DE102022201624A1

DE102022201624A1 - prechamber spark plug

Info

Publication number: DE102022201624A1
Application number: DE102022201624.6A
Authority: DE
Inventors: Ronald Ritter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2023-08-17
Also published as: WO2023156390A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze, umfassend mindestens eine Mittelelektrode (4) und mindestens eine Masseelektrode (5), einen Isolator (3) zur elektrischen Trennung zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode, und eine Kappe (6), welche mit einem Gehäuse (2) eine Vorkammer (16) definiert, wobei die Kappe (6) eine Vielzahl von Überströmbohrungen aufweist, wobei wenigstens eine der Überströmbohrungen eine radiale Überströmbohrung (7) ist, welche eine Mittelachse (71) aufweist, die in einem ersten Winkel a in einem Bereich zwischen 80° und 100° zu einer ersten Tangentialebene T1 in einem Schnittpunkt der Mittelachse (71) mit einer Außenhülle der Kappe (6) angeordnet ist, wobei wenigstens einer der Überströmbohrungen eine tangentialartige Überströmbohrung (8) ist, welche eine zweite Mittelachse (81) aufweist, die in einem zweiten Winkel b in einem Bereich von 5° bis 45° zu einer zweiten Tangentialebene T2 in einem Schnittpunkt der zweiten Mittelachse (81) mit der Außenhülle der Kappe angeordnet ist.

The present invention relates to a prechamber spark plug, comprising at least one center electrode (4) and at least one ground electrode (5), an insulator (3) for electrical separation between the center electrode and ground electrode, and a cap (6) which, with a housing (2), has a An antechamber (16) is defined, with the cap (6) having a large number of overflow bores, at least one of the overflow bores being a radial overflow bore (7) which has a central axis (71) which is at a first angle a in a range between 80 ° and 100° to a first tangential plane T1 in a point of intersection of the central axis (71) with an outer shell of the cap (6), at least one of the overflow bores being a tangential overflow bore (8) which has a second central axis (81), which is arranged at a second angle b in a range of 5° to 45° to a second tangent plane T2 at an intersection of the second central axis (81) with the outer shell of the cap.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze einer Gasbrennkraftmaschine mit einer verbesserten Ausführung und Anordnung von Überströmbohrungen, die eine Fluidverbindung zwischen einer Vorkammer und einem Brennraum herstellen.The present invention relates to a prechamber spark plug of a gas internal combustion engine with an improved design and arrangement of overflow bores that create a fluid connection between a prechamber and a combustion chamber.

Vorkammerzündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Hierbei ist es bekannt, in Kappen von Vorkammerzündkerzen sog. „Überströmbohrungen“ einzubringen, über welche ein Gasaustausch zwischen der Vorkammer und dem Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgt. Mittels der Überströmbohrungen wird einerseits die Vorkammer gespült und andererseits treten nach Entflammung in der Vorkammer sog. „Fackelstrahlen“ aus den Überströmbohrungen in den Brennraum aus, um dort das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entflammen. Ein Problemkreis bei Vorkammerzündkerzen liegt dabei darin, dass nach einer erfolgten Zündung in der Vorkammer wieder Frischgas während eines Ansaug- und Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine in die Vorkammer der Zündkerze einströmen muss, so dass im Bereich der Elektroden der Vorkammerzündkerze ein zündfähiges Gemisch vorhanden ist, welches gezündet werden kann. Die Überströmbohrungen sind hierbei üblicherweise symmetrisch vorgesehen. Aus der DE 10 2010 003 899 A1 ist eine Laserzündkerze mit Vorkammer bekannt, bei der Überströmbohrungen vorgesehen sind, welche entlang einer Längsachse der Überströmbohrung unterschiedliche Querschnittsflächen und/oder Querschnittsformen aufweisen.Prechamber spark plugs are known from the prior art in different configurations. In this context, it is known to introduce so-called “overflow bores” in the caps of prechamber spark plugs, via which gas exchange takes place between the prechamber and the combustion chamber of an internal combustion engine. On the one hand, the prechamber is flushed by means of the overflow bores and, on the other hand, after ignition in the prechamber, so-called “flare jets” emerge from the overflow bores into the combustion chamber in order to ignite the fuel-air mixture there. One problem with prechamber spark plugs is that after ignition has taken place in the prechamber, fresh gas must flow into the prechamber of the spark plug again during an intake and compression stroke of the internal combustion engine, so that an ignitable mixture is present in the area of the electrodes of the prechamber spark plug, which ignites can be. The overflow bores are usually provided symmetrically. From the DE 10 2010 003 899 A1 a laser spark plug with an antechamber is known in which overflow bores are provided which have different cross-sectional areas and/or cross-sectional shapes along a longitudinal axis of the overflow bore.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze einer Gasbrennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Überströmbohrungen derart angeordnet werden können, dass Anforderungen innerhalb einer Vorkammer der Vorkammerzündkerze hinsichtlich ihrer Strömungsverhältnisse optimiert werden können, um eine sichere Entflammung in der Vorkammer zu gewährleisten. In Folge kann durch diese erfindungsgemäße Auslegung der Vorkammerzündkerze eine Effizienz der Brennkraftmaschine sowie ein Abgasverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden. Erfindungsgemäß kann einer hoher Frischgasgehalt im Elektrodenspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode erhalten werden und ferner auch zum Zündzeitpunkt eine moderate Strömungsgeschwindigkeit im Elektrodenspalt, wodurch eine sichere Entflammung möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist. Ein Isolator ist zur elektrischen Trennung von Mittelelektrode und Masseelektrode vorgesehen. Ferner umfasst die Vorkammerzündkerze eine Kappe, welche mit einem Gehäuse eine Vorkammer definiert. In der Kappe ist eine Anordnung einer Vielzahl von Überströmbohrungen vorgesehen, welche die Vorkammer mit einem Außenbereich der Vorkammerzündkerze, üblicherweise einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, in Fluidverbindung halten. Dabei ist wenigstens eine der Überströmbohrungen eine radiale Überströmbohrung, welche eine Mittelachse aufweist, die in einem ersten Winkel a in einem ersten Winkelbereich zwischen 80° bis 100°, insbesondere 85° bis 95°, weiter bevorzugt 88° bis 92°, zu einer ersten Tangentialebene T1 im Schnittpunkt der Mittelachse mit einer Außenhülle der Kappe angeordnet ist. Ferner ist wenigstens eine andere der Überströmbohrungen eine tangentialartige Überströmbohrung, welche eine Mittelachse aufweist, die in einem zweiten Winkel b in einem zweiten Winkelbereich von 5° bis 45° zu einer zweiten Tangentialebene T2 in einem Schnittpunkt der zweiten Mittelachse mit der Außenhülle der Kappe angeordnet ist. Somit kombiniert die vorliegende Erfindung unterschiedliche Überströmbohrungen, nämlich eine radiale und eine tangentialartige Überströmbohrung miteinander, so dass im Elektrodenspalt zum Zündzeitpunkt eine im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich erhöhte Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird und ferner auch ein höherer Frischgasanteil zum Zündzeitpunkt im Elektrodenspalt vorhanden ist.The prechamber spark plug of a gas internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that overflow bores can be arranged in such a way that requirements within a prechamber of the prechamber spark plug can be optimized with regard to their flow conditions in order to ensure reliable ignition in the prechamber. As a result, the efficiency of the internal combustion engine and the exhaust gas behavior of the internal combustion engine can be improved by this design of the prechamber spark plug according to the invention. According to the invention, a high fresh gas content can be obtained in the electrode gap between the center electrode and the ground electrode, and also a moderate flow rate in the electrode gap at the ignition point, as a result of which reliable ignition is possible. According to the invention, this is achieved in that the prechamber spark plug has a center electrode and a ground electrode. An insulator is provided to electrically separate the center electrode and the ground electrode. Furthermore, the prechamber spark plug includes a cap which defines a prechamber with a housing. An arrangement of a large number of overflow bores is provided in the cap, which keep the prechamber in fluid connection with an outer area of the prechamber spark plug, usually a combustion chamber of an internal combustion engine. At least one of the overflow bores is a radial overflow bore, which has a central axis which is at a first angle a in a first angular range of between 80° and 100°, in particular 85° and 95°, more preferably 88° and 92°, to a first Tangential plane T1 is arranged at the intersection of the central axis with an outer shell of the cap. Furthermore, at least one other of the overflow bores is a tangential-type overflow bore, which has a central axis that is arranged at a second angle b in a second angular range of 5° to 45° to a second tangential plane T2 at an intersection of the second central axis with the outer shell of the cap . The present invention thus combines different overflow bores, namely a radial and a tangential-type overflow bore, so that in the electrode gap at the point of ignition a significantly increased flow rate is achieved in comparison with the prior art and also a higher proportion of fresh gas is present in the electrode gap at the point of ignition.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Vorzugsweise ist der zweite Winkelbereich in einem Bereich zwischen 10° und 30° zur Tangentialebene im Schnittpunkt der Mittelachse der tangentialartigen Überstrombohrung und der Außenhülle der Kappe, insbesondere im Bereich von 10° bis 20°.The second angular range is preferably in a range between 10° and 30° to the tangential plane at the point of intersection of the central axis of the tangential overflow bore and the outer shell of the cap, in particular in the range from 10° to 20°.

