WO2022184311A1 - Vorkammerzündkerze mit verbessertem aufheizverhalten - Google Patents

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WO2022184311A1
WO2022184311A1 PCT/EP2021/087728 EP2021087728W WO2022184311A1 WO 2022184311 A1 WO2022184311 A1 WO 2022184311A1 EP 2021087728 W EP2021087728 W EP 2021087728W WO 2022184311 A1 WO2022184311 A1 WO 2022184311A1
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WO
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rib
cap
spark plug
antechamber
prechamber
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PCT/EP2021/087728
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Benz
Matthias Blankmeister
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/16—Means for dissipating heat
    • H—ELECTRICITY
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    • H01T13/06—Covers forming a part of the plug and protecting it against adverse environment
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    • 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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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 heating behavior, in particular of caps of the prechamber spark plugs.
  • Prechamber spark plugs are known from the prior art in different configurations.
  • a main area of application for prechamber spark plugs is in stationary gas engines, which usually run at an operating point with a high load. In such stationary gas engines, there is sometimes excessive heating, which can lead to undesired glow ignitions of the prechamber spark plug.
  • a prechamber spark plug was therefore proposed in DE 102018221 919 A1, which has increased accumulations of material on a cap base.
  • different problems arise when using a prechamber spark plug in a mobile internal combustion engine of a vehicle.
  • the problem after a cold start and in a partial load range of the internal combustion engine is such that the prechamber spark plug does not have a high temperature in the area of the cap in order to guarantee a stable combustion process and reliable ignition within the prechamber of the prechamber spark plug. This can result in undesirable operating behavior of the vehicle's internal combustion engine. It would therefore be desirable to have an improved prechamber spark plug for use in a vehicular mobile internal combustion engine.
  • the prechamber spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a stable combustion process can be achieved even after a cold start of a mobile internal combustion engine or in part-load operation of the mobile internal combustion engine.
  • an advantageous heating behavior of a cap of the prechamber spark plug can be achieved.
  • the prechamber spark plug comprises a housing, a prechamber and a cap.
  • the cap closes the antechamber on the housing and has several through openings.
  • An ignition device is arranged in the antechamber.
  • the cap has a cap base and a cap skirt.
  • the cap jacket and a housing inner wall of the housing define an antechamber inner wall, the antechamber then being defined by the antechamber inner wall and the cap base.
  • At least one rib or the like protruding into the antechamber is formed in the region of the inner wall of the antechamber.
  • the rib is preferably arranged on the cap skirt. This makes it possible for a temperature in the antechamber to be increased or to remain at a high level. As a result, a gas which flows into the antechamber via the through-openings can be heated additionally and more quickly, as a result of which ignition quality is improved.
  • the rib on the housing of the prechamber spark plug is arranged on the inner wall of the housing. This also allows a temperature inside the antechamber and the temperature of an inflowing gas to be increased, which due to due to the lack of contact between the rib and the cap, a cap temperature is not increased. As a result, a particularly robust and durable prechamber spark plug can be provided.
  • the through-opening is particularly preferably arranged in the cap in such a way that a gas flow of inflowing gas, which flows from a combustion chamber through the through-opening into the antechamber, is directed onto the rib.
  • the gas flowing in can absorb heat at the rib, as a result of which the ignition properties in the subsequent ignition process of the prechamber spark plug can be significantly improved.
  • the rib is preferably not aligned parallel to a central axis of the prechamber spark plug. That is, a longitudinal axis of the rib is not parallel to the central axis of the prechamber spark plug.
  • the inflowing gas can be deflected according to the existing geometry in the prechamber, so that it can always be ensured that an ignitable mixture is present in the area of the ignition device of the prechamber spark plug.
  • the rib thus also has a gas guiding function.
  • the height of the rib is preferably greater than 0.5mm.
  • a width of the rib is preferably larger than 0.5 mm and a length of the rib is preferably larger than 1 mm.
  • the rib preferably has a bevel in an area at which the gas flow of the inflowing gas from the through-opening meets the rib as it flows in. An additional deflection and/or mixing of gases within the antechamber can be achieved by this bevel.
  • One or more intermediate spaces are particularly preferably provided between the rib and the inner wall of the antechamber.
  • the rib may be fixed to the inner antechamber wall at only one point or a short portion, and there is a gap between the inner antechamber wall and the remaining portion of the rib.
