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Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung einer solchen Vorkammerzündkerze an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine.
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Eine solche Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2019 111 091 B3 als bekannt zu entnehmen. Die Vorkammerzündkerze weist einen Zündkerzenkörper auf, welcher ein Gewinde aufweist, mittels welchem die Vorkammerzündkerze an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine befestigbar ist. Die Vorkammerzündkerze umfasst außerdem eine Mittelelektrode, welche zumindest einen in dem Zündkerzenkörper angeordneten Längenbereich aufweist. Die Vorkammerzündkerze weist außerdem eine Vorkammer auf, welche zumindest überwiegend durch eine separat von dem Zündkerzenkörper ausgebildete Kappe gebildet ist. In der Kappe sind Durchgangsöffnungen ausgebildet, über welche die Vorkammer fluidisch mit dem Brennraum verbindbar ist, sodass über die Durchgangsöffnungen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer einleitbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine sowie eine Befestigungsanordnung einer solchen Vorkammerzündkerze an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau der Vorkammerzündkerze realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 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 derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders einfacher und somit kostengünstiger Aufbau der Vorkammerzündkerze realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Zündkerzenkörper, insbesondere in Längserstreckungsrichtung der Mittelelektrode, direkt oder unter Vermittlung genau eines einerseits direkt an dem Zündkerzenkörper und andererseits direkt an der Kappe abgestützten und beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff und/oder Metall gebildeten Dichtrings, insbesondere Metalldichtrings, an der Kappe abgestützt ist. Dadurch kann eine herkömmlicherweise zum Einsatz kommende, separate und zusätzliche Hülse zwischen dem Zündkerzenkörper und der Kappe beziehungsweise zwischen dem Dichtring und der Kappe vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten der einfach auch als Zündkerze bezeichneten Vorkammerzündkerze in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Außerdem kann die Anzahl an Dichtstellen der Vorkammerzündkerze besonders gering gehalten werden, sodass der Aufbau der Vorkammerzündkerze besonders einfach und somit kostengünstig gehalten werden kann.
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Zur Erfindung gehört auch eine Befestigungsanordnung einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Bei der Befestigungsanordnung ist die Vorkammerzündkerze mittels des vorzugsweise als Außengewinde ausgebildeten Gewindes des Zündkerzenkörpers an dem Zylinderkopf befestigt.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei herkömmlichen Vorkammerzündkerzen für fremdgezündete, auch als Verbrennungsmotoren bezeichnete Verbrennungskraftmaschinen werden meist die Vorkammerzündkerzen modular ausgeführt. Mit anderen Worten weist die Vorkammerzündkerze einen modularen Aufbau auf, insbesondere dadurch, dass die die Vorkammer zumindest überwiegen, das heißt zu mehr als die Hälfte, bildende beziehungsweise begrenzende Kappe und der Zündkerzenkörper separat voneinander ausgebildet sind. Unter dem Merkmal, dass die Vorkammer zumindest überwiegend, das heißt zu mehr als zur Hälfte, durch die Kappe gebildet beziehungsweise begrenzt ist, ist insbesondere zu verstehen, dass die Vorkammer hinsichtlich ihres gesamten Volumens zu mehr als zur Hälfte durch die Kappe begrenzt beziehungsweise gebildet oder umgeben ist. Durch die Erfindung kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Vereinfachung und somit Komplexitätsreduktion realisiert werden, und die Anzahl an Dichtstellen kann verringert werden, da der Zündkerzenkörper direkt oder unter Vermittlung des Dichtrings an der auch als Lochkappe bezeichneten Kappe anliegt. Der Dichtring ist dabei vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material gebildet. Der gegebenenfalls zum Einsatz kommende Dichtring ist separat von dem Zündkerzenkörper und separat von der Kappe ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze ist eine passive Vorkammerzündkerze, da das das Kraftstoff-Luft-Gemisch zunächst in dem Brennraum der beispielsweise als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine gebildet wird und dann über die Durchgangsöffnungen in die Vorkammer einströmt beziehungsweise eingeleitet wird, insbesondere derart, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels eines Kolbens insbesondere bei dessen Aufwärtsbewegung über die Durchgangsöffnungen in die Vorkammer hinein gefördert, insbesondere hinein gedrückt, wird. Die Verbrennungskraftmaschine kann ein mittels eines flüssigen Kraftstoffes betreibbarer Verbrennungsmotor sein, oder die Verbrennungskraftmaschine ist ein Gasmotor, insbesondere ein Wasserstoffmotor, der mittels eines gasförmigen Kraftstoffes, insbesondere mittels Wasserstoffes, in seinem befeuerten Betrieb betreibbar ist.
