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Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer solchen Vorkammerzündkerze. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorkammerzündkerze gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Der
DE 10 2018 007 093 A1 ist eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Die Vorkammerzündkerze weist eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen auf, über die die Vorkammer mit dem Brennraum fluidisch verbindbar ist. Dadurch kann über die Öffnungen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer eingeleitet werden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Öffnungen dazu ausgebildet sind, eine tumbleförmige Strömung des über die Öffnungen in die Vorkammer einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2004 039 818 A1 ein Verfahren zur Zündung eines Verbrennungsmotors. Der
US 4 291 662 ist ein Verbrennungsmotor als bekannt zu entnehmen. Außerdem ist aus der
DD 207 953 ein Brennkammereinsatz für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Vorkammerzündkerze sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorkammerzündkerze zu schaffen, so dass besonders stabile Verbrennungen in der Vorkammerzündkerze realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen angegeben. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet insbesondere, dass das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der beispielsweise als Hubkolbenmotor beziehungsweise Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei beispielsweise eine Abtriebswelle auf, welche beispielsweise als eine Kurbelwelle ausgebildet sein kann, insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Hubkolbenmotor beziehungsweise als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Beispielsweise weist die Verbrennungskraftmaschine ein insbesondere als Zylindergehäuse, insbesondere Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Motorgehäuse auf, welches auch als Motorblock bezeichnet wird und beispielsweise wenigstens einen Zylinder aufweist, bildet oder begrenzt. Dabei ist beispielsweise in dem Zylinder ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine bewegbar aufgenommen, so dass der Kolben und der Zylinder jeweils teilweise den Brennraum begrenzen. Der Kolben ist beispielsweise über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle, insbesondere der Kurbelwelle, gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können. Somit ist die Abtriebswelle um eine Drehachse relativ zu dem Modulgehäuse drehbar. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Insbesondere während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine werden ein insbesondere flüssiger Kraftstoff und Luft in den Brennraum eingebracht. Die Luft, welche auch als Frischluft bezeichnet wird, und der Kraftstoff bilden ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder sind Bestandteile des Gemisches, welches zumindest vorübergehend in den Brennraum aufgenommen ist. Die Vorkammerzündkerze, welche einfach auch als Zündkerze bezeichnet wird, weist dabei eine Vorkammer auf, welche beispielsweise durch ein Gehäuse der Vorkammerzündkerze zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch das Gehäuse, insbesondere direkt, begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Gehäuse ein separat von dem Motorgehäuse ausgebildetes und zusätzlich dazu vorgesehenes Gehäuse ist, welches zumindest mittelbar an dem Motorgehäuse gehalten sein kann. Die Vorkammerzündkerze weist mehrere Verbindungskanäle auf, über welche die Vorkammern mit dem Brennraum fluidisch verbindbar oder aber verbunden sind. Beispielsweise ist der jeweilige Verbindungskanal in dem Gehäuse der Vorkammerzündkerze ausgebildet, das heißt beispielsweise, insbesondere vollständig, durch das Gehäuse der Vorkammerzündkerze, insbesondere direkt, begrenzt. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorkammerzündkerze bis auf eine jeweilige, über den jeweiligen Verbindungskanal realisierte, fluidische Verbindung zwischen der Vorkammer und dem Brennraum, insbesondere vollständig, fluidisch von dem Brennraum getrennt ist. Über die Verbindungskanäle kann das Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer eingeleitet werden. Bewegt sich beispielsweise der genannte Kolben aus einem unteren Totpunkt in einen oberen Totpunkt, so wird beispielsweise dadurch das zunächst in den Brennraum aufgenommene Gemisch, das heißt zumindest ein Teil des Gemisches, aus dem Brennraum über die Verbindungskanäle, das heißt durch die Verbindungskanäle hindurch, in die Vorkammer eingebracht, insbesondere hineingedrückt. In der Vorkammer kann die Vorkammerzündkerze wenigstens einen Zündfunken bereitstellen beziehungsweise erzeugen. Mittels des Zündfunkens wird das in die Vorkammer eingeströmte und somit zumindest vorübergehend in der Vorkammer aufgenommene Gemisch gezündet und dadurch verbrannt. Daraus resultieren sogenannte brennende Fackeln, die die Verbindungskanäle durchströmen und somit über die Verbindungskanäle in den Brennraum eindringen und dort das im Brennraum verbliebene Gemisch zünden, welches in der Folge verbrannt wird.
