DE69926065T2 - Zusammenbau einer gekühlten Vorkammer - Google Patents

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Devang D. Lafayette Divecha
Geoffrey D. Lafayette Ginzel
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorbrennkammeranordnung und insbesondere auf eine Vorbrennkammeranordnung mit einem Zündkerzenkühldurchlassweg.
  • Technischer Hintergrund
  • Vorbrennkammeranordnungen sind in Verbrennungsmotoren schon einige Zeit verwendet worden, um gasförmige Brennstoffe zu zünden. Solche Vorbrennkammeranordnungen verwenden typischerweise eine Zündkerze, um die Brennstoff-Luft-Mischung in einer Vorbrennkammer zu zünden, die in der Vorbrennkammeranordnung gelegen ist. Die Zündkerze ist der Vorbrennkammer ausgesetzt, um die Brennstoff-Luft-Mischung zu zünden, die dorthin eingespritzt wird. Die Temperatur in der Vorbrennkammer ist extrem heiss, was schädlich für die Lebensdauer der Zündkerze ist. Als eine Folge ist ein häufiger Ersatz der Zündkerze nötig.
  • Es wäre vorteilhaft, die Temperatur der Vorbrennkammer zu reduzieren, um die Lebensdauer der Zündkerze zu steigern. Jedoch wäre eine solche Verringerung schädlich für die Verbrennung und den Betrieb des Verbrennungsmotors. Eine vollständige Verbrennung würde höhere Niveaus von Stickoxid-Emissionen zur Folge haben und Ineffizienzen im Motorbetrieb.
  • Versuche, die Temperatur der Zündkerze in einem Bereich der Elektrode der Zündkerze zu reduzieren, sind unternommen worden. Als eine Folge ist die Lebensdauer der Zündkerze kurz, und die Ausfallzeit eines Verbrennungsmotors für einen Ersatz kommt oft vor.
  • US-A-5 222 993 offenbart eine gekühlte Vorbrennkammeranordnung für einen Verbrennungsmotor, die Folgendes aufweist: einen ersten Körperteil mit einer Zündkerzenaufnahmebohrung; einen zweiten Körperteil, der zumindest den umgebenden Kühldurchlass aufweist, und zwar mit einer darin angeordneten gestuften Bohrung (siehe Figur), wobei die Bohrung einen Gegenboh rungsteil bzw. Senkungsteil, einen Gewindebohrungsteil und eine Längsachse hat, wobei der zweite Körperteil axial mit der Zündkerzenaufnahmebohrung ausgerichtet ist; einen dritten Körperteil mit einer Vorbrennkammer, die darin gelegen ist, wobei der zweite Körperteil zwischen den ersten und dritten Körperteilen gelegen ist, und wobei die gestufte Bohrung zu der Zündkerzenaufnahmebohrung und der erwähnten (Vor-)Brennkammer offen ist; und einen Zündkerzenkühldurchlassweg (siehe Bezugszeichen 44 in der Figur) der in dem zweiten Körperteil an einer vorbestimmten radialen Stelle beabstandet von dem Gewindebohrungsteil angeordnet ist, wobei der Zündkerzenkühldurchlassweg geeignet ist, um einen Kühlströmungsmittelfluss in enger Nähe relativ zu dem Gewindebohrungsteil vorbeizuleiten, und wobei dieser durch die ersten und zweiten Seitenflächen definiert wird, die radial von der gestuften Bohrung beabstandet sind.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine gekühlte Vorbrennkammeranordnung für einen Verbrennungsmotor wie von den Merkmalen gemäß Anspruch 1 definiert, erste, zweite und dritte Körperteile. Der erste Körperteil hat eine Zündkerzenaufnahmebohrung. Der zweite Körperteil hat eine gestufte Bohrung. Die gestufte Bohrung hat einen Gegenbohrungsteil bzw. Senkungsteil, einen Gewindebohrungsteil und eine Längsachse. Der zweite Körperteil ist axial mit der Zündkerzenaufnahmebohrung ausgerichtet. Der dritte Körperteil hat eine Vorbrennkammer. Der zweite Körperteil ist zwischen den ersten und dritten Körperteilen gelegen, und die gestufte Bohrung ist zu der Zündkerzenaufnahmebohrung und der Brennkammer offen. Ein Zündkerzenkühldurchlassweg ist in dem zweiten Körperteil an einer vorbestimmten radialen Stelle beabstandet von dem Gewindebohrungsteil und um diesen herum angeordnet. Der Zündkerzenkühldurchlassweg ist geeignet, um den Kühlströmungsmittelfluss in enger Nähe relativ zu dem Gewindebohrungsteil zu leiten.
