DE112020002454T5

DE112020002454T5 - Verbrennungskraftmaschine und Zündkerze

Info

Publication number: DE112020002454T5
Application number: DE112020002454.7T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Shimamoto; Kaori DOI; Akimitsu Sugiura; Syuhei Nakashima; Kyosuke Fujita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2020-05-01
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US11664645B2; WO2020235332A1; US20220077662A1; JP7365790B2; JP2020191160A; CN113840982B; CN113840982A

Abstract

Eine Zündkerze (10) umfasst ein Gehäuse (2), einen Porzellanisolator (3), eine Mittelelektrode (4), eine Masseelektrode (5) und einen vorkammerdefinierenden Abschnitt (6). Der vorkammerdefinierende Abschnitt (6) besitzt eine darin ausgebildete Vorkammer (60). Der vorkammerdefinierende Abschnitt (6) besitzt eine Mehrzahl von Sprühlöchern (61). Zumindest eines der Sprühlöcher (61) entspricht einem stromaufwärtigen Sprühloch (611), welches in einem Gasstrom (A) innerhalb einer Hauptverbrennungskammer (11) stromaufwärts einer Kerzenmittelachse (C) angeordnet und derart gestaltet ist, dass ein Winkel (α), den eine Erstreckung in einer Öffnungsrichtung mit einer Innenwandfläche (62) der Vorkammer (60) einschließt, größer als 90° gewählt ist. Eine Funkenstrecke (G) ist in dem Gasstrom (A) innerhalb der Hauptverbrennungskammer (11) stromaufwärts einer Kerzenmittelachse (C) ausgebildet.

Description

Querverweis auf verwandtes Dokument
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20. Mai 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 2019-94238 A , deren Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Verbrennungskraftmaschine und eine Zündkerze.
Allgemeiner Stand der Technik
Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer darin montierten Zündkerze, welche mit einer einen Zündspalt bzw. eine Funkenstrecke umgebenden Vorkammer ausgestattet ist. Die Verbrennungskraftmaschine arbeitet, um in der Vorkammer ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzünden, um eine Flamme zu erzeugen. Die in der Vorkammer auftretende Flamme wird aus Sprühlöchern, welche zwischen der Vorkammer und einer Hauptverbrennungskammer eine Verbindung vorsehen, ausgestoßen, so dass sich die Flamme in die Hauptverbrennungskammer ausbreitet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verbrennen. Die Patentliteratur lehrt eine Beschleunigung des Flammenwachstums unter Verwendung einer Rezirkulation eines Gasstroms innerhalb der Vorkammer.
Dokument zum Stand der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1
Japanische Patent-Erstveröffentlichung mit der Nr. 2016-53370
Kurzfassung der Erfindung
Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Verbrennungskraftmaschine wird zwar das Wachstum der Flamme berücksichtigt, jedoch wird die Zündung eines Gemisches in der Vorkammer, das heißt, die Bildung einer Initialflamme, überhaupt nicht berücksichtigt. Mit anderen Worten, in Patentliteratur 1 wird auf eine Erstreckung bzw. Ausdehnung eines Funkens in der Vorkammer zur Verbesserung der Zündung des Gemisches überhaupt nicht Bezug genommen.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verbrennungskraftmaschine und eine Zündkerze bereit, welche sich durch eine hervorragende Zündfähigkeit auszeichnen.
Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung ist eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, welche mit einer Zündkerze ausgestattet ist. Die Zündkerze umfasst: (a) ein zylindrisches Gehäuse; (b) einen Porzellanisolator, welcher in dem Gehäuse gehalten ist; (c) eine Mittelelektrode, welche in dem Porzellanisolator gehalten ist und von einem oberen Ende des Porzellanisolators vorsteht; (d) eine Masseelektrode, welche sich außerhalb der Mittelelektrode befindet und einem Außenumfang der Mittelelektrode zugewandt ist, um einen Zündspalt bzw. eine Funkenstrecke zwischen sich und der Mittelelektrode zu definieren; und (e) einen vorkammerdefinierenden Abschnitt, welcher an einem oberen Ende des Gehäuses angeordnet ist. Der vorkammerdefinierende Abschnitt besitzt eine darin ausgebildete Vorkammer, in welcher die Funkenstrecke angeordnet ist. Der vorkammerdefinierende Abschnitt besitzt eine Mehrzahl von Sprühlöchern, welche zwischen der Vorkammer und einer Hauptverbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eine Verbindung vorsehen. Zumindest eines der Sprühlöcher entspricht einem stromaufwärtigen Sprühloch, welches stromaufwärts einer Kerzenmittelachse in einem Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer angeordnet und derart gestaltet ist, dass ein Winkel, den eine Erstreckung in der Öffnungsrichtung mit einer Innenwandfläche der Vorkammer einschließt, auf einer Basisendseite der Erstreckung in der Öffnungsrichtung größer als 90° gewählt ist. Die Funkenstrecke ist in dem Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer stromaufwärts der Kerzenmittelachse angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung ist eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, welche aufweist: (a) ein zylindrisches Gehäuse; (b) einen Porzellanisolator, welcher in dem Gehäuse gehalten ist; (c) eine Mittelelektrode, welche in dem Porzellanisolator gehalten ist und von einem oberen Ende des Porzellanisolators vorsteht; (d) eine Masseelektrode, welche sich außerhalb der Mittelelektrode befindet und einem Außenumfang der Mittelelektrode zugewandt ist, um einen Zündspalt bzw. eine Funkenstrecke zwischen sich und der Mittelelektrode zu definieren; und (e) einen vorkammerdefinierenden Abschnitt, welcher an einem oberen Ende des Gehäuses angeordnet ist. Der vorkammerdefinierende Abschnitt besitzt eine darin ausgebildete Vorkammer, in welcher die Funkenstrecke angeordnet ist. Der vorkammerdefinierende Abschnitt besitzt eine Mehrzahl von Sprühlöchern, welche zwischen der Vorkammer und einer Außenseite des vorkammerdefinierenden Abschnitts eine Verbindung vorsehen. Die Mittelelektrode besitzt einen Elektrodenvorsprung, welcher radial nach außen vorsteht und zwischen sich und der Masseelektrode, welche derart angeordnet ist, dass diese einem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs zugewandt ist, die Funkenstrecke definiert. Zumindest eines der Sprühlöcher entspricht einem spaltseitigen Sprühloch, welches auf der gleichen Seite einer Kerzenmittelachse wie die Funkenstrecke angeordnet ist. Das spaltseitige Sprühloch ist so gestaltet, dass ein Winkel, den eine Erstreckung davon in einer Öffnungsrichtung mit einer Innenwandfläche der Vorkammer einschließt, auf einer Basisendseite der Erstreckung in der Öffnungsrichtung größer als 90° gewählt ist.
In der Verbrennungskraftmaschine ist die Funkenstrecke im Gasstrom in der Hauptverbrennungskammer stromaufwärts der Kerzenmittelachse angeordnet. Dadurch wird der Funke von der Funkenstrecke durch einen Gasstrom, der von der Hauptverbrennungskammer in die Vorkammer gesaugt und dann in der Vorkammer rezirkuliert wird, erstreckt. Dies verbessert die Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer, was einen Flammenausstoß aus den Sprühlöchern in die Hauptverbrennungskammer verbessert bzw. verstärkt.
