WO2022238104A1 - Prechamber spark plug, in particular for mobile internal combustion engines - Google Patents

Prechamber spark plug, in particular for mobile internal combustion engines Download PDF

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WO2022238104A1
WO2022238104A1 PCT/EP2022/060991 EP2022060991W WO2022238104A1 WO 2022238104 A1 WO2022238104 A1 WO 2022238104A1 EP 2022060991 W EP2022060991 W EP 2022060991W WO 2022238104 A1 WO2022238104 A1 WO 2022238104A1
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WO
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spark plug
gas exchange
bore
prechamber spark
prechamber
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PCT/EP2022/060991
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Inventor
Andreas Benz
Matthias Blankmeister
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
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    • 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
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    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide

Definitions

  • Prechamber spark plug in particular for mobile internal combustion engines
  • the present invention relates to a prechamber spark plug, in particular for mobile internal combustion engines, which has improved properties with regard to residual gas scavenging and fresh gas filling, as well as improved ignitability.
  • Prechamber spark plugs are known from the prior art in different configurations.
  • prechamber spark plugs have so far mainly been used in stationary gas engines, which as a rule only run at a single operating point with a relatively high load.
  • the respective prechamber spark plugs are then designed for this operating point.
  • prechamber spark plugs for stationary gas engines cannot be used directly for mobile internal combustion engines, for example in motor vehicles, since the internal combustion engine in such mobile applications is operated in different load ranges, especially in partial load ranges. A problem therefore arises with regard to the residual gas present in the prechamber or filling with fresh gas and corresponding ignition problems in different part-load ranges of the prechamber spark plug.
  • the prechamber spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that safe operation is possible even with different load states of an internal combustion engine.
  • the prechamber spark plug of the invention is particularly suitable for mobile internal combustion engines, for example in motor vehicles or trucks or the like.
  • sufficient residual gas scavenging of the prechamber and improved filling of the prechamber with fresh air can be made possible.
  • a sufficient ignitable mixture can always be realized in the prechamber at different operating points of the internal combustion engine, so that no misfires or the like can occur during operation.
  • the prechamber spark plug comprises a housing and a cap which define a prechamber. Furthermore, the prechamber spark plug has at least one gas exchange hole and at least one flare hole.
  • the gas exchange bore and the flare bore each connect the antechamber to an outside of the antechamber spark plug, usually to a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the gas exchange bore has a first diameter D1 which is larger than a second diameter D2 of the flare bore.
  • a mouth of the gas exchange bore is formed as an exposed mouth, which is spaced from a surface surrounding the mouth and is exposed. The exposed mouth of the gas exchange hole thus forms a so-called Borda mouth, in which the flowing gas has increased turbulence.
  • Adequate residual gas scavenging and fresh gas filling can thus take place even when the internal combustion engine is at partial load. Since the first diameter D1 of the gas exchange bore is greater than the second diameter D2 of the flare bore, a larger volume of gas escapes from the gas exchange bore than from the smaller bores for the flares when the prechamber is ignited. As a result, a slower pressure reduction in the antechamber can be provided in a targeted manner, so that more gas volume can escape via the flare bores. The flares can thus penetrate deeper into a combustion chamber and also ignite the fuel gas present in the combustion chamber, for example in edge regions. As a result, improved combustion can be achieved and the efficiency of the internal combustion engine and the exhaust gas emissions of the internal combustion engine can be improved.
  • a particularly simple and inexpensive to produce exposed mouth can be provided if the exposed mouth is formed with a peripheral depression around the mouth.
  • a cross section the circumferential depression can in principle be chosen freely, but is preferably V-shaped or U-shaped.
  • the depression has a depth T which is 30% to 50% of a bore length L0 of the gas exchange bore.
  • the depth T is preferably 40% of the bore length L0.
  • the exposed mouth is formed on an extension projecting from the surface surrounding the mouth.
  • the exposed orifice is at a distance from the surface surrounding the orifice, so that in particular a bore length of the gas exchange bore can be directly influenced without the wall thickness of a component of the prechamber spark plug having to be changed as a result.
  • improved directional stability of the gas flow can be achieved through the longer gas exchange bore.
  • the extension is particularly preferably cylindrical.
  • the gas exchange bore is formed in the cap of the prechamber spark plug and the exposed opening is formed on an inner surface of the cap.
  • a particularly good gas exchange via the gas exchange bore is possible if a length L1 of the extension is in a range of 30% to 60% of a length L0 of the gas exchange bore.
  • the length L1 is preferably in a range of 40% to 50% of the length L0 of the gas exchange bore.
  • the gas exchange bore preferably has a length L0 in a range from 2 mm to 5 mm, in particular 3 mm to 4 mm.
  • a first diameter D1 of the gas exchange bore is in a range from 0.7 mm to 1.5 mm and particularly preferably in a range from 0.9 mm to 1.3 mm.
  • a number of flare bores is greater than a number of gas exchange bores.
  • a particularly strong turbulence is possible if the exposed orifice preferably forms a sharp edge.
  • both the gas exchange bore and the flare bore of the prechamber spark plug each have at least one exposed opening.
  • the exposed mouth of the gas exchange bore and the flare bore is particularly preferably in each case on an inside of the cap of the prechamber spark plug.
  • an inner orifice and an outer orifice of the gas exchange bore are designed as an exposed orifice.
  • an inner and an outer opening of a flare bore are each designed as an exposed opening.
  • the first diameter D1 of the gas exchange bore is at most 50% larger than the second diameter D2 of the flare bore. This ensures that after ignition in the antechamber, not too much gas flow escapes through the gas exchange bore into the combustion chamber of the internal combustion engine, but rather an increased outflow via the flare bores with correspondingly long flares due to the higher pressure level inside the antechamber.
  • the present invention relates to a mobile internal combustion engine with a prechamber spark plug according to the invention.
  • the mobile internal combustion engine is particularly preferably operated with petrol or a gaseous fuel, for example natural gas or hydrogen.
  • a gaseous fuel for example natural gas or hydrogen.
  • FIG. 1 shows a schematic partial sectional view of a prechamber spark plug according to a first preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic partial sectional view of the cap of the prechamber spark plug from FIG.
  • Figure 3 is a schematic partial sectional view of a cap of a
  • FIG. 4 shows a schematic partial sectional view of a cap of a prechamber spark plug according to a third exemplary embodiment of the invention
  • Figure 5 is a schematic partial sectional view of a cap of a
  • FIG. 6 shows a schematic partial sectional view of a cap of a prechamber spark plug according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic partial sectional view of a cap of a
  • a prechamber spark plug 1 according to a first preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIGS.