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Um nun in der Vorkammer und somit in der Vorkammerzündkerze besonders stabile Verbrennungen realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens oder genau einer der Verbindungskanäle an seinem der Vorkammer gegenüberliegenden und somit brennraumseitigen Ende, über welches das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den wenigstens einen Verbindungskanal einleitbar ist beziehungsweise einströmt, wenigstens oder genau einen sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals erstreckenden ersten Teilbereich mit einer insbesondere gezielt hergestellten, an dem Ende angeordneten Fase und wenigstens oder genau einen sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals, insbesondere direkt, an den ersten Teilbereich und somit an die Fase anschließenden, sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals erstreckenden zweiten Teilbereich aufweist, in welchem der wenigstens eine Verbindungskanal beziehungsweise sein brennraumseitiges Ende frei von einer gezielt hergestellten Fase ist. Mit anderen Worten, die Teilbereiche sind Teilbereich des brennraumseitigen Endes und somit des wenigstens einen Verbindungskanals, wobei das brennraumseitige Ende beziehungsweise der wenigstens eine Verbindungskanal an seinem brennraumseitigen Ende in dem ersten Teilbereich die gezielt hergestellte Fase aufweist, und wobei das brennraumseitige Ende beziehungsweise der wenigstens eine Verbindungskanal an seinem brennraumseitigen Ende in dem zweiten Teilbereich frei von einer gezielt hergestellten Fase ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Verbindungskanal und somit die Teilbereiche und insbesondere die Fase, insbesondere in Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals, zu dem Brennraum hin betrachtet an einer brennraumseitigen, auch als Endkante bezeichneten Kante enden beziehungsweise umgekehrt insbesondere in Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals von dem Brennraum hin zu der Vorkammer betrachtet beginnen, wobei beispielsweise die Kante in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals voll umlaufend eine Eintrittsöffnung des wenigstens einen Verbindungskanals begrenzt. Über seine Eintrittsöffnung mündet der wenigstens eine Verbindungskanal in den Brennraum, so dass das Gemisch über die Eintrittsöffnung in den wenigstens einen Verbindungskanal einströmt, ausgehend von der Eintrittsöffnung der wenigstens eine Verbindungskanal durchströmt, aus dem wenigstens einen Verbindungskanal ausströmt und in die Kammer einströmt und somit über den wenigstens einen Verbindungskanal in die Vorkammer strömt beziehungsweise geleitet wird. Dabei kann das Gemisch beispielsweise den wenigstens einen Verbindungskanal entlang einer oder in eine zu dem Brennraum hinweisende Strömungsrichtung durchströmen, welche beispielsweise mit der Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals zusammenfällt beziehungsweise parallel zur Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals verlaufen. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zuvor genannte Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals um die Strömungsrichtung, das heißt um die Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals herum verläuft. Da die Fase nun in dem ersten Teilbereich, nicht jedoch auch in dem zweiten Teilbereich angeordnet beziehungsweise hergestellt ist, und da der zweite Teilbereich frei von einer gezielt hergestellten Fase ist, erstreckt sich die Fase in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals nicht vollständig um die Eintrittsöffnung herum, sondern die Fase erstreckt sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals lediglich über einen ersten Teil der Eintrittsöffnung herum, wobei sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals um eine sich insbesondere in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals, insbesondere direkt, an den ersten Teil anschließenden, zweiten Teil der Eintrittsöffnung herum die Kante beziehungsweise der zweite Teilbereich und somit nicht die Fase und auch keine andere, gezielt hergestellte Fase herum erstreckt.
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Wieder mit anderen Worten ausgedrückt weist beispielsweise eine insbesondere als Festkörper ausgebildete und die Kante des wenigstens einen Verbindungskanals, insbesondere in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals vollständig umlaufend begrenzende Wandung des Gehäuses der Vorkammerzündkerze einen sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals über den ersten Teil der Eintrittsöffnung herum erstreckenden, ersten Wandungsbereich und einen sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals um den zweiten Teil der Eintrittsöffnung herum erstreckenden, zweiten Wandungsbereich auf, wobei sich vorzugsweise der zweite Wandungsbereich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals, insbesondere direkt, an den ersten Wandungsbereich anschließt. Während der erste Wandungsbereich die Fase aufweist, das heißt während in dem ersten Wandungsbereich die Fase gezielt hergestellt ist, ist der zweite Wandungsbereich frei von einer gezielt hergestellten Fase.
