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Die Erfindung betrifft eine Zündkerzenaufnahmehülse zum Einsetzen in einen Zylinderkopf einer stationären gasbetriebenen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine stationäre gasbetriebene Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, einem Zylinderkopf, wenigstens einer darin angeordneten Zündkerzenaufnahmehülse und einer in der Zündkerzenaufnahmehülse angeordneten Zündkerze.
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Eine Zündkerzenaufnahmehülse der eingangs genannten Art ist aus der
DE 201 21 791 U1 bekannt. Die bekannte Zündkerzenaufnahmehülse ist mehrteilig aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufgebaut, wobei eine Befestigungshülse aus einer Messing-Legierung besteht, an welcher eine Vorkammer aus einer Nickel-Chrom-Legierung angebracht ist, welche eine gewölbte Abschlusswandung zur Bildung einer Vorkammer enthält. Die Abschlusswandung hat mehrere Öffnungen, von denen eine koaxial zur Mittellinie des Innengewindes der Befestigungshülse verläuft. Die anderen Öffnungen verlaufen schräg dazu, so dass ihre Mittellinien jeweils die Mittellinie der Befestigungshülse schneiden.
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Aus der
US 5,947,076 A ist eine Zündkerzenaufnahmehülse bekannt, welche zwar einteilig ausgebildet ist, jedoch nicht unmittelbar in den Zylinderkopf eingesetzt wird. Die Zündkerzenaufnahmehülse wird in ein Gehäuse eingesetzt, welches im Zylinderkopf fixiert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerzenaufnahmehülse der eingangs genannten Art sowie eine damit ausgerüstete, stationäre gasbetriebene Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch eine Zündkerzenaufnahmehülse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Zündkerzenaufnahmehülse ist so ausgestaltet, dass sie in einen Zylinderkopf einer stationären gasbetriebenen Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Die Zündkerzenaufnahmehülse enthält ein Innengewinde zum Aufnehmen einer Zündkerze und einen benachbart zum Innengewinde angeordneten Ringbund mit einer Dichtfläche für die Zündkerze. Die Brennkraftmaschine hat einen Brennraum und einen Zylinderkopf, welcher einen Kühlflüssigkeit führenden Kühlkanal und ein Innengewinde zum Aufnehmen einer Zündkerzenaufnahmehülse aufweist. In Gasmotoren werden Zündkerzenaufnahmehülsen oder Befestigungshülsen verwendet, um Zündkerzen und Zündkerzenstecker durch die Kühlmittel führenden Kühlkanäle des Zylinderkopfes zu führen und die Zündkerze im Zylinderkopf zu befestigen.
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Die Zündkerzenaufnahmehülse hat ein Innengewinde zum Aufnehmen einer Zündkerze, einen benachbart zum Innengewinde angeordneten Ringbund mit einer Dichtfläche für die Zündkerze und einen Kühlabschnitt mit einer zylindrischen Außenkontur zum Umströmen mit einer Kühlflüssigkeit. Der Kühlabschnitt kann sich insbesondere an den inneren Ringbund anschließen. Die Zündkerzenaufnahmehülse ist so im Zylinderkopf angeordnet, dass sich der Kühlabschnitt innerhalb des Kühlkanals befindet. Der Kühlabschnitt der Zündkerzenaufnahmehülse umgibt dabei einen Abschnitt der in der Zündkerzenaufnahmehülse angeordneten Zündkerze, insbesondere deren hinteres Ende, an welchem ein Isolator aus einem Zündkerzenkörper herausragt und an welchem der Zündkerzenstecker angeschlossen ist.
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Die Zündkerzenaufnahmehülse hat eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Abschlusswandung an ihrem vorderen Ende, welches im Betrieb dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist oder dort hineinragt. Die Abschlusswandung dient zur Bildung einer Vorkammer mit dem vorderen Ende der Zündkerze und weist zumindest eine Öffnung auf, welche den Brennraum mit der Vorkammer verbindet. Zwischen dem Elektroden aufweisenden vorderen Ende der Zündkerze und der Abschlusswandung der Zündkerzenaufnahmehülse wird im Innern der Zündkerzenaufnahmehülse eine Vorkammer gebildet, welche eine Vorbrennkammer ist, in welcher das Gas-Luft-Gemisch zuerst entzündet wird. Durch die Öffnung in der Abschlusswandung breiten sich dann Flammenstrahlen in den Brennraum aus, welche dort das Gas-Luft-Gemisch entzünden. In die Zündkerzenaufnahmehülse wird eine je nach Bedarf entsprechend ausgestaltete Zündkerze eingesetzt, welche selbst keine Vorkammer mehr zu enthalten braucht.