  • the prechamber spark plug 1 comprises a housing 4 and a cap 6 which define a prechamber 7 .
  • the cap 6 is connected to the housing 4 by means of a welded connection, for example.
  • the prechamber spark plug 1 also includes a center electrode 2 and a ground electrode 3 which is fixed in a lateral opening 40 in the housing 4 .
  • the center electrode 2 is insulated from the housing 4 by means of an insulator 5 .
  • Exactly one gas exchange hole 61 and several flare holes 60 are provided in the cap 6 .
  • the gas exchange bore 61 runs along a central axis X-X of the prechamber spark plug 1.
  • the gas exchange bore 61 can also be provided at a different position in the cap 6 and/or in the housing 4.
  • the gas exchange bore 61 has a first diameter D1 which is larger than a second diameter D2 of the flare bores 60.
  • the flare bores 60 of this exemplary embodiment are each formed with the same second diameter D2.
  • the flare bores 60 are designed as continuous cylindrical bores.
  • the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 each connect the antechamber 7 to an outside of the antechamber spark plug, which in this exemplary embodiment is a combustion chamber 8 of a mobile internal combustion engine.
  • An extension 62 is also arranged on the inner surface 6a of the cap 6 .
  • the extension 62 is inward from the inner surface 60a antechamber 7.
  • the extension 62 is a cylinder which protrudes from the inner surface 6a by a length L1.
  • the gas exchange bore 61 has an inner opening 61a and an outer opening 61b.
  • the inner orifice 61a is located at the end of the extension 62 and forms an exposed orifice spaced from the inner surface 6a.
  • the inner orifice 61a forms a Borda orifice by which a degree of turbulence of the flowing fluid is increased.
  • the gas exchange bore 61 has an overall length L0, the length L1 of the extension 62 being 50% of the overall length L0 of the gas exchange bore 61.
  • the gas in the prechamber 7 cannot flow directly from the inner surface 6a of the cap 6 into the gas exchange bore 61 after ignition of the prechamber spark plug. Since an abrupt deflection in the region of the extension 62 is not possible when flowing into the gas exchange bore 61 from the antechamber 7, the outflowing gas contracts, as indicated by the arrows A in FIG. Thus, depending on the selection of the first diameter D1, the gas volume is throttled when it flows out of the antechamber 7. However, this increases the pressure in the antechamber 7, so that a larger gas volume flows out of the antechamber 7 via the flare bores 60.
  • the flares can thus penetrate deeper into the combustion chamber and ensure improved combustion in the combustion chamber 8 .
  • FIG. 3 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the inner opening 61a of the gas exchange bore 61 has a sharp edge 63 in the second exemplary embodiment.
  • the provision of the sharp edge 63 additionally increases turbulence when gas flows out of the antechamber 7 into the gas exchange bore 61, so that compared to the first exemplary embodiment, an increased degree of turbulence of the flowing gas when it flows out of the antechamber 7 is achieved.
  • an inflow process through the gas exchange bore 61 into the antechamber 7 there is no change compared to the first exemplary embodiment. Otherwise, reference can be made to the explanations of the first exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a third exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
  • the exposed inner orifice 61a of the third embodiment is provided differently from the first and second embodiments.
  • a peripheral depression 64 is formed on the inner surface 6a of the cap 6 around the inner opening 61a.
  • the circumferential recess 64 has a V-shaped cross-section of depth T and width B.
  • the depth T is 30% to 50% of the length L0 of the gas exchange bore 61.
  • the width B is 50% to 75% of the first diameter D1 of the gas exchange bore 61.
  • the third exemplary embodiment can be produced very inexpensively and easily.
  • the function is that, in particular during an inflow process of gas from the antechamber 7 into the gas exchange bore 61, turbulence corresponds to the geometric one Configuration of the recess 64 is generated on the inner surface 6a. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 5 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, with a peripheral depression 65 also being formed on the gas exchange bore 61 in addition to the extension 62 on the outer opening 61b.
  • the inner and outer mouths 61a and 61b are formed as an exposed mouth in the sense of a Borda mouth.
  • circumferential indentations 66 are also formed at the inner openings of the flare bores 60 .
  • the openings of the flare bores 60 lying on the inner surface 6a are also designed as exposed openings.
  • a cross section of the depressions 65 and 66 is in each case again V-shaped.
  • the provision of the indentations 66 at the inner opening of the flare bores 60 results in an increased contraction of the outflowing flare jets after ignition in the antechamber 7, as a result of which the flare jets emerging from the flare bores 60 can penetrate deeper into the combustion chamber 8.
  • this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 6 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • the gas exchange bore 61 is designed as a stepped bore with a step 67 .
  • a recess 68 is formed around the mouth of the gas exchange bore 61 in the step 67 .
  • the mouth of the gas exchange hole 61 in the step 67 is designed with a sharp edge 63 .
  • This configuration generates a particularly strong turbulence when gas flows out of the antechamber 7 in the direction around the combustion chamber 8 . Otherwise this corresponds Embodiment the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 7 shows a prechamber spark plug with a cap 6 according to a sixth exemplary embodiment of the invention.
  • Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
  • the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, wherein, in contrast to the first exemplary embodiment, exposed openings are additionally formed on the flare bores 60 at each inner opening and at each outer opening.
  • cylindrical extensions 60a are provided at the inner openings of the flare bores 60 .
  • circumferential indentations 60b are formed.
  • the flare bores 60 are designed as a Borda estuary in both flow directions, so that the corresponding generation of turbulences in both
  • the exposed openings shown can be combined as desired. That is, the exposed orifices on the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 shown in the exemplary embodiments can be combined in any way. It is possible, for example, that exposed orifices are formed exclusively on the gas exchange bore 61 or are formed exclusively on the flare bores 60 . Furthermore, it is also possible for all inner and outer openings of the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 to be designed as exposed openings, either with extensions or with peripheral depressions. It is also possible for the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 to be provided with only one exposed opening at the inner or outer opening.
  • All of the exemplary embodiments described are particularly preferably used in connection with mobile internal combustion engines. This allows in particular, gas exchange processes in the antechamber 7 can be carried out safely both at full load of the mobile internal combustion engine and at different partial load conditions of the mobile internal combustion engine. In particular, reliable ignition can be achieved by the prechamber spark plug 1 in every load range of the mobile internal combustion engine.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

The present invention relates to a prechamber spark plug comprising: - a housing (4); - a cap (6), the housing (4) and the cap (6) defining a prechamber (7); and - at least one gas exchange hole (61) and at least one flame hole (60), which each connect the prechamber (7) to an exterior of the prechamber spark plug; wherein the gas exchange hole has a first diameter (D1) and the flame hole (60) has a second diameter (D2), and the first diameter (D1) is larger than the second diameter (D2); and wherein a mouth of the gas exchange hole (61) is in the form of an exposed mouth spaced apart from a surface (6a, 6b) surrounding the mouth.

