DE102017107683A1

DE102017107683A1 - Brennkraftmaschine mit einer Vorkammerzündkerze

Info

Publication number: DE102017107683A1
Application number: DE102017107683.2A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner; Matthias Blankmeister
Original assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-10-11
Also published as: US20180294625A1; US10658818B2

Abstract

Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine (50) mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse mit wenigstens einem Zylinder (53) und einer Vorkammerzündkerze (1); der Zylinder (53) weist einen im Gehäuse bewegbaren Kolben (54) auf, welcher eine im Gehäuse angeordnete Brennkammer (55) begrenzt, deren Volumen sich bei Bewegung des Kolbens (54) ändert; die Brennkammer (55) hat ein komprimiertes Volumen (Vc), wenn sich der Kolben (54) im oberen Totpunkt befindet; die Vorkammerzündkerze (1) weist einen Körper (2), ein an seinem vorderen Ende (3) angeordnetes Außengewinde (4), einen Durchgang (7), einen im Durchgang (7) angeordneten Isolator (8), eine am vorderen Ende (11) aus dem Isolator (8) herausragende Mittelelektrode (10) und eine vorkammerbildende Kappe (30) auf, welche am vorderen Ende (3) des Körpers (2) angeordnet ist und eine Vorkammer (31) begrenzt; die Kappe (30) schirmt die Mittelelektrode (10) gegen die Brennkammer (31) ab und weist wenigstens eine Öffnung (33; 34; 35) auf, welche einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer (31) und der Brennkammer (55) ermöglicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gesamtvolumen der Vorkammer (Vv+Vh) mindestens 0,65 % des komprimierten Volumens (Vc) der Brennkammer beträgt.

Description

Die Erfindung geht von einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus. Derartige Brennkraftmaschinen sind seit langem gängiger Stand der Technik.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat ein Gehäuse mit wenigstens einem Zylinder und einer Vorkammerzündkerze. Das Gehäuse kann einen Motorblock und einen Zylinderkopf enthalten. Der Zylinder weist einen im Gehäuse bewegbaren Kolben auf, welcher eine im Gehäuse angeordnete Brennkammer begrenzt. Das Volumen der Brennkammer ändert sich bei Bewegung des Kolbens. Das Volumen der Brennkammer, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, wird als „komprimiertes Volumen“ bezeichnet. Die Vorkammerzündkerze hat einen Körper mit einem an seinem vorderen Ende angeordneten Außengewinde. Der Körper hat einen Durchgang, in welchem ein Isolator befestigt ist, aus welchem am vorderen Ende eine Mittelelektrode herausragt. Das vordere Ende des Isolators wird auch als „Isolatorfuß“ bezeichnet. Die Mittelelektrode kann mit der inneren Wandung der Vorkammer eine Luftfunkenstrecke bilden. Alternativ kann zumindest eine Masseelektrode vorgesehen sein, welche elektrisch leitend mit dem Körper verbunden ist und mit der Mittelelektrode eine Luftfunkenstrecke bildet. Am vorderen Ende des Körpers ist eine vorkammerbildende Kappe angeordnet, welche eine Vorkammer begrenzt. Die Kappe schirmt die Mittelelektrode, und falls vorhanden auch die Masseelektrode, gegen die Brennkammer ab und weist wenigstens eine Öffnung auf, welche einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer und der Brennkammer ermöglicht. Es kann sich um eine passive Vorkammerzündkerze handeln, bei welcher die Vorkammer ausschließlich vom Brennraum der Brennkraftmaschine aus mit Brennstoff, nämlich über die zumindest eine Öffnung in der Kappe, versorgt wird. Die passive Vorkammerzündkerze enthält insbesondere keine Brennstoffzuführkanäle, die der Vorkammer direkt zusätzlichen Brennstoff zuführen. Das Gesamtvolumen der Vorkammer beträgt mindestens 0,65 % des komprimierten Volumens der Brennkammer. Das Gesamtvolumen der Vorkammer kann im Bereich von 0,65% bis 1,9%, insbesondere von 0,7% bis 1 %, des komprimierten Volumens der Brennkammer liegen.