  • Als eine Folge ermöglicht der Zündkerzenkühldurchlassweg, dass der Kühlströmungsmittelfluss in enger Nähe zu dem Gewindeteil der Zündkerze läuft und dadurch Wärme von der Zündkerze überträgt und die Lebensdauer der Zündkerze steigert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer gekühlten Vorbrennkammeranordnung der vorliegenden Erfindung, die so gezeigt ist, dass sie in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eingebaut ist;
  • 2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht der gekühlten Vorbrennkammeranordnung der 1, die genauer gezeigt ist;
  • 3 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht, die entlang der Linien 3-3 der 2 aufgenommen ist;
  • 4 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht, die entlang der Linien 4-4 der 2 aufgenommen ist; und
  • 5 ist eine diagrammartige vergrößerte Querschnittsansicht der gekühlten Vorbrennkammer der 2, die einen zweiten Körperteil genauer zeigt.
  • Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 und 2 ist eine gekühlte Vorbrennkammeranordnung 10 derart gezeigt, dass sie in einer Bohrung 12 in einem Zylinderkopf 14 eines Verbrennungsmotors 16 angeordnet ist. Die gekühlte Vorbrennkammeranordnung 10 erstreckt sich von dem Zylinderkopf 14 in eine Brennkammer 18 des Verbrennungsmotors 16. Eine Dichtungsfläche 20 ist in dem Zylinderkopf 14 vorgesehen, um die Brennkammer 18 gegen Kühlströmungsmittel abzudichten, welches in den Kühlströmungsmitteldurchlässen 44 in dem Zylinderkopf 14 angeordnet ist.
  • Wie am besten in 2 zu sehen hat die gekühlte Vorbrennkammeranord nung 10 einen ersten Körperteil 22, einen zweiten Körperteil 24 und einen dritten Körperteil 26. Der erste Körperteil 22 hat erste und zweite Enden 28, 30 und einen zylindrischen Körperteil 32, der zwischen den ersten und zweiten Enden 28, 30 gelegen ist. Ein Bundteil 54 mit einer rohrförmigen Konfiguration erstreckt sich axial von dem zweiten Ende 30. Ein Flansch 34 ist am ersten Ende 28 des ersten Körperteil 22 vorgesehen. Der Flansch 34 hat ein Paar von Öffnungen 36, die dort hindurch angeordnet sind, um Gewindebefestigungsmittel 38 aufzunehmen. Die Gewindebefestigungsmittel 38 sind verschraubbar mit dem Zylinderkopf 14 verbunden. Die Gewindebefestigungsmittel 38 halten die gekühlte Vorbrennkammeranordnung 10 in der Bohrung 12 im Zylinderkopf 14 und halten sie von einer Drehbewegung und einer axialen Bewegung relativ zur Bohrung 12 ab.
  • Der erste Körperteil 22 hat auch eine Vielzahl von axial beabstandeten ringförmigen Nuten 40, die umlaufend um eine zylindrische Außenfläche 52 angeordnet sind. Die ringförmigen Nuten 40 öffnen sich radial nach außen und nehmen jeweils eine "O-Ringdichtung" 42 auf. Die "O-Ringdichtungen" 42 sind jeweils in Eingriff mit dem Zylinderkopf 14 an beabstandeten axialen Stellen in der Bohrung 12 und sie dichten die verschiedenen Kühlströmungsmitteldurchlässe 44 gegen eine Strömungsmittelleckage dadurch ab. Die Dichtungen 42 sind aus irgendeinem geeigneten nicht metallischen "O-Ringdichtungsmaterial".
  • Der erste Körperteil 22 hat auch eine Zündkerzenaufnahmebohrung 46, die dort hindurch angeordnet ist und sich an den ersten und zweiten Enden 28, 30 des ersten Körperteil 22 öffnet. Die Zündkerzenaufnahmebohrung 46 ist parallel zu einer Längsachse 48 des ersten Körperteil 22 und radial davon versetzt. Die Zündkerzenaufnahmebohrung 46 hat einen ausreichenden Durchmesser, um eine Zündkerze 50 mit einer Zündkerzenverlängerung 51 aufzunehmen, und um einen Zugriff auf die Zündkerze 50 zu Zwecken des Einbaus und der Entfernung zu gestatten. Die Zündkerze 50 bedeutet im Zusammenhang mit dieser Erfindung irgend eine geeignete Zündungsvorrichtung, die in der Technik verfügbar ist.