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Die Zündkerzenaufnahmehülse weist an ihrem vorderen Ende ein Außengewinde zum Einschrauben in den Zylinderkopf auf. Benachbart zum Außengewinde ist ein zum vorderen Ende der Zündkerzenaufnahmehülse weisender Ringbund mit einer ringförmigen Dichtfläche zum Kontaktieren des Zylinderkopfes angeordnet. Benachbart zum Innengewinde des Zylinderkopfes enthält dieser eine ringförmige Dichtfläche für die Zündkerzenaufnahmehülse, welche mit dem zum vorderen Ende der Zündkerzenaufnahmehülse weisenden Ringbund und der dort angeordneten Dichtfläche zusammenwirkt und eine Abdichtung zwischen dem Brennraum und dem Kühlkanal bildet.
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Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:
- • Die erfindungsgemäße Zündkerzenaufnahmehülse ermöglicht eine sehr einfache Montage, da sie mit ihrem Außengewinde unmittelbar in den Zylinderkopf eingeschraubt werden kann. Sie ist, insbesondere bei einstückiger Ausgestaltung, einfach herstellbar.
- • Die Zündkerzenaufnahmehülse lässt sich in eine Brennkraftmaschine einsetzen, um Sonderzündkerzen, welche eine eigene Vorkammer aufweisen, durch Standardzündkerzen ohne eigene Vorkammer zu ersetzen. Dadurch kann ferner ein größeres Vorkammervolumen erreicht werden.
- • Mit der erfindungsgemäßen Zündkerzenaufnahmehülse lässt sich ein zuverlässiges Zünden von mageren Gemischen aus Brenngas und Luft sicherstellen, bei welchen die enthaltene Luftmenge größer als die stöchiometrisch zur vollständigen Verbrennung des Brenngases benötigte Luftmenge ist. Eine sichere Entflammung wird insbesondere auch noch bei großen Brennräumen gewährleistet, wie sie in Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderdurchmesser von mehr als 250 mm vorhanden sind.
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In Ausgestaltung können das Innengewinde und das Außengewinde koaxial zueinander im gleichen Abschnitt der Zündkerzenaufnahmehülse angeordnet sein. Die Zündkerzenaufnahmehülse kann an ihrem hinteren Ende eine kreiszylindrische Außenkontur aufweisen, an welcher sie ihren größten Außendurchmesser aufweist, und welche insbesondere eine zweite Dichtfläche zum Abdichten der Zündkerzenaufnahmehülse gegenüber dem Zylinderkopf enthalten kann.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Abschlusswandung eine koaxial zur Mittelinie des Außengewindes der Zündkerzenaufnahmehülse angeordnete Öffnung aufweisen. Die zentrische Öffnung kann eine gute Kühlung der Zündkerzenelektroden bewirken. Die Abschlusswandung kann bündig mit einem den Brennraum begrenzenden Abschnitt des Zylinderkopfes angeordnet sein. In Ausgestaltung kann die Abschlusswandung zum Hineinragen in den Brennraum kuppelförmig gewölbt sein. Die Kuppel der Abschlusswandung kann eine sphärische Innenfläche und eine sphärische Außenfläche aufweisen, welche einen gemeinsamen Mittelpunkt haben. Die Zündkerzenaufnahmehülse kann im Zylinderkopf so angeordnet sein, dass die kuppelförmig gewölbte Abschlusswandung aus dem Zylinderkopf heraus in den Brennraum hineinragt.
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Die Abschlusswandung kann mehrere Öffnungen, beispielsweise 4, insbesondere 6 bis 8, aufweisen, welche jeweils eine Mittelinie haben, die windschief zur Mittelinie des Außengewindes der Zündkerzenaufnahmehülse und windschief zu den Mittelinien der anderen Öffnungen verläuft. Das bedeutet, jede Mittelinie einer Öffnung verläuft schräg zu jeder der anderen Mittelinien der Öffnungen, ohne eine von ihnen zu schneiden. Wenigstens eine Öffnung kann so in das Innere der Zündkerzenaufnahmehülse münden, dass die Umfangfläche dieser Öffnung tangential in die gewölbte Innenfläche der Abschlusswandung übergeht. Die windschief zueinander in die Vorkammer mündenden Öffnungen können zu einer wirbelartig rotierenden Strömung in der Vorkammer führen. Besonders vorteilhaft kann eine Kombination einer zentrischen mit mehreren windschief zueinander angeordneten Öffnungen sein. Eine Öffnung kann durch eine Bohrung in der Abschlusswandung gebildet werden. Die wenigstens eine Öffnung in der Abschlusswandung kann insbesondere ein Durchmesser von 1 mm bis 4 mm aufweisen.