Weiter bevorzugt sind die wenigstens eine radiale und wenigstens eine tangentialartige Überströmbohrung derart in der Kappe angeordnet, dass jeder Gasstrahl, welcher durch eine der Überströmbohrungen in die Vorkammer eintritt, zu einem anderen Gasstrahl der anderen Überströmbohrung eine gezielte Beeinflussung vorhanden ist. D.h., es sind die Überstrombohrungen derart angeordnet, dass durch die gegenseitige Beeinflussung der Gasstrahlen eine gewisse Turbulenz im Inneren der Vorkammer auftritt, welche zu der erwünschten verbesserten Strömungsgeschwindigkeit im Elektrodenspalt zum Zündzeitpunkt und der verbesserten Zufuhr von entflammbarem Gemisch zum Elektrodenspalt unterstützt wird. Die Beeinflussung der durch die Überströmbohrungen in die Vorkammer eintretenden Gasstrahlen kann dabei unterschiedlich erfolgen, beispielsweise durch eine Ablenkung der Gasstrahlen oder eine Durchmischung der Gasstrahlen oder dgl.More preferably, the at least one radial and at least one tangential overflow bore are arranged in the cap in such a way that each gas jet that enters the antechamber through one of the overflow bores has a targeted influence on another gas jet of the other overflow bore. That is, the overflow bores are arranged in such a way that the mutual influencing of the gas jets creates a certain turbulence inside the antechamber, which contributes to the desired improved flow rate in the electrode gap at the ignition point and the improved supply of flammable mixture to the electrode gap. Influencing the entering through the overflow holes in the antechamber Gas jets can be done in different ways, for example by deflecting the gas jets or by mixing the gas jets or the like.

Besonders bevorzugt sind eine radiale Überströmbohrung und eine tangentialartige Überströmbohrung derart angeordnet, dass sich die Gasstrahlen dieser beiden Überströmbohrungen in der Vorkammer treffen. Hierdurch kann gezielt eine Ablenkung und Geschwindigkeitsänderung der Strömungsgeschwindigkeit der beiden Gasstrahlen und eine zusätzliche Turbolenz erreicht werden.A radial overflow bore and a tangential-type overflow bore are particularly preferably arranged in such a way that the gas jets of these two overflow bores meet in the antechamber. As a result, a deflection and change in speed of the flow speed of the two gas jets and additional turbulence can be achieved in a targeted manner.

Besonders bevorzugt trifft jeder Gasstrahl, der aus einer Überströmbohrung in die Vorkammer tritt, zumindest einen weiteren Gasstrahl in der Vorkammer. Somit wird jeder eintretende Gasstrahl in die Vorkammer durch einen anderen Gasstrahl hinsichtlich seiner Art der Ausbreitung der Vorkammer, insbesondere bezüglich einer Strömungsgeschwindigkeit und eines Ausbreitungsvolumens, beeinflusst.Particularly preferably, each gas jet that emerges from an overflow bore into the antechamber hits at least one other gas jet in the antechamber. Thus, each gas jet entering the antechamber is influenced by another gas jet with regard to its type of propagation in the prechamber, in particular with regard to a flow rate and a propagation volume.

Besonders bevorzugt ist wenigstens eine der radialen Überströmbohrungen auf einen Mittelpunkt auf einer Mittelachse der Vorkammerzündkerze gerichtet. Der Mittelpunkt ist vorzugsweise ein Raummittelpunkt der Vorkammer, welcher im Zentrum der Vorkammer liegt.At least one of the radial overflow bores is particularly preferably directed towards a center point on a central axis of the prechamber spark plug. The center is preferably a spatial center of the antechamber, which lies in the center of the antechamber.

Weiter bevorzugt sind radiale und tangentialartige Überströmbohrungen in Umfangsrichtung an der Kappe abwechselnd angeordnet. Dadurch kann insbesondere auf einfache Weise realisiert werden, dass bevorzugt jeder durch eine radiale Überströmbohrung in die Vorkammer eintretende Gasstrahl durch einen über eine tangentialartige Überströmbohrung eintretenden Gasstrahl beeinflusst wird.More preferably, radial and tangential overflow bores are arranged alternately in the circumferential direction on the cap. As a result, it can be realized in a particularly simple manner that preferably each gas jet entering the antechamber through a radial overflow bore is influenced by a gas jet entering via a tangential-type overflow bore.