  • Der erste Körperteil 22 hat auch eine darin angeordnete Rückschlagventilaufnahmebohrung 56. Die Rückschlagventilaufnahmebohrung 56 öffnet sich an den ersten und zweiten Enden 28, 30 und hat einen vorbestimmten Durchmesser, der ausreicht, um eine Rückschlagventilanordnung 58 und einen Stecker 59 am ersten Ende 28 aufzunehmen. Die Rückschlagventilaufnahmebohrung 56 ist im wesentlichen in Längsrichtung parallel zu der Zündkerzenaufnahmebohrung 46 und zu der längs verlaufenden Mittelachse 48 des ersten Körperteil 22. Der erste Körperteil 22 ist vorzugsweise aus einem duktilen Gusseisen gemacht – perlitisches Ferrit.
  • Der zweite Körperteil 24 hat ein erstes Ende 60 und ein zweites Ende 62, einen ersten Endteil 64, der am ersten Ende 60 endet, und einen zweiten Endteil 65, der am zweiten Ende 62 endet. Die ersten und zweiten Endteile 64, 65 sind zylindrisch. Die ersten und zweiten Enden 60, 62 sind im wesentlichen parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht zum ersten Endteil 64. Der zweite Körperteil 24 ist aus rostfreiem Stahlmaterial gemacht, welches relativ hohen Temperaturen im Vergleich zu den Niedertemperatureigenschaften des ersten Körperteils 22 widerstehen kann. Vorzugsweise wird eine geknetete rostfreie Stahllegierung vom Typ 347 verwendet. Diese Legierung hat eine hervorragende Gießbarkeit, Schweissbarkeit und ist nicht durch Wärmebehandlung härtbar. Dieses Material ist insbesondere geeignet zur Anwendung zwischen 800 und 1650 Grad Fahrenheit (412 und 884 Grad Celsius) unter Bedingungen mit Spannung, schwerer Korrosion und Schwingungen. Der zweite Körperteil 24 ist vorzugsweise in die allgemeine Konfiguration gegossen und darauf folgend auf die letztendlichen Abmessungen maschinell bearbeitet, wo erforderlich.
  • Der zweite Körperteil 24 hat eine darin angeordnete gestufte Bohrung 66. Die gestufte Bohrung 66 öffnet sich an den ersten und zweiten Enden 60, 62 und ist geeignet, die Zündkerze 50 aufzunehmen. Die gestufte Bohrung 66 hat einen Gewindebohrungsteil 68 und einen Senkungsteil 70. Der Gewindebohrungsteil 68 nimmt verschraubbar den Gewindeendteil 72 der Zündkerze 50 auf, und der Senkungsteil 70 ist geeignet, um die Zündkerze 50 mit einem radialen Spiel aufzunehmen. Eine Dichtungsfläche 71 wird von einer Stufe definiert, die zwischen dem Senkungsteil 70 und dem Gewindebohrungsteil 68 gelegen ist. Die Dichtungsfläche 71 ist geeignet, um dichtend mit der Zündkerze 50 in Eingriff zu kommen. Der Senkungsteil 70 und der Gewindebohrungsteil 68 sind axial ausgerichtet. Der zweite Körperteil 24 hat auch einen Brennstoffdurchlassweg 74, der darin angeordnet ist und sich an den ersten und zweiten Enden 60, 62 öffnet. Der Strömungsmitteldurchlassweg 74 öffnet sich am ersten Ende 60 des zweiten Körperteils 24 in die Rückschlagventilaufnahmebohrung 56 und am zweiten Ende 30 des ersten Körperteils 22. Der Gewindebohrungsteil 68 öffnet sich an der Dichtungsfläche 71 und einer Vorbrennkammerendfläche 90. Der Brennstoffdurchlassweg 74 öffnet sich auch an der Vorbrennkammerendfläche 90.
