EP4562294A1 - Vorkammerzündkerze - Google Patents

Vorkammerzündkerze

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Publication number
EP4562294A1
EP4562294A1 EP23735673.8A EP23735673A EP4562294A1 EP 4562294 A1 EP4562294 A1 EP 4562294A1 EP 23735673 A EP23735673 A EP 23735673A EP 4562294 A1 EP4562294 A1 EP 4562294A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
point
spark plug
prechamber spark
prechamber
ground electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23735673.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Blankmeister
Paul Justus Sieffert
Moritz Wenk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4562294A1 publication Critical patent/EP4562294A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/06—Covers forming a part of the plug and protecting it against adverse environment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a prechamber spark plug with improved ignition properties and a longer service life and in particular a reduced risk of sparking of weld seams of the prechamber spark plug.
  • Prechamber spark plugs are known from the prior art in various designs.
  • a prechamber of the prechamber spark plug is usually defined by a housing area and a cap.
  • the cap by using the cap, the ignitable mixture cannot come into direct contact with the spark gap and be ignited. Therefore, so-called cap holes are usually provided in the cap, which are intended to ensure that an ignitable mixture gets into the antechamber and in particular into the ignition gap between a center electrode and a ground electrode.
  • cap holes are usually provided in the cap, which are intended to ensure that an ignitable mixture gets into the antechamber and in particular into the ignition gap between a center electrode and a ground electrode.
  • manufacturers of internal combustion engines usually have different designs and design conditions, in particular with regard to a position of a prechamber spark plug in relation to an injection jet of fuel.
  • the cap of the prechamber spark plug in particular must be positioned precisely in order to achieve optimal gas exchange within the prechamber. This often results in the risk of sparking on weld seams of the prechamber spark plug if the position of the cap and thus the gas exchange for introducing an ignitable mixture is not optimal. However, this can significantly reduce the service life of the prechamber spark plug.
  • the prechamber spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that by maintaining defined parameters of components of the prechamber spark plug, a targeted flow can be achieved in the prechamber, which leads to better ignition in the prechamber.
  • a spark location can be specifically directed away from weld seams or the like, which significantly extends the service life of the prechamber spark plug.
  • an increase in flow velocity within the antechamber can also be realized, which leads to a more turbulent flow in the antechamber and improved ignition at the time of ignition.
  • the ignitability can be achieved by a stronger spark deflection and a resulting increase in volume between the spark and the flammable mixture in the antechamber.
  • the prechamber spark plug has a housing, a center electrode and a ground electrode.
  • the center electrode and the ground electrode are arranged in an antechamber.
  • the prechamber spark plug includes an insulator and a cap, which closes the prechamber in the direction of a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the insulator has a lateral wall region which is parallel to a central axis XX of the prechamber spark plug, an end region located essentially perpendicular to the central axis, on which the center electrode is arranged and in particular protrudes, and a connection region connecting the wall region to the end region.
  • a first point K is defined at a transition between the side wall area and the connection area of the insulator.
  • a second point M is defined at a transition between the connection area and the end area of the insulator.
  • a third point I is defined at a free end of the center electrode, the third point I being the point at the free end of the center electrode that is furthest away from the ground electrode.
  • a fourth point P is defined at a free end of the ground electrode. The fourth point P is the point at the free end of the ground electrode, which is furthest away from the center electrode.
  • there is a first straight line K1 which runs through the first K and the third point I.
  • a second straight line KP runs through the first point K and the fourth point P.
  • a third straight line KM runs through the first point K and the second point M on the insulator.
  • An angle a between the bisecting angle W and the third straight line KM lies in a range of +20° ⁇ a ⁇ -20°.
  • the angle a is therefore in a range of ⁇ 20° around the bisector W.
  • the angle a is preferably in a range of +15° ⁇ a ⁇ -15° and more preferably in a range of +10° ⁇ a ⁇ -10° and more preferably in a range of +5° ⁇ a ⁇ -5° and is in particular 0°. Particularly good, expanding flame fronts within the combustion chamber are achieved when the bisector W and the third straight line KM coincide and the angle a is therefore 0°.