  • This makes it possible for a temperature of the rib to be kept high in a targeted manner and as little as possible due to the only small contact area with the inner wall of the antechamber Heat loss at the fin occurs through thermal conduction.
  • heat conduction to the inner wall of the antechamber and in particular to the cap jacket can be prevented, so that the rib has an increased temperature but the cap does not.
  • the rib is made of a different material than the cap and a different material than the housing.
  • the rib is preferably made of a nickel-containing alloy.
  • a large number of ribs are particularly preferably provided on the inner wall of the antechamber.
  • the ribs are more preferably straight or arcuate.
  • a cross section of the ribs is constant.
  • the rib In order to minimize heat exchange between the rib and the inner wall of the antechamber, the rib preferably has a reduced width at a rib foot, on which the rib is fixed to the inner wall of the antechamber.
  • no rib is arranged on the cap base.
  • the rib-free cap base can thus prevent the cap base, which is usually subject to very high thermal loads during operation, from additionally being thermally stressed by the rib.
  • the present invention relates to a mobile internal combustion engine, in particular for a vehicle, with a prechamber spark plug according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a prechamber spark plug according to a first preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a prechamber area of the prechamber spark plug from FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to a fifth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to a sixth exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of a prechamber area, a prechamber spark plug according to a seventh exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a prechamber area of a prechamber spark plug according to an eighth exemplary embodiment
  • the prechamber spark plug 1 comprises a cap 2 which, together with a housing 4, forms a prechamber 3 at an end of the prechamber spark plug which is directed towards a combustion chamber 8.
  • the prechamber spark plug 1 is shown schematically in FIG. 1 and also includes an insulator 5 and an electrical connection 7 .
  • An ignition device 6 with a center electrode and a ground electrode is arranged in the prechamber 3 .
  • the prechamber spark plug 1 is screwed into a cylinder head 9 in such a way that the cap 2 protrudes into a combustion chamber 8 .
  • the cap 2 is directly exposed to high temperatures in the combustion chamber.
  • the cap 2 can be seen in detail in FIG.
  • the cap 2 has an essentially pot-shaped structure in section and comprises a cap base 20 and a cylindrical cap jacket 21 .
  • a plurality of through openings 10 are formed in the cap base 20 . Only one through-opening 10 is shown in FIG.
  • a gas flow 13 results through the passage openings 10 into the antechamber 3, with which an ignitable mixture is fed into the antechamber 3.
  • the cap skirt 21 and a housing inner wall 40 define an antechamber inner wall.
  • the antechamber 3 is then defined by the inner wall of the antechamber and the cap base 20 .
  • the rib 11 has a bevel 12 on an end directed toward the cap base 20 .
  • the cap base 20 is free of ribs and has a constant thickness.
  • the rib 11 is an elongate member having a longitudinal dimension greater than a height, ie the portion of the rib protruding into the antechamber 3, and a width of the rib.
  • the height and width of the rib are preferably the same.
  • the rib 11 is connected to the cap jacket 21 over its entire rib foot, which forms a fixing region 14 of the rib, for example by welding.
  • a gas flow 13 is now fed from the combustion chamber 8 through the through-opening 10 in the direction of the rib 11 .
  • the gas flow 13 is an ignitable mixture which should reach the area of the ignition device 6 as closely as possible.
  • the gas flow 13 hits the bevel 12 directly. This results in a deflection 13 of the gas flow in the direction of the ignition device 6. This ensures that the ignitable mixture is present as close as possible to the area of the ignition device 6 , to enable safe ignition in the pre-chamber 3.
  • the rib 11 increases a cap surface of the antechamber 3 and a cap volume. Heat from the cap 2 resulting from the combustion process is therefore also transferred to the rib 11 via the cap skirt 21 . As a result, a temperature at the fin 11 is increased. The higher temperatures at the rib 11 result in heat being introduced into the inflowing gas flow 13 , which leads to more stable combustion in the antechamber 3 and thereby to improved ignition in the combustion chamber 8 .
  • a flow path of the gas flow 13 can be influenced by the arrangement of the rib 3, as a result of which an optimized residual gas scavenging and also a fresh gas filling of the antechamber 3 is improved.
  • the rib 11 runs parallel to a central axis of the prechamber spark plug 1.