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Der Erfindung liegen dabei die insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Vorkammerzündkerzen weisen üblicherweise einen eingeschränkten Arbeitsbereich auf. Entweder haben Vorkammerzündkerzen eine reduzierte Niedriglastlaufgrenze (verstecktes Auftreten von Verbrennungsaussetzern bei niedrigen Lasten) oder eine erhöhte Neigung zu Vorentflammungen. Ein großer Stellhebel, das heißt eine gute Möglichkeit, den Arbeitsbereich und somit Einsatzgrenzen einer Vorkammerzündkerze zu verbessern beziehungsweise zu erweitern, ist eine Strömungsgestaltung in den beispielsweise als Bohrungen ausgebildeten Verbindungskanälen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine Durchströmung des jeweiligen Verbindungskanals oder wenigstens eines der Verbindungskanäle, insbesondere gezielt, zu beeinflussen ist, um den Arbeitsbereich zu verbessern. Unter der Durchströmung ist das den jeweiligen Verbindungskanal durchströmende Gemisch beziehungsweise eine Strömung des den jeweiligen Verbindungskanal durchströmenden Gemisches zu verstehen. Alternativ oder zusätzlich kann unter der Durchströmung verstanden werden, dass der jeweilige Verbindungskanal entsprechend ausgestaltet wird, um die Strömung des Gemisches durch den jeweiligen Verbindungskanal hindurch vorteilhaft beziehungsweise gezielt zu beeinflussen.
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Üblicherweise ist die Strömung des Gemisches in dem jeweiligen Verbindungskanal durch eine Umgebungsströmung bedingt. Bei der Umgebungsströmung handelt es sich insbesondere um eine Strömung des Gemisches in dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum, welche die Vorkammer zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, umgeben kann. Die Umgebungsströmung des Gemisches in dem Brennraum kann insbesondere tumbleförmig sein, das heißt als eine zumindest im Wesentlichen tumbleförmige Strömung, welches auch als Tumbleströmung bezeichnet wird, angesehen werden. Hierdurch kann sich bei herkömmlichen Vorkammerzündkerzen eine einseitige beziehungsweise unsymmetrische beziehungsweise nicht axiale beziehungsweise unfreie Anströmung der Verbindungskanäle ergeben. Diese einseitige, unsymmetrische, nicht axiale beziehungsweise unfrei Anströmung kann die Durchströmung des jeweiligen Verbindungskanals und dadurch die Strömung und Spülung der beziehungsweise in der Vorkammer verändern, insbesondere negativ beeinträchtigen.
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Ist der jeweilige Verbindungskanal an seinem brennraumseitigen Ende und somit an seiner auch als Eintritt oder Bohrungseintritt bezeichneten Eintrittsöffnung vollständig frei von einer Fase, so kann es zu einer starken Ablösung der Strömung an dem Eintritt kommen, so dass der jeweilige Verbindungskanal einen nur geringen, effektiven Strömungsquerschnitt aufweist, welcher effektiv, das heißt tatsächlich von dem Gemisch durchströmt wird. Daraus kann eine schlechte Spülung der Vorkammer von Restgas resultieren. Ferner ist es denkbar, den jeweiligen Verbindungskanal an seinem brennraumseitigen Ende mit einer in ursprünglich des jeweiligen Verbindungskanals vollständig umlaufenden Fase, insbesondere mittels einer Fräsbearbeitung, zu versehen, so dass die Fase in Umfangsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals umläuft. Hierzu kann beispielsweise die Fräsbearbeitung zum Herstellen der vollständig umlaufenden Fase axial zum jeweiligen Verbindungskanal beziehungsweise symmetrisch zum jeweiligen Verbindungskanal erfolgen, so dass die Fase insbesondere vollständig umlaufend symmetrisch um den jeweiligen Verbindungskanal beziehungsweise dessen Eintrittsöffnung herum verläuft. Dadurch können vorteilhaft geringe Ablösungen in dem jeweiligen Verbindungskanal realisiert werden, jedoch können auch ein schlechter Fanggrad einer Umströmung der Vorkammer und eine nur unzureichende Spülung der Vorkammer die Folge sein.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Durch die Erfindung wird eine besonders vorteilhafte Strömung des Gemisches in dem wenigstens einen Verbindungskanal und insbesondere durch den wenigstens einen Verbindungskanal hindurch erreicht. Insbesondere kann eine hohe und zumindest nahezu ablösungsfreie Durchströmung des wenigstens einen Verbindungskanals mit hohem Fanggrad einer Vorkammerumströmung dargestellt werden. Dadurch können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine bessere Spülung von heißem Restgas aus der Vorkammer und folglich eine verbesserte Leerlaufstabilität und eine geringe Vorentflammungsneigung realisiert werden. Unter der Spülung der Vorkammer beziehungsweise des Restgases ist insbesondere zu verstehen, dass nach Zünden und Verbrennen des Gemisches in der Vorkammer und in dem Brennraum ein aus diesem Verbrennen des Gemisches resultierendes Abgas in der Vorkammer aufgenommen sein kann, wobei dieses Abgas als Restgas bezeichnet wird und bei der Erfindung besonders vorteilhaft gespült, das heißt dadurch aus der Vorkammer herausgespült werden kann, dass frisches Gemisch besonders vorteilhaft den wenigstens einen Verbindungskanal durchströmen und somit über den wenigstens einen Verbindungskanal aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmen kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Fase