Bei der Zündkerze besitzt die Mittelelektrode den Elektrodenvorsprung, welcher radial nach außen vorsteht und zwischen sich und der Masseelektrode, welche so angeordnet ist, dass diese dem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs zugewandt ist, die Funkenstrecke definiert. Zumindest eines der Sprühlöcher entspricht dem spaltseitigen Sprühloch. Die Verbesserung der Zündung des Kraftstoffes wird dadurch erreicht, dass die Zündkerze in der Verbrennungskraftmaschine so montiert wird, dass das spaltseitige Sprühloch in einem Gasstrom, welcher in einer Hauptverbrennungskammer erzeugt wird, stromaufwärts angeordnet ist, wodurch der Ausstoß von Flammen aus den Sprühlöchern in die Hauptverbrennungskammer verbessert wird.
Wie aus der vorstehenden Erörterung hervorgeht, stellen die vorstehend beschriebenen Modi eine Verbrennungskraftmaschine und eine Zündkerze bereit, welche sich durch eine hervorragende Zündfähigkeit des Kraftstoffes auszeichnen.
Figurenliste
Die vorstehende Aufgabe, eine anderer Aufgabe, Merkmale oder Vorteile dieser Offenbarung werden aus der folgenden Erörterung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen ersichtlicher.

1 ist eine erläuternde Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine in der ersten Ausführungsform.
2 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
4 ist eine erläuternde Schnittansicht, welche einen oberen Endabschnitt einer Zündkerze in der ersten Ausführungsform darstellt und bei der eine Erstreckung eines Sprühlochs in einer Öffnungsrichtung davon angegeben ist.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 1.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 2.
7 ist eine erläuternde Schnittansicht, welche einen oberen Endabschnitt einer Zündkerze in der ersten Ausführungsform darstellt und bei der eine Erstreckung bzw. Verlängerung einer basisendseitigen Oberfläche eines Sprühlochs und eine Erstreckung eines verjüngten bzw. kegelförmigen Kopfes angegeben sind.
8 ist eine erläuternde Schnittansicht, welche einen oberen Endabschnitt einer Zündkerze darstellt und vorteilhafte Effekte erläutert, die durch eine Erstreckung eines Funkens in der ersten Ausführungsform geboten werden.
9 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in einem Vergleichsmodus.
10 ist eine Ansicht einer Analyse eines Gasstroms in einer Verbrennungskraftmaschine in einem Vergleichsmodus unter Verwendung von CFD in dem ersten Versuchsbeispiel.
11 ist eine Ansicht einer Analyse eines Gasstroms in einer Verbrennungskraftmaschine in einem Vergleichsmodus unter Verwendung von CFD in der ersten Ausführungsform.
12 ist eine diagrammatische Ansicht, welche Ergebnisse von Messungen von Strecken darstellt, um die Funken im zweiten Versuchsbeispiel erstreckt werden.
13 ist eine diagrammatische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Strecke, um die ein Funke erstreckt wird, und einer selbsterhaltenden Entladungsspannung in dem zweiten Versuchsbeispiel darstellt.
14 ist eine diagrammatische Ansicht, welche Ergebnisse von Messungen von Streuungskoeffizienten der Kraftstoffverbrennung in dem dritten Versuchsbeispiel zeigt.
15 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der zweiten Ausführungsform.
16 ist eine Teil-Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der zweiten Ausführungsform.
17 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der dritten Ausführungsform.
18 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17.
19 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der vierten Ausführungsform.
20 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XX-XX in 19.
21 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der fünften Ausführungsform.
22 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXII-XXII in 21.
23 ist eine erläuternde Schnittansicht eines oberen Endabschnitts einer Zündkerze in der sechsten Ausführungsform.
24 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXIV-XXIV in 23.

Arten und Weisen zum Ausführen der Erfindung
Erste Ausführungsform
Eine Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine und einer Zündkerze wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
Bei der Verbrennungskraftmaschine 1 handelt es sich in dieser Ausführungsform, wie in 1 deutlich dargestellt, um eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher die Zündkerze 10 montiert ist.
Die Zündkerze 10 umfasst, wie in den 2 und 3 zu sehen ist, das hohlzylindrische Gehäuse 2, den hohlzylindrischen Isolator 3, die Mittelelektrode 4, die Masseelektrode 5 und den vorkammerdefinierenden Abschnitt 6. Der Porzellanisolator 3 ist im Inneren des Gehäuses 2 gehalten. Die Mittelelektrode 4 ist im Inneren des Porzellanisolators 3 gehalten und steht über das obere Ende des Porzellanisolators 3 nach außen vor. Die Masseelektrode 5 ist so angeordnet, dass diese einem Außenumfang der Mittelelektrode 4 zugewandt ist und die Funkenstrecke G zwischen sich und der Mittelelektrode 4 definiert. Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 ist am Kopf oder am oberen Ende des Gehäuses 2 angeordnet.
Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 definiert darin die Vorkammer 60. Die Funkenstrecke G befindet sich innerhalb der Vorkammer 60. Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 besitzt eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Sprühlöchern 61, welche eine Verbindung zwischen der Vorkammer 60 und der Hauptverbrennungskammer 11 der Verbrennungskraftmaschine 1 herstellen. Die Sprühlöcher 61 umfassen zumindest ein stromaufwärtsseitiges Sprühloch 611, welches so gestaltet ist, dass dieses die folgenden Bedingungen erfüllt. Insbesondere ist das stromaufwärtige Sprühloch 611, wie in 4 deutlich dargestellt, in einem Gasstrom A innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 weiter stromaufwärts ausgebildet als die Kerzenmittelachse C. Das stromaufwärtsseitige Sprühloch 611 ist so ausgerichtet, dass dieses einen Winkel α besitzt, den die Erstreckung L1, welche so definiert ist, dass sich diese in einer Richtung erstreckt, in der sich das Sprühloch 611 öffnet, mit der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 einschließt, und der auf einer Seite der Erstreckung L1 nahe an dem Basisende der Zündkerze 10 größer als 90° gewählt ist.
Die Funkenstrecke G ist im Gasstrom A innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 stromaufwärts der Kerzenmittelachse C angeordnet. Mit anderen Worten, die Funkenstrecke G befindet sich auf der linken Seite der Kerzenmittelachse C, wie in 4 zu sehen. Die Vorkammer 60 umfasst einen Innenraum eines oberen Endabschnitts des Gehäuses 2 um die Mittelelektrode 4. Die Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 umfasst daher eine Innenfläche des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 und eine Innenfläche eines oberen Endabschnitts des Gehäuses 2.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist, wie in den 1 und 5 dargestellt, mit den Einlassventilen 12, welche die Einlassöffnungen 120 öffnen oder schließen, und den Auslassventilen 13, welche die Auslassöffnungen 130 öffnen oder schließen, ausgestattet. Die Zündkerze 10 ist in einem Maschinenkopf montiert und von den Einlassöffnungen 120 und den Auslassöffnungen 130 umgeben. Die beiden Einlassöffnungen 120 und die beiden Auslassöffnungen 130 sind für die einzige Hauptverbrennungskammer 11 bereitgestellt. Jedes der Einlassventile 12 ist in einer entsprechenden der Einlassöffnungen 120 angeordnet, um diese selektiv zu öffnen oder zu schließen. Jedes der Auslassventile 13 ist in einer entsprechenden der Auslassöffnungen 130 angeordnet, um diese selektiv zu öffnen oder zu schließen.