Die Erfindung hat folgende wesentliche Vorteile:

• Bei benzinbetriebenen Ottomotoren kann die vorliegende Erfindung den Magerbetrieb verbessern und eine sichere, großvolumige Entflammung in der Brennkammer durch aus den Öffnungen in der Kappe herausschießende Zündfackeln bzw. Flammenstrahlen ermöglichen, und zwar insbesondere auch, wenn die Abgasrückführrate relativ hoch ist.
• Der Hubraum des Zylinders der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann im Bereich von 300 cm³ bis 800 cm³, insbesondere von 300 cm³ bis 500 cm³, liegen. Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich, insbesondere bei einer derartigen Hubraumgröße, eine besonders gute Entflammung erreichen lässt, wenn das Gesamtvolumen der Vorkammer relativ groß gewählt wird und mindestens 0,65 % des komprimierten Volumens der Brennkammer beträgt. Bei einem komprimierten Volumen der Brennkammer im Bereich von 30 cm³ bis 100 cm³, insbesondere von 50 cm³ bis 80 cm³, kann dies mit einem Gesamtvolumen der Vorkammer im Bereich von 0,2 cm³ bis 1 cm³, insbesondere von 0,3 cm³ bis 0,8 cm³, erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweisen. Jeder Zylinder weist eine Brennkammer, einen dort hineinmündenden Kanal und eine Vorkammerzündkerze auf. Die Öffnung in der Kappe kann bei allen Vorkammerzündkerzen der Brennkraftmaschine in Bezug auf den Kanal die gleiche Orientierung haben. Dies kann in allen Zylindern einer Brennkraftmaschine eine definierte Orientierung des beim Zündvorgang aus der Öffnung schießenden Flammenstrahls in der Brennkammer gewährleisten und dort die Entflammung eines mageren Gemischs verbessern. Die Öffnung in der Kappe kann schräg zur Mittellinie des Außengewindes orientiert sein. Insbesondere kann die Mittellinie der Öffnung, insbesondere die Mittellinie jeder der Öffnungen in einer Kappe, die Mittellinie des Außengewindes schneiden. Dies kann eine im Wesentlichen drallfreie Strömung hoher Turbulenz in der Vorkammer bewirken, wodurch ein gutes Spülen der Vorkammer und eine sichere Zündung gewährleistet werden können. Die hohe Turbulenz bzw. hohe „Turbulente Kinetische Energie“ sorgt auch für eine Beschleunigung der Verbrennung. Der Winkel zwischen der Mittellinie der Öffnung und der Mittellinie des Außengewindes kann 30° bis 80°, insbesondere 45° bis 60°, betragen. Die Kappe kann 3 bis 9, insbesondere 4 bis 6, Öffnungen aufweisen. Die zumindest eine Öffnung kann einen Durchmesser von 0,6 mm bis 1,6 mm, insbesondere von 0,8 mm bis 1,4 mm, aufweisen.