beziehungsweise ihre innenumfangsseitige Mantelfläche ein Segment eines gedachten, das heißt nicht tatsächlich vorhandenen, sondern gedacht vorhandenen Kegelstumpfes ist, dessen Mittelachse, bezüglich derer der gedachte Kegelstumpf rotationssymmetrisch ausgebildet ist, parallel und in einem Abstand zu einer Längsachse des wenigstens einen Verbindungskanals verläuft, dessen geometrischer Schwerpunkt und/oder Volumenschwerpunkt und/oder Flächenschwerpunkt und/oder Mittelpunkt auf der Längsachse liegt. Die Längsachse des wenigstens einen Verbindungskanals verläuft parallel zur Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals oder fällt mit der Längserstreckungsrichtung zusammen. Unter dem Flächenschwerpunkt beziehungsweise Mittelpunkt ist insbesondere zu verstehen, dass der wenigstens eine Verbindungskanal zumindest in einem Längenbereich einen von dem Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt aufweist, welcher sich in einer gedachten Ebene erstreckt, die senkrecht zur Längserstreckungsrichtung und somit senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft, wobei der Flächenschwerpunkt beziehungsweise der Mittelpunkt der Flächenschwerpunkt beziehungsweise der Mittelpunkt des Strömungsquerschnitts sein kann. Hierdurch ist die Fase eine sogenannte koaxiale Fase, wodurch besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen für das Gemisch in dem wenigstens einen Verbindungskanal geschaffen werden können.
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Unter der koaxialen Fase ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Die Fase wird beispielsweise bei einem Verfahren zum Herstellen der Vorkammerzündkerze mechanisch, das heißt durch mechanisches, insbesondere spanendes, Bearbeiten hergestellt. Beispielsweise wird die Fase mittels eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Fräsers und somit durch eine Fräsbearbeitung hergestellt, wobei der Fräser beispielsweise ein insbesondere kegliger Fingerfräser sein kann. Zum Herstellen der Fase wird der wenigstens eine Verbindungskanal an seinem brennraumseitigen Ende beziehungsweise wird das Gehäuse der Vorkammerzündkerze an dem brennraumseitigen Ende des wenigstens einen Verbindungskanals mittels des Fräsers insbesondere derart bearbeitet, dass eine Längsmittelachse des Fräsers, welcher bezüglich der Längsmittelachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist, parallel zur Längsachse und in dem genannten Abstand zur Längsachse des wenigstens einen Verbindungskanals verläuft, woraus resultiert, dass die Längsmittelachse des Fräsers mit der Mittelachse des gedachten Kegelstumpfes zusammenfällt.
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Dabei hat es sich zur Realisierung besonders günstiger Strömungsbedingungen als Bereich vorteilhaft gezeigt, wenn der Abstand größer als 0 Millimeter ist und höchstens 5 Millimeter, insbesondere höchstens 3 Millimeter, beträgt. Hierdurch kann eine übermäßige Strömungsablösung in dem wenigstens einen Verbindungskanal vermieden werden, und es kann ein hoher Fanggrad der Vorkammerumströmung realisiert werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das brennraumseitige Ende des wenigstens einen Verbindungskanals die in dem ersten Teilbereich ausgebildete Fase als einzige Fase aufweist und ansonsten frei von einer gezielt hergestellten Fase ist. Dadurch können besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen realisiert werden, so dass ein besonders großer Arbeitsbereich der Vorkammerzündkerze dargestellt werden kann.
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Um besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen auf besonders einfache Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der wenigstens eine Verbindungskanal innenumfangsseitig kreisrund ausgebildet ist. Somit ist vorzugsweise der sogenannte Strömungsquerschnitt kreisrund ausgebildet.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Verbindungskanal als eine Bohrung ausgebildet, das heißt durch Bohren hergestellt. Hierdurch können besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen auf besonders kostengünstige Weise realisiert werden. Insbesondere dann, wenn der wenigstens eine Verbindungskanal als eine Bohrung ausgebildet ist, wird die Längsachse des wenigstens einen Verbindungskanals auch als Bohrungsachse bezeichnet, bezüglich derer beispielsweise der wenigstens eine Verbindungskanal rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Mittelachse des gedachten Kegelstumpfes und die Bohrungsachse beziehungsweise Längsachse des wenigstens einen Verbindungskanals verlaufen parallel zueinander und weisen den zuvor genannten Abstand zueinander auf, wodurch ein besonders großer beziehungsweise breiter Arbeitsbereich der Vorkammerzündkerze realisiert werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest ein weiterer der Verbindungskanäle an seinem der Vorkammer gegenüberliegenden, brennraumseitigen, weiteren Ende, über welches das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den zumindest einen weiteren Verbindungskanal einleitbar ist, frei von einer Fase, mithin scharfkantig ausgebildet ist. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb der Vorkammerzündkerze und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt dargestellt werden.