  • a distance Q between the third point I and the fourth point P is in a range of 1 mm to 3 mm and preferably in a range of 1.5 mm to 2.5 mm.
  • the prechamber spark plug has a plurality of ground electrodes, with a fourth point P being present on each of the plurality of ground electrodes and the geometric specifications according to the invention for all ground electrodes with respect to a central, central center electrode being met.
  • the ground electrode has a cylindrical precious metal pin which defines the free end of the ground electrode and/or the center electrode has a cylindrical noble metal pin which defines the free end of the center electrode.
  • connection area on the insulator is between the first
  • Point K and the second point M in section a straight line and / or a convex curve and / or a concave curve.
  • the prechamber spark plug preferably has a flow guide element on an inner wall of the housing.
  • the flow guide element is preferably a region projecting radially inwards from the inner wall, for example an accumulation of material.
  • the flow guide element ends at or near a plane E, which is perpendicular to a central axis X-X of the prechamber spark plug and leads through the second point M on the insulator.
  • the flow guide element comprises a recess in the inner wall of the housing, preferably below the ground electrode.
  • the recess is preferably formed at the level of the connection region of the insulator and preferably ends at the level of the first point K.
  • the flow guide element preferably comprises an accumulation of material and a recess.
  • the prechamber spark plug preferably has exactly one center electrode, which is arranged in a central axis of the prechamber spark plug.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a prechamber spark plug according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a prechamber spark plug according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of a prechamber spark plug according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • a prechamber spark plug 1 according to a first preferred exemplary embodiment of the invention will be described in detail below with reference to FIG. 1.
  • the prechamber spark plug 1 comprises a housing 2 and a cap 6.
  • the housing 2 and the cap 6 together define an antechamber 5.
  • a plurality of cap holes 60 are provided in the cap 6 for gas exchange between the antechamber 5 and a combustion chamber 11.
  • the prechamber spark plug 1 further comprises a center electrode 3 and a ground electrode 4.
  • the center electrode 3 is arranged in a central axis X-X of the prechamber spark plug.
  • the ground electrode 4 is arranged in the housing at a right angle to the center electrode 3.
  • the center electrode 3 comprises a cylindrical precious metal pin 30, on which a flat, flat free end 30a is defined.
  • the ground electrode 4 also includes a cylindrical precious metal pin 40, on which a flat, free end 40a is defined.
  • the ground electrode 4 is fixed in the housing 2, for example by means of a welded connection.
  • the center electrode 3 is arranged in an insulator 7, which electrically insulates the housing 2 and thus the ground electrode 4 from the center electrode 3.
  • the Center electrode 3 is connected in a known manner to an electrical connection of the prechamber spark plug (not shown).
  • the prechamber spark plug 1 is thus arranged directly on the combustion chamber 11 of an internal combustion engine.
  • an ignitable mixture that forms in the combustion chamber 11 cannot come into direct contact with a spark gap between the center electrode 3 and the ground electrode 4. Therefore, the prechamber spark plug and in particular the cap 6 must be aligned in such a way that a gas flow 10, which is shown schematically in FIG Ignition spark occurs.
  • the insulator 7 has a lateral wall region 70, a front end region 71 and a connecting region 72, which connects the wall region 70 to the end region 71.
  • the connection area 72 is a straight line.
  • connection area can also be concave or convex.
  • the insulator 7 thus has essentially the shape of a truncated cone at its end directed towards the antechamber 5.
  • the side wall area 70 runs parallel to an inner wall 20 of the housing 2.
  • the inner wall 20 and the side wall area 70 are therefore cylindrical.
  • the wall area 70 of the insulator rests directly on the inner wall 20.
  • a first point K is defined at a transition between the side wall region 70 and the connection region 72.
  • a second point M is defined at a transition between the connection area 72 and the end area 71.