In dem Körper kann eine ringförmige Sitzfläche für den Isolator angeordnet sein, an welcher sich der Durchgang bei Betrachtung vom hinteren Ende zum vorderen Ende verengt. Das vordere Ende des Isolators, also der Isolatorfuß, ragt über die Sitzfläche nach vorne in die Vorkammer hinein und weist einen in Umfangsrichtung umlaufenden Abstand von mindestens 1,2 mm zum Körper auf. Der Abstand zwischen dem vorderen Ende des Isolators und der Vorkammerwandung kann insbesondere 1,4 mm oder mehr betragen. Bei Betrachtung von hinten nach vorne kann sich der Durchgang an einer Stelle verengen, welche zwischen der ringförmigen Sitzfläche für den Isolator und der Befestigungsstelle der Masseelektrode angeordnet ist. Die zwischen der ringförmigen Sitzfläche für den Isolator und der Masseelektrode, insbesondere der Befestigungsstelle der Masseelektrode am Körper, liegende Verengung kann eine verbesserte Befestigung der Masseelektrode ermöglichen. Es kann eine größere Länge der Masseelektrode den Körper berühren. Die Schweißung zwischen Masseelektrode und Körper kann dadurch verlängert werden. Die Verengung kann insbesondere „balkonartig“ hinter der Masseelektrode in die Vorkammer hineinragen. An der die Masseelektrode tragenden Verengung kann der Durchgang seinen kleinsten freien Querschnitt aufweisen. Der Durchgang des Körpers kann sich somit an zwei Stellen verengen, wobei zusätzlich noch vorgesehen sein kann, dass sich der Durchgang zwischen den beiden Verengungen erweitert. Der Durchgang kann sich - bei Betrachtung von hinten nach vorne - an einer Stelle erweitern, welche zwischen der ringförmigen Sitzfläche für den Isolator und dem vorderen Ende des Isolators, also im Bereich des Isolatorfußes, angeordnet ist. Es kann ein freier Ringraum im Bereich des Isolatorfußes geschaffen werden, welcher eine ausreichende Größe aufweist, um eine gute Spülung der Vorkammer zu ermöglichen.
In weiterer Ausgestaltung kann die Vorkammer durch eine gedachte Trennebene in einen vorderen Teil und einen hinteren Teil unterteilt werden. Die Trennebene verläuft senkrecht zur Mittellinie des Außengewindes und wird an einer aus dem Isolator herausragenden Stirnseite der Mittelelektrode angelegt. Der vordere Teil der Vorkammer liegt auf der dem vorderen Ende der Zündkerze zugewandten Seite der Trennebene und der hintere Teil der Vorkammer liegt auf der dem hinteren Ende der Zündkerze zugewandten Seite der Trennebene. Der hintere Teil der Vorkammer ist innerhalb der Zündkerze, insbesondere innerhalb des Körpers, angeordnet. Da die Trennebene die Vorkammer nur gedanklich in zwei Teile unterteilt, stehen diese an der Trennebene miteinander in Verbindung. Abgesehen von dieser, an der Trennebene befindlichen Verbindung des hinteren Teils der Vorkammer mit dem vorderen Teil der Vorkammer, ist der hintere Teil der Vorkammer gasdicht geschlossen. „Gasdicht“ bedeutet, dass aus dem hinteren Teil der Vorkammer - abgesehen von dem an der Trennebene stattfindenden Gasaustausch mit dem vorderen Teil der Vorkammer - während des Betriebs keine Gase entweichen können. Das Volumen des hinteren Teils der Vorkammer ist größer als das Volumen des vorderen Teils der Vorkammer. Das Volumen des hinteren Teils der Vorkammer kann um einen Faktor von 1,5 bis 2,0, insbesondere um einen Faktor von 1,6 bis 1,7, größer als das Volumen des vorderen Teils der Vorkammer sein. Hierdurch kann hinter der Luftfunkenstrecke ein vergrößerter Raum geschaffen werden, in welchen während eines Verdichtungstakts Restgase vom vorhergehenden Arbeitstakt der Brennkraftmaschine verdrängt werden können. Durch diesen vergrößerten Speicherplatz für Restgase kann am Zündspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode ein praktisch unverdünntes frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegen, so dass die Entflammung durch den Zündfunken verbessert werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:

1 einen Schnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Vorkammerzündkerze,
2 die Vorkammerzündkerze der 1 in perspektivischer Darstellung,
3 den Bereich des vorderen Endes der Vorkammerzündkerze der 2 mit abgenommener Kappe,
4 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Bereich des vorderen Endes der Vorkammerzündkerze der 1,
5 eine Ansicht ähnlich 4 auf eine Variante der Vorkammerzündkerze,
6 eine Ansicht ähnlich 4 auf eine weitere Variante der Vorkammerzündkerze.