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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 Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung einer Vorkammerzündkerze an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise eine Befestigungsanordnung 10 einer Vorkammerzündkerze 12 an einem Zylinderkopf 14 einer vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen in der Fig. teilweise erkennbaren Brennraum 16 auf, welcher beispielsweise teilweise durch eine in der Fig. nicht dargestellte Zylinderwand eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Der Zylinder und somit die Zylinderwand sind beispielsweise durch ein insbesondere als Kurbelgehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Der Brennraum 16 ist außerdem teilweise durch einen in der Fig. nicht dargestellten Kolben begrenzt, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnet ist. Außerdem ist der Brennraum 16 teilweise durch ein Brennraumdach 18 des Zylinderkopfes 14 begrenzt.
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Die Vorkammerzündkerze 12 weist einen Zündkerzenkörper 20 auf, welcher einen ersten Längenbereich L1 und einen sich direkt an den Längenbereich L1 von dem Zylinderkopf 14 weg anschließenden zweiten Längenbereich L2 aufweist. In dem Längenbereich L1 weist der Zündkerzenkörper 20 an seiner außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 ein vorliegend als Außengewinde 24 ausgebildetes Gewinde auf, mittels welchem die Vorkammerzündkerze 12 an dem Zylinderkopf 14 befestigt ist. Der Zylinderkopf 14 weist eine Aufnahme 26 auf, in welcher der Längenbereich L1 und somit das in dem Längenbereich L1 angeordnete Außengewinde 24 des Zündkerzenkörpers 20 zumindest teilweise angeordnet sind. Aus der Fig. ist erkennbar, dass sich der Längenbereich L2 von der Aufnahme 26 weg direkt an den Längenbereich L1 anschließt. Der Längenbereich L1 weist einen ersten Außenumfang, insbesondere einen ersten Außendurchmesser, auf, wobei der Längenbereich L2 einen zweiten Außenumfang, insbesondere einen zweiten Außendurchmesser, aufweist. Der zweite Außenumfang, insbesondere der zweite Außendurchmesser, ist weit größer als der erste Außenumfang, insbesondere als der erste Außendurchmesser. Dadurch weist der Längenbereich L2 eine Stirnseite 28 auf, die zu der Aufnahme 26 und zu dem Brennraum 16 hinweist.
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In der Fig. ist durch eine strichpunktierte Linie 30 eine Längserstreckungsrichtung, insbesondere eine Mittelachse, der Vorkammerzündkerze 12 und der Aufnahme 26 veranschaulicht. Dadurch ist erkennbar, dass sich der Längenbereich L2 in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 von der Aufnahme 26 und von dem Brennraum 16 weg an den Längenbereich L1 anschließt.
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Die Vorkammerzündkerze 12 weist außerdem eine Mittelelektrode 32 auf. Die Mittelelektrode 32 weist zumindest einen in dem Zündkerzenkörper 20 angeordneten Längenbereich L3 auf, welcher entlang seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend von dem Zündkerzenkörper 20 umgeben ist. Die Mittelelektrode 32 ist separat von dem Zündkerzenkörper 20 ausgebildet. Der Zündkerzenkörper 20 kann ein Isolator sein und/oder zwischen zumindest einem Teil der Mittelelektrode 32 und dem Zündkerzenkörper 20 kann ein elektrischer Isolator angeordnet sein, mittels welchem die Mittelelektrode 32 von dem Zündkerzenkörper 20 elektrisch isoliert ist. Dabei kann ein Ende der Mittelelektrode 32 aus dem elektrischen Isolator, insbesondere in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12, herausragen.