  • the rib 11 is preferably made from a material which has poorer thermal conductivity than the material of the cap 2. This allows the rib 11 to be maintained at a relatively high temperature compared to the cap 2.
  • the prechamber spark plug 1 is particularly suitable for use in mobile internal combustion engines, for example in vehicles, and has particular advantages during a cold start and when the internal combustion engine is operating under partial load.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a prechamber spark plug 1 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • a plurality of ribs 11 are arranged along the inner circumference of the cap jacket 21 in the second exemplary embodiment.
  • the ribs 11 run parallel to the central axis. No rib or other type of elevation is provided on the inside of the cap base 20 .
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of the invention, which essentially corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the ribs 11 are not aligned parallel to the central axis X-X of the prechamber spark plug.
  • the rectilinear ribs are also formed without a bevel 12 .
  • the through opening 10 is preferably formed parallel to the ribs.
  • the ribs 11 ensure stabilization of the flow in the antechamber 3 .
  • the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 5 essentially corresponds to the third exemplary embodiment, with the difference being that the ribs 11 are arc-shaped. This makes it possible for the gas flow 13 to be deflected at the ribs 11 in order, for example, to exert a twist on the gas flow inside the antechamber 3 .
  • FIG. 6 shows a prechamber spark plug according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • the fixing of the ribs 11 is different in the fifth exemplary embodiment.
  • the rib 11 is not fixed to the cap jacket 21 over its entire length, as in the previous exemplary embodiments, but has a smaller fixing region 14 .
  • the rib 11 In the assembled state, as shown in FIG Space 15 between the rib 11 and the cap jacket 21.
  • the rib 11 is fixed to the inside of the housing 4 in this exemplary embodiment.
  • the rib 11 runs in the direction of the cap base 20 parallel to the central axis XX.
  • This exemplary embodiment is advantageous in that the rib 11 does not increase the temperature directly on the cap 2 since the rib 11 is only fixed on the housing 4 .
  • the rib 11 has no effect on the temperature of the cap 2.
  • FIG. 7 shows a sixth embodiment which is similar to the embodiment shown in FIG.
  • the rib 11 also has a small-area fixing area 14 .
  • the rib 11 of the sixth exemplary embodiment is fixed to the cap 2, more precisely to the cap jacket 21.
  • the reduced connection of the rib 11 reduces heat dissipation to the cap.
  • a gap 15 is formed between the rib 11 and the housing 4 .
  • FIG. 8 shows a seventh exemplary embodiment of the invention.
  • the rib 11 in the seventh exemplary embodiment is connected to the cap jacket 21 at a plurality of individual small fixing regions 14 .
  • Intermediate spaces 15 are provided between the individual fixing regions 14 .
  • the fixing areas 14 can, for example, be point-like connections or line-like connections. In this way, a heat input into the cap 2 can be further reduced.
  • FIG. 9 shows a prechamber spark plug with a rib 11 according to an eighth exemplary embodiment of the invention.
  • the rib 11 has a first width B1 at a main body of the rib.
  • the rib 11 is connected to the cap jacket 21 at a fixing area 14 .
  • the rib 11 has a second width B2 at the fixing region 14, which is smaller than the first width B1.
  • a contact area between the rib 11 and the cap skirt 21 is reduced, so that heat transmission from the rib 11 to the cap 2 is reduced. Thereby, high temperatures of the cap 2 due to the provision of the ribs 11 can be prevented.
  • the different ribs 11 described are either on the cap 2 or can be fixed to the housing 4 and protrude into the antechamber 3. It is also possible that a plurality of geometrically differently shaped ribs 11 are used on a prechamber spark plug. Any combinations of the different ribs 11 shown in the exemplary embodiments 1 to 8 are possible here. It should also be noted with regard to all the exemplary embodiments that the ribs 11 are preferably made of a different material than the cap 2 and the housing 4, preferably of an alloy containing nickel. The ribs 11 can be welded or soldered to the cap 2 or the housing 4 or to them by means of another connection technique
  • the ribs 11 will be manufactured by an additive manufacturing process or MIM manufacturing process.