Die beiden Einlassöffnungen 120 und die beiden Auslassöffnungen 130 sind kreisförmig um die Zündkerze 10 herum angeordnet. Die Einlassöffnungen 120 sind benachbart zueinander bzw. nebeneinander um die Zündkerze 10 herum angeordnet. Gleichermaßen sind die Auslassöffnungen 130 nebeneinander um die Zündkerze 10 herum angeordnet. Die Einlassöffnungen 120 und die Auslassöffnungen 130 sind, wie in 1 zu sehen, schräg zu einer Richtung geneigt, in der sich die Kolben 14 hin und her bewegen, so dass die Einlass- und Auslassöffnungen 120 und 130 Richtungen besitzen, in denen sich diese öffnen (welche auch als eine Öffnungsrichtung bezeichnet werden) und die sich zu der Mittelachse der Hauptverbrennungskammer 11 hin erstrecken. Die Hauptverbrennungskammer 11 besitzt, wie in 4 dargestellt, eine Oberfläche des Basisendes, welche mit Abstand von der Zündkerze 10 zum oberen Ende hin geneigt ist.
Die Zündkerze 10 besitzt, wie in 1 zu sehen, einen Kopf oder ein oberes Ende, welcher/welches in die Hauptverbrennungskammer 11 vorsteht. Mit anderen Worten, der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 ist zu der Hauptverbrennungskammer 11 freiliegend, so dass die Sprühlöcher 61 innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 freiliegen. In dieser Offenbarung wird ein Abschnitt der Zündkerze 10, welcher der Hauptverbrennungskammer 11 zugewandt ist, auch als ein oberes Ende oder eine obere Endseite in der Kerzenaxialrichtung X bezeichnet, während ein Abschnitt der Zündkerze 10, welcher vom oberen Ende weit entfernt ist, auch als ein Basisende oder eine Basisendseite in der Kerzenaxialrichtung X bezeichnet wird. Ein Zylinder definiert die Hauptverbrennungskammer 11 und besitzt den darin angeordneten Kolben 14.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist so gestaltet, dass diese zyklisch Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- (das heißt Verbrennungs-) und Ausstoßtakte des Kolbens 14 bei einer Hin- und Herbewegung durchführt. Während des Ansaugtakts wird Gas über die Ansaug- bzw. Einlassöffnungen 120 in die Hauptverbrennungskammer 11 angesaugt und dann im Ausstoßtakt über die Auslassöffnungen 130 aus der Hauptverbrennungskammer 11 ausgestoßen.
Innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 tritt üblicherweise eine Tumble-Strömung auf, wie durch einen Pfeil A in 1 angegeben, bei der es sich um eine Gasströmung um eine Achse handelt, die sich senkrecht zu einer Richtung erstreckt, in der sich der Kolben 14 hin und her bewegt. Diese Art von Gasströmung ist von den Einlassventilen 12 zu den Auslassventilen 13 um das obere Ende der Zündkerze 10 innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 ausgerichtet. Wie insbesondere in der Kerzenaxialrichtung X in 5 betrachtet, wird eine Gasströmung bzw. ein Gasstrom, der sich in einer Richtung A von der Mitte zwischen den beiden Einlassöffnungen 120 zu der Mitte zwischen den beiden Auslassöffnungen 130 bewegt, zu einem Hauptgasstrom nahe dem oberen Ende der Zündkerze 10.
Der Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 ist hinsichtlich der Richtung davon nicht immer konstant, sondern variiert üblicherweise zwischen Zyklen oder in jedem Zyklus der Verbrennungskraftmaschine 1. Insbesondere bleibt die Richtung des Hauptgasstroms zu dem Zündzeitpunkt im Wesentlichen unverändert. Der vorstehend beschriebene Gasstrom bezieht sich auf den Hauptgasstrom zu dem Zündzeitpunkt. In dieser Offenbarung bezieht sich der Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer 1 oder der Hauptkammergasstrom auf einen Gasstrom nahe dem oberen Ende der Zündkerze 10 zum Zündzeitpunkt, sofern nicht anders spezifiziert. Ein in dieser Offenbarung verwendeter Begriff Stromaufwärtsseite oder Stromabwärtsseite bezieht sich auf eine Stromaufwärtsseite oder Stromabwärtsseite des Gasstroms innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11, das heißt, auf den Hauptkammergasstrom, sofern nicht anders spezifiziert.
Die folgende Erörterung bezieht sich auf die einzelne Zündkerze 10 selbst. Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 der Zündkerze 10 besitzt eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Sprühlöchern 61. Jedes der Sprühlöcher 61 stellt zwischen der Vorkammer 60 und dem Äußeren des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 eine Verbindung her. Die Mittelelektrode 4 ist mit dem Elektrodenvorsprung 41 ausgestattet, welcher sich radial nach außen erstreckt. Der Elektrodenvorsprung 41 besitzt ein vorstehendes Ende (das heißt eine Spitze), welches die Funkenstrecke G zwischen sich selbst und der dem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs 41 zugewandten Masseelektrode 5 definiert.
Zumindest eines der Sprühlöcher 61, welches sich auf der gleichen Seite der Kerzenmittelachse C wie die Funkenstrecke G befindet, umfasst das Sprühloch 611. Mit anderen Worten, in der Kerzenaxialrichtung X betrachtet, ist ein Winkel, den ein sich von der Kerzenmittelachse C zu den spaltseitigen Sprühlöchern 611 erstreckender Vektor mit einem sich von der Kerzenmittelachse C zu der Funkenstrecke G erstreckenden Vektor einschließt, kleiner als 90° gewählt. In dieser Ausführungsform ist das vorstehend beschriebene stromaufwärtige Sprühloch 611 zumindest durch das spaltseitige Sprühloch 611 bereitgestellt.
Das spaltseitige Sprühloch 611 ist, wie in 4 dargestellt, so angeordnet, dass dieses den Winkel α besitzt, den die Erstreckung L1 in der Öffnungsrichtung mit der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 einschließt und an der Basisendseite der Erstreckung L1 in der Öffnungsrichtung 90° überschreitet.
Die derart konfigurierte Zündkerze 10 ist in dieser Ausführungsform zur Komplettierung der Verbrennungskraftmaschine 1 in einer vorgegebenen Ausrichtung in dem Maschinenkopf montiert. Insbesondere ist die Zündkerze 10 so in dem Maschinenkopf installiert, dass diese die im Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der Kerzenmittelachse C angeordnete Funkenstrecke G besitzt, wodurch die Verbrennungskraftmaschine 1 in dieser Ausführungsform entsteht.