In den 1 bis 6 ist eine Vorkammerzündkerze 1 mit einem metallischen Körper 2 und einem an seinem vorderen Ende 3 angeordneten Außengewinde 4 erkennbar. Das Außengewinde 4 hat eine Mittellinie 5 und beginnt am vorderen Ende 3 mit einem Gewindeanschnitt 6. Das Außengewinde 4 kann ein M12-Gewinde sein. Als Gewindeanschnitt 6 wird der Beginn eines in den 2 und 3 schematisch angedeuteten Gewindegangs des Außengewindes 4 bezeichnet. Der Körper 2 hat einen Durchgang 7, in welchem ein Isolator 8 in an sich bekannter Weise befestigt ist. Der Isolator 8 umgibt einen Innenleiter 9, welcher mit einer Mittelelektrode 10 verbunden ist. Am vorderen Ende 11 des Isolators 8 ragt die Mittelelektrode 10 aus diesem heraus und ist dort mit einem Armierungsbauteil 12 versehen. Am hinteren Ende 13 der Vorkammerzündkerze 1 ragt der Isolator 8 aus dem Körper 2 heraus. Am Körper 2 ist ein Sechskant oder Zwölfkant 14 zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeugs ausgebildet. In dem Durchgang 7 ist eine ringförmige Sitzfläche 16 für den Isolator 8 angeordnet. Bei Betrachtung vom hinteren Ende 13 zum vorderen Ende 3 verengt sich der Durchgang 7 an der ringförmigen Sitzfläche 16. Zwischen der Sitzfläche 16 und einer daran angepassten Ringschulter des Isolators 8 ist ein Dichtring angeordnet. Das vordere Ende 11 des Isolators 8 ist als Isolatorfuß ausgebildet und ragt über die Sitzfläche 16 in Richtung des vorderen Endes 3 des Körpers. Der Isolatorfuß weist zumindest am vorderen Ende 11 einen in Umfangsrichtung umlaufenden Abstand R von etwa 1,4 mm zur inneren Wandung des Durchgangs 7 auf. Das vordere Ende 11 des Isolators 8 ist somit von einem Ringspalt 18 der Breite R umgeben, welcher während eines Verdichtungstakts Restgase aufnehmen kann.
Die Vorkammerzündkerze 1 gemäß der 1 bis 4 und der in 5 dargestellten Variante enthält zwei sich geradlinig erstreckende Masseelektroden 20, welche jeweils mit der Umfangsfläche der Mittelelektrode 10 eine Funkenstrecke 21 bilden. Bei der in 6 dargestellten Variante ist nur eine Masseelektrode 20' vorgesehen, welche mit einer Stirnseite 22 der Mittelelektrode 10 eine Luftfunkenstrecke 21' bildet. Jede der Masseelektroden 20, 20' ist zweiteilig aus einem Trägerbauteil 23 und einem Armierungsbauteil 24 ausgebildet.