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze, ein Gehäuse (4), eine Vorkammer (3), eine Kappe (2), welche die Vorkammer (3) am Gehäuse (4) abschließt und welche eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (10) aufweist, und eine in der Vorkammer (3) angeordnete Zündeinrichtung (6), wobei die Kappe (2) einen Kappenboden (20) und eine Kappenmantel (21) aufweist, wobei der Kappenmantel (21) und eine Gehäuseinnenwand (40) des Gehäuses (4) eine Vorkammerinnenwand definierten und wobei die Vorkammer (3) durch die Vorkammerinnenwand und den Kappenboden (20) definiert ist, und wobei im Bereich der Vorkammerinnenwand wenigsten eine, in die Vorkammer (3) vorstehende Rippe (11) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorkammerzündkerze mit verbessertem Aufheizverhalten
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze mit einem verbesserten Aufheizverhalten insbesondere von Kappen der Vorkammerzündkerzen.
Vorkammerzündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Haupteinsatzgebiet von Vorkammerzündkerzen ist dabei in stationären Gasmotoren, welche üblicherweise in einem Betriebspunkt mit hoher Last laufen. Bei derartigen stationären Gasmotoren ergibt sich manchmal eine zu starke Erhitzung, welche zu ungewollten Glühzündungen der Vorkammerzündkerze führen können. Daher wurde in der DE 102018221 919 A1 eine Vorkammerzündkerze vorgeschlagen, welche verstärkte Materialansammlungen an einem Kappenboden aufweist. Bei der Verwendung einer Vorkammerzündkerze in einer mobilen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ergeben sich jedoch anders gelagerte Probleme. Insbesondere besteht das Problem nach einem Kaltstart und in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschinen derart, dass die Vorkammerzündkerze keine hohe Temperatur im Bereich der Kappe aufweist, um einen stabilen Verbrennungsverlauf und eine sichere Zündung innerhalb der Vorkammer der Vorkammerzündkerze zu garantieren. Dadurch kann sich ein unerwünschtes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs ergeben. Es wäre daher wünschenswert, eine verbesserte Vorkammerzündkerze für eine Verwendung in einer mobilen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zu haben.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein stabiler Verbrennungsverlauf auch nach einem Kaltstart einer mobilen Brennkraftmaschine oder in einem Teillastbetrieb der mobilen Brennkraftmaschine erreichbar ist. Insbesondere kann ein vorteilhaftes Aufheizverhalten einer Kappe der Vorkammerzündkerze erreicht werden. Dies ermöglicht einen betriebssicheren Einsatz von Vorkammerzündkerzen in mobilen Brennkraftmaschinen, beispielsweise von Fahrzeugen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze ein Gehäuse, eine Vorkammer und eine Kappe umfasst. Die Kappe schließt die Vorkammer am Gehäuse ab und weist mehrere Durchgangsöffnungen auf. Eine Zündeinrichtung ist in der Vorkammer angeordnet. Weiterhin weist die Kappe einen Kappenboden und einen Kappenmantel auf. Der Kappenmantel und eine Gehäuseinnenwand des Gehäuses definieren eine Vorkammerinnenwand, wobei die Vorkammer dann durch Vorkammerinnenwand und den Kappenboden definiert ist. Hierbei ist im Bereich der Vorkammerinnenwand wenigstens eine, in die Vorkammer vorstehende Rippe oder dergleichen ausgebildet. Mittels der in der in die Vorkammer vorstehenden Rippen ist es möglich, dass eine Temperatur in der Vorkammer erhöht wird, sodass auch eine sichere Zündung bei einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine und im Teillastbereich, wie sie beispielsweise bei Fahrzeugen auftreten, möglich ist. Vorzugsweise wird die Temperatur dabei über einer Temperaturschwelle von 500 ° C gehalten. Die nach innen vorstehende Rippe ermöglicht eine Vergrößerung einer Oberfläche sowie eines Volumens der die Vorkammer definierenden Bauteile. Die Rippen bilden dabei einen zusätzlichen Wärmespeicher, sodass die Brennkraftmaschine ein sicheres Kaltstartverhalten und einen Teillastbetrieb ohne Zündaussetzer ermöglicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist die Rippe am Kappenmantel angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass eine Temperatur in der Vorkammer erhöht wird beziehungsweise auf einem hohen Niveau verbleibt. Dadurch kann ein Gas, welches über die Durchgangsöffnungen in die Vorkammer einströmt zusätzlich und schneller erwärmt werden, wodurch eine Zündwilligkeit verbessert wird. Alternativ ist die Rippe am Gehäuse der Vorkammerzündkerze an der Gehäuseinnenwand angeordnet. Auch dadurch kann eine Temperatur im Inneren der Vorkammer und die Temperatur eines einströmenden Gases erhöht werden, wodurch aufgrund des fehlenden Kontaktes der Rippe zur Kappe eine Kappentemperatur nicht erhöht wird. Hierdurch kann eine besonders robuste und langlebige Vorkammerzündkerze bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt ist die Durchgangsöffnung derart in der Kappe angeordnet, dass eine Gasströmung von einströmendem Gas, welches aus einem Brennraum durch die Durchgangsöffnung in die Vorkammer strömt, auf die Rippe gerichtet ist. Dadurch kann das einströmende Gas Wärme an der Rippe aufnehmen, wodurch die Zündeigenschaften im nachfolgenden Zündvorgang der Vorkammerzündkerze signifikant verbessert werden können.