Weiter bevorzugt sind alle Überströmbohrungen zylindrisch ausgestaltet. D.h., ein Durchmesser der Überströmbohrungen in der Kappe ändert sich nicht. Vorzugsweise weisen alle Überströmbohrungen den gleichen, konstanten Durchmesser auf. Weiter bevorzugt sind die Überströmbohrungen derart angeordnet, dass keine Mittelachsen der Überströmbohrungen parallel zueinander angeordnet sind.More preferably, all overflow bores are cylindrical. That is, a diameter of the overflow bores in the cap does not change. All overflow bores preferably have the same, constant diameter. More preferably, the overflow bores are arranged in such a way that no central axes of the overflow bores are arranged parallel to one another.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kappe keine mittlere Überströmbohrung auf, welche in der Mittelachse der Vorkammerzündkerze liegen würde. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein mittiger Gasstrahl, welcher durch eine derartige mittlere Überströmbohrung in die Vorkammer eintreten würde, die gegenseitige Beeinflussung der anderen Gasstrahlen der weiteren Überströmbohrungen schwächt, da der Gasstrahl einer mittleren Überströmbohrung aufgrund der Anordnung in der Mittelachse üblicherweise bestimmend hinsichtlich des Frischgasgehalts am Elektrodenspalt und der Strömungsgeschwindigkeit am Elektrodenspalt zum Zündzeitpunkt ist. Alternativ weist die Kappe eine in der Mittelachse der Vorkammerzündkerze liegende mittlere Überströmbohrung auf und mindestens ein Gasstrahl einer anderen Überströmbohrung trifft den Gasstrahl der mittleren Überströmbohrung. Dadurch wird verhindert, dass der Gasstrahl der mittleren Überströmbohrung direkt in Richtung des Elektrodenspalts zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode gerichtet ist und der den Gasstrahl der mittleren Überströmbohrung treffende Gasstrahl eine Senkung und somit eine Richtungsänderung dieses Gasstrahls ausführt und ferner auch eine Geschwindigkeitsänderung des Einströmverhaltens des Gasstrahls betrifft. According to a further preferred embodiment of the invention, the cap does not have a central overflow bore, which would lie in the central axis of the prechamber spark plug. This can prevent a central gas jet, which would enter the antechamber through such a central overflow bore, from weakening the mutual influence of the other gas jets of the other overflow bores, since the gas jet of a central overflow bore usually determines the fresh gas content due to its arrangement in the central axis at the electrode gap and the flow velocity at the electrode gap at the time of ignition. Alternatively, the cap has a central overflow bore located in the central axis of the prechamber spark plug, and at least one gas jet from another overflow bore strikes the gas jet from the central overflow bore. This prevents the gas jet from the central overflow bore from being directed directly in the direction of the electrode gap between the central electrode and the ground electrode and the gas jet hitting the gas jet from the central overflow bore from lowering and thus changing the direction of this gas jet and also affecting a change in the speed of the inflow behavior of the gas jet.

Vorzugsweise ist eine gerade Anzahl von radialen Überströmbohrungen und eine gerade Anzahl von tangentialartigen Überströmbohrungen vorhanden. Besonders bevorzugt sind genau zwei oder genau drei radiale Überströmbohrungen und genau zwei oder genau drei tangentialartige Überströmbohrungen vorgesehen.There is preferably an even number of radial overflow bores and an even number of tangential overflow bores. Exactly two or exactly three radial overflow bores and exactly two or exactly three tangential-like overflow bores are particularly preferably provided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle Überströmbohrungen in einem ersten Umfangsbereich der Kappe angeordnet, welcher zwischen 0° und 300° liegt. Somit ist an der Kappe ein Bereich vorgesehen, welcher sich über 60° erstreckt, in welchem keine Überströmbohrungen vorhanden sind. An diesem 60°-Bereich sind somit im Innenbereich der Kappe keine Überströmbohrungen vorhanden, so dass dieser Bereich als Führungsbereich für das über die Überströmbohrungen eintretende Gas dienen kann. Dieser Bereich der Kappe ohne Überströmbohrungen ist vorzugsweise zwischen 60° und 90° entlang des Umfangs der Kappe ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the invention, all overflow bores are arranged in a first peripheral area of the cap, which is between 0° and 300°. An area is thus provided on the cap which extends over 60° and in which there are no overflow bores. In this 60° area, there are therefore no overflow bores in the inner area of the cap, so that this area can serve as a guide area for the gas entering via the overflow bores. This area of the cap without overflow bores is preferably formed between 60° and 90° along the circumference of the cap.

Weiter bevorzugt sind die Überströmbohrungen derart vorgesehen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der Gasstrahlen zum Austrittszeitpunkt der Überströmbohrungen in die Vorkammer mindestens 4 m/s beträgt. Die Strömungsgeschwindigkeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4 m/s bis 15 m/s.More preferably, the overflow bores are provided in such a way that a flow velocity of the gas jets is at least 4 m/s at the time the overflow bores emerge into the antechamber. The flow rate is preferably in a range from 4 m/s to 15 m/s.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine with a prechamber spark plug according to the invention.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe der Vorkammerzündkerze von 1 mit einer radialen Überströmbohrung,
3 eine weitere schematische Teilschnittansicht der Kappe von 1 mit einer tangentialartigen Überströmbohrung,
4 eine schematische Draufsicht der Vorkammerzündkerze von 1 aus Richtung der Kappe,
5 eine weitere schematische Schnittansicht der Kappe der Vorkammerzündkerze von 1, und
6 eine schematische Schnittansicht einer Kappe einer Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a schematic sectional view of a prechamber spark plug according to a first embodiment of the invention,
2 a schematic partial sectional view of a cap of the prechamber spark plug of FIG 1 with a radial overflow hole,
3 a further schematic partial sectional view of the cap of 1 with a tangential overflow hole,
4 a schematic top view of the prechamber spark plug of FIG 1 from the direction of the cap,
5 a further schematic sectional view of the cap of the prechamber spark plug of FIG 1 , and
6 a schematic sectional view of a cap of a prechamber spark plug according to a second embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred Embodiments of the Invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.In the following, with reference to the 1 until 5 a prechamber spark plug 1 according to a preferred embodiment of the invention is described in detail.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 ein metallisches Gehäuse 2 und einen Isolator 3. Ferner umfasst die Vorkammerzündkerze mindestens eine Mittelelektrode 4, die in einer Mittelachse X-X liegt, sowie mindestens eine seitlich angestellte Masseelektrode 5. Am Gehäuse 2 ist ein Außengewinde 21 ausgebildet, welches eingerichtet ist, in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt zu werden.How out 1 As can be seen, the pre-chamber spark plug 1 comprises a metallic housing 2 and an insulator 3. The pre-chamber spark plug also comprises at least one center electrode 4, which lies in a center axis XX, and at least one laterally positioned ground electrode 5. An external thread 21 is formed on the housing 2, which is set up to be screwed into a cylinder head of an internal combustion engine.

Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner eine Kappe 6, welche zusammen mit einem Teilbereich des Gehäuses 2 eine Vorkammer 16 definiert. Die Mittelelektrode und die Masseelektrode sind dabei in der Vorkammer 16 angeordnet.The prechamber spark plug 1 also includes a cap 6 which, together with a portion of the housing 2, defines a prechamber 16. The center electrode and the ground electrode are arranged in the antechamber 16 .

In der Kappe 6 sind mehrere Überströmöffnungen ausgebildet, welche eine Fluidverbindung zwischen der Vorkammer 6 und einem Brennraum 10 der Brennkraftmaschine herstellen.A plurality of overflow openings are formed in the cap 6 and establish a fluid connection between the antechamber 6 and a combustion chamber 10 of the internal combustion engine.

Hierbei sind in der Kappe 6 sowohl radiale Überströmbohrungen 7 als auch tangentialartige Überströmbohrungen 8 ausgebildet.Both radial overflow bores 7 and tangential overflow bores 8 are formed in the cap 6 .

Radiale Überströmbohrungen 7 sind dabei Überströmbohrungen, bei denen eine Mittelachse 71 der radialen Überströmbohrung in einem ersten Winkel a in einem ersten Winkelbereich zwischen 85° und 95° zu einer ersten Tangentialebene T1, die an einem Schnittpunkt der Mittelache 71 und einer Außenhülle der Kappe 6 liegt, angeordnet ist. Tangentialartige Überströmbohrungen 8 sind Überströmbohrungen, welche eine Mittelachse 81 aufweisen, die in einem zweiten Winkel b in einem zweiten Winkelbereich zu einer zweiten Tangentialebene T2 im Schnittpunkt der Mittelachse 81 und der Außenhülle der Kappe 6 angeordnet sind.Radial overflow bores 7 are overflow bores in which a central axis 71 of the radial overflow bore is at a first angle a in a first angular range between 85° and 95° to a first tangential plane T1, which lies at an intersection of the central axis 71 and an outer shell of the cap 6 , is arranged. Tangential overflow bores 8 are overflow bores which have a central axis 81 which are arranged at a second angle b in a second angular range to a second tangential plane T2 at the point of intersection of the central axis 81 and the outer shell of the cap 6 .

Mit anderen Worten verlaufen die radialen Überströmbohrungen 7 im Wesentlichen senkrecht zur Außenhülle der Kappe 6 und die tangentialartigen Überströmbohrungen 8 verlaufen in einem spitzen Winkel zur Außenhülle der Kappe, wobei der spitze Winkel vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 30° liegt.In other words, the radial overflow bores 7 run essentially perpendicular to the outer shell of the cap 6 and the tangential overflow bores 8 run at an acute angle to the outer shell of the cap, the acute angle preferably being in a range of 10° to 30°.

2 zeigt im Detail eine radiale Überströmbohrung 7, bei der die Mittelachse 71 in einem rechten Winkel a zur ersten Tangentialebene T1 an der Außenhülle der Kappe 6 angeordnet ist. 2 shows in detail a radial overflow bore 7, in which the central axis 71 is arranged at a right angle a to the first tangential plane T1 on the outer shell of the cap 6.

Die Mittelachse 71 der radialen Überströmbohrung 7 ist dabei in Richtung auf einen Mittelpunkt M gerichtet, welcher auf der Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze liegt. Der Mittelpunkt M ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Mittelpunkt, welcher Innenradien der halbkugelförmigen Kappe 6 definiert.The central axis 71 of the radial overflow bore 7 is directed in the direction of a center point M, which lies on the central axis X-X of the prechamber spark plug. In this exemplary embodiment, the center M is a center which defines inner radii of the hemispherical cap 6 .

3 zeigt im Detail eine tangentialartige Überströmbohrung 8, bei der die Mittelachse 81 in einem spitzen Winkel b zur zweiten Tangentialebene T2 an der Außenhülle der Kappe 6 angeordnet ist. Der spitze Winkel b ist ungefähr 45°. 3 shows in detail a tangential overflow hole 8 in which the central axis 81 is arranged at an acute angle b to the second tangential plane T2 on the outer shell of the cap 6. The acute angle b is approximately 45°.