Am vorderen Ende 3 ist eine Kappe 30 am Körper 2 angeschweißt, welche eine Vorkammer 31 begrenzt und die Elektroden 10, 20 sowie die Luftfunkenstrecke 21 abschirmt. Die Kappe 30 überragt das vordere Ende 3 des Körpers 2 und begrenzt das vordere Ende 32 der Vorkammerzündkerze 1. Die Kappe 30 weist mehrere Öffnungen 33, 34 und 35 auf, welche schräg zur Mittellinie 5 verlaufen und einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer 31 und dem Raum außerhalb der Vorkammer 31 ermöglichen. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnungen 33, 34, 35 kann 0,8 mm bis 1,2 mm betragen. An die vordere Stirnseite 22 der Mittelelektrode 10 lässt sich eine gedachte Trennebene anlegen, welche senkrecht zur Mittellinie 5 verläuft und in den 4 bis 6 durch die gestrichelte Linie 37 angedeutet ist. Die Vorkammer 31 wird durch die Trennebene 37 in einen vorderen Teil 38 und einen hinteren Teil 39 unterteilt. Der vordere Teil 38 liegt auf der dem vorderen Ende 32 der Vorkammerzündkerze 1 zugewandten Seite der Trennebene 37 und der hintere Teil 39 der Vorkammer 31 liegt auf der dem hinteren Ende 13 zugewandten Seite der Trennebene 37. Der hintere Teil 39 ist vollständig innerhalb der Vorkammerzündkerze 1 angeordnet. Der vordere Teil 38 und der hintere Teil 39 stehen an der Trennebene 37 miteinander in Verbindung, so dass über die Trennebene 37 hinweg ein Gasaustausch zwischen dem vorderen Teil 38 und dem hinteren Teil 39 stattfinden kann. Abgesehen von dieser Verbindung mit dem vorderen Teil 38 ist der hintere Teil 39 gasdicht geschlossen. Sämtliche Öffnungen 33, 34, 35 münden in den vorderen Teil 38. Ein Gesamtvolumen Vv+Vh der Vorkammer 31 wird aus der Summe eines Volumens Vv des vorderen Teils 38 und eines Volumens Vh des hinteren Teils 39 der Vorkammer 31 gebildet. Das vordere Volumen Vv erstreckt sich im Bereich der Öffnungen 33, 34 und 35 bis zur Außenfläche der Kappe 30, so dass das vordere Volumen Vv auch die Volumina der Öffnungen 33, 34, 35 innerhalb der Wandung der Kappe 30 umfasst. Das Volumen Vh des hinteren Teils 39 ist, insbesondere um einen Faktor von 1,6 bis 1,7, größer als das Volumen Vv des vorderen Teils 38.
Der Körper 2 hat am vorderen Ende 3 eine Stirnfläche 40, an welcher eine Befestigungsstelle der Masseelektrode 20 angeordnet ist. Für jede Masseelektrode 20 ist an der Befestigungsstelle eine Nut 41 in der Stirnseite 40 eingebracht, in welcher das Trägerbauteil 23 sitzt und mit dem Körper 2, insbesondere durch Widerstandsschweißen, verschweißt ist. Der Körper 2 weist am vorderen Ende 3 eine in Umfangsrichtung umlaufende Stufe 42 auf, welche radial nach außen weist. Die Kappe 30 ist auf diese Stufe 42 aufgesetzt und dort mit dem Körper 2 verschweißt. Je nach Ausgestaltung kann die Stirnfläche 40 und/oder die Masseelektrode 20 im hinteren Teil 39 der Vorkammer 31, siehe 4 und 5, oder im vorderen Teil 38, siehe 6, liegen.
Der Durchgang 7 des Körpers 2 verengt sich an einer Stelle 45 bei Betrachtung vom hinteren Ende 13 zum vorderen Ende 3. Die Verengung 45 ist zwischen der Sitzfläche 16 und der Masseelektrode 20 angeordnet. Der Körper 2 ragt an der Verengung 45 balkonartig in die Vorkammer 31 hinein. Dies verbessert die Befestigung der Masseelektrode 20. Wie in 5 dargestellt, kann sich bei Betrachtung von hinten nach vorne der Durchgang 7 an einer Stelle 46 erweitern, welche zwischen der durch die Sitzfläche 16 gebildeten Verengung und der Verengung 45 liegt. Die ringförmige Sitzfläche 16 lässt sich dadurch verbreitern, so dass der Isolator 8 besser am Körper 2 abgestützt werden kann. Durch die Erweiterung 46 kann ferner die Breite R des Ringspalts 18 vergrößert werden. Dies kann vorteilhaft sein, um Restgase besser aus dem Ringspalt 18 ausspülen zu können und um ein entsprechend großes Volumen Vh des hinteren Teils 39 der Vorkammer 31 zu erreichen, welches im hinteren Teil genügend Raum zur Aufnahme von noch verbliebenen Restgasen bietet.
