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Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der
US 2014/0261296 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Vorkammerzündkerze weist wenigstens ein Kammerelement auf, welches eine in Einbaulage der Vorkammerzündkerze zumindest teilweise in den Brennraum hineinragende Vorkammer begrenzt und zumindest einen in Einbaulage der Vorkammerzündkerze in den Brennraum hineinragenden Teilbereich aufweist. Der Teilbereich begrenzt die Vorkammer zumindest teilweise, weist eine Außenkontur auf und endet an einem in Einbaulage der Vorkammerzündkerze in dem Brennraum aufgenommenen Ende. In dem Teilbereich ist wenigstens eine in Einbaulage der Vorkammerzündkerze in den Brennraum mündende und in den Brennraum hineinragende Durchgangsöffnung ausgebildet, über welche die Vorkammer fluidisch mit dem Brennraum verbindbar ist.
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Des Weiteren offenbart die
WO 2019/126838 A1 eine Zündkerze, die in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anordenbar ist und ein Außenteil und ein Innenteil aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Vorkammerzündkerze der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein auf einer dem Ende abgewandten Seite der Öffnung angeordneter Teil der Außenkontur des Teilbereichs konkav ausgebildet, das heißt nach innen gewölbt ist. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Das Kammerelement ist beispielsweise eine sogenannte Kappe, die in Einbaulage der Vorkammerzündkerze in den Brennraum hineinragt. Die Vorkammerzündkerze nimmt dabei ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine ein. In dem vollständig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist die Vorkammerzündkerze beispielsweise teilweise in einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, insbesondere derart, dass das Kammerelement beziehungsweise die Kappe und insbesondere der Teilbereich an sich außerhalb des Zylinderkopfes angeordnet und in dem Brennraum aufgenommen sind, mithin in den Brennraum hineinragen. Eine wesentliche Schwierigkeit bei der Verwendung von Vorkammerzündkerzen sind Zündaussetzer im Niedriglastbereich und Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine. Dies ist auf eine schlechte Spülung der Vorkammer zurückzuführen und folglich auf einen hohen Restgasgehalt. Dadurch, dass zumindest der Teilbereich der Außenkontur konkav ausgebildet ist, ist die Außenkontur vorzugsweise partiell konkav. Durch diese partiell konkave Außenkontur kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen die Spülung des Restgases in der Vorkammer verbessert und folglich die Verbrennung in der Vorkammer speziell bei Betriebspunkten mit niedriger Last und insbesondere Leerlauf verbessert werden. Folglich erweitert sich das Einsatzgebiet der Vorkammerzündkerze in Richtung Leerlauf, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Personenkraftwagens verwendet wird.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zumindest der Teilbereich rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Üblicherweise weisen rotationssymmetrische Kappen von Vorkammerzündkerzen außenumfangsseitig gerade und/oder konvexe Flächen beziehungsweise Außenkonturen auf. Speziell bei Verbrennungskraftmaschinen mit hoher Ladungsbewegung, beispielsweise bei einer Tumbleströmung, wird die Strömung durch die Außenkontur in Richtung des auch als Kappenspitze bezeichneten Endes umgeleitet. Durch die gerade beziehungsweise konvexe Außenkontur herkömmlicher Vorkammerzündkerzen beziehungsweise Kappen führt dies zu Ablösungen an den auch als Bohrungen ausgebildeten oder als Bohrungsöffnungen bezeichneten Durchgangsöffnungen. Dies reduziert den effektiven Querschnitt der jeweiligen Durchgangsöffnung und ist negativ für die Durchspülung der Vorkammer.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können durch die Erfindung, das heißt durch die partiell konkave Außenkontur, vermieden werden, wobei die Außenkontur bezogen auf die Einbaulage der Vorkammerzündkerze oberhalb der beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Durchgangsöffnung konkav ausgebildet ist. Dadurch wird die Strömung vorteilhaft zu der Durchgangsöffnung geleitet beziehungsweise umgelenkt, und unerwünschte, ungünstige Strömungsablösungen können vermieden werden. Somit kann die Anströmung der Öffnung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen verbessert werden. Folglich ergibt sich eine bessere Spülung des Restgases, und die Verbrennung in der Vorkammer wird stabilisiert. Dadurch ist die Gefahr von Fehlzündungen beziehungsweise Zündaussetzern im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert. Daraus resultiert ein erweiterter Einsatzbereich der Vorkammerzündkerze in Richtung Betriebspunkt mit hohem Restgasanteil wie beispielsweise Leerlauf und Niedriglastpunkte.