  • a third point I is defined at a free end of the center electrode 3, more precisely on the cylindrical noble metal pin 30, the third point I being the furthest point of the free end 30a of the center electrode 3 from the ground electrode 4.
  • a fourth point P is defined at a free end 40a of the ground electrode 4.
  • the fourth point P is the point on the cylindrical precious metal pin 40 at its free end 40a that is furthest away from the center electrode.
  • the prechamber spark plug 1 includes a first straight line K1 through the first point K and the third point I.
  • a second straight line KP is defined by the first point K and the fourth point P.
  • a third straight line KM runs through the first point K and the second point M on the insulator 7.
  • An angle a between the bisector W and the third straight line KM on the insulator 7 is preferably in a range of +20° ⁇ a ⁇ -20° and is 5° in this exemplary embodiment.
  • the angle a is positive if the straight line KM runs between the points P and I.
  • a distance Q is defined between the third point I on the center electrode and the fourth point P on the ground electrode.
  • the bisector W cuts the distance Q in half.
  • a spark 9, which is generated between the center electrode 3 and the ground electrode 4 can therefore experience a deflection due to the gas flow 10, which leads in the direction of the cap 6.
  • the spark 9 is now deflected by the gas flow 10 from its point of origin between the center electrode 3 and the ground electrode 4, which is usually the shortest distance between the center electrode 3 and ground electrode 4, over the burning period.
  • the targeted gas flow 10 also results in an increase in flow velocity within the antechamber 5, which has an advantageous effect on the acceleration of combustion, since this creates a higher turbulence in the antechamber 5.
  • the gas flow 10 ensures that the spark does not move in the direction a weld seam, which may be present between the ground electrode 4 and the inner wall 20 of the housing 2. This significantly extends the life of the spark plug.
  • Figure 2 shows a prechamber spark plug 1 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the same or functionally identical parts are designated with the same reference numbers as in the first exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, with a flow guide element 8 being arranged on the inner wall 20 of the housing 2 in the second exemplary embodiment, in contrast to the first exemplary embodiment.
  • the flow guide element 8 is a material accumulation 80.
  • the flow guide element 8 is arranged below the ground electrode 4.
  • the flow guide element 8 is provided in such a way that it lies between a plane E, in which the end region 71 of the insulator 7 lies, and the ground electrode 4.
  • the flow guide element 8 ends at plane E.
  • the flow guide element 8 is shaped to be streamlined in order to achieve a deflection of the gas flow 10 in the direction of the spark gap between the center electrode 3 and the ground electrode 4. This allows even more targeted guidance of the gas flow 10 to be achieved.
  • Figure 3 shows a prechamber spark plug 1 according to a third exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are designated with the same reference numerals as in the previous exemplary embodiments.
  • flow guide element 8 of the third exemplary embodiment is a recess 81 on the inner wall 20 of the housing 2.
  • the recess 81 is again formed below the ground electrode 4.
  • the recess 81 also has the function of redirecting the gas flow 10 in order to redirect the gas flow 10 in an improved manner into the ignition gap between the center electrode 3 and the ground electrode 4.
  • this exemplary embodiment corresponds to the second exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze, umfassend: ein Gehäuse (2), eine Mittelelektrode (3), eine Masseelektrode (4), wobei die Mittelelektrode (3) und die Masseelektrode (4) in einer Vorkammer (5) angeordnet sind, ein Isolator (7), und eine Kappe (6), welche die Vorkammer in Richtung eines Brennraums (11) abschließt, wobei der Isolator (7) einen seitlichen Wandbereich (70), welcher koaxial zu einer Mittelachse (X-X) der Vorkammerzündkerze verläuft, einen im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse (X-X) liegenden Endbereich (71), an dem die Mittelelektrode (3) vorsteht, und einen Verbindungsbereich (72) aufweist, welcher den seitlichen Wandbereich (70) mit dem Endbereich (71) verbindet, und einen definierten Abstand zwischen Mittelelektrode (3) und Masseelektrode (4) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorkammerzündkerze
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze mit verbesserten Zündeigenschaften und einer längeren Lebensdauer und insbesondere einem reduzierten Risiko einer Befunkung von Schweißnähten der Vorkammerzündkerze.
Vorkammerzündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Eine Vorkammer der Vorkammerzündkerze wird dabei üblicherweise durch einen Gehäusebereich und eine Kappe definiert. Durch die Verwendung der Kappe kann jedoch das zündfähige Gemisch nicht direkt mit der Funkenstrecke in Berührung kommen und entzündet werden. Von daher sind üblicherweise in der Kappe sog. Kappenlöcher vorgesehen, welche sicherstellen sollen, dass ein zündfähiges Gemisch in die Vorkammer und insbesondere in den Zündspalt zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode gelangt. Ein Problemkreis hierbei liegt jedoch darin begründet, dass Hersteller von Brennkraftmaschinen üblicherweise unterschiedliche Designs und Auslegungsbedingungen haben, insbesondere, was eine Position einer Vorkammerzündkerze zu einem Einspritzstrahl eines Brennstoffs betrifft. Daher muss insbesondere die Kappe der Vorkammerzündkerze exakt positioniert sein, um einen optimalen Gasaustausch innerhalb der Vorkammer zu erreichen. Hierbei ergibt sich häufig auch die Gefahr einer Befunkung von Schweißnähten der Vorkammerzündkerze, wenn die Lage der Kappe und damit der Gasaustausch zum Einbringen eines zündfähigen Gemischs nicht optimal ist. Hierdurch kann jedoch eine Lebensdauer der Vorkammerzündkerze signifikant reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch Einhaltung definierter Parameter von Bauteilen der Vorkammerzündkerze eine gezielte Strömung in der Vorkammer erzielt werden kann, welche zu einer besseren Entflammung in der Vorkammer führt. Insbesondere kann ein Funkenort gezielt von Schweißnähten oder dgl. weggerichtet werden, was die Lebensdauer der Vorkammerzündkerze signifikant verlängert. Auch kann erfindungsgemäß eine Zunahme einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Vorkammer realisiert werden, was zu einer turbulenteren Strömung in der Vorkammer und einer verbesserten Entflammung zum Zündzeitpunkt führt. Insbesondere kann die Zündfähigkeit durch eine stärkere Funkenauslenkung und eine dadurch resultierende Volumenvergrößerung zwischen Funken und entflammbarem Gemisch in der Vorkammer erreicht werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze ein Gehäuse, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist. Die Mittelelektrode und die Masseelektrode sind in einer Vorkammer angeordnet. Ferner umfasst die Vorkammerzündkerze einen Isolator sowie eine Kappe, welche die Vorkammer in Richtung eines Brennraums einer Brennkraftmaschine abschließt. Der Isolator weist einen seitlichen Wandbereich auf, welcher parallel zu einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze ist, einen im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse befindlichen Endbereich, an dem die Mittelelektrode angeordnet ist und insbesondere vorsteht, und einen den Wandbereich mit dem Endbereich verbindenden Verbindungsbereich auf. An einem Übergang zwischen dem seitlichen Wandbereich und dem Verbindungsbereich des Isolators ist ein erster Punkt K definiert. An einem Übergang zwischen dem Verbindungsbereich und dem Endbereich des Isolators ist ein zweiter Punkt M definiert. Ein dritter Punkt I ist an einem freien Ende der Mittelelektrode definiert, wobei der dritte Punkt I der Punkt am freien Ende der Mittelelektrode ist, der am weitesten entfernt von der Masseelektrode ist. Ein vierter Punkt P ist an einem freien Ende der Masseelektrode definiert. Der vierte Punkt P ist der Punkt am freien Ende der Masseelektrode, welcher am weitesten entfernt von der Mittelelektrode ist. Ferner ist eine erste Gerade Kl vorhanden, welche durch den ersten K und den dritten Punkt I verläuft. Eine zweite Gerade KP verläuft durch den ersten