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Es ist denkbar, dass der zumindest eine weitere Verbindungskanal über seine gesamte, von seinem brennraumseitigen, weiteren Ende bis zu seinem der Vorkammer zugewandten und dem weiteren, brennraumseitigen Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende verlaufende Erstreckung einen konstanten, von dem Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der wenigstens eine Verbindungskanal und der zumindest eine weitere Verbindungskanal in insbesondere um eine Hauptachse oder eine Längserstreckungsrichtung verlaufender Umfangsrichtung der Vorkammer um wenigstens 90°, insbesondere um wenigstens 120°, voneinander beabstandet sind. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der wenigstens eine Verbindungskanal über seine gesamte, übrige, von der Fase bis zu der Vorkammer verlaufende Erstreckung einen konstanten, von dem Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt aufweist.
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Vorzugsweise ist die Fase durch mechanisches Bearbeiten, insbesondere gezielt, gebildet beziehungsweise hergestellt, wodurch die Fase besonders bedarfsgerecht hergestellt werden kann.
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Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist - wie üblich - unter der Fase eine abgeschrägte Fläche an dem brennraumseitigen Ende des wenigstens einen Verbindungskanals und dabei insbesondere an dessen Kante oder Rand zu verstehen, wobei die Kante beziehungsweise der Rand beispielsweise durch das zuvor genannte Gehäuse beziehungsweise durch die Wandungsbereiche gebildet ist.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Anzahl der beziehungsweise aller Verbindungskanäle, über welche die Vorkammer fluidisch mit dem Brennraum verbindbar oder verbunden ist, höchstens 15 ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Vorkammerzündkerze gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorkammerzündkerze, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Verfahren werden eine Vorkammer der Vorkammerzündkerze und mehrere Verbindungskanäle hergestellt, über welche die Vorkammer mit dem Brennraum fluidisch verbindbar und dadurch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer einleitbar ist.
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Um nun eine besonders stabile Verbrennung in der Vorkammer und somit einen besonders breiten beziehungsweise großen Arbeitsbereich der Vorkammerzündkerze realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens einer der Verbindungskanäle derart hergestellt wird, dass der wenigstens eine Verbindungskanal an seinem der Vorkammer gegenüberliegenden, brennraumseitigen Ende, über welche das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den wenigstens einen Verbindungskanal einleitbar ist, wenigstens oder vorzugsweise genau ein sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals erstreckenden, ersten Teilbereich mit einer gezielt hergestellten, an dem brennraumseitigen Ende angeordneten Fase des Verbindungskanals und wenigstens oder vorzugsweise genau einen sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals, insbesondere direkt, an den ersten Teilbereich anschließenden, sich in Umfangsrichtung des wenigstens einen Verbindungskanals erstreckenden, zweiten Teilbereich aufweist, in welchem der wenigstens eine Verbindungskanal beziehungsweise ein sein brennraumseitiges Ende frei von einer gezielt hergestellten Fase ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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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 den Figuren 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:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze;
- 2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht der Vorkammerzündkerze; und
- 3 ausschnittsweise eine weitere schematisch und geschnittene Seitenansicht der Vorkammerzündkerze.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Verbrennungskraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Die bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mit dieser Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Dabei weist die vorzugsweise als Hubkolbenmotor beziehungsweise Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 einen beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Motorblock auf, welcher in 1 ausschnittsweise erkennbar, nur sehr schematisch dargestellt und mit 12 bezeichnet ist. Der Motorblock weist wenigstens einen Zylinder 14 auf. Dies bedeutet insbesondere, dass der Motorblock 12 den Zylinder 14 insbesondere direkt begrenzt oder bildet. In dem Zylinder 14 ist ein Kolben 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 translatorisch bewegbar aufgenommen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist dabei eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Der Kolben 16 ist über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens 16 in dem Zylinder 14 in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können.
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Der Zylinder 14 und der Kolben 16 begrenzen jeweils teilweise einen Brennraum 18 der Verbrennungskraftmaschine 10, deren Brennraum 18 auch durch ein Brennraumdach 20 begrenzt ist. Das Brennraumdach ist beispielsweise durch eine insbesondere als Zylinderkopf ausgebildetes, weiteres Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Das weitere Gehäuseelement ist vorzugsweise separat von dem Motorblock 12 ausgebildet und mit dem Motorblock 12 verbunden. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem eine dem Brennraum 18 zugeordnete Vorkammerzündkerze 22 auf, welche im Folgenden noch genauer erläutert wird.