In der Verbrennungskraftmaschine 1, in welcher die Zündkerze 10 montiert ist, ist die Funkenstrecke G stromaufwärts der Kerzenmittelachse C angeordnet. Die Mittelelektrode 4 besitzt, wie in 3 deutlich dargestellt, an dem oberen Ende davon den sich auf der Stromaufwärtsseite erstreckenden Elektrodenvorsprung 41. In dieser Ausführungsform steht die Masseelektrode 5 von der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 nach innen vor. Die Masseelektrode 5 ist auf dem vorkammerdefinierenden Abschnitt 6 angeordnet. Mit anderen Worten, die Masseelektrode 5 steht von der Innenwandfläche 62 des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 in Richtung hin zu der Mittelelektrode 4 vor. Die Masseelektrode 5 und der Elektrodenvorsprung 41 der Mittelelektrode 4 stehen sich in einer Kerzenradialrichtung gegenüber. Die Funkenstrecke G ist zwischen dem vorstehenden Ende der Masseelektrode 5 und dem Elektrodenvorsprung 41 der Mittelelektrode 4 gebildet. Die Kerzenradialrichtung, auf welche hierin Bezug genommen wird, stellt eine Richtung senkrecht zu der Kerzenmittelachse C dar.
Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 der Zündkerze 10 besitzt, wie in den 5 und 6 zu sehen, eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Sprühlöchern 61. Die Hälfte der Sprühlöcher 61 wird als die stromaufwärtigen Sprühlöcher 611 verwendet. Insbesondere besitzt in dieser Ausführungsform der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 darin ausgebildet die sechs Sprühlöcher 61, welche in der Umfangsrichtung des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Drei der Sprühlöcher 61 werden als die stromaufwärtigen Sprühlöcher 611 verwendet, welche im Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der Kerzenmittelachse C angeordnet sind. Die übrigen drei Sprühlöcher 61 befinden sich stromabwärts der Kerzenmittelachse C.
Eines der drei stromaufwärtigen Sprühlöcher 611 befindet sich in der Kerzenaxialrichtung X betrachtet auf einer Linie, welche sich von der Kerzenmittelachse C bis zu dem Mittelpunkt zwischen den Einlassöffnungen 120 erstreckt. Mit anderen Worten, in der Kerzenaxialrichtung X betrachtet erstreckt sich eine Linie, welche durch das stromaufwärtige Sprühloch 611 und die Kerzenmittelachse C verläuft, im Wesentlichen parallel zu dem Gasstrom A. In dem Ansaugtakt wird die größte Gasmenge von dem stromaufwärtigen Sprühloch 611 in die Hauptverbrennungskammer 11 gesaugt.
Die Sprühlöcher 61 sind, wie in 4 deutlich dargestellt, in einer Richtung von außen nach innen selbiger zur Basisendseite hin geneigt. Eine Erstreckung der Mittelachse jedes der Sprühlöcher 61, das heißt, die Erstreckung L1, schneidet sich mit einem gegenüberliegenden Abschnitt der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60. Mit anderen Worten, die Erstreckung LI, welche sich von der Mittelachse des stromaufwärtigen Sprühlochs 611 erstreckt, schneidet sich mit einem bzw. kreuzt einen stromabwärtigen Abschnitt der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60. Einer der Winkel, welche die Erstreckung L1 mit der Innenwandfläche 62 an dem vorstehenden Schnittpunkt bildet, und der nahe der Basisendseite liegt, entspricht dem Winkel α, der größer als 90° ist, mit anderen Worten, ein stumpfer Winkel.
In einem Fall, in dem die Innenwandfläche 62 in einer Richtung zur Basisendseite nach außen geneigt ist, kann das stromaufwärtige Sprühloch 611 so ausgerichtet sein, dass sich dieses senkrecht zur Kerzenaxialrichtung X erstreckt, solange der vorstehende Winkel α als ein stumpfer Winkel gewählt ist.
In dieser Ausführungsform ist die Innenwandfläche 62 so ausgebildet, dass sich diese parallel zur Kerzenaxialrichtung X erstreckt. Die Sprühlöcher 61 sind, wie vorstehend beschrieben, schräg, so dass sich diese in der Richtung von außerhalb nach innerhalb der Sprühlöcher 61 der Basisendseite nähern. Dadurch entsteht ein stumpfer Winkel, den die Erstreckung L1 mit der Innenwandfläche 62 an der Basisendseite bildet.
Der Porzellanisolator 3, wie in 7 deutlich dargestellt, umfasst den verjüngten bzw. kegelförmigen Kopf 31, welcher einen zur Spitze davon hin abnehmenden Durchmesser besitzt. In einem in 7 dargestellten ebenen Querschnitt, welcher die Kerzenmittelachse C umfasst und durch die Funkenstrecke G verläuft, befindet sich die Funkenstrecke G in dem Gasstrom A innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 stromaufwärts der Erstreckung L2 einer Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes 31.
Um die vorstehenden Anordnungen zu erreichen, ist die Zündkerze 10 in der folgenden Art und Weise konfiguriert. Insbesondere ist in dem ebenen Querschnitt der Zündkerze 10, welcher die Kerzenmittelachse C umfasst und durch die Funkenstrecke G verläuft, die Funkenstrecke G weiter von der Kerzenmittelachse C entfernt angeordnet als die Erstreckung L2 der Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes 31.
Der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 ist, wie in den 2 und 3 dargestellt, so angeordnet, dass dieser den oberen Endabschnitt des zylindrischen Gehäuses 2 umgibt. Eine Tasche 15, welche ein ringförmiger Hohlraum ist, ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem kegelförmigen Kopf 31 des Porzellanisolators 3 geschaffen. Mit anderen Worten, der Porzellanisolator 3 ist, wenn auch nicht dargestellt, an einem Abschnitt der Außenumfangsfläche davon an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 2 befestigt oder damit verbunden. Ein Abschnitt des Porzellanisolators 3, welcher sich näher an der Spitze davon befindet als die Verbindung des Porzellanisolators 3 mit dem Gehäuse 2, bildet den kegelförmigen Kopf 31. Die ringförmige Tasche 15 befindet sich zwischen dem Außenumfang des kegelförmigen Kopfes 31 und dem Innenumfang des Gehäuses 2. Die Vorkammer 60, welche einem inneren Raum des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 entspricht, steht mit der Tasche 15 in Verbindung.
Die Funkenstrecke G ist, wie in 7 dargestellt, näher an der Basisendseite angeordnet als die Erstreckung L3 einer basisendseitigen Oberfläche des stromaufwärtigen Sprühlochs 611. Die Erstreckung L3 der basisendseitigen Oberfläche des stromaufwärtigen Sprühlochs 611 entspricht einer Linie, welche so definiert ist, dass sich diese entlang der Mittelachse von jedem der stromaufwärtigen Sprühlöcher 611 in Kontakt mit einem Abschnitt des stromaufwärtigen Sprühlochs 611, welcher der Basisendseite am nächsten ist, erstreckt. In dieser Ausführungsform steht die Masseelektrode 5 von einem Abschnitt des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 vor, der sich in der Kerzenaxialrichtung näher an der Basisendseite befindet als die Sprühlöcher 61.
In der derart konfigurierten Verbrennungskraftmaschine 1 wird in der Hauptverbrennungskammer 11 befindliches Gas durch die Sprühlöcher 61 in die Vorkammer 60 gesaugt und anschließend aus der Vorkammer 60 durch die Sprühlöcher 61 in die Hauptverbrennungskammer 11 ausgestoßen. Der Gasstrom A, wie in 1 dargestellt, liegt in Form einer Tumble-Strömung innerhalb der Hauptverbrennungskammer 11 vor, wodurch die Einführung von Gas aus der Hauptverbrennungskammer 11 durch das stromaufwärtige Sprühloch 611 in die Vorkammer 60 erleichtert wird.