  • Der dritte Körperteil 26 hat ein erstes Ende 76 und einen kugelförmigen Kuppelendteil 78, der vom ersten Ende 76 beabstandet ist. Der dritte Körperteil 26 hat einen zylindrischen ersten Endteil 80, einen zylindrischen zweiten Endteil 82 und einen Übergangsteil 84, der zwischen den ersten und zweiten Endteilen 80, 82 gelegen ist. Der Übergangsteil 84 sieht einen allmählichen Übergang und eine Vermischung zwischen den unterschiedlichen Durchmessern der ersten und zweiten zylindrischen Endteile 80, 82 vor. Der Kuppelendteil 78 endet an dem zweiten Endteil 82 und ist tangential daran. Die ersten und zweiten Endteile 80, 82, der Übergangsteil 84 und der Kuppelendteil 78 sind um eine Mittelachse 86 herum angeordnet.
  • Eine Dichtungsfläche 88 ist um den dritten Körperteil 26 an einer vorbestimmten Stelle axial entlang dem Übergangsteil 84 zwischen dem ersten Endteil 80 und dem Kuppelendteil 78 angeordnet. Die Dichtungsfläche 88 erstreckt sich in Querrichtung relativ zur Mittelachse 86. Die Dichtungsfläche 88 ist vorgesehen, um die Leckage zwischen der Brennkammer 18 und den Kühlströmungsmitteldurchlässen 44 abzudichten. Die Dichtungsfläche 88 steht mit dem Oberflächenbereich 20 in Eingriff, der benachbart zu einer Bohrung 92 gelegen ist, die in dem Zylinderkopf 14 angeordnet ist. Die Bohrung 92 öffnet sich in die Brennkammer 18 und nimmt den zweiten Endteil 82 auf. Die Bohrung 92 ermöglicht, dass der Kuppelendteil 78 sich in die Brennkammer 18 erstreckt und dieser ausgesetzt ist.
  • Der dritte Körperteil 26 hat eine Vorbrennkammer 94, die darin angeordnet ist. Die Vorbrennkammer hat im allgemeinen die gleiche Form wie jene des dritten Körperteils 26 und öffnet sich an dem ersten Ende 76 des dritten Körperteils 26. Wie gezeigt ist ein Endteil 90 der Vorbrennkammer 94 in dem zweiten Körperteil 24 angeordnet und öffnet sich am zweiten Ende 62 des zweiten Körperteils 24. Eine Vielzahl von voneinander beabstandeten radial orientierten Zumessöffnungen 96 ist in dem Kuppelendteil 78 angeordnet. Die Zumessöffnungen 96 öffnen sich in die Vorbrennkammer 94 und in die Brennkammer 18 des Motors 16. Die Zumessöffnungen 96 leiten die expandierenden Gase von der Vorbrennkammer 94 in einem vorbestimmten Muster in die Brennkammer 18.
  • Der dritte Körperteil 26 ist aus einem Hochtemperatur-Material gemacht. Insbesondere ist eine thermisch stabile und gegen die Umwelt resistente Zelle Hochtemperatur-Legierung, wie beispielsweise Haynes 230, hergestellt von Haynes International Inc., Kokomo, Indiana USA die erwünschte Wahl. Diese Legierung ist eine Mittel-Chrom-Wolfram-Molybdän-Legierung, die Hochtemperatur-Festigkeit, Beständigkeit gegen oxidieren der Umgebungen bis zu 2100 Grad Fahrenheit (1149 Grad Celsius), Widerstandsfähigkeit gegen nitrirende Umgebungen und thermische Langzeitstabilität. Es sei bemerkt, dass andere Hochtemperatur-Materialien von geeigneter Zusammensetzung eingesetzt werden könnten, ohne von der Erfindung abzuweichen. Der dritte Körperteil 26 kann gegossen sein oder aus einem Halbzeug maschinell herausgearbeitet worden sein.
  • Der erste Körperteil 22, der zweite Körperteil 24 und der dritte Körperteil 26 sind miteinander verbunden, um die Vorbrennkammeranordnung 10 zu bilden. Insbesondere ist das zweite Ende 30 des er ersten Körperteils 22 mit dem ersten Ende 60 des zweiten Körperteils 24 verbunden, und das zweite Ende 62 des zweiten Körperteils 24 ist mit dem ersten Ende 76 des dritten Körperteils 26 verbunden.