Somit weist die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze 1 eine Mischung von radialen Überströmbohrungen 7 und tangentialartigen Überströmbohrungen 8 auf. Hierbei ist, wie aus den 1 und 4 ersichtlich ist, keine mittlere Überströmbohrung, welche in der Mittelachse X-X in der Kappe 6 vorgesehen wäre, vorhanden.Thus, the prechamber spark plug 1 according to the invention has a mixture of radial overflow bores 7 and tangential overflow bores 8 . Here is how from the 1 and 4 As can be seen, there is no central overflow bore, which would be provided in the central axis XX in the cap 6.

Wie weiter aus 4 ersichtlich ist, sind alle Überströmbohrungen 7, 8 in einem ersten Umfangsbereich 11 von ca. 300° angeordnet. In einem zweiten Umfangsbereich 12, welcher ca. 60° aufweist, sind keinerlei Überströmbohrungen oder andere Öffnungen oder dgl. vorgesehen. Somit sind die Überströmbohrungen nicht über den gesamten Umfang der Kappe 6 verteilt, sondern ausschließlich im ersten Umfangsbereich 11 ausgebildet.How further from 4 As can be seen, all overflow bores 7, 8 are arranged in a first peripheral area 11 of approximately 300°. In a second peripheral area 12, which has approximately 60°, no overflow bores or other openings or the like are provided. Thus, the overflow bores are not distributed over the entire circumference of the cap 6 but are formed exclusively in the first peripheral area 11 .

Somit kann durch die Anordnung von radialen und tangentialartigen Überströmbohrungen 7, 8 eine gezielte Strömungsbeeinflussung bei einem Gaswechsel innerhalb der Vorkammer 16 erfolgen. Tangentialartige Überströmbohrungen 8 haben tendenziell hohe Strömungsgeschwindigkeiten an der Innenwandung der Kappe 6 in der Vorkammer 16 zur Folge. Radiale Überströmbohrungen 7 erzeugen üblicherweise beim Gaswechsel in der Vorkammer 6 einen tief in die Vorkammer eindringenden Gasstrahl. Durch die Kombination der radialen und tangentialartigen Überströmbohrungen kann somit eine gezielte Strömungsbeeinflussung beim Gaswechsel innerhalb der Vorkammer 6 ermöglicht werden.Thus, the arrangement of radial and tangential overflow bores 7, 8 can result in a targeted influencing of the flow during a gas exchange within the antechamber 16. Tangential overflow bores 8 tend to have high flow velocities on the inner wall of the cap 6 in the antechamber 16 as a result. During gas exchange in the antechamber 6, radial overflow bores 7 usually produce a gas jet that penetrates deep into the antechamber. The combination of the radial and tangential-type overflow bores can thus make it possible to influence the flow in a targeted manner during gas exchange within the antechamber 6 .

Wie aus 4 ersichtlich ist, sind entlang des Umfangs radiale und tangentialartige Überströmbohrungen abwechselnd angeordnet. Die Anordnung der Überströmbohrung 7, 8 ist dabei derart, dass die interne Strömung innerhalb der Vorkammer 16 eine optimale Frischgaskonzentration in einem Elektrodenspalt zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 und eine optimale Gasgeschwindigkeit im Elektrodenspalt bereitstellt. Dies ermöglicht es auch, dass eine Position des Elektrodenspalts beispielsweise derart angeordnet werden kann, dass Edelmetallelemente, welche üblicherweise an den Elektroden angeordnet sind, in geringerer Menge an den Elektroden angeordnet werden müssen, wobei trotzdem eine überlegene hohe Standzeit der Vorkammerzündkerze erreicht wird.How out 4 As can be seen, radial and tangential overflow bores are arranged alternately along the circumference. The arrangement of the overflow bore 7, 8 is such that the internal flow within the antechamber 16 provides an optimal fresh gas concentration in an electrode gap between the center electrode 4 and the ground electrode 5 and an optimal gas velocity in the electrode gap. This also makes it possible for a position of the electrode gap to be arranged, for example, in such a way that noble metal elements which are usually arranged on the electrodes have to be arranged in smaller quantities on the electrodes, while a superior long service life of the prechamber spark plug is nevertheless achieved.

5 zeigt schematisch die gegenseitige Wechselwirkung der Anordnung von radialen Überströmbohrungen 7 und tangentialartigen Überströmbohrungen 8. Die radiale Überströmbohrung 7 in 5 weist beim Gaswechsel einen nach innen gerichteten ersten Gasstrahl 72 auf, welcher im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse 71 gerichtet ist. Die tangentialartige Überströmbohrung 8 von 5 weist einen zweiten Gasstrahl 82 auf, welcher im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse 81 der tangentialartigen Überströmbohrung 8 gerichtet ist. Die Anordnung der radialen und der tangentialen Überströmbohrung 8 ist nun derart, dass sich der erste Gasstrahl 72 und der zweite Gasstrahl 82 in der Vorkammer 16 treffen. Wie in 5 schematisch dargestellt, ergibt sich dadurch eine erste Ablenkung 73 des ersten Gasstrahls 72 und eine zweite Ablenkung 83 des zweiten Gasstrahls 82. 5 shows schematically the mutual interaction of the arrangement of radial overflow bores 7 and tangential overflow bores 8. The radial overflow bore 7 in 5 has an inwardly directed first gas jet 72 during the gas exchange, which is essentially directed in the direction of the central axis 71 . The tangential overflow hole 8 of 5 has a second gas jet 82 which is directed essentially in the direction of the central axis 81 of the tangential overflow bore 8 . The arrangement of the radial and the tangential overflow bore 8 is now such that the first gas jet 72 and the second gas jet 82 meet in the antechamber 16 . As in 5 shown schematically, this results in a first deflection 73 of the first gas jet 72 and a second deflection 83 of the second gas jet 82.