Ein Hauptstrom des in die Vorkammer 60 gesaugten Gases wird, wie durch einen Pfeil A1 in 8 angegeben, zu einem stromabwärtigen Abschnitt der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 geleitet, bewegt sich entlang der Innenwandfläche 62 in Richtung hin zu der Basisendseite und tritt dann in die stromabwärtige Seite der Tasche 15 ein. Der Hauptstrom von Gas, welcher in die Stromabwärtsseite in der Tasche 15 eintritt, wird in Richtung zu der Stromaufwärtsseite in der Tasche 15 umgelenkt und dann entlang eines stromaufwärtigen Abschnitts der Tasche 15 in Richtung hin zu dem oberen Ende der Tasche 15 bewegt. Der Hauptstrom des Gases tritt dann wieder in die Vorkammer 60 ein und wird aus einigen der Sprühlöcher 61, welche auf der Stromabwärtsseite angeordnet sind, ausgestoßen. Bei dem vorstehend beschriebenen Gasstrom (das heißt, dem Gasstrom A1) handelt es sich um einen Hauptgasstrom. Nicht immer strömt das gesamte Gas auf die vorstehende Art und Weise.
Der Gasstrom A1 wird in der Vorkammer 60 in der vorstehenden Art und Weise erzeugt, so dass dieser in der stromaufwärts der Kerzenmittelachse C gelegenen Funkenstrecke G zur oberen Endseite hin ausgerichtet wird. Dadurch wird ein in der Funkenstrecke G gebildeter elektrischer Funke S, wie in 8 dargestellt, zur oberen Endseite hin erstreckt.
Die Funktionsweise und Vorteile dieser Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben. In der Verbrennungskraftmaschine 1 befindet sich die Funkenstrecke G im Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der Kerzenmittelachse C. Dadurch wird veranlasst, dass der Funke S, wie vorstehend beschrieben, durch den Gasstrom A1, welcher aus der Hauptverbrennungskammer 11 in die Vorkammer 60 gesaugt und dann in der Vorkammer 60 rezirkuliert wird (siehe 8), von der Funkenstrecke G zur oberen Endseite der Zündkerze 10 erstreckt wird. Dadurch wird die Zündung eines Luft-KraftstoffGemisches in der Vorkammer 60 verbessert, was den Flammenausstoß aus den Sprühlöchern 61 in die Hauptverbrennungskammer 11 verbessert bzw. verstärkt.
In einem ebenen Querschnitt der Zündkerze 10, welcher die Kerzenmittelachse C umfasst und durch die Funkenstrecke G verläuft, befindet sich die Funkenstrecke G in dem Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der sich von der Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes 31 erstreckenden Erstreckung L2. Dies stellt die Stabilität beim Erstrecken des Funkens S zu der oberen Endseite sicher. Insbesondere wird der Gasstrom A1, welcher sich aus der Tasche 15 in die Vorkammer 60 bewegt, normalerweise in einem Bereich verstärkt, der weiter von der Kerzenmittelachse C entfernt liegt als die Erstreckung L2. Die Erstreckung des Funkens S wird daher effektiv dadurch erreicht, dass die Funkenstrecke G näher am Außenumfang der Zündkerze 10 (das heißt, einer Stromaufwärtsseite des Hauptkammergasstroms A) ausgebildet ist als die Erstreckung L2.
Die Funkenstrecke G ist näher an der Basisendseite angeordnet als die Erstreckung L3, welche sich von der basisendseitigen Oberfläche des stromaufwärtigen Sprühlochs 611 erstreckt, wodurch die Störung des Gasstroms A1 in der Nähe der Funkenstrecke G minimiert wird. Insbesondere durchquert der Gasstrom A1 unmittelbar nach dem Ansaugen aus dem stromaufwärtigen Sprühloch 611 in die Vorkammer 60 die Kerzenmittelachse und wird auf die Basisendseite gerichtet. Wenn ein solcher Gasstrom in die Nähe der Funkenstrecke G gelangt, kann dies zu einer Störung des auf die obere Endseite gerichteten Gasstroms A1 führen. Um diesen Nachteil zu mildern, ist die Funkenstrecke G näher an der Basisendseite angeordnet als die Erstreckung L3, wodurch die Stabilität bei der Erzeugung des zur oberen Endseite gerichteten Gasstroms A1 innerhalb der Funkenstrecke G gewährleistet und die Erstreckung des Funkens S erleichtert wird.
Die Masseelektrode 5 steht von der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 nach innen vor, wodurch eine Ortsvariation eines elektrischen Funkens minimiert wird, um die Stabilität beim Erstrecken des Funkens S unter Verwendung des Gasstroms A1 innerhalb der Vorkammer 60 sicherzustellen.
Wie aus der vorstehenden Erörterung hervorgeht, wird mit dieser Ausführungsform eine Zündkerze für Verbrennungskraftmaschinen bereitgestellt, die sich hervorragend für die Zündung von Kraftstoff eignet.
Erster Vergleichsmodus
Dieser Vergleichsmodus entspricht einem Modus, wie in 9 dargestellt, bei dem die Funkenstrecke G bei der Zündkerze 90 auf der Kerzenmittelachse C angeordnet ist. Insbesondere ist die Masseelektrode 95 so gestaltet, dass diese entlang der Kerzenmittelachse C von der Innenfläche des oberen Endabschnitts des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 zur Basisendseite vorsteht. Die Masseelektrode 95 und die Mittelelektrode 94 stehen sich in der Kerzenaxialrichtung X gegenüber, um die Funkenstrecke G dazwischen zu definieren. Weitere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Erstes Versuchsbeispiel
In diesem Beispiel werden, wie in den 10 und 11 gezeigt, Gasströme innerhalb der Vorkammer 60 der Verbrennungskraftmaschine 1 in der ersten Ausführungsform und der Verbrennungskraftmaschine 9 im ersten Vergleichsmodus analysiert. Die Analyse der Gasströme erfolgte unter Verwendung einer rechnergestützen Fluiddynamik (im Folgenden als CFD bezeichnet). Insbesondere erfolgte eine typische Simulationsanalyse unter Verwendung von CFD für Gasströme, welche üblicherweise in einem Fall erzeugt werden, in dem sowohl die Verbrennungskraftmaschine 1 in der ersten Ausführungsform als auch die Verbrennungskraftmaschine 9 im ersten Vergleichsbeispiel als eine Automobilmaschine verwendet werden.
Ergebnisse der Analyse für den ersten Vergleichsmodus sind in 10 dargestellt. Ergebnisse der Analyse für die erste Ausführungsform sind in 11 dargestellt. In den 10 und 11 stellt jeder Pfeil eine Gasströmungsrichtung dar. Die größere Größe des dreieckigen Kopfes jedes Pfeils zeigt eine höhere Geschwindigkeit des Gasstroms an.