Description

Beschreibung description
Titel title
Vorkammerzündkerze, insbesondere für mobile Brennkraftmaschinen Prechamber spark plug, in particular for mobile internal combustion engines
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze, insbesondere für mobile Brennkraftmaschinen, welche verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer Restgasspülung und einer Frischgasbefüllung sowie eine verbesserte Zündfähigkeit aufweisen. The present invention relates to a prechamber spark plug, in particular for mobile internal combustion engines, which has improved properties with regard to residual gas scavenging and fresh gas filling, as well as improved ignitability.
Vorkammerzündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Stand der Technik werden Vorkammerzündkerzen bisher hauptsächlich bei stationären Gasmotoren eingesetzt, welche in der Regel in nur einem einzigen Betriebspunkt mit relativ hoher Last laufen. Für diesen Betriebspunkt werden dann die jeweiligen Vorkammerzündkerzen ausgelegt. Derartige Vorkammerzündkerzen für stationäre Gasmotoren können jedoch nicht unmittelbar für mobile Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, übernommen werden, da bei derartigen mobilen Anwendungen die Brennkraftmaschine im Betrieb in unterschiedlichen Lastbereichen, insbesondere auch in Teillastbereichen, betrieben wird. Von daher ergibt sich ein Problem bezüglich des vorhandenen Restgases in der Vorkammer bzw. einer Befüllung mit Frischgas sowie entsprechenden Zündproblemen in unterschiedlichen Teillastbereichen der Vorkammerzündkerze. Prechamber spark plugs are known from the prior art in different configurations. In the prior art, prechamber spark plugs have so far mainly been used in stationary gas engines, which as a rule only run at a single operating point with a relatively high load. The respective prechamber spark plugs are then designed for this operating point. However, such prechamber spark plugs for stationary gas engines cannot be used directly for mobile internal combustion engines, for example in motor vehicles, since the internal combustion engine in such mobile applications is operated in different load ranges, especially in partial load ranges. A problem therefore arises with regard to the residual gas present in the prechamber or filling with fresh gas and corresponding ignition problems in different part-load ranges of the prechamber spark plug.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein sicherer Betrieb auch bei unterschiedlichen Lastzuständen einer Brennkraftmaschine möglich ist. Dadurch eignet sich die Vorkammerzündkerze der Erfindung insbesondere für mobile Brennkraftmaschinen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen oder Lastkraftwagen oder dgl. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze eine ausreichende Restgasspülung der Vorkammer sowie eine verbesserte Frischluftbefüllung der Vorkammer ermöglicht werden. Dadurch kann in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine immer eine ausreichende zündfähige Mischung in der Vorkammer realisiert werden, so dass im Betrieb keine Zündaussetzer oder dgl. auftreten können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze ein Gehäuse und eine Kappe umfasst, welche eine Vorkammer definieren. Ferner weist die Vorkammerzündkerze wenigstens eine Gaswechselbohrung sowie wenigstens eine Fackelbohrung auf. Die Gaswechselbohrung und die Fackelbohrung verbinden jeweils die Vorkammer mit einer Außenseite der Vorkammerzündkerze, üblicherweise mit einem Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Gaswechselbohrung weist dabei einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher größer ist als ein zweiter Durchmesser D2 der Fackelbohrung. Darüber hinaus ist eine Mündung der Gaswechselbohrung als freiliegende Mündung ausgebildet, welche von einer die Mündung umgebenden Fläche beabstandet ist und frei liegt. Die freiliegende Mündung das Gaswechselbohrung bildet somit eine sog. Borda-Mündung, bei der das strömende Gas eine erhöhte Turbulenz aufweist. Somit kann auch bei einer Teillast der Brennkraftmaschine eine ausreichende Restgasspülung und Frischgasbefüllung erfolgen. Da der erste Durchmesser D1 der Gaswechselbohrung größer ist als der zweite Durchmesser D2 der Fackelbohrung, tritt bei einer Zündung in der Vorkammer ein größeres Gasvolumen aus der Gaswechselbohrung, als aus den kleineren Bohrungen für die Fackeln aus. Dadurch kann gezielt ein langsamerer Druckabbau in der Vorkammer vorgesehen werden, so dass mehr Gasvolumen über die Fackelbohrungen austreten kann. Somit können die Fackeln tiefer in einen Brennraum penetrieren und das im Brennraum vorhandene Brenngas auch z.B. in Randbereichen entzünden. Dadurch kann eine verbesserte Verbrennung erreicht werden sowie ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine verbessert werden. In contrast, the prechamber spark plug according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that safe operation is possible even with different load states of an internal combustion engine. As a result, the prechamber spark plug of the invention is particularly suitable for mobile internal combustion engines, for example in motor vehicles or trucks or the like. In particular, with the prechamber spark plug according to the invention, sufficient residual gas scavenging of the prechamber and improved filling of the prechamber with fresh air can be made possible. As a result, a sufficient ignitable mixture can always be realized in the prechamber at different operating points of the internal combustion engine, so that no misfires or the like can occur during operation. According to the invention, this is achieved in that the prechamber spark plug comprises a housing and a cap which define a prechamber. Furthermore, the prechamber spark plug has at least one gas exchange hole and at least one flare hole. The gas exchange bore and the flare bore each connect the antechamber to an outside of the antechamber spark plug, usually to a combustion chamber of the internal combustion engine. The gas exchange bore has a first diameter D1 which is larger than a second diameter D2 of the flare bore. In addition, a mouth of the gas exchange bore is formed as an exposed mouth, which is spaced from a surface surrounding the mouth and is exposed. The exposed mouth of the gas exchange hole thus forms a so-called Borda mouth, in which the flowing gas has increased turbulence. Adequate residual gas scavenging and fresh gas filling can thus take place even when the internal combustion engine is at partial load. Since the first diameter D1 of the gas exchange bore is greater than the second diameter D2 of the flare bore, a larger volume of gas escapes from the gas exchange bore than from the smaller bores for the flares when the prechamber is ignited. As a result, a slower pressure reduction in the antechamber can be provided in a targeted manner, so that more gas volume can escape via the flare bores. The flares can thus penetrate deeper into a combustion chamber and also ignite the fuel gas present in the combustion chamber, for example in edge regions. As a result, improved combustion can be achieved and the efficiency of the internal combustion engine and the exhaust gas emissions of the internal combustion engine can be improved.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare freiliegende Mündung kann bereitgestellt werden, wenn die freiliegende Mündung mit einer umlaufenden Vertiefung um die Mündung herum ausgebildet ist. Ein Querschnitt der umlaufenden Vertiefung kann grundsätzlich frei gewählt werden, ist jedoch vorzugsweise V-förmig oder U-förmig. A particularly simple and inexpensive to produce exposed mouth can be provided if the exposed mouth is formed with a peripheral depression around the mouth. A cross section the circumferential depression can in principle be chosen freely, but is preferably V-shaped or U-shaped.