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Dem Brennraum 18 ist wenigstens ein erstes Gaswechselventil in Form eines Einlassventils 24 zugeordnet, über welches auch Frischluft bezeichnete Luft in den Brennraum 18 einleitbar ist. Außerdem ist ein insbesondere flüssiger Kraftstoff in den Brennraum einbringbar, insbesondere direkt einspritzbar. Die Luft und der Kraftstoff bilden ein einfach aus als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches zumindest vorübergehend in dem Brennraum 18 aufgenommen beziehungsweise aufnehmbar ist. Das Gemisch in dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum 18 kann mittels der Vorkammerzündkerze 22 gezündet und dadurch verbrannt werden, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Dabei ist dem Brennraum 18 wenigstens ein zweites Gaswechselventil in Form eines Auslassventils 26 zugeordnet, über welches das Abgas aus dem Brennraum 18 abführbar ist.
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Durch einen Pfeil 28 ist in 1 eine auch als Umgebungsströmung bezeichnete Strömung, insbesondere des Gemisches, in dem Brennraum 18 veranschaulicht. Anhand des Pfeils 28 ist insbesondere erkennbar, dass die durch den Pfeil 28 veranschaulichte Strömung zumindest im Wesentlichen tumbleförmig, das heißt walzenförmig ist, so dass die durch den Pfeil 28 veranschaulichte Strömung auch als Tumbleströmung bezeichnet wird. Es ist erkennbar, dass sich die durch den Pfeil 28 veranschaulichte Strömung walzenförmig oder walzenartig um eine in den Figuren nicht dargestellte Walzenachse verläuft, welche senkrecht zu einer insbesondere gedachten Ebene verläuft, die parallel zu einer Zylinderachse des Zylinders 14 verläuft, der beispielsweise bezüglich der Zylinderachse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere verläuft die Zylinderachse in Längserstreckungsrichtung des Zylinders 14. Die Vorkammerzündkerze 22 weist wenigstens oder genau eine Vorkammer 30 auf, welche zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch ein Gehäuse 32 der Vorkammerzündkerze 22, insbesondere direkt, begrenzt ist. Insbesondere ist die Vorkammer 30, insbesondere direkt, durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 34 des Gehäuses 32, insbesondere direkt begrenzt. Die Vorkammerzündkerze 22 weist mehrere, das heißt wenigstens oder genau zwei auch als Düsen bezeichnete und beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildete Verbindungskanäle 36a, b auf, über welche die Vorkammer 30 mit dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum 18 fluidisch verbindbar oder verbunden ist. Dadurch kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch (Gemisch), dessen Strömung in dem Brennraum 18 durch den Pfeil 28 veranschaulicht ist, aus dem Brennraum 18 über die Verbindungskanäle 36a, b in die Vorkammer 30 einströmen und somit eingeleitet werden. Dies bedeutet, dass das Gemisch aus dem Brennraum 18 zumindest teilweise durch die Verbindungskanäle 36a, b hindurchströmen und dadurch in die Vorkammer 30 einströmen kann, so dass zumindest ein Teil des Gemisches aus dem Brennraum 18 die Verbindungskanäle 36a, b durchströmen und somit in die Vorkammer 30 einströmen beziehungsweise eingeleitet werden kann.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass die Vorkammerzündkerze 22 Elektroden 38 aufweist, welche beispielsweise in einem Elektrodenbereich angeordnet sind. Mittels der Elektroden 38 kann die Vorkammerzündkerze 22 in der Vorkammer 30 wenigstens einen Zündfunken, insbesondere zwischen den Elektroden 38, erzeugen und somit bereitstellen, wobei die Vorkammerzündkerze 22 den Zündfunken in dem Elektrodenbereich und somit in der Vorkammer 30 erzeugen beziehungsweise bereitstellen kann. Mittels des Zündfunkens wird das Gemisch in der Vorkammer 30, das heißt der in die Vorkammer 30 eingeströmte Teil des Gemisches, gezündet und dadurch verbrannt. Daraus resultieren brennende Fackeln, die die Verbindungskanäle 36a, b durchströmen und somit über die Verbindungskanäle 36a, b aus der Vorkammer 30 zurück in den Brennraum 18 strömen. Dadurch wird beispielsweise das in dem Brennraum 18 verbliebene Gemisch, das heißt ein weiterer, in dem Brennraum 18 verbliebener Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches gezündet und in der Folge verbrannt, woraus das zuvor genannte Abgas resultiert.