Punkt K und den vierten Punkt P. Zwischen der ersten und zweiten Gerade ist eine Winkelhalbierende W vorhanden. Eine dritte Gerade KM verläuft durch den ersten Punkt K und den zweiten Punkt M am Isolator. Ein Winkel a zwischen der Winkel halbierenden W und der dritten Gerade KM liegt dabei in einem Bereich von +20° < a < -20°. Somit liegt der Winkel a in einem Bereich von ± 20° um die Winkelhalbierende W. Durch Einhaltung dieser geometrischen Vorschriften kann somit eine stärkere Funkenauslenkung des Funkens zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode erreicht werden, woraus eine Volumenvergrößerung zwischen dem Funken und dem zündfähigen Gemisch in der Vorkammer resultiert. Damit kann eine bessere Entflammung des zündfähigen Gemischs in der Vorkammer erreicht werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise liegt der Winkel a in einem Bereich von +15° < a < -15° und weiter bevorzugt in einem Bereich von +10° < a < -10° und weiter bevorzugt in einem Bereich von +5° < a < -5° und beträgt insbesondere 0°. Besonders gute, sich ausdehnende Flammfronten innerhalb der Brennkammer werden erreicht, wenn die Winkelhalbierende W und die dritte Gerade KM zusammenfallen und der Winkel a somit 0° beträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abstand Q zwischen dem dritten Punkt I und dem vierten Punkt P in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm und vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm.
Weiter bevorzugt weist die Vorkammerzündkerze mehrere Masseelektroden auf, wobei an jeder der Vielzahl von Masseelektroden jeweils ein vierter Punkt P vorhanden ist und die erfindungsgemäßen geometrischen Vorgaben für alle Masseelektroden bezüglich einer zentralen, mittigen Mittelelektrode erfüllt sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Masseelektrode einen zylindrischen Edelmetallpin auf, welcher das freie Ende der Masseelektrode definiert und/oder die Mittelelektrode weist einen zylindrischen Edelmetallpin auf, welcher das freie Ende der Mittelelektrode definiert.
Vorzugsweise ist der Verbindungsbereich am Isolator zwischen dem ersten
Punkt K und dem zweiten Punkt M im Schnitt eine Gerade und/oder eine konvexe Kurve und/oder eine konkave Kurve. Besonders bevorzugt beginnt der Verbindungsbereich dabei am Punkt K mit einer konkaven Kurve, welche an einem Wendepunk in eine konvexe Kurve übergeht und am Punkt M des Isolators, welcher am Übergang zwischen dem senkrecht zur Mittelachse X-X liegenden Endbereich und dem Verbindungsbereich liegt, endet.
Um eine noch bessere Strömungsführung in der Vorkammer zu erreichen, weist die Vorkammerzündkerze bevorzugt an einer Innenwand des Gehäuses ein Strömungsleitelement auf.
Das Strömungsleitelement ist vorzugsweise ein von der Innenwand radial nach Innen vorstehender Bereich, beispielsweise eine Materialanhäufung.
Das Strömungsleitelement ist vorzugsweise unterhalb der Masseelektrode angeordnet. Bei Vorsehen von mehreren Masseelektroden ist vorzugsweise unter jeder Masseelektrode ein Strömungsleitelement angeordnet.
Besonders bevorzugt endet das Strömungsleitelement an oder nahe einer Ebene E, die senkrecht zu einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze ist und durch den zweiten Punkt M am Isolator führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Strömungsleitelement eine Aussparung in der Innenwand des Gehäuses, vorzugsweise unterhalb der Masseelektrode. Die Aussparung ist dabei vorzugsweise auf Höhe des Verbindungsbereichs des Isolators ausgebildet und endet bevorzugt auf Höhe des ersten Punkts K. Vorzugsweise umfasst das Strömungsleitelement eine Materialanhäufung und eine Aussparung.