Weiter bevorzugt weist die Vertiefung eine Tiefe T auf, welche 30% bis 50% einer Bohrungslänge L0 der Gaswechselbohrung aufweist. Vorzugsweise beträgt die Tiefe T 40% der Bohrungslänge L0. More preferably, the depression has a depth T which is 30% to 50% of a bore length L0 of the gas exchange bore. The depth T is preferably 40% of the bore length L0.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die freiliegende Mündung an einem von der die Mündung umgebenden Fläche vorstehenden Fortsatz ausgebildet. Dadurch liegt die freiliegende Mündung beabstandet von der die Mündung umgebenden Fläche, so dass insbesondere eine Bohrungslänge der Gaswechselbohrung direkt beeinflusst werden kann, ohne dass dadurch eine Wandstärke eines Bauteils der Vorkammerzündkerze verändert werden müsste. Somit kann insbesondere eine verbesserte Richtungsstabilität der Gasströmung durch die längere Gaswechselbohrung erreicht werden. Der Fortsatz ist besonders bevorzugt zylindrisch ausgebildet. According to an alternative embodiment of the invention, the exposed mouth is formed on an extension projecting from the surface surrounding the mouth. As a result, the exposed orifice is at a distance from the surface surrounding the orifice, so that in particular a bore length of the gas exchange bore can be directly influenced without the wall thickness of a component of the prechamber spark plug having to be changed as a result. Thus, in particular, improved directional stability of the gas flow can be achieved through the longer gas exchange bore. The extension is particularly preferably cylindrical.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gaswechselbohrung in der Kappe der Vorkammerzündkerze ausgebildet und die freiliegende Mündung ist an einer Innenfläche der Kappe ausgebildet. Dies hat den großen Vorteil, dass nach einer Zündung in der Vorkammer ein über die Gaswechselbohrung ausströmendes Gasvolumen reduziert wird, was zu einem langsameren Druckabbau in der Vorkammer führt. Dadurch ist es jedoch möglich, dass zusätzliches Gasvolumen über die Fackelbohrungen in die Brennkammer austreten kann, was u.a. auch zu einer Verlängerung der Fackelstrahlen aus den Fackelbohrungen in die Brennkammer führt, so dass auch Randbereiche in der Brennkammer durch die Fackeln erreicht werden können und insgesamt eine vollständige Verbrennung des Brenngases in der Brennkammer möglich ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the gas exchange bore is formed in the cap of the prechamber spark plug and the exposed opening is formed on an inner surface of the cap. This has the great advantage that after an ignition in the antechamber, a gas volume flowing out via the gas exchange bore is reduced, which leads to a slower pressure reduction in the antechamber. However, this means that additional gas volume can escape into the combustion chamber via the flare bores, which among other things also leads to an extension of the flare jets from the flare bores into the combustion chamber, so that edge areas in the combustion chamber can also be reached by the flares and a total of one complete combustion of the fuel gas in the combustion chamber is possible.
Ein besonders guter Gasaustausch über die Gaswechselbohrung ist möglich, wenn eine Länge L1 des Fortsatzes in einem Bereich von 30% bis 60% einer Länge L0 der Gaswechselbohrung beträgt. Vorzugsweise ist die Länge L1 in einem Bereich von 40% bis 50% der Länge L0 der Gaswechselbohrung. Die Gaswechselbohrung weist dabei vorzugsweise eine Länge L0 in einem Bereich von 2 mm bis 5 mm, insbesondere 3 mm bis 4 mm, auf. Ein erster Durchmesser D1 der Gaswechselbohrung liegt in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,9 mm bis 1,3 mm. A particularly good gas exchange via the gas exchange bore is possible if a length L1 of the extension is in a range of 30% to 60% of a length L0 of the gas exchange bore. The length L1 is preferably in a range of 40% to 50% of the length L0 of the gas exchange bore. The gas exchange bore preferably has a length L0 in a range from 2 mm to 5 mm, in particular 3 mm to 4 mm. A first diameter D1 of the gas exchange bore is in a range from 0.7 mm to 1.5 mm and particularly preferably in a range from 0.9 mm to 1.3 mm.
Weiter bevorzugt ist eine Anzahl der Fackelbohrungen größer als eine Anzahl der Gaswechselbohrungen. Vorzugsweise ist nur eine einzige Gaswechselbohrung vorgesehen. More preferably, a number of flare bores is greater than a number of gas exchange bores. Preferably only a single gas exchange hole is provided.
Eine besonders starke Turbulenz ist möglich, wenn die freiliegende Mündung vorzugsweise eine scharfe Kante ausbildet. A particularly strong turbulence is possible if the exposed orifice preferably forms a sharp edge.
Vorzugsweise weisen sowohl die Gaswechselbohrung als auch die Fackelbohrung der Vorkammerzündkerze jeweils wenigstens eine freiliegende Mündung auf. Die freiliegende Mündung der Gaswechselbohrung und der Fackelbohrung liegt dabei besonders bevorzugt jeweils an einer Innenseite der Kappe der Vorkammerzündkerze. Preferably, both the gas exchange bore and the flare bore of the prechamber spark plug each have at least one exposed opening. The exposed mouth of the gas exchange bore and the flare bore is particularly preferably in each case on an inside of the cap of the prechamber spark plug.
Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine innere Mündung und eine äußere Mündung der Gaswechselbohrung als freiliegende Mündung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine innere und eine äußere Mündung einer Fackelbohrung jeweils als freiliegende Mündung ausgebildet. Dadurch werden die Vorteile der Borda-Mündungen an der Gaswechselbohrung und/oder der Fackelbohrung sowohl beim Einströmen in die Vorkammer als auch beim Ausströmen aus der Vorkammer erreicht. According to a further preferred embodiment of the invention, an inner orifice and an outer orifice of the gas exchange bore are designed as an exposed orifice. Alternatively or additionally, an inner and an outer opening of a flare bore are each designed as an exposed opening. As a result, the advantages of the Borda orifices on the gas exchange bore and/or the flare bore are achieved both when flowing into the antechamber and when flowing out of the antechamber.