Die radiale Überströmbohrung 7 weist einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher gleich ist wie ein zweiter Durchmesser D2 der tangentialartigen Überströmbohrung 8. Dabei sind sowohl die radiale als auch die tangentialartige Überströmbohrung 7, 8 zylindrisch ausgebildet.The radial overflow bore 7 has a first diameter D1, which is the same as a second diameter D2 of the tangential overflow bore 8. Both the radial and the tangential overflow bore 7, 8 are cylindrical.

Somit sind in diesem Ausführungsbeispiel genau vier Überströmbohrungen 7, 8 vorgesehen, wobei zwei Überströmbohrungen radiale Überströmbohrungen 7 sind und zwei Überströmbohrungen tangentialartige Überströmbohrungen 8 sind. Alle Überströmbohrungen sind dabei in unterschiedliche Richtungen weisend ausgebildet.Thus, exactly four overflow bores 7 , 8 are provided in this exemplary embodiment, with two overflow bores being radial overflow bores 7 and two overflow bores being tangential-like overflow bores 8 . All overflow bores are designed pointing in different directions.

Die Auslegung der radialen und tangentialartigen Überströmbohrungen 7, 8 richtet sich dabei an die Anforderungen innerhalb der Vorkammer 16, um eine sichere Entflammung zu gewährleisten. Im Stand der Technik orientiert sich die Auslegung der Überströmbohrungen üblicherweise an den Strömungsverhältnissen im Hauptbrennraum, wovon sich die vorliegende Erfindung jedoch unterscheidet. Die Kombination von radialen und tangentialartigen Überströmbohrungen 7, 8 stellt somit sicher, dass ein im Elektrodenspalt erzeugter Funke eine Entflammung eines genügend großen Frischgasvolumens in der Vorkammer 16 ermöglicht, wobei insbesondere durch die tangentialartigen Überströmbohrungen 8 das Frischgas in der Vorkammer zum Zündzeitpunkt in Bewegung bleibt. Dadurch kann ein großes Gasvolumen gezündet werden.The design of the radial and tangential overflow bores 7, 8 is based on the requirements within the antechamber 16 in order to ensure reliable ignition. In the prior art, the design of the overflow bores is usually based on the flow conditions in the main combustion chamber, from which the present invention, however, differs. The combination of radial and tangential-type overflow bores 7, 8 thus ensures that a spark generated in the electrode gap enables ignition of a sufficiently large volume of fresh gas in the antechamber 16, with the fresh gas in the pre-chamber remaining in motion at the time of ignition, in particular due to the tangential-type overflow bores 8. This allows a large volume of gas to be ignited.

Allerdings darf die Bewegung in der Brennkammer zum Zündzeitpunkt nicht zu groß sein, da sonst ein Abreißen des Funkens im Elektrodenspalt auftreten kann und somit die Entflammung in der Vorkammer 16 beendet werden würde. Hier sorgen die ersten Gasstrahlen 72 der radialen Überströmbohrungen 7 dafür, dass die Bewegungsgeschwindigkeit in der Vorkammer nicht zu groß wird, da diese im Wesentlichen tief in die Vorkammer 6 reichen.However, the movement in the combustion chamber at the time of ignition must not be too large, since otherwise the spark can break off in the electrode gap and the ignition in the antechamber 16 would thus be terminated. Here, the first gas jets 72 of the radial overflow bores 7 ensure that the speed of movement in the antechamber does not become too great, since these essentially reach deep into the antechamber 6 .

Die tangentialartigen Überströmbohrungen 8 ermöglichen im Wesentlichen eine Tangentialströmung in der Vorkammer, wobei durch die gegenseitige Beeinflussung der Gasstrahlen der beiden unterschiedlichen Arten von Überströmbohrungen ein sehr gutes Gleichgewicht für eine optimale Entflammung erhalten wird.The tangential-type overflow bores 8 allow essentially a tangential flow in the antechamber, with the mutual influencing of the gas jets of the two different types of overflow bores achieving a very good balance for optimal ignition.