In 1 ist erkennbar, wie die Vorkammerzündkerze 1 mit ihrem Außengewinde 4 in eine Brennkraftmaschine 50 eingeschraubt ist. Die Brennkraftmaschine 50 hat ein einen Motorblock 51 und einen Zylinderkopf 52 enthaltendes Gehäuse mit mehreren Zylindern 53, von denen in 1 einer teilweise dargestellt ist. Der Zylinder 53 weist einen im Motorblock 51 bewegbaren Kolben 54 auf. Der Motorblock 51, der Zylinderkopf 52 und der Kolben 54 begrenzen eine Brennkammer 55, deren Volumen sich bei der Verschiebung des Kolbens 54 ändert. Der Hubraum des Zylinders 53 kann 300 cm³ bis 500 cm³ betragen. In die Brennkammer 55 mündet ein Kanal 56, welcher ein Einlasskanal oder ein Auslasskanal sein kann. Der Kanal 56 ist von einem Ventil 57 verschließbar. Derartige Brennkraftmaschinen 50 und ihre Funktionsweise sind an sich bekannt. Wenn sich der Kolben 54 in seinem oberen Totpunkt befindet, hat die Brennkammer 55 ihr kleinstes Volumen, welches als komprimiertes Volumen Vc bezeichnet wird. Das Gesamtvolumen Vv+Vh der Vorkammer 31 liegt im Bereich von 0,7 % bis 1 % des komprimierten Volumens Vc. Das Volumen Vc beträgt 50 cm³ bis 80 cm³, während das Gesamtvolumen Vv+Vh im Bereich von 0,3 cm³ bis 0,8 cm³ liegt.
Die Kappe 30 schirmt die Mittelelektrode 10 und die Masseelektroden 20 gegen die Brennkammer 55 ab. Die Öffnungen 33, 34, 35 ermöglichen einen Gasaustausch zwischen der Brennkammer 55 und der Vorkammer 31. Wenn sich der Kolben 54 beim Verdichtungstakt nach oben bewegt, wird frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Brennkammer 55 durch die Öffnungen 33, 34, 35 in die Vorkammer 31 hineingedrückt. In der Vorkammer 31 verbliebene Restgase werden in den hinteren Teil 39 verdrängt, so dass frisches Gemisch zur Luftfunkenstrecke 21 gelangt. Jede der Öffnungen 33, 34 und 35 hat eine Mittellinie 60, welche entlang der Erstreckungsrichtung der Öffnungen 33, 34, 35 verläuft und die Wandung der Kappe 30 schneidet. Die Mittellinien 60 der Öffnungen 33, 34 und 35 schneiden jeweils die Mittellinie 5 des Außengewindes 4. Die Mittellinie 60 der Öffnung 33 hat einen Winkel A1 zur Mittellinie 5 und die Mittellinie 60 der Öffnung 35 hat einen Winkel A2 zur Mittellinie 5. Die Winkel A1 und A2 sind unterschiedlich und können 45° bis 60° betragen. Die Mittellinien sämtlicher Öffnungen in der Kappe 30 schneiden die Mittellinie 5 des Außengewindes 4, um eine drallfreie Einströmung des frischen Kraftstoff-Luft-Gemischs in die Vorkammer 31 zu ermöglichen.
Die Öffnungen 33, 34 und 35 haben jeweils in Umfangsrichtung des Körpers 2 eine vordefinierte Position und in Bezug auf den Gewindeanschnitt 6 eine vordefinierte Orientierung. Die vordefinierte Orientierung ist bei allen Vorkammerzündkerzen 1 derselben Brennkraftmaschine 50 gleich, um in jedem ihrer Zylinder 53 gleiche Verhältnisse zu schaffen. Die Öffnungen 33, 34 und 35 haben in Bezug auf den Kanal 56 und das Ventil 57 die gleiche Orientierung. Die nach der Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Vorkammer 31 durch die Öffnungen 33, 34, 35 in die Brennkammer 55 schießenden Zündfackeln, in 1 durch die Pfeile 58 angedeutet, haben dadurch ebenfalls eine vordefinierte Orientierung in der Brennkammer 55. Eine Zündfackel 58 kann beispielsweise definiert in Richtung eines Ventils 57 weisen oder in einen Bereich zwischen zwei Ventilen 57. Hierdurch kann die Entzündung eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer 55 verbessert werden.