  • Das zweite Ende 30 des ersten Körperteils 22 ist mit dem ersten Ende 60 des zweiten Körperteils 24 durch ein Lötmaterial von geeigneter Zusammensetzung verbunden, das der Umgebung (Temperatur, chemische und mechanische Belastung) widerstehen kann, der es ausgesetzt ist. Beispielsweise ist ein Silber-Nickel-Lötenmaterial für eine solche Anwendung geeignet. Der Bundteil 54 nimmt den zylindrischen ersten Endteil 64 des zweiten Körperteils 24 im wesentlichen koaxial darin auf. Der Bundteil 54 ist radial von dem ersten Endteil 64 des zweiten Körperteils 24 um eine vorbestimmte Distanz beabstandet, und zwar ausreichend, um das fließende Lötmaterial dazwischen während des Lötvorgangs aufzunehmen, um Festigkeit, Steifigkeit und die erforderliche relativen Positionierung der ersten und zweiten Körperteile 22, 24 vorzusehen. Es sei bemerkt, dass die Zündkerzenaufnahmebohrung 46 und der Senkungsteil 70 axial ausgerichtet sind und im wesentlichen den gleichen Durchmesser haben.
  • Das zweite Ende 62 des zweiten Körperteils 24 liegt an dem ersten Ende 76 des dritten Körperteils 26 durch eine Schweißnaht mit gesteuerter Tiefeneindringung an und ist dadurch damit verbunden, beispielsweise eine Laser- oder Elektronenstrahlschweißung und, die um die Vorbrennkammer 10 an einer Verbindung oder einem Kontakt zwischen den ersten und zweiten Enden 76, 62 angeordnet ist. Eine Schweißnaht mit gesteuerter Tiefeneindringung wird verwendet, um genau die Eindringungstiefe zu steuern, um die Einddringungstiefe zu maximieren und um eine adäquate Festigkeit der Schweißnaht vorzusehen. Die Eindringungstiefe ist zwischen 4 und 4,5 mm an der Verbindung des Kontaktes. Die Wanddicke an dieser Verbindung ist ungefähr 5 mm. Der zylindrische zweite Endteil 65 des zweiten Körperteils 24 und der zylindrische erste Endteil 80 des dritten Körperteils 26 sind im wesentlichen vom gleichen Durchmesser und sind axial ausgerichtet.
  • Wie am besten in den 35 zu sehen ist ein Zündkerzenkühldurchlassweg 98 in dem zweiten Körperteil 24 an einer vorbestimmten radialen Stelle beabstandet von dem Gewindebohrungsteil 68 und um diesen herum angeordnet. Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 ist geeignet, um einen Kühlströmungsmittelfluss in enger Nähe relativ zu dem Gewindebohrungsteil 68 zu leiten. Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 wird durch erste und zwei te beabstandete Seitenflächen 100, 102 definiert, die radial von der gestuften Bohrung 66 beabstandet sind. Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 ist auch durch erste und zweite beabstandete Endflächen 104, 106 definiert. Die ersten und zweiten Endflächen 104, 106 sind quer zu dem ersten und zweiten Seitenflächen 100, 102 und sind mit diesen verbunden. Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 ist im wesentlichen rechteckig geformt.
  • Die ersten und zweiten Seitenflächen 100, 102 und die ersten und zweiten Endflächen 104, 106 sind in axialer Richtung relativ zu der gestuften Bohrung 66 zwischen der Dichtungsfläche und der Vorbrennkammerendfläche 71, 90 gelegen. Die Dichtungsfläche und die Vorbrennkammerendfläche 71, 90 sind voneinander beabstandet. Die erste Seitenfläche 100 ist im wesentlichen parallel zur Längsachse 48 der gestuften Bohrung 66 und ist um eine vorgewählte radiale Distanz von der Gewindebohrung 68 beabstandet. Die erste Seitenfläche 100 definiert eine zylindrische Wand 112 des zweiten Körperteils 24 radial um die Längsachse 48 und relativ zu der Gewindebohrung 68. Die erste Endfläche 104 ist eng benachbart und um eine vorbestimmte Distanz beabstandet von der Vorbrennkammerendfläche 71.
  • Der zweite Körperteil 24 hat eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen 108, die darin angeordnet sind. Die Öffnungen 108 sind geeignet, um Kühlströmungsmittelfluss in den Zündkerzenkühldurchlassweg 98 zu leiten. Die ersten und zweiten Endflächen 104 erstrecken sich radial relativ zu der Längsachse der gestuften Bohrung 66, um voneinander beabstandete Endflächen 110 der Öffnungen 108 zu definieren. Die voneinander beabstandeten Öffnungen 108 erstrecken sich durch die zweite Seitenfläche 102 und unterbrechenden diese intermittierend.