Weiter bevorzugt ist der erste Durchmesser D1 der Gaswechselbohrung um max. 50% größer als der zweite Durchmesser D2 der Fackelbohrung. Dadurch wird sichergestellt, dass nach einer Zündung in der Vorkammer nicht zuviel Gasströmung durch die Gaswechselbohrung in den Brennraum der Brennkraftmaschine austritt, sondern eine verstärkte Ausströmung über die Fackelbohrungen mit entsprechend langen Fackeln aufgrund des höheren Druckniveaus im Inneren der Vorkammer erreicht wird. More preferably, the first diameter D1 of the gas exchange bore is at most 50% larger than the second diameter D2 of the flare bore. This ensures that after ignition in the antechamber, not too much gas flow escapes through the gas exchange bore into the combustion chamber of the internal combustion engine, but rather an increased outflow via the flare bores with correspondingly long flares due to the higher pressure level inside the antechamber.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine mobile Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze. Die mobile Brennkraftmaschine wird besonders bevorzugt mit Benzin oder einem gasförmigen Brennstoff, beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff betrieben. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze können ein Wirkungsgrad und auch ein Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Lastzuständen, insbesondere in verschiedenen Teillastzuständen, signifikant verbessert werden. Furthermore, the present invention relates to a mobile internal combustion engine with a prechamber spark plug according to the invention. The mobile internal combustion engine is particularly preferably operated with petrol or a gaseous fuel, for example natural gas or hydrogen. By using the prechamber spark plug according to the invention, an efficiency and also an emission behavior of the internal combustion engine in different load conditions, in particular in different partial load conditions, can be significantly improved.
Zeichnung drawing
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Figur 1 eine schematische Teilschnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, FIG. 1 shows a schematic partial sectional view of a prechamber spark plug according to a first preferred exemplary embodiment of the invention,
Figur 2 eine schematische Teilschnittansicht der Kappe der Vorkammerzündkerze von Figur 1, FIG. 2 shows a schematic partial sectional view of the cap of the prechamber spark plug from FIG.
Figur 3 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe einerFigure 3 is a schematic partial sectional view of a cap of a
Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Prechamber spark plug according to a second embodiment of the invention,
Figur 4 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe einer Vorkammerzündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, FIG. 4 shows a schematic partial sectional view of a cap of a prechamber spark plug according to a third exemplary embodiment of the invention,
Figur 5 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe einerFigure 5 is a schematic partial sectional view of a cap of a
Vorkammerzündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Prechamber spark plug according to a fourth embodiment of the invention,
Figur 6 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe einer Vorkammerzündkerze gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und FIG. 6 shows a schematic partial sectional view of a cap of a prechamber spark plug according to a fifth exemplary embodiment of the invention, and
Figur 7 eine schematische Teilschnittansicht einer Kappe einerFigure 7 is a schematic partial sectional view of a cap of a
Vorkammerzündkerze gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Prechamber spark plug according to a sixth embodiment of the invention. Preferred Embodiments of the Invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. A prechamber spark plug 1 according to a first preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIGS.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 ein Gehäuse 4 und eine Kappe 6, welche eine Vorkammer 7 definieren. Die Kappe 6 ist beispielsweise mittels einer Schweißverbindung mit dem Gehäuse 4 verbunden. As can be seen from FIG. 1, the prechamber spark plug 1 comprises a housing 4 and a cap 6 which define a prechamber 7 . The cap 6 is connected to the housing 4 by means of a welded connection, for example.
Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner eine Mittelelektrode 2 und eine Masseelektrode 3, welche in einer seitlichen Öffnung 40 im Gehäuse 4 fixiert ist. Die Mittelelektrode 2 ist mittels eines Isolators 5 gegenüber dem Gehäuse 4 isoliert. In der Kappe 6 ist genau eine Gaswechselbohrung 61 sowie mehrere Fackelbohrungen 60 vorgesehen. The prechamber spark plug 1 also includes a center electrode 2 and a ground electrode 3 which is fixed in a lateral opening 40 in the housing 4 . The center electrode 2 is insulated from the housing 4 by means of an insulator 5 . Exactly one gas exchange hole 61 and several flare holes 60 are provided in the cap 6 .
In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Gaswechselbohrung 61 einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze 1. Es sei jedoch angemerkt, dass die Gaswechselbohrung 61 auch an einer anderen Position in der Kappe 6 und/oder im Gehäuse 4 vorgesehen sein kann. In this exemplary embodiment, the gas exchange bore 61 runs along a central axis X-X of the prechamber spark plug 1. However, it should be noted that the gas exchange bore 61 can also be provided at a different position in the cap 6 and/or in the housing 4.
We aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Gaswechselbohrung 61 einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher größer ist als ein zweiter Durchmesser D2 der Fackelbohrungen 60. Die Fackelbohrungen 60 dieses Ausführungsbeispiels sind jeweils mit gleichem zweiten Durchmesser D2 ausgebildet. Die Fackelbohrungen 60 sind dabei als durchgehende zylindrische Bohrungen ausgebildet. As can be seen from FIG. 2, the gas exchange bore 61 has a first diameter D1 which is larger than a second diameter D2 of the flare bores 60. The flare bores 60 of this exemplary embodiment are each formed with the same second diameter D2. The flare bores 60 are designed as continuous cylindrical bores.
We weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, verbinden die Gaswechselbohrung 61 und die Fackelbohrungen 60 die Vorkammer 7 jeweils mit einer Außenseite der Vorkammerzündkerze, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein Brennraum 8 einer mobilen Brennkraftmaschine ist. We can also be seen from FIG. 1, the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 each connect the antechamber 7 to an outside of the antechamber spark plug, which in this exemplary embodiment is a combustion chamber 8 of a mobile internal combustion engine.
We weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Kappe 6 eine Innenfläche 6a, die zur Vorkammer 7 gerichtet ist, und eine Außenfläche 6b, die zum Brennraum 8 gerichtet ist, auf. An der Innenfläche 6a der Kappe 6 ist ferner ein Fortsatz 62 angeordnet. Der Fortsatz 62 steht von der Innenfläche 60a nach innen in die Vorkammer 7 vor. Der Fortsatz 62 ist dabei ein Zylinder, welcher um eine Länge L1 von der Innenfläche 6a vorsteht. We can also be seen from FIG. An extension 62 is also arranged on the inner surface 6a of the cap 6 . The extension 62 is inward from the inner surface 60a antechamber 7. The extension 62 is a cylinder which protrudes from the inner surface 6a by a length L1.