Somit ist es möglich, dass höhere Frischgaskonzentrationen bei gleichzeitig deutlich geringerer Strömungsgeschwindigkeit in der Vorkammer 16 im Bereich des Elektrodenspalts erreicht werden. Hierbei kann insbesondere auch eine im Vergleich mit dem Stand der Technik viel frühere Spülung im Bereich des Elektrodenspaltes erreicht werden, so dass sich zum Zündzeitpunkt im Elektrodenspalt nur noch ca. 5% Restgas aus der vorhergehenden Zündung befinden. Dadurch wird eine Entflammung weiter begünstigt.It is thus possible for higher fresh gas concentrations to be achieved with a simultaneously significantly lower flow rate in the antechamber 16 in the area of the electrode gap. In this way, in particular, much earlier flushing in the area of the electrode gap can be achieved in comparison to the prior art, so that at the ignition point in the electrode gap there is only about 5% residual gas from the previous ignition. This further promotes ignition.

6 zeigt eine Vorkammerzündkerze mit einer Kappe 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. 6 shows a prechamber spark plug with a cap 6 according to a second embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.

Wie aus 6 ersichtlich ist, weist die Vorkammerzündkerze 1 des zweiten Ausführungsbeispiels in der Kappe neben radialen Überströmbohrungen 7 und tangentialartigen Überströmbohrungen 8 zusätzlich noch eine mittlere Überströmbohrung 9 auf, welche in der Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze liegt. Die mittlere Überströmbohrung 9 ist ebenfalls eine radiale Überströmbohrung, da ein Winkel c zu einer dritten Tangentialebene T3 an der Außenhülle der Kappe 6 ca. 90° beträgt. Im zweiten Ausführungsbeispiel treffen dabei der erste Gasstrahl 72 der radialen Überströmbohrung 7 und ein dritter Gasstrahl 92 der mittleren Überströmbohrung 9 aufeinander. Hierdurch ergeben sich die erste Ablenkung 73 des ersten Gasstrahls 72 und eine dritte Ablenkung 93 des dritten Gasstrahls 92. Eine weitere Beeinflussung der beiden Gasstrahlen 72, 92 wird durch den zweiten Gasstrahl 82 der tangentialartigen Überströmbohrung 8 erhalten. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.How out 6 As can be seen, the prechamber spark plug 1 of the second exemplary embodiment has a middle one in addition to radial overflow bores 7 and tangential-like overflow bores 8 in the cap Overflow hole 9, which lies in the central axis XX of the prechamber spark plug. The central overflow bore 9 is also a radial overflow bore, since an angle c to a third tangential plane T3 on the outer shell of the cap 6 is approximately 90°. In the second exemplary embodiment, the first gas jet 72 of the radial overflow bore 7 and a third gas jet 92 of the middle overflow bore 9 meet. This results in the first deflection 73 of the first gas jet 72 and a third deflection 93 of the third gas jet 92 . Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102010003899 A1 [0002]

Claims

Prechamber spark plug comprising: - at least one center electrode (4) and at least one ground electrode (5), - an insulator (3) for electrical separation between the center electrode and the ground electrode, and - a cap (6) which defines a pre-chamber (16) with a housing (2), the cap (6) having a large number of overflow bores, - wherein at least one of the overflow bores is a radial overflow bore (7) which has a central axis (71) which is at a first angle a in a range between 80° and 100° to a first tangential plane T1 at an intersection of the central axis (71) is arranged with an outer shell of the cap (6), - wherein at least one of the overflow bores is a tangential overflow bore (8) which has a second central axis (81) which is at a second angle b in a range of 5° to 45° to a second tangential plane T2 at an intersection of the second central axis ( 81) is arranged with the outer shell of the cap.

Prechamber spark plug after claim 1 , - wherein the range of the first angle is between 85° and 95°, and/or - wherein the range of the second angle b is between 10° and 30°.

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the radial and tangential overflow bores (7, 8) are arranged in the cap (6) in such a way that a first gas jet (72 ) a radial overflow bore (7) influences another second gas jet (82) of a tangential overflow bore (8).

Prechamber spark plug after claim 3 , wherein the first gas jet (72) and the second gas jet (82) meet in the antechamber (16), so that a first deflection (73) occurs on the first gas jet (72) and a second deflection ( 83) occurs.

Prechamber spark plug after claim 4 , wherein each gas jet of an overflow bore hits at least one other gas jet of another overflow bore in the antechamber (16).

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein at least one radial overflow bore (7) is directed towards a midpoint (M) on a central axis (X-X) of the prechamber spark plug.

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, radial overflow bores (7) and tangential overflow bores (8) being arranged alternately in the circumferential direction on the cap (6).

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, in which all the radial and tangential overflow bores are of cylindrical design and/or in which all the radial and tangential overflow bores have the same diameter.

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, in which the cap (6) has no overflow bore in the central axis (X-X) of the prechamber spark plug.

Prechamber spark plug according to one of Claims 1 until 8th , wherein the cap (6) has a central overflow bore (9) lying in the central axis (XX).

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein an even number of radial overflow bores and an even number of tangential overflow bores are formed in the cap (6).

Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein all overflow bores in the cap (6) are arranged in a first peripheral area (11) of the cap, the first peripheral area (11) encompassing an angular range of 0° to 300°, in particular 0° to 240 °.