  • Der Brennstoffdurchlassweg 74, der in dem zweiten Körperteil 24 angeordnet ist, öffnet sich an der Vorbrennkammerendfläche 90 und dem ersten Ende 60 des zweiten Körperteils 24, welches gegenüberliegend zur Endstirnseite 90 ist. Der Brennstoffdurchlassweg 74 ist radial von der gestuften Bohrung 66 beabstandet. Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 ist zwischen dem Brennstoffdurchlassweg 74 und der gestuften Bohrung 66 gelegen.
  • Der zweite Körperteil 24 ist in dem Zylinderkopfkühldurchlassweg 44 angeordnet. Die Öffnungen 108 in dem zweiten Körperteil 24 sind zum Zylinderkopfkühldurchlassweg 44 offen und sind geeignet, um einen Kühlströmungsmittelfluss zwischen dem Zylinderkopfkühldurchlassweg 44 und dem Zündkerzenkühldurchlassweg 98 zu leiten.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen und im Betrieb erleichtert der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 die Kühlung des zweiten Körperteils 24 an einer Stelle in enger Nähe zu dem Gewindebohrungsteil 68 der gestuften Bohrung 66. Das Kühlströmungsmittel, dass in dem Kühlströmungsmitteldurchlassweg 44 des Zylinderkopfes 14 fließt, überträgt Wärme von der Zündkerze 50, die verschraubbar in dem Gewindebohrungsteil 68 angeordnet ist, durch Leitung. Somit wird die Temperatur der Zündkerze am Elektrodenendteil der Zündkerze 50 reduziert. Diese Verringerung ergibt eine gesteigerte Lebensdauer der Zündkerze und eine verringerte Ausfallzeit des Motors.
  • Die Öffnungen 108, die in dem zweiten Körperteil 24 angeordnet sind, leiten Kühlströmungsmittelfluss, der in dem Zylinderkopf 14 zwischen dem Durchlassweg 44 und dem Zündkerzenkühldurchlassweg 98 zirkuliert wird. Der Kühlströmungsmittelfluss, der im Zylinderkopf 14 zirkuliert wird, wird in herkömmlicher Weise gekühlt, wie beispielsweise durch einen (nicht gezeigten) Kühler. Weil der Zündkerzenkühldurchlassweg 44 wie oben beschrieben in enger Nähe zum Gewindebohrungsteil 68 gelegen ist, ist die Wärmeübertragung auf das Kühlströmungsmittel effizient. Die radial gemessene Wanddicke zwischen dem Gewindebohrungsteil 68 und der ersten Seitenfläche 100 und die axiale Länge der ersten Seitenfläche 100 richtet die Größe des Oberflächenbereiches ein, der zum Kühlströmungsmittel offen ist, und auch das Wärmeübertragungspotenzial.
  • Eine vorgewählte Beabstandung zwischen dem ersten und zweiten Seitenflächen 100, 102 und die vorgewählte Beabstandung zwischen der ersten und zweiten Endfläche 104, 106 bestimmt die Querschnittsfläche des Zündkerzenkühldurchlassweges 98 und richtet die Kühlströmungsmittelflusskapazität innerhalb des Durchlassweges 98 ein. Diese Abmessungen werden basierend auf mechanischen Einschränkungen und Notwendigkeiten der Kühlung ausgewählt.
  • Der Zündkerzenkühldurchlassweg 98 dient auch dazu, den zweiten Körperteil 24 an der Vorbrennkammerendfläche 90 zu kühlen und verlängert weiter die Lebensdauer des zweiten Körperteils 24. Die erste Endfläche 104 ist an einer vorgewählten Distanz von der Vorbrennkammerendfläche 90 angeordnet, um die Wärmeübertragung von der Endfläche 90 und deren Kühlung zu maximieren.
  • Die Position des Zündkerzenkühldurchlassweges 98 zwischen dem Gewindebohrungsteil 68 und dem Brennstoffdurchlassweg 74 hält diesen Bereich, wie beschrieben, auf einer verringerten Temperatur und stabilisiert die Temperatur des Brennstoffes, der zur Brennkammer 18 geliefert wird.