Die Rippe ist vorzugsweise nicht parallel zu einer Mittelachse der Vorkammerzündkerze ausgerichtet. D.h. eine Längsachse der Rippe verläuft nicht parallel zur Mittelachse der Vorkammerzündkerze. Dadurch kann insbesondere eine Umlenkung des einströmenden Gases entsprechend der vorhandenen Geometrie in der Vorkammer erreicht werden, sodass immer sichergestellt werden kann, dass ein zündfähiges Gemisch im Bereich der Zündeinrichtung der Vorkammerzündkerze vorhanden ist. Die Rippe weist somit auch eine Gasleitfunktion auf.
Die Höhe der Rippe ist vorzugsweise größer als 0,5 mm. Eine Breite der Rippe ist vorzugsweise größer als 0,5 mm und eine Länge der Rippe ist vorzugsweise größer als 1 mm.
Vorzugsweise weist die Rippe eine Abschrägung in einem Bereich auf, an welchem die Gasströmung des einströmenden Gases aus der Durchgangsöffnung beim Einströmen auf die Rippe trifft. Durch diese Abschrägung kann eine zusätzliche Umlenkung und/oder Vermischung von Gasen innerhalb der Vorkammer erreicht werden.
Besonders bevorzugt sind zwischen der Rippe und der Vorkammerinnenwand ein oder mehrere Zwischenräume vorgesehen. Vorzugsweise kann die Rippe nur an einem Punkt oder einem kurzen Bereich an der Vorkammerinnenwand fixiert sein und zwischen der Vorkammerinnenwand und dem restlichen Bereich der Rippe ist ein Zwischenraum vorhanden. Hierdurch ist es möglich, dass eine Temperatur der Rippe gezielt hochgehalten werden kann und durch den nur kleinen Kontaktbereich mit der Vorkammerinnenwand möglichst wenig Wärmeverlust an der Rippe durch Wärmeleitung entsteht. Weiterhin kann dadurch beispielsweise eine Wärmeleitung auf die Vorkammerinnenwand und insbesondere auf den Kappenmantel verhindert werden, sodass die Rippe eine erhöhte Temperatur aufweist, die Kappe jedoch nicht.
Weiter bevorzugt ist die Rippe aus einem anderen Material als die Kappe und aus einem anderen Material als das Gehäuse hergestellt. Die Rippe ist vorzugsweise aus einer nickelhaltigen Legierung hergestellt.
Besonders bevorzugt ist eine Vielzahl von Rippen an der Vorkammerinnenwand vorgesehen. Die Rippen sind weiter bevorzugt geradlinig ausgebildet oder bogenförmig. Vorzugsweise ist ein Querschnitt der Rippen konstant.
Um einen Wärmeaustausch zwischen der Rippe und der Vorkammerinnenwand zu minimieren, weist die Rippe vorzugsweise an einem Rippenfuß, an welchem die Rippe an der Vorkammerinnenwand fixiert ist, eine reduzierte Breite auf.