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In 2 ist durch Pfeile 40 eine Strömung des Gemisches aus dem Brennraum in und durch den Verbindungskanal 36a veranschaulicht, wobei die Strömung des Gemisches durch den Verbindungskanal 36a und in den Verbindungskanal 36a auch als Durchströmung bezeichnet wird. Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass der jeweilige Verbindungskanal 36a, b ein jeweiliges, dem Brennraum der Vorkammer 30 abgewandtes beziehungsweise gegenüberliegendes, brennraumseitiges Ende E1 und ein jeweiliges, der Vorkammer 30 zugewandtes und dem jeweiligen ersten Ende E1 gegenüberliegendes beziehungsweise abgewandtes, vorkammerseitiges zweites Ende E2 aufweist, welches auch als weiteres Ende bezeichnet wird. Der jeweilige Verbindungskanal 36a, b erstreckt sich durchgängig und somit unterbrechungsfrei von dem jeweiligen Ende E1 bis zu dem jeweiligen Ende E2 und endet an dem jeweiligen Ende E1 beziehungsweise E2 und erstreckt sich somit nicht über das jeweilige Ende E1 beziehungsweise E2 hinaus. In 2 und 3 ist mit 42a, b eine jeweilige Längsachse des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b bezeichnet, dessen geometrischer Schwerpunkt und/oder Volumenschwerpunkt und/oder Flächenschwerpunkt und/oder Mittelpunkt auf der jeweiligen Längsachse 42a, b liegt. Ferner ist erkennbar, dass der jeweilige Verbindungskanal 36a, b eine jeweilige Längserstreckungsrichtung und somit eine jeweilige Längserstreckung aufweist, wobei die jeweilige Längsachse 42a, b parallel zu der jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b verläuft beziehungsweise mit der jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b zusammenfällt, so dass die Längsachsen 42a, b die jeweiligen Längserstreckungsrichtungen veranschaulichen. Außerdem fällt eine jeweilige Durchgangsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b mit der jeweiligen Längsachse 42a, b zusammen. Somit fällt die jeweilige Durchgangsrichtung mit der jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b zusammen. Dabei ist der jeweilige Verbindungskanal 36a, b entlang seiner jeweiligen Durchgangsrichtung von dem Gemisch, das heißt von dessen Strömung, durchströmbar. Es ist erkennbar, dass die jeweilige Durchgangsrichtung und somit die jeweilige Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b schräg zu einer auch als Mittelachse oder Längsmittelachse bezeichneten oder ausgebildeten Hauptachse 44 (1) der Vorkammer 30 verläuft, welche beispielsweise bezüglich der Hauptachse 44 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
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Um nun einen besonders breiten Arbeitsbereich der Vorkammerzündkerze 22 und somit besonders stabile Verbrennungen in der Vorkammer 30 realisieren zu können, ist es - wie besonders gut aus 2 und 3 erkennbar ist - vorgesehen, dass der Verbindungskanal 36a, insbesondere bezogen auf die Verbindungskanäle 36a, b ausschließlich der Verbindungskanal 36a, an seinem der Vorkammer 30 gegenüberliegenden brennraumseitigen Ende E1, über welches das Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum 18 (Hauptbrennraum) in den Verbindungskanal 36a einleitbar ist, einen sich in um die Längsachse 42a des Verbindungskanals 36a verlaufender Umfangsrichtung des Verbindungskanals 36a erstreckenden, ersten Teilbereich T1 mit einer gezielt hergestellten Fase F des Verbindungskanals 36a und einen sich in Umfangsrichtung des Verbindungskanals 36a direkt an den ersten Teilbereich T1 anschließenden, sich in Umfangsrichtung des Verbindungskanals 36a erstreckenden, zweiten Teilbereich T2 aufweist, in welchem der Verbindungskanal 36a frei von einer gezielt hergestellten Fase ist. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fase F beziehungsweise ihre innenumfangsseitige Mantelfläche, welche beispielsweise eine an dem Ende E1 des Verbindungskanals 36a angeordnete Eintrittsöffnung in Umfangsrichtung des Verbindungskanals 36a teilweise umlaufend direkt begrenzt, ein Segment eines gedachten Kegelstumpfes ist, dessen Mittelachse 46 (3), bezüglich welcher der gedachte Kegelstumpf rotationssymmetrisch ausgebildet ist, parallel und in einem Abstand A zu der Längsachse 42a des Verbindungskanals 36a verläuft, dessen geometrischer Schwerpunkt und/oder Volumenschwerpunkt und/oder Flächenschwerpunkt und/oder Mittelpunkt auf der Längsachse 42a liegt. Dabei ist es vorgesehen, dass der Abstand A größer 0 Millimeter und höchstens 3 Millimeter, beträgt. Außerdem ist es bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Ende E1 des Verbindungskanals 36a die in dem ersten Teilbereich T1 ausgebildete Fase F als einzige Fase aufweist und ansonsten frei von einer gezielt hergestellten Fase ist.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungskanäle 36a, b als Bohrungen und dabei innenumfangsseitig kreisrund ausgebildet, wobei dies für den Verbindungskanal 36a insbesondere im Hinblick auf dessen sich von einem der Vorkammer 30 zugewandten Ende der Fase F durchgängig bis zu dem brennraumseitigen Ende E2 des Verbindungskanals 36a erstreckende Erstreckung gilt. Außerdem sind die Verbindungskanäle 36a, b als Bohrungen ausgebildet. Der Verbindungskanal 36b ist sowohl an seinem der Vorkammer 30 gegenüberliegenden, weiteren, brennraumseitigen Ende E1 als auch an seinem der Vorkammer 30 zugewandten, vorkammerseitigen Ende E2 vollständig frei von einer Fase.