Die Vorkammerzündkerze weist vorzugsweise genau eine Mittelelektrode auf, welche in einer Mittelachse der Vorkammerzündkerze angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 ein Gehäuse 2 und eine Kappe 6. Das Gehäuse 2 und die Kappe 6 definieren zusammen eine Vorkammer 5.
In der Kappe 6 sind mehrere Kappenlöcher 60 für einen Gasaustausch zwischen der Vorkammer 5 und einem Brennraum 11 vorgesehen.
Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner eine Mittelelektrode 3 und eine Masseelektrode 4. Die Mittelelektrode 3 ist in einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze angeordnet. Die Masseelektrode 4 ist in einem rechten Winkel zur Mittelelektrode 3 im Gehäuse angeordnet.
Die Mittelelektrode 3 umfasst einen zylindrischen Edelmetallpin 30, an welchem ein ebenes, flaches freies Ende 30a definiert ist. Die Masseelektrode 4 umfasst ebenfalls einen zylindrischen Edelmetallpin 40, an welchem ein ebenes, freies Ende 40a definiert ist.
Die Masseelektrode 4 ist im Gehäuse 2, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, fixiert.
Die Mittelelektrode 3 ist in einem Isolator 7 angeordnet, welcher das Gehäuse 2 und damit die Masseelektrode 4 elektrisch von der Mittelelektrode 3 isoliert. Die Mittelelektrode 3 ist in bekannter Weise mit einem elektrischen Anschluss der Vorkammerzündkerze (nicht gezeigt) verbunden.
Die Vorkammerzündkerze 1 ist somit unmittelbar am Brennraum 11 einer Brennkraftmaschine angeordnet. Durch die Verwendung der Kappe 6 kann ein zündfähiges Gemisch, welches sich im Brennraum 11 bildet, nicht unmittelbar mit einer Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 4 in Kontakt kommen. Daher muss die Vorkammerzündkerze und insbesondere die Kappe 6 derart ausgerichtet werden, dass eine Gaströmung 10, welche in Figur 1 schematisch eingezeichnet ist, in die Vorkammer 5 und insbesondere in die Funkenstrecke zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode reicht, um dort ein zündfähiges Gemisch bereitzustellen, wenn ein Zündfunke entsteht.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, weist der Isolator 7 einen seitlichen Wandbereich 70, einen stirnseitigen Endbereich 71 und einen Verbindungsbereich 72 auf, welcher den Wandbereich 70 mit dem Endbereich 71 verbindet. Im Schnitt ist der Verbindungsbereich 72 eine Gerade.
Unterschiedliche Ausführungen des Verbindungsbereichs können auch konkav sowie konvex ausfallen. Somit weist der Isolator 7 an seinem zur Vorkammer 5 gerichteten Ende im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs auf.
Der seitliche Wandbereich 70 verläuft dabei parallel zu einer Innenwand 20 des Gehäuses 2. Somit sind die Innenwand 20 und der seitliche Wandbereich 70 zylindrisch ausgebildet. Alternativ liegt der Wandbereich 70 des Isolators direkt an der Innenwand 20 an.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist an einem Übergang zwischen dem seitlichen Wandbereich 70 und dem Verbindungsbereich 72 ein erster Punkt K definiert.
An einem Übergang zwischen dem Verbindungsbereich 72 und dem Endbereich 71 ist ein zweiter Punkt M definiert.
Ein dritter Punkt I ist an einem freien Ende der Mittelelektrode 3, genauer am zylindrischen Edelmetallpin 30 definiert, wobei der dritte Punkt I der am weitesten entfernte Punkt des freien Endes 30a der Mittelelektrode 3 von der Masseelektrode 4 ist. Ein vierter Punkt P ist an einem freien Ende 40a der Masseelektrode 4 definiert.
Der vierte Punkt P ist dabei am zylindrischen Edelmetallpin 40 an dessen freiem Ende 40a der Punkt, welcher am weitesten entfernt von der Mittelelektrode ist.