Die aus den stromaufwärtigen Sprühlöchern 611 in die Vorkammer 60 gesaugten Gasströme werden, wie in den 10 und 11 zu sehen, zur Stromabwärtsseite in der Tasche 15 geleitet und bewegen sich dann von der Stromaufwärtsseite in der Tasche 15 hin zu der oberen Endseite der Vorkammer 60. Bei der Verbrennungskraftmaschine 9 im ersten Vergleichsmodus sind die Gasströme, welche die Funkenstrecke G durchqueren, wie aus 10 ersichtlich, schwach und Richtungen davon sind zufällig. Bei der Verbrennungskraftmaschine 1 in der in 11 dargestellten ersten Ausführungsform dagegen durchqueren die Gasströme, deren Geschwindigkeiten relativ hoch sind und die im Wesentlichen in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, die Funkenstrecke G. Die Ergebnisse der Analyse sind im Wesentlichen identisch mit denen des vorstehend beschriebenen Gasstroms A1 (siehe 8) in der ersten Ausführungsform. Die Gasströme in 11 sind so gedacht, dass diese den Funken G zur oberen Endseite der Zündkerze 10 erstrecken bzw. verlängern.
Zweites Versuchsbeispiel
In diesem Beispiel sollen, wie in 12 dargestellt, vorteilhafte Effekte der Erstreckung eines Funkens in der Verbrennungskraftmaschine 1 der ersten Ausführungsform und der Verbrennungskraftmaschine 9 des ersten Vergleichsmodus analysiert werden. Tests wurden unter Verwendung einer Zweiliter-Vierzylinder-Maschine unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Maschinendrehzahl 1.200 U/min beträgt, eine Maschinenlast 150 kPa beträgt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14,7:1 beträgt. Die Größe der Funkenstrecke G beträgt 0,7 mm. Der Durchmesser der Sprühlöcher beträgt 1,2 mm. Das Volumen der Vorkammer beträgt 1 ml.
Wir legten eine Spannung an die Zündkerze an, um elektrische Entladungen oder Funken in der Funkenstrecke G unter den vorstehenden Bedingungen zu erzeugen, und die Wellenformen der Funken wurden gemessen, um eine selbsterhaltende Entladungsspannung abzuleiten, die in einem Diagramm von 13 dargestellt ist. Es ist bekannt, dass der Funke umso weiter erstreckt wird, je höher die selbsterhaltende Entladungsspannung ist. Wir haben die selbsterhaltende Entladungsspannung verwendet, um die Strecke zu berechnen, um welche der Funke erstreckt wurde, indem unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der selbsterhaltenden Entladungsspannung und Strecken, um welche der Funke erstreckt wurde, nachgeschlagen wurde. Die Strecke, um welche der Funke erstreckt bzw. ausgedehnt wird, wie hierin bezeichnet, entspricht einer Strecke zwischen Enden eines Entladungspfads, welche der Funke durchläuft (im Folgenden auch als Funkenausdehnungsstrecke bezeichnet).
12 zeigt Ergebnisse der vorstehenden Messungen. In 12 gibt „B“ den ersten Vergleichsmodus an. „C“ gibt die erste Ausführungsform an. Das Diagramm in 12 zeigt, dass die Funkenausdehnungsstrecke in der Verbrennungskraftmaschine 1 in der ersten Ausführungsform wesentlich größer ist als diese in der Verbrennungskraftmaschine 9 in dem ersten Vergleichsmodus. Es wird somit festgestellt, dass die erste Ausführungsform große Vorteile durch die Erstreckung von Funken bietet.
Drittes Versuchsbeispiel
Dieses Beispiel dient, wie in 14 dargestellt, zur Analyse der Stabilität der Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine 1 in der ersten Ausführungsform und der Verbrennungskraftmaschine 9 im ersten Vergleichsmodus. Diese Stabilität wurde durch Messung eines Streuungskoeffizienten (COV) der Kraftstoffverbrennung bewertet. Die Versuchsbedingungen sind die gleichen wie im zweiten Versuchsbeispiel.
Der COV der Kraftstoffverbrennung wird durch die folgende Gleichung bestimmt. $\begin{array}{l} COV (%) = \begin{array}{l} (a ngegebener mittlerer effektiver Druck \end{array} (das heißt, die Standardabwei- \\ chun g)) / (angegebener mittlerer effektiver Druck (das heißt, der \\ Mittelwert)) \end{array}$
14 zeigt Ergebnisse der Versuche. In 14 gibt „B“ den ersten Vergleichsmodus an. „C“ gibt die erste Ausführungsform an. Das Diagramm in 14 zeigt, dass der COV bei der Verbrennungskraftmaschine 9 im ersten Vergleichsmodus 80 % oder mehr beträgt, während der COV bei der Verbrennungskraftmaschine 1 in der ersten Ausführungsform 3,4 % beträgt. Dies bedeutet, dass die erste Ausführungsform in der Lage ist, die Stabilität der Kraftstoffverbrennung erheblich zu verbessern.
Zweite Ausführungsform
Diese Ausführungsform entspricht einem Modus, bei welchem die Masseelektrode 5 in der Kerzenaxialrichtung X verlängert ist, wie in den 15 und 16 dargestellt. Insbesondere steht die Masseelektrode 5 von der Innenfläche des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 in die Vorkammer 60 vor und ist so gestaltet, dass diese eine vergrößerte Länge in der Kerzenaxialrichtung X besitzt. Mit anderen Worten, die Masseelektrode 5 ist so gestaltet, dass diese eine Breite in der Kerzenumfangsrichtung und eine Länge in der Kerzenaxialrichtung X, welche größer als die Breite ist, besitzt. Insbesondere besitzt die Masseelektrode 5 Abmessungen d1 und d2, welche so gewählt sind, dass ein Verhältnis von d1 > d2 eingehalten wird. Die Masseelektrode 5 besitzt eine Entladungsfläche 51, welche der Funkenstrecke G zugewandt ist. Die Entladungsfläche 51 besitzt einen oberen Endabschnitt 511, welcher sich in der Nähe des oberen Endes der Zündkerze 10 befindet oder diesem zugewandt ist. Der obere Endabschnitt 511 befindet sich näher am oberen Ende der Zündkerze 10 als die Mittelelektrode 4. Die Kerzenumfangsrichtung, auf die hierin Bezug genommen wird, entspricht einer Richtung, in der sich eine Linie tangential zu einem um die Kerzenmittelachse C (das heißt, die Mitte) definierten Kreis erstreckt.
Die Entladungsfläche 51 der Masseelektrode 5 besitzt einen Basisendabschnitt 512, welcher sich in der Kerzenaxialrichtung X im Wesentlichen an der gleichen Position befindet wie das obere Ende (das heißt die Spitze) der Mittelelektrode 4. Andere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform. In der zweiten und den folgenden Ausführungsformen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen, wie in der ersten Ausführungsform eingesetzt, auf die gleichen Teile, sofern nicht anders spezifiziert.