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In Ausgestaltung kann die Zündkerzenaufnahmehülse in ihrem Inneren zwischen ihrer Abschlusswandung und dem der Abschlusswandung zugewandten Ende des Innengewindes ein Volumen von 0,6 cm3 bis 10 cm3 aufweisen. Zwischen der in die Zündkerzenaufnahmehülse eingesetzten Zündkerze und der Abschlusswandung am vorderen Ende der Zündkerzenaufnahmehülse kann so insbesondere eine Vorkammer mit einem Volumen von 0,6 cm3 bis 10 cm3 gebildet werden. Insbesondere kann die Zündkerze eine koaxial zum Außengewinde der Zündkerzenaufnahmehülse angeordnete Ringelektrode aufweisen. Diese zentrische Anordnung der Elektrode kann eine günstige Entflammung des Brenngas-Luft-Gemisches in der Vorkammer und ein gleichmäßiges Austreten von Flammenstrahlen aus den Öffnungen in der Abschlusswandung heraus in den Brennraum hinein bewirken, sodass auch dort eine gleichmäßige und schnelle Entflammung stattfindet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Brennkraftmaschine,
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2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 mit einer strichpunktierten Linie eingekreisten Bereichs,
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3 eine Ansicht entsprechend 2 auf eine andere Ausgestaltung.
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In den 1 und 2 sind Ausschnitte einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt, welche mehrere Zylinder 2 aufweist, von denen jedoch nur einer dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 1 enthält einen Zylinderkopf 4, welcher in an sich bekannter Weise Einlass- und Auslasskanäle 6, 7 aufweist, denen in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise Einlass- und Auslassventile zugeordnet sind. Die Einlass- und Auslasskanäle 6, 7 münden in einen Brennraum 8 oberhalb des Zylinders 2. Im Zylinderkopf 4 ist für jeden der Zylinder 2 eine Zündkerzenaufnahmehülse 10 angeordnet, in welche jeweils eine Zündkerze 12 eingesetzt ist. Die Zündkerze 12 ist in an sich bekannter Weise über einen nicht dargestellten Zündkerzenstecker mit einer ebenfalls nicht dargestellten Versorgungsleitung verbunden, welche die Zündkerze mit Zündspannung versorgt. Im Zylinderkopf 4 ist ein Kühlkanal 14 angeordnet, in welchem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Die Kühlflüssigkeit ist in der Darstellung der 1 durch die Punkte im Kühlkanal 14 angedeutet.
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Der Zylinderkopf 4 enthält ein Innengewinde 16. Die Zündkerzenaufnahmehülse 10 enthält ein Außengewinde 18, mit welchem sie in das Innengewinde 16 eingeschraubt ist. Das Außengewinde 18 ist am vorderen Ende 20 der Zündkerzenaufnahmehülse 10 angeordnet. Am vorderen Ende 20 hat die Zündkerzenaufnahmehülse 10 eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Abschlusswandung 22, welche kuppelförmig gewölbt sein kann und in den Brennraum 8 hineinragt. Die Abschlusswandung 22 ragt somit über eine den Brennraum 8 begrenzende Oberfläche 23 des Zylinderkopfes 4 heraus. Benachbart zum Außengewinde 18 ist ein zum vorderen Ende 20 weisender Ringbund 24 mit einer ringförmigen Dichtfläche 26 angeordnet, welche einen benachbart zum Innengewinde 16 im Zylinderkopf 4 angeordneten Ringbund 28 mit einer Dichtfläche berührt und den Brennraum 8 gegenüber dem Kühlkanal 14 abdichtet. Die Dichtflächen 26 und 30 sind ebene Ringflächen, welche senkrecht zur Mittelinie 32 des Außengewindes 18 verlaufen. An den Ringbund 24 schließt sich ein Kühlabschnitt 34 mit einer kreiszylindrischen Außenkontur an, welcher von der im Kühlkanal 14 fließenden Kühlflüssigkeit umströmt wird. Der Kühlabschnitt 34 umgibt den hinteren Abschnitt der Zündkerze 12. An den Kühlabschnitt 34 schließt sich ein Abschnitt 36 am hinteren Ende der Zündkerzenaufnahmehülse 10 an, welcher eine kreiszylindrische Außenkontur aufweist, an welcher die Zündkerzenaufnahmehülse 10 ihren größten Außendurchmesser aufweist. Die Außenkontur 36 bildet eine zweite Dichtfläche, welche am Zylinderkopf 4 anliegt und den Kühlkanal 14 gegenüber der Umgebung abdichtet.
