ausrichtung der Übertrittsbohrung 27 an der Elektrodenanordnung 9 (radial außen) vorbei geführt wird, das heißt in Richtung der Vorkammerumfangswand 33 und weiterhin in Richtung rückwärtigen Raum 25.
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Das mit hoher Geschwindigkeit in den rückwärtigen Raum 25 eintretende Frischgas C verdrängt hierbei das im rückwärtigen Raum 25 verbliebene Restgas in Richtung der Funkenstrecke 15 bzw. hin zu der Elektrodenanordnung 9, wobei es durch geeignete Hohlform 35, insbesondere bevorzugt Ringnapfform 35, der rückwärtigen Vorkammerwandung 7a unterstützt wird. Das aus dem Ringspalt – zwischen Isolator 17 und Gehäuse 3 – verdrängte Restgas durchtritt hierbei mitsamt dem verdrängenden, an der Vorkammerdecke 7a bzw. 35 reflektierten bzw. umgelenkten Frischgas, gestrichtelter Pfeil D, die Funkenstrecke 15 zwischen den Elektroden 9 und spült diese – unter Bereitstellung von Frischgas für eine Zündung – wirksam von Restgas frei, das heißt indirekt. Beachtlich ist hierbei, dass mit der Verdrängungsarbeit die Strömungsgeschwindigkeit des den Elektrodenspalt 15 durchtretenden Gases erfindungsgemäß vorteilhaft soweit reduziert wird, dass eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich zuverlässigere Funkenzündung aufgrund der verminderten Strömungsgeschwindigkeit an der Funkenstrecke 15 erzielt werden kann. Dies kann vorteilhaft zu einer verlängerten Zündkerzenstandzeit führen, insoweit als die Zündenergie in der Folge abgesenkt werden kann.
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Bevorzugt ist die Mittenöffnung 27 bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Zündkerze 1 derart ausgerichtet, dass ein ungehinderter Durchtritt des Mitteljet-Frischgasstroms C von dem vorderen Raum 23 in den rückwärtigen Raum 25, und insbesondere auch in reflektierter Richtung ermöglicht ist, das heißt je durch die Stege 19 bzw. die Elektrodenhalterung 19 hindurch.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorkammerzündkerze 1, bei welcher die Mittenöffnung 27 im Gegensatz zur Ausgestaltung nach 1 mit Radialversatz E zur Längsmittelachse A angeordnet ist. Hierbei ist die Durchgangsrichtung B der Mittenöffnung 27 achsparallel mit der Längsmittelachse A ausgerichtet. Auch diese Lösung ermöglicht vorteilhaft, zum Beispiel in Verbindung mit einer beispielhaft dargestellten segmentierten Masseelektrode 13 bzw. 13a, b, c oder auch einer Ringelektrode 13 gem. 1, vorstehend erwähnte Vorteile der zuverlässigen Elektrodenspaltspülung und der verbesserten Entflammung zu erzielen. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, neben der gezeigten Mittenöffnung 27 eine Mehrzahl derartiger Mittenöffnungen 27 an dem zentralen Stirnbereich 21 der Vorkammerkappe 5 zu bilden, zum Beispiel eine oder mehrere derartige Mittenöffnungen 27 je Masseelektrodensegment 13a, 13b, 13c bereitzustellen. Wie die Masseelektrode 13 können hierbei bevorzugt auch die Mittenöffnungen 27 zum Beispiel in einer Ringanordnung, insbesondere äquidistant zur Längsmittelachse A, konfiguriert sein.
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Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Mittenöffnung 27 so angeordnet und ausgerichtet, dass das in die Vorkammerkappe 5 hinein komprimierte Frischgas, welches mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eintreten kann, Pfeil C, zunächst radial außen an der Elektrodenanordnung 9 vorbeigeführt wird und nachfolgend wiederum an der rückwärtigen Vorkammerdecke 7a bzw. 35 in Richtung Elektrodenspalt 15 bzw. Funkenstrecke umgelenkt wird. Mit nunmehr verminderter Strömungsgeschwindigkeit wird hierbei etwaig verbliebene Restgas aus dem Elektrodenspalt 15 unter Bereitstellung von zündfähigem Gemisch an den Elektroden 11, 13 gespült, Pfeil D. Wie vor bei 1 ist die rückwärtige Vorkammerwandung 7a hierbei wiederum geeignet ausgeformt, d. h. strömungsumkehrend und (hin zur Funkenstrecke 15) strömungsleitend.
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3 zeigt nunmehr eine Ausgestaltung der Vorkammerzündkerze 1, bei welcher die wenigstens eine Mittenöffnung 27 mit Radialversatz E zur Längsmittelachse A gebildet ist und weiterhin eine Durchgangsrichtung B aufweist, welche schräg zu der Längsmittelachse A ausgerichtet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Mittenöffnung 27 insbesondere punktsymmetrisch zu einem Symmetriepunkt auf einer zu der Längsmittelachse A parallelen Achse F gebildet.