Der Körper 2 hat benachbart zum Außengewinde 4 an dessen hinterem Ende 13 einen Bund mit einem Außendichtsitz 62, welcher das Einschrauben der Vorkammerzündkerze 1 in die Brennkraftmaschine 50 begrenzt. Zur Abdichtung der Brennkammer 55 wird dem Außendichtsitz 62 ein Dichtring 64 zugeordnet. Wenn mehrere Vorkammerzündkerzen 1 mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment in den Zylinderkopf 53 eingeschraubt werden, ist durch den Außendichtsitz 62 sichergestellt, dass die Öffnungen 33, 34 und 35 bei allen Vorkammerzündkerzen 1 der Brennkraftmaschine 50 die gleiche Orientierung haben, so dass die Zündfackeln 58 in allen Zylindern 53 ebenfalls die gewünschte, für eine gute Entflammung günstige Orientierung in der Brennkammer 55 haben.
Bezugszeichenliste

1: Vorkammerzündkerze
2: Körper
3: vorderes Ende
4: Außengewinde
5: Mittellinie
6: Gewindeanschnitt
7: Durchgang
8: Isolator
9: Innenleiter
10: Mittelelektrode
11: vorderes Ende
12: Armierungsbauteil
13: hinteres Ende
14: Zwölfkant
16: Sitzfläche
18: Ringspalt
20, 20': Masseelektrode
21, 21': Luftfunkenstrecke
22: Stirnseite
23: Trägerbauteil
24: Armierungsbauteil
30: Kappe
31: Vorkammer
32: vorderes Ende
33: Öffnung
34: Öffnung
35: Öffnung
37: Trennebene
38: vorderer Teil
39: hinterer Teil
40: Stirnfläche
41: Nut
42: Stufe
45: Verengung
46: Erweiterung
50: Brennkraftmaschine
51: Motorblock
52: Zylinderkopf
53: Zylinder
54: Kolben
55: Brennkammer
56: Kanal
57: Ventil
58: Zündfackel
60: Mittellinie
62: Außendichtsitz
64: Dichtring
A1, A2: Winkel
R: Abstand
Vc: komprimiertes Volumen
Vh: hinteres Volumen
Vv: vorderes Volumen

Claims

Brennkraftmaschine (50) mit folgenden Merkmalen: • einem Gehäuse mit wenigstens einem Zylinder (53) und einer Vorkammerzündkerze (1); • der Zylinder (53) weist einen im Gehäuse (51, 52) bewegbaren Kolben (54) auf, welcher eine im Gehäuse (51, 52) angeordnete Brennkammer (55) begrenzt, deren Volumen sich bei Bewegung des Kolbens (54) ändert; • die Brennkammer (55) hat ein komprimiertes Volumen (Vc), wenn sich der Kolben (54) im oberen Totpunkt befindet; • die Vorkammerzündkerze (1) weist einen Körper (2), ein an seinem vorderen Ende (3) angeordnetes Außengewinde (4), einen Durchgang (7), einen im Durchgang (7) angeordneten Isolator (8), eine am vorderen Ende (11) aus dem Isolator (8) herausragende Mittelelektrode (10) und eine vorkammerbildende Kappe (30) auf, welche am vorderen Ende (3) des Körpers (2) angeordnet ist und eine Vorkammer (31) begrenzt; • die Kappe (30) schirmt die Mittelelektrode (10) gegen die Brennkammer (31) ab und weist wenigstens eine Öffnung (33; 34; 35) auf, welche einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer (31) und der Brennkammer (55) ermöglicht; dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen (Vv+Vh) der Vorkammer (31) mindestens 0,65% des komprimierten Volumens (Vc) der Brennkammer beträgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher das Gesamtvolumen (Vv+Vh) der Vorkammer (31) im Bereich von 0,65 % bis 1,9 %, insbesondere von 0,7 % bis 1 %, des komprimierten Volumens (Vc) der Brennkammer (55) liegt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher das Gesamtvolumen (Vv+Vh) der Vorkammer (31) im Bereich von 0,2 cm³ bis 1 cm³, insbesondere von 0,3 cm³ bis 0,8 cm³, beträgt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher das Volumen (Vc) der Brennkammer (55) von 30 cm³ bis 100 