In dieser Ausführungsform wird wahrscheinlich ein elektrischer Initialfunke in der Funkenstrecke G zwischen dem Basisendabschnitt 512 der Entladungsfläche 51 der Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 4 erzeugt. Danach wird das Längsende des Funkens S an der Masseelektrode 5 durch einen Gasstrom innerhalb der Vorkammer 60 zur oberen Endseite hin verschoben und bewegt sich dann auf dem oberen Endabschnitt 511 der Entladungsfläche 51 der Masseelektrode 5. Dies führt zu einer vergrößerten Strecke zwischen den Enden der Länge des Funkens S, wodurch die Zündfähigkeit des Kraftstoffes in der Vorkammer 60 verbessert wird. Diese Ausführungsform bietet zusätzlich die gleichen anderen Vorteile wie diese der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich, wie in den 17 und 18 dargestellt, um einen Modus, bei dem der obere Endabschnitt der Mittelelektrode 4 einen Abschnitt 42 mit großem Durchmesser besitzt. Mit anderen Worten, ein Gesamtumfang des oberen Endabschnitts der Mittelelektrode 4 ist so gestaltet, dass dieser radial vorsteht. Dies bewirkt, dass die Funkenstrecke G weiter von der Kerzenmittelachse C entfernt liegt. Der aus der Tasche 15 austretende Gasstrom A1 läuft durch die Funkenstrecke G in Richtung hin zu der oberen Endseite der Zündkerze 10.
Der zylindrische Abschnitt 42 mit großem Durchmesser des oberen Endabschnitts der Mittelelektrode 4 erleichtert die Regulierung der Lage der Funkenstrecke G, wodurch die Leistungsfähigkeit der Zündkerze 10 verbessert wird. Diese Ausführungsform bietet auch im Wesentlichen die gleichen anderen Vorteile wie diese der ersten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich, wie in den 19 und 20 dargestellt, um einen Modus, bei welchem die Masseelektrode 5 in einer halbringförmigen Gestalt gestaltet ist, welche die Hälfte eines Umfangs der Zündkerze 10 einnimmt und sich um die Kerzenmittelachse C erstreckt. Mit anderen Worten, die Masseelektrode 5 steht von der Innenumfangsfläche des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 vor und nimmt einen Winkelbereich von 180° entlang der Innenumfangsfläche des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6 auf einer Stromaufwärtsseite in dem Gasstrom A in der Hauptverbrennungskammer 11 ein. Weitere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Funkenstrecke G über einen vergrößerten Bereich auf der Stromaufwärtsseite in dem Hauptkammergasstrom A auszubilden. Ein von der Masseelektrode 5 eingenommener Winkelbereich, in der Kerzenaxialrichtung X in 20 betrachtet, beträgt 180°, kann jedoch auch kleiner als 180° gewählt sein.
Fünfte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich, wie in den 21 und 22 dargestellt, um einen Modus, bei dem die Masseelektrode 5 durch die Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 definiert ist. Insbesondere ist die Masseelektrode 5 so gestaltet, dass diese von der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 nicht vorsteht.
Der Elektrodenvorsprung 41 der Mittelelektrode 4 ist bis in die Nähe der Innenwandfläche 62 des Elektrodenvorsprungs 41 verlängert, um die Funkenstrecke G zwischen sich und der Innenwandfläche 62 zu bilden. Mit anderen Worten, ein vorstehendes Ende oder eine Spitze des Elektrodenvorsprungs 41 ist über die Funkenstrecke G der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 zugewandt. Anders ausgedrückt, ein Abschnitt der Innenfläche der Vorkammer 60, welcher der Spitze des Elektrodenvorsprungs 41 zugewandt ist, bildet die Masseelektrode 5.
In dieser Ausführungsform ist ein Abschnitt des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6, wie vorstehend beschrieben, so gestaltet, dass dieser dem Elektrodenvorsprung 41 zugewandt ist, um die Masseelektrode 5 zu bilden. Weitere Ausführungsformen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Diese Ausführungsform erleichtert die Ausrichtung der Gasströme A1, während sich diese entlang der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 (das heißt, der Innenflächen des Gehäuses 2 und des vorkammerdefinierenden Abschnitts 6) zur oberen Endseite hin bewegen und durch die Funkenstrecke G laufen, im Wesentlichen in der gleichen Richtung. Dies verbessert die Erstreckung bzw. Ausdehnung eines in der Funkenstrecke G entwickelten Funkens und erleichtert die Bewegung eines Längsendes des Funkens S auf der Innenwandfläche 62 in der Axialrichtung der Zündkerze 10, was zu einer vergrößerten Strecke zwischen den Längsenden des Funkens S führt. Dies erhöht eine insgesamt erstreckte Länge des Funkens S. Diese Ausführungsform bietet auch im Wesentlichen die gleichen anderen Vorteile wie diese der ersten Ausführungsform.
Die Spitze des Elektrodenvorsprungs 41 kann so gestaltet sein, dass diese der Innenfläche des Gehäuses 2 zugewandt ist. In diesem Fall dient ein Abschnitt des Gehäuses 2 als die Masseelektrode 5.
Sechste Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich, wie in den 23 und 24 dargestellt, um einen Modus, bei dem die Mittelelektrode 4 so gestaltet ist, dass diese den Elektrodenvorsprung 41 nicht besitzt (siehe 2). Die Masseelektrode 5, welche von der Innenwandfläche 62 der Vorkammer 60 vorsteht, besitzt die Spitze, welche der Seitenfläche der Mittelelektrode 4 zugewandt ist, um die Funkenstrecke G zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 zu definieren.
Die Masseelektrode 5 ist in dem Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der Mittelelektrode 4 angeordnet und weist zu der Seitenfläche der Mittelelektrode 4. Die Funkenstrecke G ist daher im Hauptkammergasstrom A stromaufwärts der Kerzenmittelachse C angeordnet. Die Mittelelektrode 4 steht, wie in 23 deutlich dargestellt, vor, um eine Spitze zu besitzen, welche näher am oberen Ende der Zündkerze 10 angeordnet ist als diese bei der ersten Ausführungsform (siehe 2). Insbesondere ist die Spitze der Mittelelektrode 4 in der Richtung X in der Nähe der Mitte der Vorkammer 60 angeordnet, wodurch die Funkenstrecke G im Hauptkammergasstrom A in einem ebenen Querschnitt der Zündkerze 10 (das heißt, dem Querschnitt in 23), welcher so definiert ist, dass dieser die Kerzenmittelachse C umfasst und durch die Funkenstrecke G verläuft, betrachtet, stromaufwärts der sich von der Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes 31 erstreckenden Erstreckung L2 angeordnet ist.
Die Funkenstrecke G befindet sich näher am Basisende der Zündkerze 10 als die Erstreckung L3 von der basisendseitigen Oberfläche des stromaufwärtigen Sprühlochs 611. Weitere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform entfällt die Notwendigkeit, dass die Mittelelektrode 4 den Elektrodenvorsprung 41 besitzt, was zu einer vereinfachten Struktur der Zündkerze 10 führt. Dadurch werden die Zündkerze 10 und die Verbrennungskraftmaschine 1 bereitgestellt, welche sich durch eine hohe Leistungsfähigkeit auszeichnen. Weitere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 aus einem vom Gehäuse 2 getrennten Element hergestellt, jedoch können der vorkammerdefinierende Abschnitt 6 und das Gehäuse 2 aus einem einzigen oder einteiligen Element hergestellt sein.
Diese Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und deren Modifikationen beschränkt und kann auf verschiedene Arten und Weisen realisiert werden, ohne vom Prinzip der Offenbarung abzuweichen.