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Die Vorkammerzündkerze 12 weist ferner eine Vorkammer 34 auf, welche zumindest überwiegend durch eine separat von dem Zündkerzenkörper 20 und separat von der Mittelelektrode 32 ausgebildet und auch als Vorkammerkappe bezeichnete Kappe 36 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. In der Kappe 36 sind Durchgangsöffnungen 38 ausgebildet, über welche die Vorkammer 34 fluidisch mit dem Brennraum 16 verbunden ist. Dadurch ist ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum 16 über die Durchgangsöffnungen 38 in die Vorkammer 34 einleitbar. Es ist erkennbar, dass die Vorkammer 34 lediglich über die Durchgangsöffnungen 38 der Kappe 36 fluidisch mit dem Brennraum 16 verbunden und ansonsten von dem Brennraum 16 räumlich und fluidisch getrennt ist.
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Die Vorkammerzündkerze 12 weist eine zweite Elektrode 40 auf, welche, insbesondere entlang einer senkrecht oder schräg zur Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 verlaufenden Richtung, von dem Zündkerzenkörper 20 absteht, insbesondere derart, dass die Mittelelektrode 32 in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 zu dem Brennraum 16 beziehungsweise zu der Vorkammer 34 hin zumindest teilweise durch die zweite Elektrode 40 überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Vorzugsweise ist die Elektrode 40 nicht etwa als eine Hakenelektrode ausgebildet, sondern vorzugsweise ist die Elektrode 40 als eine innere Masseelektrode ausgebildet. Mittels der Mittelelektrode 32 und der Elektrode 40 ist, insbesondere in der Vorkammer 34, wenigstens ein Zündfunke erzeugbar, mittels welchem das in die Vorkammer 34 eingeleitete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden kann. Infolge der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 34 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer 34 verbrannt, derart, dass brennende Fackeln entstehen. Die brennenden Fackeln können aus der Vorkammer 34 über die Durchgangsöffnungen 38 in den Brennraum 16 einströmen und dort das in dem Brennraum 16 verbliebene Kraftstoff-Luft-Gemisch zünden.
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Die Aufnahme 26 ist beispielsweise durch eine Platte 42 des Zylinderkopfes 14 gebildet beziehungsweise begrenzt. Mit anderen Worten kann die insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahme 26 in der Platte 42 ausgebildet sein.
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Dadurch, dass der Zündkerzenkörper 20 und die Kappe 36 separat voneinander ausgebildet sind, ist ein modularer Aufbau der Vorkammerzündkerze 12 geschaffen. Mit anderen Worten ist die Kappe 36 ein Einzelteil, welches, insbesondere in Längserstreckungsrichtung der Aufnahme 26, in die Aufnahme 26 und somit in den Zylinderkopf 14 eingesteckt ist. Die Kappe 36 ist teilweise in der Aufnahme 26 angeordnet und ragt teilweise aus der Aufnahme 26 heraus und beispielsweise in den Brennraum 16 hinein, insbesondere derart, dass die Durchgangsöffnungen 38 in dem Brennraum 16 angeordnet sind.
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Um nun einen besonders einfachen und somit kostengünstigen Aufbau der Vorkammerzündkerze 12 zu realisieren, ist der Zündkerzenkörper 20 in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 und somit der Mittelelektrode 32 und dabei zu dem Brennraum 16 beziehungsweise zu den Durchgangsöffnungen 38 hin direkt an der Kappe 36 abgestützt. Aus der Fig. ist erkennbar, dass der auch als Zündkerze oder Innenelektrode bezeichnete Zündkerzenkörper 20 eine Stirnseite 44 aufweist, die der Kappe 36, insbesondere einer Stirnseite 46 der Kappe 36, zugewandt ist. Die Stirnseite 44 wird auch als Stirnfläche oder Kerzenstirnfläche bezeichnet. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Stirnseite 44 direkt an der Stirnseite 46 an, sodass die Stirnseite 44 direkt auf der Kappe 36 beziehungsweise auf deren Stirnseite 46 aufsitzt. Hierdurch ist eine hinreichende Abdichtung zwischen dem Zündkerzenkörper 20 und der Kappe 36 geschaffen.
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Die Kappe 36 weist einen Bund 48 auf, welcher vorliegend die den Zündkerzenkörper 20, insbesondere der Stirnseite 44, zugewandte und dem Brennraum 16 abgewandte Stirnseite 46 bildet. Zu dem Brennraum 16 hin liegt der Bund 48, insbesondere eine durch den Bund 48 gebildete, dem Brennraum 16 zugewandte und von der Stirnseite 46 abgewandte Stirnseite 50, direkt an einer einfach auch als Auflage bezeichneten und beispielsweise als Ringfläche ausgebildeten Auflagefläche 52 des Zylinderkopfes 14, insbesondere der Platte 42, an beziehungsweise auf. Vorzugsweise ist die Auflagefläche 52 bearbeitet, insbesondere mechanisch bearbeitet. Die Auflagefläche 52 ist der Stirnseite 50 und dem Zündkerzenkörper 20 beziehungsweise der Stirnseite 44 zugewandt und von dem Brennraum 16 abgewandt.
