EP-3956955-B1 - PRE-CHAMBER SPARK PLUG HAVING ADAPTED CAP GEOMETRY

Inventors

• STEIDTEN, THOMAS
• KASKE, STEPHAN
• MUELLER, BERND
• YILMAZ, UGUR

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20200325

Claims (10)

1. Pre-chamber spark plug comprising: - a housing (2), and - a cap (3) which has at least one passage opening (4), - wherein the cap (3) is arranged on a combustion-chamber-side end of the housing (2), - wherein the cap (3) and the housing (2) form a pre-chamber (5), and - wherein a cap outer surface area (A), facing away from the pre-chamber (5), of the cap (3) is in at least one predefined ratio (A/B, A/D) to a further geometrical feature of the cap (3), wherein a first geometrical feature is a cap inner surface area (B) of the cap (3), and wherein a first ratio (A/B) of the cap outer surface area (A) to the cap inner surface area (B) is at least 1:1 and at most 3:1, wherein the cap outer surface area (A) corresponds to an entire outer surface area of the cap (3) that is freely accessible outside the housing (2), and the cap inner surface area (B) corresponds to an entire surface area of the cap (3) that faces towards the pre-chamber (5), characterized in that a further geometrical feature is an opening cross-sectional area (D) of all the passage openings (4), and wherein a further ratio (A/D) of the cap outer surface area (A) to the opening cross-sectional area (D) is at least 2:1 and at most 8:1.
2. Pre-chamber spark plug according to Claim 1, wherein a first geometrical feature is a cap inner surface area (B) of the cap (3), and wherein the first ratio (A/B) of the cap outer surface area (A) to the cap inner surface area (B) is 2.167:1.
3. Pre-chamber spark plug according to either of the preceding claims, wherein the cap (3) has a flange (6), and wherein the flange (6) is introduced into the housing (4).
4. Pre-chamber spark plug according to Claim 3, wherein a second geometrical feature is an attachment cross-sectional area (C) of the flange (6) and the housing (4) in a common cross-sectional plane (60), wherein the cross-sectional plane (60) is in an overlapping region (61) of the flange (6) and the housing (4), and wherein a second ratio (A/C) of the cap outer surface area (A) to the attachment cross-sectional area (C) is at least 1:1 and at most 3:1, preferably 1.97:1.
5. Pre-chamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the further ratio (A/D) of the cap outer surface area (A) to the opening cross-sectional area (D) is 5:1.
6. Pre-chamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein a further geometrical feature is a pre-chamber volume (E) in relation to the cap inner surface area (B), and wherein a further ratio (A'/E) of a sum (A') of the cap outer surface area (A) and the cap inner surface area (B) to the pre-chamber volume (E) is at least 0.2 1/mm and at most 1 1/mm, preferably 0.38 1/mm.
7. Pre-chamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the cap (3) has a planar end side (31).
8. Pre-chamber spark plug according to Claim 7, wherein the planar end side (31) lies in a plane (32) perpendicular to a longitudinal axis (25) of the pre-chamber spark plug (1).
9. Pre-chamber spark plug according to Claim 7 or 8, wherein the cap (3) has four passage openings (4), and wherein the passage openings (4) are arranged at a transition between the end side (31) and a lateral surface (33) of the cap (3).
10. Pre-chamber spark plug according to one of the preceding claims, wherein the cap (3) and the housing (4) are connected to one another by a welded connection (8) or a soldered connection.