cm³, insbesondere von 50 cm³ bis 80 cm³, beträgt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher die Kappe (30) der Vorkammerzündkerze (1) 3 bis 9, insbesondere 4 bis 6, Öffnungen (33; 34; 35) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher die zumindest eine Öffnung (33; 34; 35) in der Kappe (30) der Vorkammerzündkerze (1) einen Durchmesser von 0,6 mm bis 1,6 mm, insbesondere von 0,8 mm bis 1,4 mm, aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Vorkammerzündkerze (1) folgende weitere Merkmale aufweist: • in dem Durchgang (7) des Körpers (2) ist eine ringförmige Sitzfläche (16) für den Isolator (8) angeordnet; • der Durchgang (7) verengt sich an der Sitzfläche (16) bei Betrachtung vom hinteren Ende (13) zum vorderen Ende (3).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, in welcher das vordere Ende (11) des Isolators (8) über die Sitzfläche (16) nach vorne in die Vorkammer (31) hineinragt und einen in Umfangsrichtung umlaufenden Abstand (R) von mindestens 1,2 mm zum Körper (2) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, in welcher sich der Durchgang (7) - bei Betrachtung von hinten nach vorne - an einer Stelle (45) verengt, welche zwischen der ringförmigen Sitzfläche (16) für den Isolator (8) und der Masseelektrode (20) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, in welcher sich der Durchgang (7) - bei Betrachtung von hinten nach vorne - an einer Stelle (46) erweitert, welche zwischen der ringförmigen Sitzfläche (16) für den Isolator (8) und dem vorderen Ende (11) des Isolators (8) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche , bei welcher die Vorkammerzündkerze (1) folgende weitere Merkmale aufweist: • die Vorkammer (31) lässt sich durch eine gedachte Trennebene (37), welche an der aus dem Isolator (8) herausragenden Stirnseite (22) der Mittelelektrode (10) senkrecht zur Mittellinie (5) des Außengewindes (4) verläuft, in einen vorderen Teil (38) und einen hinteren Teil (39) unterteilen; • der vordere Teil (38) der Vorkammer (31) liegt auf der dem vorderen Ende (32) der Vorkammerzündkerze (1) zugewandten Seite der Trennebene (37); • der hintere Teil (39) der Vorkammer (31) liegt auf der dem hinteren Ende (13) der Vorkammerzündkerze (1) zugewandten Seite der Trennebene (37), ist innerhalb der Vorkammerzündkerze (1) angeordnet und ist - abgesehen von seiner an der Trennebene (37) befindlichen Verbindung mit dem vorderen Teil (38) der Vorkammer (31) - gasdicht geschlossen; • das Volumen (Vh) des hinteren Teils (39) der Vorkammer (31) ist größer als das Volumen (Vv) des vorderen Teils (38) der Vorkammer (31).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, in welcher das Volumen (Vh) des hinteren Teils (39) der Vorkammer (31) um einen Faktor von 1,5 bis 2,0, insbesondere um einen Faktor von 1,6 bis 1,7, größer als das Volumen (Vv) des vorderen Teils (38) der Vorkammer (31) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher die Öffnung (33; 34; 35) in der Kappe (30) eine Mittellinie hat, welche die Mittellinie (5) des Außengewindes (4) schneidet.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mehreren Zylindern (53), welche jeweils eine Brennkammer (55), einen dort hineinmündenden Kanal (56) und eine Vorkammerzündkerze (1) aufweisen, wobei die Öffnung (33) bei allen Vorkammerzündkerzen (1) der Brennkraftmaschine (50) in Bezug auf den Kanal (56) die gleiche Orientierung hat.