Weiter bevorzugt ist am Kappenboden keine Rippe angeordnet. Durch den rippenfreien Kappenboden kann somit verhindert werden, dass der im Betrieb üblicherweise thermisch sehr hoch belastete Kappenboden zusätzlich durch die Rippe eine thermische Belastung erfährt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine mobile Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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 bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs der Vorkammerzündkerze von Figur 1,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 8 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, und
Figur 9 eine schematische Schnittansicht eines Vorkammerbereichs, einer Vorkammerzündkerze gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Vorkammerzündkerze gemäß einem bevorzugten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 eine Kappe 2, welche mit einem Gehäuse 4 eine Vorkammer 3 an einem zu einem Brennraum 8 gerichteten Ende der Vorkammerzündkerze bildet. Die Vorkammerzündkerze 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt und umfasst fernen einen Isolator 5 und einen elektrischen Anschluss 7. Eine Zündeinrichtung 6 mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode ist in der Vorkammer 3 angeordnet.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Vorkammerzündkerze 1 in einem Zylinderkopf 9 eingeschraubt, derart, dass die Kappe 2 in einen Brennraum 8 vorsteht. Dadurch ist die Kappe 2 hohen Temperaturen im Brennraum direkt ausgesetzt.
Die Kappe 2 ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich. Die Kappe 2 weist im Schnitt einen im Wesentlichen topfförmigen Aufbau auf und umfasst einen Kappenboden 20 sowie einen zylindrischen Kappenmantel 21. Mehrere Durchgangsöffnungen 10 sind im Kappenboden 20 ausgebildet. In Figur 2 ist dabei nur eine Durchgangsöffnung 10 dargestellt.
Im Betrieb ergibt sich durch die Durchgangsöffnungen 10 eine Gasströmung 13 in die Vorkammer 3, mit welcher ein zündfähiges Gemisch in die Vorkammer 3 zugeführt wird.
Der Kappenmantel 21 und eine Gehäuseinnenwand 40 definieren eine Vorkammerinnenwand. Die Vorkammer 3 wird dann durch die Vorkammerinnenwand und den Kappenboden 20 definiert.
We insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, ist an der Innenseite des Kappenmantels 21 eine längliche Rippe 11 ausgebildet, welche in die Vorkammer 3 vorsteht. Die Rippe 11 weist dabei eine Abschrägung 12 an einem zum Kappenboden 20 gerichteten Ende auf. Der Kappenboden 20 ist rippenfrei und weist eine konstante Dicke auf.
Die Rippe 11 ist ein längliches Bauteil mit einer Längsausdehnung, die größer ist als eine Höhe, d. h. der Bereich der Rippe, der in die Vorkammer 3 vorsteht, und eine Breite der Rippe. Die Höhe und Breite der Rippe ist vorzugsweise gleich. Die Rippe 11 ist an ihrem gesamten Rippenfuß, weicher einen Fixierbereich 14 der Rippe bildet, mit dem Kappenmantel 21 z.B. durch Schweißen, verbunden.
Im Betrieb wird nun eine Gasströmung 13 aus dem Brennraum 8 durch die Durchgangsöffnung 10 in Richtung auf die Rippe 11 zugeführt. Die Gasströmung 13 ist dabei ein zündfähiges Gemisch, welches möglichst nahe in den Bereich der Zündeinrichtung 6 gelangen soll. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, trifft die Gasströmung 13 dabei direkt auf die Abschrägung 12. Dadurch ergibt sich eine Umlenkung 13 der Gasströmung in Richtung zur Zündeinrichtung 6. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das zündfähige Gemisch möglichst nahe im Bereich der Zündeinrichtung 6 vorhanden ist, um eine sichere Zündung in der Vorkammer 3 zu ermöglichen.
Weiterhin vergrößert die Rippe 11 eine Kappenoberfläche der Vorkammer 3 sowie ein Kappenvolumen. Eine aus dem Verbrennungsvorgang resultierende Wärme der Kappe 2 wird daher auch über den Kappenmantel 21 auf die Rippe 11 übertragen. Dadurch wird eine Temperatur an der Rippe 11 erhöht. Die höheren Temperaturen an der Rippe 11 führen dabei zu einem Wärmeeintrag in die einströmende Gasströmung 13, was zu einer stabileren Verbrennung in der Vorkammer 3 und dadurch zu einer verbesserten Zündung in der Brennkammer 8 führt.