Weiterhin umfasst die Vorkammerzündkerze 1 eine erste Gerade Kl durch den ersten Punkt K und den dritten Punkt I.
Ferner ist eine zweite Gerade KP durch den ersten Punkt K und den vierten Punkt P definiert.
Weiterhin ist zwischen der ersten Gerade Kl und der zweiten Gerade KP eine Winkelhalbierende W.
Eine dritte Gerade KM verläuft durch den ersten Punkt K und den zweiten Punkt M am Isolator 7.
Ein Winkel a zwischen der Winkelhalbierenden W und der dritten Geraden KM am Isolator 7 liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von +20° < a < -20° und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 5°. Der Winkel a ist positiv, falls die Gerade KM zwischen den Punkten P und I verläuft.
Weiterhin ist ein Abstand Q zwischen dem dritten Punkt I an der Mittelelektrode und dem vierten Punkt P an der Masseelektrode definiert. Die Winkelhalbierende W schneidet den Abstand Q dabei in der Hälfte.
Wie in Figur 1 angedeutet, kann somit ein Funken 9, welcher zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 4 erzeugt wird, eine Auslenkung aufgrund der Gaströmung 10 erfahren, welche in Richtung der Kappe 6 führt. Somit wird der Funke 9 nun durch die Gaströmung 10 von seinem Ursprungsort zwischen der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 4, welche üblicherweise die kürzeste Entfernung zwischen Mittelelektrode 3 und Masseelektrode 4 ist, über die Brenndauer hinweg ausgelenkt. Durch die gezielte Gaströmung 10 resultiert auch eine Zunahme einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Vorkammer 5, was sich vorteilhaft auf die Beschleunigung der Verbrennung auswirkt, da dadurch eine höhere T urbulenz in der Vorkammer 5 erzeugt wird. Die Gasströmung 10 stellt dabei sicher, dass der Funken sich nicht in Richtung einer Schweißnaht, welche zwischen der Masseelektrode 4 und der Innenwand 20 des Gehäuses 2 vorhanden sein kann, ausbreitet. Dadurch wird eine Lebensdauer der Zündkerze signifikant verlängert.
Somit kann durch die gezielte Ausdehnung des Funkens 9 mittels der Gasströmung 10 eine Volumenvergrößerung der Flammfront in der Vorkammer 5 erreicht werden, was sich vorteilhaft auf die Entflammung innerhalb der Vorkammer 5 und dadurch auf die durch die Kappenlöcher 60 dann austretenden Fackelstrahlen zur Entflammung des entzündbaren Gemischs im Brennraum 11 auswirkt.
Figur 2 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, entspricht das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel an der Innenwand 20 des Gehäuses 2 ein Strömungsleitelement 8 angeordnet ist. Das Strömungsleitelement 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Materialanhäufung 80. Das Strömungsleitelement 8 ist dabei unterhalb der Masseelektrode 4 angeordnet. Das Strömungsleitelement 8 ist dabei derart vorgesehen, dass es zwischen einer Ebene E, in welcher der Endbereich 71 des Isolators 7 liegt und der Masseelektrode 4 liegt. Dabei endet das Strömungsleitelement 8 an der Ebene E. Das Strömungsleitelement 8 ist dabei strömungsgünstig geformt, um eine Umlenkung der Gasströmung 10 in Richtung der Funkenstrecke zwischen Mittelelektrode 3 und Masseelektrode 4 zu erreichen. Dadurch kann eine noch gezieltere Führung der Gasströmung 10 erreicht werden.