Die Gaswechselbohrung 61 weist eine innere Mündung 61a und eine äußere Mündung 61b auf. Die innere Mündung 61a ist dabei am Ende des Fortsatzes 62 angeordnet und bildet eine freiliegende Mündung, die von der Innenfläche 6a beabstandet ist. Somit bildet die innere Mündung 61a eine Borda-Mündung, durch die ein Turbulenzgrad des strömenden Fluids vergrößert wird. The gas exchange bore 61 has an inner opening 61a and an outer opening 61b. The inner orifice 61a is located at the end of the extension 62 and forms an exposed orifice spaced from the inner surface 6a. Thus, the inner orifice 61a forms a Borda orifice by which a degree of turbulence of the flowing fluid is increased.
Die Gaswechselbohrung 61 weist dabei eine Gesamtlänge L0 auf, wobei die Länge L1 des Fortsatzes 62 50% der Gesamtlänge L0 der Gaswechselbohrung 61 beträgt. The gas exchange bore 61 has an overall length L0, the length L1 of the extension 62 being 50% of the overall length L0 of the gas exchange bore 61.
Durch die Ausgestaltung der inneren Mündung 61a als freiliegende Mündung kann somit nach einer Zündung der Vorkammerzündkerze das sich in der Vorkammer 7 befindliche Gas nicht direkt von der Innenfläche 6a der Kappe 6 in die Gaswechselbohrung 61 einströmen. Da beim Einströmen in die Gaswechselbohrung 61 aus der Vorkammer 7 eine sprunghafte Umlenkung im Bereich des Fortsatzes 62 nicht möglich ist, erfolgt eine Kontraktion des ausströmenden Gases, wie in Figur 2 durch die Pfeile A angedeutet. Somit erfolgt entsprechend einer Wahl des ersten Durchmessers D1 eine Drosselung des Gasvolumens beim Ausströmen aus der Vorkammer 7. Dadurch erhöht sich jedoch ein Druck in der Vorkammer 7, so dass über die Fackelbohrungen 60 ein größeres Gasvolumen aus der Vorkammer 7 ausströmt. Dies führt nach einer Zündung in der Vorkammer 7 zu längeren Fackeln, welche weiter entfernt liegende Bereiche im Brennraum 8 erreichten können. Dadurch ergibt sich eine deutlich verbesserte Verbrennung des im Brennraum 8 befindlichen Brennstoff- Luft-Gemischs, wodurch ein besserer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und ein deutlich verbessertes Emissionsverhalten erreicht wird. Insbesondere ist kein unverbrannter Brennstoff im Abgas enthalten. Due to the design of the inner opening 61a as an exposed opening, the gas in the prechamber 7 cannot flow directly from the inner surface 6a of the cap 6 into the gas exchange bore 61 after ignition of the prechamber spark plug. Since an abrupt deflection in the region of the extension 62 is not possible when flowing into the gas exchange bore 61 from the antechamber 7, the outflowing gas contracts, as indicated by the arrows A in FIG. Thus, depending on the selection of the first diameter D1, the gas volume is throttled when it flows out of the antechamber 7. However, this increases the pressure in the antechamber 7, so that a larger gas volume flows out of the antechamber 7 via the flare bores 60. After ignition in the antechamber 7, this leads to longer flares, which can reach areas in the combustion chamber 8 that are further away. This results in a significantly improved combustion of the fuel-air mixture located in the combustion chamber 8, as a result of which a better efficiency of the internal combustion engine and a significantly improved emission behavior are achieved. In particular, no unburned fuel is contained in the exhaust gas.
Somit können die Fackeln tiefer in den Brennraum penetrieren und für eine verbesserte Verbrennung im Brennraum 8 sorgen. The flares can thus penetrate deeper into the combustion chamber and ensure improved combustion in the combustion chamber 8 .
Auch kann bei einem Gaswechsel nach einer Zündung in der Vorkammer 7 ein verbessertes Ausströmen des verbrannten Gases aus der Brennkammer 7 zusätzlich über die Fackelbohrungen 60 erreicht werden, so dass auch eine Frischgasbefüllung mittels der Borda-Mündung an der Gaswechselbohrung 61 verbessert werden kann. Beim Einströmen von Gas aus dem Brennraum 8 über die Gaswechselbohrung 61 in die Vorkammer 7 ergibt sich hier keine Drosselung, so dass der Gaswechsel durch die freiliegende innere Mündung der Gaswechselbohrung 61 nicht beeinträchtigt wird. In the case of a gas exchange after ignition in the antechamber 7, an improved outflow of the burned gas from the combustion chamber 7 can also be achieved via the flare bores 60, so that a Fresh gas filling can be improved by means of the Borda mouth at the gas exchange hole 61. When gas flows from the combustion chamber 8 via the gas exchange bore 61 into the antechamber 7 , there is no throttling here, so that the gas exchange is not impaired by the exposed inner opening of the gas exchange bore 61 .
Figur 3 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 mit einer Kappe 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die innere Mündung 61a der Gaswechselbohrung 61 beim zweiten Ausführungsbeispiel eine scharfe Kante 63 auf. Durch das Vorsehen der scharfen Kante 63 wird eine Turbulenz beim Ausströmen von Gas aus der Vorkammer 7 in die Gaswechselbohrung 61 zusätzlich erhöht, so dass im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel ein erhöhter Turbulenzgrad des strömenden Gases beim Ausströmen aus der Vorkammer 7 erreicht wird. Bei einem Einströmvorgang durch die Gaswechselbohrung 61 in die Vorkammer 7 ergibt sich keine Änderung im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel. Ansonsten kann auf die Ausführungen vom ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden. FIG. 3 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a second exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment. As can be seen from FIG. 3, the inner opening 61a of the gas exchange bore 61 has a sharp edge 63 in the second exemplary embodiment. The provision of the sharp edge 63 additionally increases turbulence when gas flows out of the antechamber 7 into the gas exchange bore 61, so that compared to the first exemplary embodiment, an increased degree of turbulence of the flowing gas when it flows out of the antechamber 7 is achieved. In the case of an inflow process through the gas exchange bore 61 into the antechamber 7, there is no change compared to the first exemplary embodiment. Otherwise, reference can be made to the explanations of the first exemplary embodiment.