Zusätzlich kann dabei durch die Anordnung der Rippe 3 ein Strömungsweg der Gasströmung 13 beeinflusst werden, wodurch eine optimierte Restgasspülung und auch eine Frischgasauffüllung der Vorkammer 3 verbessert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Rippe 11 parallel zu einer Mittelachse der Vorkammerzündkerze 1. Die Rippe 11 ist dabei vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, welcher eine schlechtere Wärmeleitung als der Werkstoff der Kappe 2 aufweist. Dadurch kann die Rippe 11 auf einer relativ hohen Temperatur im Vergleich zur Kappe 2 gehalten werden.
Somit kann durch die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze ein Aufheizverhalten einer in die Vorkammer 3 einströmenden Gasströmung 13 signifikant verbessert werden. Dadurch ist die Vorkammerzündkerze 1 insbesondere für einen Einsatz in mobilen Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei Fahrzeugen, eingerichtet und weist insbesondere Vorteile bei einem Kaltstart und im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine auf.
Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 9 im Detail beschrieben. Gleiche beziehungsweise nahgleiche Teile sind dabei in den nachfolgend beschriebenen Figuren wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, sind beim zweiten Ausführungsbeispiel mehrere Rippen 11 entlang des Innenumfangs des Kappenmantels 21 angeordnet. Die Rippen 11 verlaufen dabei parallel zur Mittelachse. An der Innenseite des Kappenbodens 20 ist keine Rippe oder andersartige Erhöhung vorgesehen.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichem dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel von Figur 3 sind beim 3. Ausführungsbeispiel die Rippen 11 nicht parallel zur Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze ausgerichtet. Ferner sind die geradlinig verlaufenden Rippen auch ohne eine Abschrägung 12 ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 10 ist dabei vorzugsweise parallel zu den Rippen ausgebildet. Die Rippen 11 stellen dabei eine Stabilisierung der Strömung in der Vorkammer 3 sicher.
Das in Figur 5 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichem dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu die Rippen 11 bogenförmig ausgebildet sind. Dadurch ist es möglich, dass die Gasströmung 13 eine Umlenkung an den Rippen 11 erfährt, um beispielsweise einen Drall auf die Gasströmung im Inneren der Vorkammer 3 auszuüben.
Figur 6 zeigt eine Vorkammerzündkerze gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist beim fünften Ausführungsbeispiel eine Fixierung der Rippen 11 unterschiedlich. We in Figur 6 gezeigt, ist die Rippe 11 nicht über ihre gesamte Länge, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, an dem Kappenmantel 21 fixiert, sondern weist einen kleineren Fixierbereich 14 auf. Dadurch ergibt sich im montierten Zustand, wie in Figur 6 gezeigt, ein Zwischenraum 15 zwischen der Rippe 11 und dem Kappenmantel 21. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Rippe 11 in diesem Ausführungsbeispiel an der Innenseite des Gehäuses 4 fixiert. Dabei verläuft die Rippe 11 in Richtung zum Kappenboden 20 parallel zur Mittelachse X-X. Dieses Ausführungsbeispiel ist insofern vorteilhaft, als dass durch die Rippe 11 keine Temperaturerhöhung direkt an der Kappe 2 erfolgt, da die Rippe 11 nur am Gehäuse 4 fixiert ist. Somit hat die Rippe 11 keine Auswirkung auf eine Temperatur der Kappe 2.
Figur 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, welches ähnlich zu dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist. Die Rippe 11 weist ebenfalls einen kleinflächigen Fixierbereich 14 auf. Allerdings ist die Rippe 11 des sechsten Ausführungsbeispiels dabei an der Kappe 2, genauer am Kappenmantel 21 fixiert. Die verminderte Anbindung der Rippe 11 reduziert dabei eine Wärmeableitung an die Kappe. Ein Zwischenraum 15 ist dabei zwischen der Rippe 11 und dem Gehäuse 4 ausgebildet.
Figur 8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus Figur 8 ersichtlich ist, ist die Rippe 11 beim siebten Ausführungsbeispiel an mehreren einzelnen kleinen Fixierbereichen 14 mit dem Kappenmantel 21 verbunden. Zwischen den einzelnen Fixierbereichen 14 sind jeweils Zwischenräume 15 vorgesehen. Die Fixierbereiche 14 können beispielsweise punktartige Verbindungen sein oder linienartige Verbindungen. Hierdurch kann ein Wärmeeintrag in die Kappe 2 weiter reduziert werden.