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Bei einer weiteren, in der Fig. nicht gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 zwischen der Stirnseite 44 und der Stirnseite 46 und somit zwischen dem Zündkerzenkörper 20 und der Kappe 36 genau ein separat von dem Zündkerzenkörper 20 und der Kappe 36 ausgebildeter Dichtring angeordnet ist, über welchen der Zündkerzenkörper 20 in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 an der Kappe 36, insbesondere an dem Bund 48, abgestützt ist. Hierzu liegt der Dichtring beispielsweise einerseits direkt an der Stirnseite 44 und somit an dem Zündkerzenkörper 20 und andererseits direkt an der Stirnseite 46 und somit an der Kappe 36 beziehungsweise deren Bund 48 an. Hierdurch ist der Zündkerzenkörper 20 über den Dichtring gegen die Kappe 36 abgedichtet. Weitere, separate und zusätzliche Bauteile zwischen dem Zündkerzenkörper 20 und der Kappe 36 können jedoch vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten der Vorkammerzündkerze 12 besonders gering gehalten werden können.
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Des Weiteren ist aus der Fig. erkennbar, dass der zweite Längenbereich L2 außerhalb der Aufnahme 26 angeordnet ist. Entlang einer senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 12 beziehungsweise der Aufnahme 26 verlaufenden Richtung, insbesondere in radialer Richtung der Vorkammerzündkerze 12 beziehungsweise durch die Aufnahme 26, schließt sich direkt ein Wandungsbereich W des Zylinderkopfes 14, insbesondere der Platte 42, an. Der Wandungsbereich W bildet dabei eine weitere, von dem Brennraum 16 abgewandte und somit von der Kappe 36 weg weisende Stirnseite 54, die der Stirnseite 28 zugewandt ist und durch die Stirnseite 28 überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Mit anderen Worten überlappen sich die Stirnseiten 28 und 54 gegenseitig. Dabei ist die Stirnseite 28 des Zündkerzenkörpers 20, insbesondere in Längserstreckungsrichtung beziehungsweise in axialer Richtung der Vorkammerzündkerze 12, unter Bildung eines zwischen den Stirnseiten 28 und 54 und somit zwischen der Stirnseite 28 und dem Wandungsbereich W angeordneten Zwischenraums Z von der Stirnseite 54 beziehungsweise von dem Wandungsbereich W beabstandet. Wie aus der Fig. erkennbar ist, ist somit ein Abstand A zwischen den Stirnseiten 28 und 54 vorgesehen, sodass eine Auflage der Stirnseite 28 auf den Wandungsbereich W beziehungsweise auf der Stirnseite 54 oder auf den Zylinderkopf 14 unterbleibt. Dabei ist der gesamte Zwischenraum Z vollständig frei von einer Dichtung zum Abdichten der Stirnseite 28 gegen den Wandungsbereich W. Dadurch kann die Teileanzahl in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Außerdem kann die Anzahl an Dichtstellen gering gehalten werden, sodass ein besonders einfacher und somit kostengünstiger Aufbau darstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Befestigungsanordnung
- 12
- Vorkammerzündkerze
- 14
- Zylinderkopf
- 16
- Brennraum
- 18
- Brennraumdach
- 20
- Zündkerzenkörper
- 22
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 24
- Außengewinde
- 26
- Aufnahme
- 28
- Stirnseite
- 30
- strichpunktierte Linie
- 32
- Mittelelektrode
- 34
- Vorkammer
- 36
- Kappe
- 38
- Durchgangsöffnung
- 40
- Elektrode
- 42
- Platte
- 44
- Stirnseite
- 46
- Stirnseite
- 48
- Bund
- 50
- Stirnseite
- 52
- Auflagefläche
- 54
- Stirnseite
- A
- Abstand
- L1
- Längenbereich
- L2
- Längenbereich
- L3
- Längenbereich
- W
- Wandungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019111091 B3 [0002]