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Wie vor können auch mit dieser Lösung die Vorteile der Erfindung vollumfänglich erzielt werden. Auch hierbei ist die Mittenöffnung 27 bereitgestellt und deren Durchgangsrichtung B ausgerichtet, durch die Mittenöffnung 27 in den Vorkammerbrennraum 7 eintretendes Frischgas zunächst radial außen an der Elektrodenanordnung 9 (aus Mittelelektrode 11 und Masseelektrode 13) vorbei in den rückwärtigen Vorkammerteil 25 zu leiten, wobei das Frischgas (Mittel-Jet) zunächst mittels der schrägen Ausrichtung B der Mittenbohrung 27 in Richtung zur radial außenliegenden Umfangswand geführt wird, Pfeil C, und nachfolgend in den rückwärtigen Raum 25 des Vorkammerbrennraums 7 tritt.
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Reflektiert bzw. umgeleitet an der rückwärtigen Vorkammerwandung 7a bzw. 35 spült das Frischgas das im rückwärtigen Raum 25 und etwaig im Elektrodenspalt 15 verbliebenes Restgas ausgehend von der rückwärtigen Seite 7a des Vorkammerbrennraums 7 aus, Pfeil D. Auch hier ist die Geometrie der rückwärtigen Vorkammerdecke 7a strömungsgünstig gestaltet, das heißt für eine Strömungsführung in Richtung Elektrodenspalt 15, i. e. von einer radial außenliegenden Position hin zu einer radial innenliegenden Position mit dabei einhergehender Strömungsrichtungsumkehr. Auch bei dieser Ausgestaltung der Vorkammerzündkerze 1 kann von einer Mehrzahl derartiger Mittenöffnungen 27 in zum Beispiel einer Ringanordnung Gebrauch gemacht werden. Daneben können zum Beispiel Ausgestaltungen vorgesehen sein, welche Kombinationen von Mittenöffnungen gemäß den Ausgestaltungen nach 1 und/oder 2 mit jener von 3 vorsehen.
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In 3 ist weiterhin beispielhaft eine Elektrodenanordnung 9 dargestellt, bei welcher eine Mehrzahl von Masselektroden 13 bzw. 13a, b, .. via Flachstege 19, alternativ z. B. eine Scheibe, sternförmig angeordnet sind. Auch hier ist eine Ausrichtung einer jeweiligen Mittenöffnung 27 derart vorgesehen, dass der Gas-Strömungsweg (Mittel-Jet, Pfeil C) nicht durch die Elektroden 13 behindert wird (d. h. der Gasdurchtritt erfolgt in den Freisparungen zwischen benachbarten Masselektroden 13a, b, ...).
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4 veranschaulicht exemplarisch nunmehr eine erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze 1, bei welcher unterschiedlich ausgestaltete Mittenöffnungen 27 kombiniert sind. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ist hierbei auch eine direkte Spülung des Elektrodenspalts 15 neben einer – wie vorstehend für 1 bis 3 beschriebenen – indirekten Spülung des Elektronenspalts 15 vorgesehen. Zum Beispiel wird über eine Mittenöffnung 27 bzw. 27a mit Radialversatz E der Elektrodenspalt 15 direkt via den Mittel-Jet gespült, Pfeil C1, während über eine weitere Mittenöffnung 27 bzw. 27b, welche schräg ausgerichtet ist, eine indirekte Spülung eines weiteren Elektrodenspaltsabschnitts 15 via den Mittel-Jet erzielt wird, Pfeil C2, D2. Hierbei kann sich neben einer zuverlässigen Freispülung der Funkenstrecke 15 auch eine verstärkte Verwirbelung von Restgas und Frischgas mit veränderten Zündeigenschaften erzielen lassen.
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Angemerkt sei abschließend, dass die Erfindung nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Z. B. ist denkbar, den Durchgangsquerschnitt einer oder mehrerer Mittenöffnungen 27 über ihre Länge zu variieren, z. B. düsenförmig oder anderweit. Die aussermittige Lage, Winkel, Bohrungsanzahl und Position der einen oder mehreren Mittenöffnungen 27 (deren Konfiguration und/oder Ausrichtung und/oder Position) zu den Zündelektroden 9 bzw. 11, 13 können empirisch/simulatorisch ermittelt werden, z. B. im Rahmen einer Optimierung. Diese Parameter ändern sich insbesondere mit der vorgesehenen Anwendung bzw. des vorgesehenen Motorbetriebs (stationär, instationär, drehzahlfest, drehzahlvariabel, lastvariabel, emissionsvariabel, ...).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorkammerzündkerze
- 1a
- zündseitiges Ende
- 3
- Zündkerzengehäuse
- 5
- Vorkammerkappe
- 7
- Vorkammerbrennraum
- 7a
- hinteres Ende
- 9
- Elektrodenanordnung
- 11
- Mittelelektrode
- 13
- Masseelektrode
- 15
- (Luft-)Funkenstrecke
- 17
- Isolator
- 19
- Steg/Bügel
- 21
- zentraler Stirnbereich
- 23
- vorderer Kammerteil
- 25
- hinterer Kammerteil (Rückzugsraum)
- 27
- Mittenöffnung
- 29
- Boden
- 31
- äußere Übertrittsöffnung
- 33
- Umfangswand
- 35
- Hohlform
- A
- Längsmittelachse
- B
- Durchgangsrichtung
- C, C1, C2
- Frischgas (Mittel-Jet)
- D, D1, D2
- Verdrängtes Gas
- E
- Radialversatz
- F
- Parallele Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010022564 A1 [0002]