Figur 9 zeigt eine Vorkammerzündkerze mit einer Rippe 11 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, weist die Rippe 11 eine erste Breite B1 an einem Hauptkörper der Rippe auf. Die Rippe 11 ist an einem Fixierbereich 14 mit dem Kappenmantel 21 verbunden. Wie in Figur 9 gezeigt, weist die Rippe 11 am Fixierbereich 14 eine zweite Breite B2 auf, welche kleiner ist als die erste Breite B1. Dadurch wird eine Kontaktfläche zwischen der Rippe 11 und dem Kappenmantel 21 reduziert, sodass eine Wärmübertragung von der Rippe 11 auf die Kappe 2 reduziert ist. Dadurch können hohe Temperaturen der Kappe 2 aufgrund des Vorsehens der Rippen 11 verhindert werden.
Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die beschriebenen, unterschiedlichen Rippen 11 jeweils entweder an der Kappe 2 oder am Gehäuse 4 fixiert sein können und in die Vorkammer 3 vorstehen. Auch ist es möglich, dass mehrere geometrisch unterschiedlich geformte Rippen 11 an einer Vorkammerzündkerze verwendet werden. Hierbei sind beliebige Kombinationen der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 8 gezeigten unterschiedlichen Rippen 11 möglich. Zu allen Ausführungsbeispielen sei weiterhin angemerkt, dass die Rippen 11 vorzugsweise aus einem unterschiedlichen Material wie die Kappe 2 und das Gehäuse 4 hergestellt sind, vorzugsweise aus einer nickelenthaltenden Legierung. Die Rippen 11 können dabei an die Kappe 2 beziehungsweise das Gehäuse 4 angeschweißt oder angelötet werden oder mittels einer anderen Verbindungstechnik an diesen
Bauteilen fixiert werden. Alternativ werden die Rippen 11 durch ein additives Herstellungsverfahren oder MIM-Herstellungsverfahren hergestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorkammerzündkerze, umfassend:
- ein Gehäuse (4),
- eine Vorkammer (3),
- eine Kappe (2), welche die Vorkammer (3) am Gehäuse (4) abschließt und welche eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (10) aufweist, und
- eine in der Vorkammer (3) angeordnete Zündeinrichtung (6),
- wobei die Kappe (2) einen Kappenboden (20) und einen Kappenmantel (21) aufweist,
- wobei der Kappenmantel (21) und eine Gehäuseinnenwand (40) des Gehäuses (4) eine Vorkammerinnenwand definierten und wobei die Vorkammer (3) durch die Vorkammerinnenwand und den Kappenboden (20) definiert ist, und
- wobei im Bereich der Vorkammerinnenwand wenigsten eine, in die Vorkammer (3) vorstehende Rippe (11) ausgebildet ist.
2. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1 , wobei die Rippe (11) am Kappenmantel (21) angeordnet ist, und/oder wobei die Rippe (11) am Gehäuse (4) angeordnet ist.
3. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnung (11) in der Kappe (2) derart angeordnet ist, dass eine Gasströmung (13) von einströmendem Gas durch die Durchgangsöffnung (10) auf die Rippe (11) gerichtet ist.
4. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 3, wobei die Rippe (11) nicht parallel zu einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze verläuft.
5. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Rippe (11) eine Abschrägung (12) an einem Bereich aufweist, an welchem die Gasströmung (13) aus der Durchgangsöffnung (10) beim Einströmen in die Vorkammer (3) auftrifft.
6. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rippe (11) aus einem anderen Material als die Kappe und aus einem anderen Material als das Gehäuse (4) hergestellt ist.
7. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüchen, umfassend eine Vielzahl von Rippen (11), welche insbesondere gleiche geometrische Abmessungen aufweisen.
8. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rippen (11) geradlinig verlaufen, und/oder wobei die Rippen (11) bogenförmig verlaufen.
9. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rippe (11) an einem Fixierbereich (14), an welchem eine Fixierung an der Vorkammerinnenwand erfolgt, eine reduzierte Breite (B2) aufweist.
10. Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kappenboden (20) keine Rippe aufweist und/oder wobei die Kappe (2) im Schnitt topfförmig ausgebildet ist und/oder wobei die wenigstens eine Durchgangsöffnung (10) im Kappenboden (20) ausgebildet ist.
11. Mobile Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeuges, umfassend eine Vorkammerzündkerze nach einem der vorherigen Ansprüche.
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