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Im Inneren der Zündkerzenaufnahmehülse 10 ist ein Innengewinde 38 zum Aufnehmen der Zündkerze 12 und ein benachbart hier zu angeordneter Ringbund 40 mit einer Dichtfläche 42 vorgesehen. Die Zündkerze 12 hat einen Körper 44 mit einem Außengewinde 46. In einem Durchgang des Körpers ist ein Isolator 48 angeordnet, welcher einen Innenleiter von 50 enthält, der elektrisch leitend mit einer Mittelelektrode 52 verbunden ist. Der Innenleiter 50 wird in an sich bekannter Weise mit Zündspannung versorgt. Die Zündkerze 12 enthält eine Dichtung 54, welche an der Dichtfläche 42, welche als ebene Ringfläche ausgebildet und senkrecht zur Mittelinie 32 orientiert ist, anliegt und den Brennraum 8 gegenüber der Umgebung abdichtet.
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Die Zündkerze 12 gemäß der 1 und 2 enthält eine am Körper 44 befestigte Masseelektrode, welche die Mittelelektrode 52 dachelektrodenförmig überragt und mit der Stirnseite der Mittelelektrode 52 einen Zündspalt 58 bildet. In der Ausgestaltung der 3 ist die Masseelektrode 56' als Ringelektrode ausgebildet, welche konzentrisch zur Mittelelektrode 52 sowie koaxial zur Mittelinie 32 angeordnet ist. Die Masseelektrode 56' umgibt somit die Mittelektrode 52 und bildet mit ihr einen ringförmigen Zündspalt 58'.
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Zwischen der Abschlusswandung 22 und dem vorderen Ende der Zündkerze 12 wird eine Vorkammer 60 gebildet, welche über Öffnungen 62 und 64 mit dem Brennraum 8 in Verbindung steht. Die Öffnungen 62, 64 sind als Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 4 mm ausgestaltet. Die Öffnung 62 ist koaxial zur Mittelinie 32 angeordnet. Von den Öffnungen 64 sind sechs Stück gleichmäßig am Umfang der Zündkerzenaufnahmehülse 10 verteilt angeordnet. Jede der Öffnungen 64 hat eine Mittelinie 66, welche weder die Mittelinie 32 noch die anderen Mittelinien 66 schneidet. Die Öffnungen 64 sind somit windschief zueinander angeordnet. Die Öffnungen 64 münden so in das Innere der Zündkerzenaufnahmehülse 10, dass die Umfangsfläche der Öffnungen 64 tangential, also an einer Stelle knickfrei, in die gewölbte Innenfläche der Abschlusswandung 22 übergeht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 4
- Zylinderkopf
- 6
- Einlasskanal
- 7
- Auslasskanal
- 8
- Brennraum
- 10
- Zündkerzenaufnahmehülse
- 12
- Zündkerze
- 14
- Kühlkanal
- 16
- Innengewinde Zylinderkopf
- 18
- Außengewinde
- 20
- Vorderes Ende
- 22
- Abschlusswandung
- 23
- Oberfläche Zylinderkopf
- 24
- Ringbund
- 26
- Dichtfläche
- 28
- Ringbund Zylinderkopf
- 30
- Dichtfläche Zylinderkopf
- 32
- Mittellinie Außengewinde
- 34
- Kühlabschnitt
- 36
- Abschnitt
- 38
- Innengewinde
- 40
- Ringbund
- 42
- Dichtfläche
- 44
- Körper
- 46
- Außengewinde Zündkerze
- 48
- Isolator
- 50
- Innenleiter
- 52
- Mittelelektrode
- 54
- Dichtung
- 56, 56'
- Masseelektrode
- 58, 58'
- Zündspalt
- 60
- Vorkammer
- 62
- Öffnung
- 64
- Öffnungen
- 66
- Mittellinien
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20121791 U1 [0002]
- US 5947076 A [0003]