Figur 3 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten
Ausführungsbeispiel und weist ebenfalls ein Strömungsleitelement 8 auf. Das Strömungsleitelement 8 des dritten Ausführungsbeispiels ist jedoch eine Aussparung 81 an der Innenwand 20 des Gehäuses 2. Die Aussparung 81 ist wieder unterhalb der Masseelektrode 4 ausgebildet. Die Aussparung 81 hat ebenfalls die Funktion einer Umleitung der Gasströmung 10, um die Gasströmung 10 in verbesserter Weise in den Zündspalt zwischen Mittelelektrode 3 und Masseelektrode 4 umzulenken. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Vorkammerzündkerze, umfassend: ein Gehäuse (2), eine Mittelelektrode (3), eine Masseelektrode (4), wobei die Mittelelektrode (3) und die Masseelektrode (4) in einer Vorkammer (5) angeordnet sind, ein Isolator (7), und eine Kappe (6), welche die Vorkammer in Richtung eines Brennraums (11) abschließt, wobei der Isolator (7) einen seitlichen Wandbereich (70), welcher im Wesentlichen koaxial zu einer Mittelachse (X-X) der Vorkammerzündkerze verläuft, einen im Wesentlichen zu einer Mittelachse (X-X) senkrechten Endbereich (71), an dem die Mittelelektrode (3) vorsteht, und einen Verbindungsbereich (72) aufweist, welcher den seitlichen Wandbereich (70) mit dem Endbereich (71) verbindet, wobei am Übergang zwischen dem seitlichen Wandbereich (70) und dem Verbindungsbereich (72) ein erster Punkt K definiert ist, wobei am Übergang zwischen dem Verbindungsbereich (72) und dem Endbereich (71) ein zweiter Punkt M definiert ist, wobei ein dritter Punkt I an einem freien Ende (30a) der Mittelelektrode (3) definiert ist, welcher der am weitesten von einem Endbereich (40a) der Masseelektrode (4) entfernte Punkt ist, wobei ein vierter Punkt P an einem freien Ende (40a) der Masseelektrode (4) definiert ist, welcher der am weitesten von dem freien Ende (30a) der Mittelelektrode (3) entfernte Punkt ist, wobei eine erste Gerade Kl durch den ersten Punkt K und den dritten Punkt I verläuft, wobei eine zweite Gerade KP durch den ersten Punkt K und den vierten Punkt P verläuft, wobei zwischen der ersten Gerade Kl und der zweiten Gerade KP eine Winkelhalbierende W verläuft, wobei eine dritte Gerade KM durch den ersten Punkt K und den zweiten Punkt M am Isolator (7) verläuft, und wobei ein Winkel a zwischen der Winkelhalbierenden W und der dritten Gerade KM in einem Bereich von +20° < a < -20° liegt. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1, wobei der Winkel a in einem Bereich von +15° < a < -15° und insbesondere +10° < a < -10° und weiter insbesondere +5° < a < -5° liegt und besonders bevorzugt Null beträgt. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand Q zwischen dem dritten Punkt I und dem vierten Punkt P in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm liegt, vorzugsweise 1,5 mm bis 2,5 mm. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Gehäuse (2) mehrere Masseelektroden (4) angeordnet sind, die jeweils einen vierten Punkt P aufweisen. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Masseelektrode (4) einen Edelmetallpin (40) aufweist, an dem das freie Ende (40a) definiert ist und/oder wobei die Mittelelektrode (3) einen Edelmetallpin (30) aufweist, an dem das freie Ende (30a) definiert ist. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (72) am Isolator (7) zwischen dem ersten Punkt K und dem zweiten Punkt M im Schnitt gerade verläuft und/oder konvex verläuft und/oder konkav verläuft und/oder frei wählbar verläuft. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Innenwand (20) des Gehäuses (2) ein Strömungsleitelement (8) angeordnet ist. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 7, wobei das Strömungsleitelement (8) ein von der Innenwand (20) des Gehäuses radial nach innen vorstehender Bereich (80) ist. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Strömungsleitelement (8) an einer Ebene E oder zwischen der Masseelektrode (4) und der Ebene E angeordnet ist, wobei die Ebene E senkrecht zur Mittelachse (X-X) der Vorkammerzündkerze 1 verläuft und durch den zweiten Punkt M am Isolator (7) verläuft. 10. Vorkammerzündkerze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das
Strömungsleitelement (8) eine Aussparung (81) in der Innenwand (20) des Gehäuses (2) umfasst.
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