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Aus 2 und 3 ist besonders gut erkennbar, dass der Verbindungskanal 36b über seine gesamte, von dem brennraumseitigen Ende E1 des Verbindungskanals 36b bis zu dem der Vorkammer 30 zugewandten und dem Ende E1 des Verbindungskanals 36b gegenüberliegenden, vorkammerseitigen, Ende E2 des Verbindungskanals 36b verlaufende Erstreckung einen konstanten und dabei vorzugsweise kreisrunden, von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt aufweist.
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In 3 ist ein Verfahren zum Herstellen der Vorkammerzündkerze 22 veranschaulicht. Insbesondere ist aus 3 erkennbar, dass die Verbindungskanäle 36a, b durch das Gehäuse 32, insbesondere direkt, gebildet beziehungsweise begrenzt sind, insbesondere in Umfangsrichtung des jeweiligen Verbindungskanals 36a, b vollständig umlaufend. Mit anderen Worten sind die Verbindungskanäle 36a, b, insbesondere über ihre gesamte Umfangsrichtung in dem Gehäuse 32 ausgebildet. Somit ist die Fase F an einem Wandungsbereich des Gehäuses 32 ausgebildet, das heißt hergestellt. Zum Herstellen der Fase F kommt ein auch als Fräskopf bezeichneter Fräser 48 zum Einsatz, mittels welchem die Fase F durch spanendes Bearbeiten hergestellt wird. Beispielsweise ist der Fräser 48 ein Fingerfräser. Es ist erkennbar, dass der Fräser 48 ein kegeliger Fräser, insbesondere ein kegeliger Fingerfräser, ist. Dies bedeutet, dass der Fräser 48 kegelförmig oder kegelstumpfförmig ist, um dabei die Fase F, insbesondere bezogen auf die Teilbereiche T1 und T2 ausschließlich im Teilbereich T1, herzustellen. Um den auch als Ko-axial-Abstand A zu realisieren, wird der Fräser 48, während er relativ zu dem Gehäuse 32 um seine mit der Mittelachse 46 zusammenfallende Kegelmittelachse 50 gedreht, wobei der Fräser 48 beziehungsweise sein kegelförmiger oder kegelstumpfförmiger und zum Herstellen der Fase F verwendeter Bereich bezüglich der Kegelmittelachse 50 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dabei wird zum Herstellen der Fase F der Fräser 48 derart in direkte Berührung mit dem Gehäuse 32 gebracht, dass die Kegelmittelachse 50 parallel zur Längsachse 42a verläuft und um den Abstand A von der Längsachse 42a beabstandet ist. Dadurch wird an dem Ende E1 des Verbindungskanals 36a nur in dem Teilbereich T1 die Fase F gezielt hergestellt, und ansonsten bleibt das Ende E1 frei von einer gezielt hergestellten Fase. Hierdurch kann einerseits eine übermäßige Strömungsablösung in dem Verbindungskanal 36a vermieden werden. Andererseits kann ein besonders hoher Fanggrad einer Vorkammerumströmung realisiert werden, so dass zunächst in der Vorkammer 30 aufgenommenes Restgas besonders vorteilhaft aus der Vorkammer 30 herausgespült werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Motorblock
- 14
- Zylinder
- 16
- Kolben
- 18
- Brennraum
- 20
- Brennraumdach
- 22
- Vorkammerzündkerze
- 24
- Einlassventil
- 26
- Auslassventil
- 28
- Pfeil
- 30
- Vorkammer
- 32
- Gehäuse
- 34
- Mantelfläche
- 36a, b
- Verbindungskanal
- 38
- Elektrode
- 40
- Pfeile
- 42a,b
- Längsachse
- 44
- Hauptachse
- 46
- Mittelachse
- 48
- Fräser
- 50
- Kegelmittelachse
- E1
- Ende
- E2
- Ende
- F
- Fase
- T1
- erster Teilbereich
- T2
- zweiter Teilbereich