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise ein einer schematischen Längsschnittansicht eine Vorkammerzündkerze 10 für einen Brennraum 12 einer Verbrennungskraftmaschine. Vorzugsweise ist die auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. In der Fig. ist die Vorkammerzündkerze 10 in ihrer Einbaulage gezeigt. Die Vorkammerzündkerze 10 nimmt dabei ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein. Im vollständig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine umfasst diese ein beispielsweise als Kurbelgehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Gehäuseelement und einen separat von dem Gehäuseelement ausgebildeten und mit dem Gehäuseelement verbundenen Zylinderkopf 14, in welchem die Vorkammerzündkerze 10 teilweise angeordnet ist. Das Gehäuseelement weist einen Zylinder auf. Dabei ist der Brennraum 12 teilweise durch den Zylinder begrenzt. Der Zylinderkopf 14 bildet ein dem Brennraum 12 zugeordnetes Brennraumdach 16, durch welches der Brennraum 12 ebenfalls teilweise begrenzt ist. Außerdem ist der Brennraum 12 durch einen Kolben teilweise begrenzt, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Vorkammerzündkerze 10 wenigstens oder genau ein, vorzugsweise einstückig ausgebildetes, Kammerelement 18 umfasst, welches beispielsweise eine Kappe der Vorkammerzündkerze 10 ist. Die Vorkammerzündkerze 10 umfasst dabei beispielsweise ein in der Fig. nicht erkennbares Gehäuse, wobei das Kammerelement 18 beispielsweise separat von dem Gehäuse ausgebildet und mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Das Kammerelement 18 (Kappe) begrenzt eine in Einbaulage der Vorkammerzündkerze 10 zumindest teilweise in dem Brennraum 12 hineinragende Vorkammer 20. Das Kammerelement 18 ist beispielsweise teilweise in dem Zylinderkopf 14 aufgenommen und weist ferner zumindest einen in Einbaulage der Vorkammerzündkerze 10 in den Brennraum 12 hineinragenden, die Vorkammer 20 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden und an einem in Einbaulage der Vorkammerzündkerze 10 in dem Brennraum 12 aufgenommenen Ende E endenden Teilbereich T auf, welcher eine Außenkontur 22 aufweist. Das Ende E wird auch als Spitze oder Kappensitze des Kammerelements 18 beziehungsweise der Kappe bezeichnet.
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In dem in der Einbaulage der Vorkammerzündkerze 10 in den Brennraum 12 hineinragenden Teilbereich T sind Durchgangsöffnungen 24 ausgebildet, deren jeweilige Längsachse, insbesondere Längsmittelachse, in der Fig. mit 26 bezeichnet ist. Die jeweilige Durchgangsöffnung 24 mündet einerseits in den Brennraum 12 und andererseits in die Vorkammer 20, sodass die Vorkammer 20 über die Durchgangsöffnungen 24 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbindbar oder verbunden sind. Bezüglich einer Längsachse 28, insbesondere Längsmittelachse, der Vorkammerzündkerze 10 ist zumindest der Teilbereich T, insbesondere das Kammerelement 18, rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Längsachse 28 wird auch als Hauptachse der Vorkammer 20 beziehungsweise des Kammerelements 18 bezeichnet. Da die Durchgangsöffnungen 24 in dem Teilbereich T ausgebildet sind, und da der Teilbereich T in den Brennraum 12 hineinragt, mithin in dem Brennraum 12 aufgenommen ist, ragen auch die Durchgangsöffnungen 24 in den Brennraum 12 hinein beziehungsweise sind auch die Durchgangsöffnungen 24 in dem Brennraum 12 aufgenommen.
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Insgesamt ist aus der Fig. erkennbar, dass die Vorkammer 20, welche durch das Kammerelement 18 gebildet beziehungsweise begrenzt ist, bis auf die jeweilige, über die jeweilige Durchgangsöffnung 24 realisierte fluidische Verbindung mit dem Brennraum 12 durch das Kammerelement 18 von dem Brennraum 12 fluidisch getrennt ist. Lediglich über die Durchgangsöffnungen 24 jedoch ist die Vorkammer 20 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbunden.