Obwohl diese Offenbarung auf die bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen hat, sollte erkannt werden, dass die Ausführungsformen in dieser Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Strukturen beschränkt sind und auf verschiedene Arten und Weisen modifiziert werden können, ohne von dem Prinzip dieser Offenbarung abzuweichen. Daher ist diese Offenbarung so zu verstehen, dass diese alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen umfasst, welche ohne Abweichung vom Prinzip dieser Offenbarung ausgeführt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201994238 A [0001]
JP 201653370 [0004]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1), welche mit einer Zündkerze (1) ausgestattet ist, wobei die Zündkerze umfasst: ein zylindrisches Gehäuse (2); einen Porzellanisolator (3), welcher in dem Gehäuse gehalten ist; eine Mittelelektrode (4), welche in dem Porzellanisolator gehalten ist und von einem oberen Ende des Porzellanisolators vorsteht; eine Masseelektrode (5), welche sich außerhalb der Mittelelektrode befindet und einem Außenumfang der Mittelelektrode zugewandt ist, um eine Funkenstrecke (G) zwischen sich und der Mittelelektrode zu definieren; und einen vorkammerdefinierenden Abschnitt (6), welcher an einem oberen Ende des Gehäuses angeordnet ist, der vorkammerdefinierende Abschnitt eine darin ausgebildete Vorkammer (60) besitzt, in welcher die Funkenstrecke angeordnet ist, der vorkammerdefinierende Abschnitt eine Mehrzahl von Sprühlöchern (61) besitzt, welche zwischen der Vorkammer und einer Hauptverbrennungskammer (11) der Verbrennungskraftmaschine eine Verbindung herstellen, zumindest eines der Sprühlöcher einem stromaufwärtigen Sprühloch (611) entspricht, welches in einem Gasstrom (A) innerhalb der Hauptverbrennungskammer stromaufwärts einer Kerzenmittelachse (C) angeordnet und derart gestaltet ist, dass ein Winkel (α), den eine Erstreckung (L1) des stromaufwärtigen Sprühlochs in einer Öffnungsrichtung davon mit einer Innenwandfläche (62) der Vorkammer einschließt, auf einer Basisendseite der Erstreckung in der Öffnungsrichtung größer als 90° gewählt ist, und die Funkenstrecke in dem Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer stromaufwärts der Kerzenmittelachse angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Porzellanisolator einen kegelförmigen Kopf (31) besitzt, welcher einen hin zu einer Spitze davon abnehmenden Durchmesser besitzt, und wobei in einem ebenen Querschnitt der Zündkerze, welcher derart definiert ist, dass dieser die Kerzenmittelachse umfasst und durch die Funkenstrecke verläuft, die Funkenstrecke in dem Gasstrom innerhalb der Hauptverbrennungskammer stromaufwärts einer Erstreckung (L2) angeordnet ist, welche sich von einer Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes erstreckt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Funkenstrecke näher an einer Basisendseite angeordnet ist als eine Erstreckung (L3) einer basisendseitigen Oberfläche des stromaufwärtigen Sprühlochs.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Masseelektrode von der Innenwandfläche der Vorkammer nach innen vorsteht.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die Masseelektrode so gestaltet ist, dass diese eine Abmessung in einer Kerzenaxialrichtung besitzt, welche länger ist als eine Abmessung in einer Kerzenumfangsrichtung, und wobei eine Entladungsfläche, welche einer der Funkenstrecke zugewandte Oberfläche der Masseelektrode entspricht, einen oberen Endabschnitt (511) besitzt, welcher näher an der oberen Endseite angeordnet ist als die Mittelelektrode.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mittelelektrode einen Elektrodenvorsprung (41) besitzt, welcher radial nach außen vorsteht, wobei ein vorstehendes Ende des Elektrodenvorsprungs der Innenwandfläche der Vorkammer über die Funkenstrecke zugewandt ist, und ein Abschnitt einer Innenfläche der Vorkammer, welcher dem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs zugewandt ist, als die Masseelektrode konfiguriert ist.
Zündkerze (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: ein zylindrisches Gehäuse (2); einen Porzellanisolator (3), welcher in dem Gehäuse gehalten ist; eine Mittelelektrode (4), welche in dem Porzellanisolator gehalten ist und von einem oberen Ende des Porzellanisolators vorsteht; eine Masseelektrode (5), welche sich außerhalb der Mittelelektrode befindet und einem Außenumfang der Mittelelektrode zugewandt ist, um eine Funkenstrecke (G) zwischen sich und der Mittelelektrode zu definieren; und einen vorkammerdefinierenden Abschnitt (6), welcher an einem oberen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei der vorkammerdefinierende Abschnitt eine darin ausgebildete Vorkammer (60) besitzt, in welcher die Funkenstrecke angeordnet ist, der vorkammerdefinierende Abschnitt eine Mehrzahl von Sprühlöchern (61) besitzt, welche zwischen der Vorkammer und einem Äußeren des vorkammerdefinierenden Abschnitts eine Verbindung herstellen, die Mittelelektrode einen Elektrodenvorsprung (41) besitzt, welcher radial nach außen vorsteht und zwischen sich und der Masseelektrode, welche derart angeordnet ist, dass diese einem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs zugewandt ist, die Funkenstrecke definiert, zumindest eines der Sprühlöcher einem spaltseitigen Sprühloch (611) entspricht, welches auf der gleichen Seite einer Kerzenmittelachse (C) wie die Funkenstrecke angeordnet ist, und das spaltseitige Sprühloch so gestaltet ist, dass ein Winkel (α), den eine Erstreckung des spaltseitigen Sprühlochs in einer Öffnungsrichtung davon mit einer Innenwandfläche (62) der Vorkammer einschließt, auf einer Basisendseite der Erstreckung in der Öffnungsrichtung größer als 90° gewählt ist.
Zündkerze nach Anspruch 7, wobei der Porzellanisolator einen kegelförmigen Kopf (31) besitzt, welcher einen hin zu einer Spitze davon abnehmenden Durchmesser besitzt, und wobei in einem ebenen Querschnitt der Zündkerze, welcher derart definiert ist, dass dieser die Kerzenmittelachse umfasst und durch die Funkenstrecke verläuft, die Funkenstrecke weiter von einer Kerzenmittelachse entfernt angeordnet ist als eine Erstreckung (L2), die sich von einer Außenumfangsfläche des kegelförmigen Kopfes erstreckt.
Zündkerze nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Funkenstrecke näher an einer Basisendseite angeordnet ist als eine Erstreckung (L3) einer basisendseitigen Oberfläche des spaltseitigen Sprühlochs.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Masseelektrode von der Innenwandfläche der Vorkammer nach innen vorsteht.
Zündkerze nach Anspruch 10, wobei die Masseelektrode so gestaltet ist, dass diese eine Abmessung in einer Kerzenaxialrichtung besitzt, welche länger ist als eine Abmessung davon in einer Kerzenumfangsrichtung, und wobei eine Entladungsfläche, welche einer der Funkenstrecke zugewandten Oberfläche der Masseelektrode entspricht, einen oberen Endabschnitt (511) besitzt, der näher an der oberen Endseite angeordnet ist als die Mittelelektrode.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein vorstehendes Ende des Elektrodenvorsprungs der Innenwandfläche der Vorkammer über die Funkenstrecke zugewandt ist, und ein Abschnitt einer Innenfläche der Vorkammer, welcher dem vorstehenden Ende des Elektrodenvorsprungs zugewandt ist, als die Masseelektrode konfiguriert ist.