Description

Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammer-Zündkerze mit verbesserter Wärmeabfuhr durch eine angepasste Kappengeometrie. Vorkammerzündkerzen für Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 10 2017 204 241 A1 eine solche Vorkammerzündkerze. Vorkammerzündkerzen umfassen, wie für herkömmliche Zündkerzen bekannt, eine in einem Gehäuse angeordnete Mittelelektrode und eine Masseelektrode, die zwischen sich einen Zündspalt definieren, in dem ein Luft-Brennstoffgemisch entzündet wird. Dieses entzündete Luft-Brennstoffgemisch wird nachfolgend durch Öffnungen in einer am brennraumseitigen Ende der Vorkammer-Zündkerze befindlichen Kappe in eine Hauptbrennkammer geleitet, in der die eigentliche Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs für den Kolbenhub erfolgt. Vor allem die Kappe unterliegt starken Temperatureinwirkungen bei einem Betrieb der Vorkammerzündkerze. Durch unzureichende Wärmeabfuhr in der Vorkammerzündkerze kann es zu einem Wärmestau an der Kappe kommen, was zu ungewollten Glühzündungen und somit zu einem erhöhten Kappen- und Elektroden-Verschleiß führen kann. Zudem kann durch unkontrollierte Zündungen eine Schädigung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. EP3173596 A1, JP 2013 073709A, US 9745892 B2 und DE 10 2017 107728 A1 offenbaren bekannte Vorkammerzündkerzen gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine verbesserte Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr über eine Kappenaußenfläche der Kappe aus. Dadurch wird ein Wärmestau an der Kappe der Vorkammerzündkerze verringert und ungewollte Glühzündungen durch zu hohe Temperaturen der Kappe können vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Vorkammerzündkerze mit einem Gehäuse und mit einer Kappe. Die Kappe ist an einem, in axialer Richtung der Vorkammerzündkerze betrachteten, brennraumseitigen Ende des Gehäuses angeordnet. Kappe und Gehäuse bilden zusammen eine Vorkammer aus. In der Kappe ist zumindest eine Durchtrittsöffnung ausgebildet, welche einen Durchtritt von Gasen aus der Vorkammer durch die Kappe und in den Brennraum ermöglicht. In der Vorkammer erfolgt dabei eine erste Zündung, wobei Fackelstrahlen durch die Durchtrittsöffnung durch die Kappe hindurchgehen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum zünden. Zur Erreichung der optimierten Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr ist eine der Vorkammer abgewandte Kappenaußenfläche der Kappe in zumindest einem vordefinierten Verhältnis zu jeweils einem weiteren geometrischen Merkmal der Kappe vorgesehen. Vorteilhafterweise beträgt die Kappenaußenfläche dabei 130mm2. Bevorzugt steht die Kappenaußenfläche jeweils mit mehreren verschiedenen geometrischen Merkmalen in einem vordefinierten Verhältnis. Das heißt, die Geometrie der Kappe ist so angepasst, dass über die Kappenaußenfläche eine verbesserte Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr erreicht ist und somit ein Wärmestau an der Kappe vermieden wird. Insbesondere begünstigen die speziellen Flächenverhältnisse dabei auch eine Wärmeleitung von der Kappe an das Gehäuse. Dadurch wird eine thermische Belastung der Kappe beim Betrieb der Vorkammerzündkerze verringert und eine Lebensdauer der Vorkammerzündkerze erhöht. Insbesondere werden Temperaturen der Kappe durch einen optimierten Wärmetransport verringert, wodurch unkontrollierte Glühzündungen an der Kappe vermieden werden können, was sich weiter vorteilhaft auf die Lebensdauer der Kappe und somit auch der Vorkammerzündkerze auswirkt. Bei einem Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht die Vorkammerzündkerze somit besonders kontrollierte Zündungen des Gas-Luft-Gemischs. Durch die Vermeidung unkontrollierter Glühzündungen wird dabei auch eine Schädigung der Verbrennungskraftmaschine verhindert und ein besonders effizienter Betrieb ermöglicht. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist ein erstes geometrisches Merkmal, eine der Vorkammer zugewandte Kappeninnenfläche der Kappe. Ein erstes Verhältnis von Kappenaußenfläche zu Kappeninnenfläche beträgt dabei mindestens 1:1 und maximal 3:1. Besonders bevorzugt beträgt das erste Verhältnis 2,167:1. Vorteilhafterweise beträgt die Kappeninnenfläche bei einer Kappenaußenfläche von 130 mm2 und einem ersten Verhältnis von 2,167:1 etwa 60 mm2. Dadurch wird ein besonders günstiges Verhältnis von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe über die Oberflächen der Kappe erzielt. Vor allem wird eine gute Wärmeabstrahlung über die Kappenaußenfläche erreicht, um die Temperaturen an der Kappe niedrig zu halten. Besonders günstig ist es, wenn die Kappe einen Flansch aufweist, der in das Gehäuse eingeführt ist, um die Kappe am Gehäuse zu zentrieren. Der Flansch entspricht somit einem Zentrierabsatz, welcher eine definierte Anordnung der Kappe an einem Innenumfang des Gehäuses ermöglicht. Bevorzugt ist dabei eine Presspassung zwischen