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In der Fig. ist durch Pfeile 30 und 32 eine Strömung in dem Brennraum 12 veranschaulicht. Zu der Strömung kommt es beispielsweise während eines, insbesondere befeuerten, Betriebs der Verbrennungskraftmaschine. Die Strömung umfasst beispielsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches Kraftstoff, insbesondere flüssigen Kraftstoff, und Luft umfasst. Die Luft wird während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum 12 eingebracht. Auch der Kraftstoff wird während des Betriebs in den Brennraum 12 eingebracht, insbesondere direkt in den Brennraum 12 eingespritzt. Wie anhand der Pfeile 30 erkennbar ist, kann zumindest ein Teil der Strömung beziehungsweise zumindest ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches über die jeweilige Durchgangsöffnung 24 aus dem Brennraum 12 in die Vorkammer 20 einströmen.
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Die Vorkammerzündkerze 10 weist beispielsweise wenigstens eine in der Fig. nicht erkennbare Zündeinrichtung auf, mittels welcher in der Vorkammer 20 wenigstens ein Zündfunke erzeugbar ist. Mittels des Zündfunkens kann beispielsweise der in die Vorkammer 20 eingeströmte Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches gezündet werden. Daraus können sogenannte Verbrennungsfackeln resultieren, welche beispielsweise über die Durchgangsöffnungen 24 aus der Vorkammer 20 ausströmen und in den Brennraum 12 einströmen können. Mittels dieser Verbrennungsfackeln kann der in dem Brennraum 12 verbliebene, übrige Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches gezündet und in der Folge verbrannt werden. Um nun die Wahrscheinlichkeit von Zünd- beziehungsweise Verbrennungsaussetzern insbesondere in niedrigen Lastbereichen in dem Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, ist zumindest ein auf einer dem Ende E abgewandten Seite S der jeweiligen Durchgangsöffnung 24 angeordneter Teil TA der Außenkontur 22 konkav, das heißt nach innen und von dem Brennraum 12 weg gewölbt ausgebildet, sodass die Außenkontur 22 bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel partiell konkav ausgebildet ist. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist der konkave Teil TA kugel- oder kreissegmentförmig ausgebildet und weist demzufolge einen Radius R auf, welcher beispielsweise ein Radius eines in der Fig. mit 34 bezeichneten Kreises oder Kreissegments ist. Des Weiteren ist es bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der konkave Teil TA in Richtung des Endes E an den Durchgangsöffnungen 24 endet. Außerdem ist die Außenkontur 22 auf einer dem konkaven Teil TA abgewandten und dem Ende E zugewandten Seite S2 der jeweiligen Durchgangsöffnung 24 zumindest bis zu dem Ende E hin vollständig konvex ausgebildet. Vorliegend ist es vorgesehen, dass die Außenkontur 22 auf der Seite S2 und dabei zwischen den Durchgangsöffnungen 24 vollständig konvex ausgebildet ist. Darüber hinaus schließt sich auf einer den jeweiligen Durchgangsöffnungen 24 abgewandten Seite S3 des konkaven Teils TA ein konvexer Teil TK der Außenkontur 22 an.
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Wie anhand der Pfeile 30 und 32 erkennbar ist, kann durch die beschriebene Ausgestaltung des Teilbereichs T beziehungsweise der Außenkontur 22 des Teilbereichs T eine besonders vorteilhafte Anströmung der Durchgangsöffnungen 24 realisiert werden, ohne dass es zu übermäßigen, unerwünschten Strömungsablösungen kommt. In der Folge kann eine vorteilhafte Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet werden, und es kann eine vorteilhafte Spülung der Vorkammer 20 gewährleistet werden, sodass beispielsweise Restgas aus der Vorkammer 20 ausgespült werden und ein neues, zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 20 einströmen kann. Insbesondere kann eine übermäßige, unerwünschte Strömungsablösung an einem jeweiligen Eintritt der jeweiligen, beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Durchgangsöffnung 24 vermieden werden, und - wie anhand des Pfeils 32 erkennbar ist - kann eine vorteilhafte Umströmung der Vorkammer 20 gewährleistet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorkammerzündkerze
- 12
- Brennraum
- 14
- Zylinderkopf
- 16
- Brennraumdach
- 18
- Kammerelement
- 20
- Vorkammer
- 22
- Außenkontur
- 24
- Durchgangsöffnung
- 26
- Längsachse
- 28
- Längsachse
- 30
- Pfeil
- 32
- Pfeil
- 34
- Kreissegment
- E
- Ende
- R
- Radius
- S
- Seite
- S2
- Seite
- S3
- Seite
- T
- Teilbereich
- TA
- Teil
- TK
- Teil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0261296 A1 [0002]
- WO 2019/126838 A1 [0003]