Figur 4 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 mit einer Kappe 6 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. FIG. 4 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a third exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
Die freiliegende innere Mündung 61a des dritten Ausführungsbeispiels ist unterschiedlich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen. We aus Figur 4 ersichtlich ist, ist um die innere Mündung 61a eine umlaufende Vertiefung 64 an der Innenfläche 6a der Kappe 6 ausgebildet. Die umlaufende Vertiefung 64 weist einen V-förmigen Querschnitt einer Tiefe T und einer Breite B auf. Die Tiefe T beträgt dabei 30% bis 50% der Länge L0 der Gaswechselbohrung 61. Die Breite B beträgt 50% bis 75% des ersten Durchmessers D1 der Gaswechselbohrung 61. Das dritte Ausführungsbeispiel kann dabei sehr kostengünstig und einfach hergestellt werden. Die Funktion ist dabei wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, dass insbesondere bei einem Einströmvorgang von Gas aus der Vorkammer 7 in die Gaswechselbohrung 61 eine Turbulenz entsprechen der geometrischen Ausgestaltung der Vertiefung 64 an der Innenfläche 6a erzeugt wird. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. The exposed inner orifice 61a of the third embodiment is provided differently from the first and second embodiments. As can be seen from FIG. 4, a peripheral depression 64 is formed on the inner surface 6a of the cap 6 around the inner opening 61a. The circumferential recess 64 has a V-shaped cross-section of depth T and width B. FIG. The depth T is 30% to 50% of the length L0 of the gas exchange bore 61. The width B is 50% to 75% of the first diameter D1 of the gas exchange bore 61. The third exemplary embodiment can be produced very inexpensively and easily. As in the previous exemplary embodiments, the function is that, in particular during an inflow process of gas from the antechamber 7 into the gas exchange bore 61, turbulence corresponds to the geometric one Configuration of the recess 64 is generated on the inner surface 6a. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Figur 5 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 mit einer Kappe 6 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich zum Fortsatz 62 an der Gaswechselbohrung 61 noch an der äußeren Mündung 61b eine umlaufende Vertiefung 65 ausgebildet ist. Dadurch sind die innere und die äußere Mündung 61a und 61b als freiliegende Mündung im Sinne einer Borda- Mündung ausgebildet. Wie weiter aus Figur 5 ersichtlich ist, sind auch an den inneren Mündungen der Fackelbohrungen 60 umlaufende Vertiefungen 66 ausgebildet. Dadurch sind auch die an der Innenfläche 6a liegenden Mündungen der Fackelbohrungen 60 als freiliegende Mündungen ausgebildet. Ein Querschnitt der Vertiefungen 65 und 66 ist dabei jeweils wieder V-förmig. Durch das Vorsehen der Vertiefungen 66 an der inneren Mündung der Fackelbohrungen 60 ergibt sich somit beim Ausströmen nach einer Zündung in der Vorkammer 7 eine verstärkte Kontraktion der ausströmenden Fackelstrahlen, wodurch die aus den Fackelbohrungen 60 austretenden Fackelstrahlen tiefer in den Brennraum 8 eindringen können. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. FIG. 5 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a fourth exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments. The fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, with a peripheral depression 65 also being formed on the gas exchange bore 61 in addition to the extension 62 on the outer opening 61b. As a result, the inner and outer mouths 61a and 61b are formed as an exposed mouth in the sense of a Borda mouth. As can also be seen from FIG. 5, circumferential indentations 66 are also formed at the inner openings of the flare bores 60 . As a result, the openings of the flare bores 60 lying on the inner surface 6a are also designed as exposed openings. A cross section of the depressions 65 and 66 is in each case again V-shaped. The provision of the indentations 66 at the inner opening of the flare bores 60 results in an increased contraction of the outflowing flare jets after ignition in the antechamber 7, as a result of which the flare jets emerging from the flare bores 60 can penetrate deeper into the combustion chamber 8. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Figur 6 zeigt eine Vorkammerzündkerze 1 mit einer Kappe 6 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Gaswechselbohrung 61 als gestufte Bohrung mit einer Stufe 67 ausgebildet. Dabei ist um die Mündung der Gaswechselbohrung 61 in die Stufe 67 eine Vertiefung 68 ausgebildet. Die Mündung der Gaswechselbohrung 61 in die Stufe 67 ist dabei mit einer scharfen Kante 63 ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung wird beim Ausströmen von Gas aus der Vorkammer 7 in Richtung um Brennraum 8 eine besonders starke Turbulenz erzeugt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. FIG. 6 shows a prechamber spark plug 1 with a cap 6 according to a fifth exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are in turn denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments. As can be seen from FIG. 6, the gas exchange bore 61 is designed as a stepped bore with a step 67 . A recess 68 is formed around the mouth of the gas exchange bore 61 in the step 67 . The mouth of the gas exchange hole 61 in the step 67 is designed with a sharp edge 63 . This configuration generates a particularly strong turbulence when gas flows out of the antechamber 7 in the direction around the combustion chamber 8 . Otherwise this corresponds Embodiment the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Figur 7 zeigt eine Vorkammerzündkerze mit einer Kappe 6 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, entspricht das sechste Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich an den Fackelbohrungen 60 an jeder inneren Mündung und jeder äußeren Mündung jeweils freiliegende Mündungen ausgebildet sind. An den inneren Mündungen der Fackelbohrungen 60 sind hierbei zylindrische Fortsätze 60a vorgesehen. An den äußeren Mündungen der Fackelbohrungen 60 sind umlaufende Vertiefungen 60b ausgebildet. Somit sind die Fackelbohrungen 60 in beiden Durchströmungsrichtungen als Borda-Mündung ausgebildet, so dass entsprechende Erzeugung von Turbulenzen in beidenFIG. 7 shows a prechamber spark plug with a cap 6 according to a sixth exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments. As can be seen from FIG. 7, the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, wherein, in contrast to the first exemplary embodiment, exposed openings are additionally formed on the flare bores 60 at each inner opening and at each outer opening. In this case, cylindrical extensions 60a are provided at the inner openings of the flare bores 60 . At the outer openings of the flare bores 60, circumferential indentations 60b are formed. Thus, the flare bores 60 are designed as a Borda estuary in both flow directions, so that the corresponding generation of turbulences in both
Durchströmungsrichtungen der Fackelbohrungen 60 erreicht werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Flow directions of the flare holes 60 can be achieved. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.
Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die gezeigten freiliegenden Mündungen beliebig kombinierbar sind. D.h., die in den Ausführungsbeispielen gezeigten freiliegenden Mündungen an der Gaswechselbohrung 61 und den Fackelbohrungen 60 können in beliebiger Weise kombiniert werden. Es ist beispielsweise möglich, dass freiliegende Mündungen ausschließlich an der Gaswechselbohrung 61 ausgebildet sind oder ausschließlich an den Fackelbohrungen 60 ausgebildet sind. Weiterhin ist es auch möglich, dass alle inneren und äußeren Mündungen der Gaswechselbohrung 61 und der Fackelbohrungen 60 als freiliegende Mündungen, entweder mit Fortsätzen oder mit umlaufenden Vertiefungen ausgebildet sind. Auch ist es möglich, dass die Gaswechselbohrung 61 und die Fackelbohrungen 60 nur mit jeweils einer freiliegenden Mündung an der inneren oder der äußeren Mündung vorgesehen sind. With regard to all the exemplary embodiments described, it should be noted that the exposed openings shown can be combined as desired. That is, the exposed orifices on the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 shown in the exemplary embodiments can be combined in any way. It is possible, for example, that exposed orifices are formed exclusively on the gas exchange bore 61 or are formed exclusively on the flare bores 60 . Furthermore, it is also possible for all inner and outer openings of the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 to be designed as exposed openings, either with extensions or with peripheral depressions. It is also possible for the gas exchange bore 61 and the flare bores 60 to be provided with only one exposed opening at the inner or outer opening.
Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele werden besonders bevorzugt in Verbindung mit mobilen Brennkraftmaschinen verwendet. Dadurch können insbesondere Gaswechselvorgänge in der Vorkammer 7 sowohl bei Volllast der mobilen Brennkraftmaschine als auch bei unterschiedlichen Teillastzuständen der mobilen Brennkraftmaschine sicher durchgeführt werden. Insbesondere kann in jedem Lastbereich der mobilen Brennkraftmaschine eine sichere Zündung durch Vorkammerzündkerze 1 erreicht werden. All of the exemplary embodiments described are particularly preferably used in connection with mobile internal combustion engines. This allows in particular, gas exchange processes in the antechamber 7 can be carried out safely both at full load of the mobile internal combustion engine and at different partial load conditions of the mobile internal combustion engine. In particular, reliable ignition can be achieved by the prechamber spark plug 1 in every load range of the mobile internal combustion engine.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorkammerzündkerze, umfassend: ein Gehäuse (4), eine Kappe (6), wobei das Gehäuse (4) und die Kappe (6) eine Vorkammer (7) definieren, und wenigstens eine Gaswechselbohrung (61) und wenigstens eine Fackelbohrung (60), welche jeweils die Vorkammer (7) mit einer Außenseite der Vorkammerzündkerze verbinden, wobei die Gaswechselbohrung einen ersten Durchmesser (D1) aufweist und die Fackelbohrung (60) einen zweiten Durchmesser (D2) aufweist und der erste Durchmesser (D1) größer als der zweite Durchmesser (D2) ist, und wobei eine Mündung der Gaswechselbohrung (61) als freiliegende Mündung ausgebildet ist, welche von einer die Mündung umgebenden Fläche (6a, 6b) beabstandet ist. A prechamber spark plug, comprising: a housing (4), a cap (6), the housing (4) and the cap (6) defining a prechamber (7), and at least one gas exchange bore (61) and at least one flare bore (60 ), which each connect the prechamber (7) to an outside of the prechamber spark plug, the gas exchange bore having a first diameter (D1) and the flare bore (60) having a second diameter (D2) and the first diameter (D1) being greater than the second Diameter (D2), and wherein a mouth of the gas exchange bore (61) is designed as an exposed mouth, which is spaced from a surface (6a, 6b) surrounding the mouth.
2. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1 , wobei um die freiliegende Mündung eine umlaufende Vertiefung (64; 65; 66; 68) ausgebildet ist. 2. Prechamber spark plug according to claim 1, wherein a peripheral recess (64; 65; 66; 68) is formed around the exposed mouth.
3. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 2, wobei die Vertiefung eine Tiefe (T) aufweist, welche 30% bis 50% einer Länge (LO) der Gaswechselbohrung3. Prechamber spark plug according to claim 2, wherein the depression has a depth (T) which is 30% to 50% of a length (LO) of the gas exchange bore
(61) aufweist. (61).
4. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 1 , wobei die freiliegende Mündung an einem von der die Mündung umgebenden Fläche vorstehenden Fortsatz4. The prechamber spark plug of claim 1, wherein the exposed orifice is at a protrusion protruding from the surface surrounding the orifice
(62) ausgebildet ist. (62) is formed.
5. Vorkammerzündkerze nach Anspruch 4, wobei der Fortsatz (62) zylindrisch ausgebildet ist. 6. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaswechselbohrung (61) in der Kappe (6) ausgebildet ist und die freiliegende Mündung an einer Innenfläche (6a) der Kappe (6) ausgebildet ist. 5. prechamber spark plug according to claim 4, wherein the extension (62) is cylindrical. 6. Pre-chamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the gas exchange bore (61) is formed in the cap (6) and the exposed orifice is formed on an inner surface (6a) of the cap (6).
7. Vorkammerzündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Länge (L1) des Fortsatzes (62) 30% bis 60% einer Länge (L0) der Gaswechselbohrung (61) beträgt. 7. Prechamber spark plug according to one of claims 4 to 6, wherein a length (L1) of the extension (62) is 30% to 60% of a length (L0) of the gas exchange bore (61).
8. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der Fackelbohrungen (60) größer ist als eine Anzahl der Gaswechselbohrungen (61), wobei insbesondere genau eine einzige Gaswechselbohrung vorgesehen ist. 8. Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein a number of flare bores (60) is greater than a number of gas exchange bores (61), in particular exactly one single gas exchange bore being provided.
9. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die freiliegende Mündung eine scharfe Kante (63) ausbildet. 9. A prechamber spark plug according to any one of the preceding claims, wherein the exposed mouth forms a sharp edge (63).
10. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaswechselbohrung (61) und die Fackelbohrung (60) jeweils wenigstens eine freiliegende Mündung aufweisen. 10. Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the gas exchange bore (61) and the flare bore (60) each have at least one exposed orifice.
11. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine innere Mündung (61a) und eine äußere Mündung (61b) der Gaswechselbohrung (61) als freiliegende Mündung ausgebildet sind und/oder wobei eine innere Mündung (60a) und eine äußere Mündung (60b) der Fackelbohrung (60) als freiliegende Mündung ausgebildet sind. 11. Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein an inner opening (61a) and an outer opening (61b) of the gas exchange bore (61) are designed as an exposed opening and/or wherein an inner opening (60a) and an outer opening (60b) the flare bore (60) are formed as an exposed mouth.
12. Vorkammerzündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Durchmesser (D1) der Gaswechselbohrung (61) max. 50% größer ist als der zweite Durchmesser (D2) der Fackelbohrung (60). 12. Prechamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the first diameter (D1) of the gas exchange bore (61) is at most 50% larger than the second diameter (D2) of the flare bore (60).
13. Mobile Brennkraftmaschine, umfassend eine Vorkammerzündkerze (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 13. Mobile internal combustion engine, comprising a prechamber spark plug (1) according to any one of the preceding claims.
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