  • Die gekühlte Vorbrennkammeranordnung 10, die aus drei unterschiedlichen Materialien gemacht ist (wie oben dargestellt), maximiert basierend auf der Betriebsumgebung (Temperatur und Chemie), der sie ausgesetzt ist, die Lebensdauer der gekühlten Vorbrennkammer und reduziert ihre Kosten. Es sei bemerkt, dass die Bedingungen der Temperatur und der Chemie die in der Vorbrennkammer 94 des dritten Körperteils 26, wo die Verbrennung des Brennstoffes stattfindet, ein anderes Material erfordert, als jene des zweiten Körperteils 24, wo Brennstoff durch den Brennstoffdurchlassweg 74 verteilt wird und die Zündkerze 50 an der Position gehalten wird. Der erste Körperteil 22, der den niedrigsten Temperaturen ausgesetzt ist, erfordert das am wenigsten exotische Material. Dass Verlöten der ersten und zweiten Körperteile 22, 24 und die Steuerung der Tiefeneinbringung der Schweißnaht der zweiten und dritten Körperteile 24, 26 macht die Montage der drei unterschiedlichen Materialien möglich. Es sei bemerkt, dass der Zündkerzenkühlströmungsmitteldurchlassweg 98 zu einer niedrigeren Betriebstemperatur des zweiten Körperteils 24 beiträgt und zu der Auswahl eines Materials für niedrigere Betriebstemperatur beiträgt.
  • Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims (11)

  1. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) für einen Verbrennungsmotor (16), die Folgendes aufweist: einen ersten Körperteil (22) mit einer Zündkerzenaufnahmebohrung (50); einen zweiten Körperteil (24) mit einer darin angeordneten gestuften Bohrung (66), wobei die gestufte Bohrung (66) einen Senkungs- bzw. Gegenbohrungsteil (70) hat, weiter einen Gewindebohrungsteil (68) und eine Längsachse (48), wobei der zweite Körperteil (24) axial mit der Zündkerzenaufnahmebohrung (46) ausgerichtet ist; einen dritten Körperteil (26) mit einer Vorbrennkammer (94), die darin angeordnet ist, wobei der zweite Körperteil (24) zwischen den ersten und dritten Körperteilen (22, 26) gelegen ist, und wobei die gestufte Bohrung (66) zu der Zündkerzenaufnahmebohrung (46) und der Brennkammer (18) offen ist; einen Zündkerzenkühldurchlassweg (98), der in dem zweiten Körperbohrungsteil (24) an einer vorbestimmten radialen Stelle angeordnet ist, die von dem Gewindebohrungsteil (68) beabstandet und um diesen herum angeordnet ist, wobei der Zündkerzenkühldurchlassweg (98) geeignet ist, einen Kühlströmungsmittelfluss in enger Nähe relativ zum Gewindebohrungsteil (68) zu leiten; wobei der Zündkerzenkühldurchlassweg (98) durch erste und zweite Seitenflächen (100, 102) definiert wird, die von der gestuften Bohrung (66) beabstandet sind, und wobei der zweite Körperteil (24) eine Dichtungsfläche (20) und eine Vorbrennkammerendfläche (90) besitzt, wobei die Dichtungsfläche und die Vorbrennkammerendfläche (90) voneinander beabstandet sind, wobei der Gewindebohrungsteil (68) sich an der Dichtungsfläche (71) und der Vorbrennkammerendfläche (90) öffnet, wobei der Zündkerzenkühldurchlassweg (98) durch erste und zweite voneinander beabstandete Endflächen (104, 106) definiert wird, wobei die ersten und zweiten Endflächen (104, 106) quer zu dem ersten und zweiten Seitenflächen (100, 102) sind und mit diesen verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Seitenflächen (100, 102) und die ersten und zweiten Endflächen (104, 106) zwischen der Dichtungsfläche (88) und der Vorbrennkammerendfläche (90) gelegen sind.
  2. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Körperteil (24) eine darin angeordnete Öffnung (108) besitzt, wobei die Öffnung (108) geeignet ist, um einen Kühlströmungsmittelfluss in den Zündkerzenkühldurchlassweg (98) zu leiten.
  3. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Körperteil (24) eine Vielzahl von darin angeordneten beabstandeten Öffnungen (108) besitzt, wobei die Öffnungen (108) geeignet sind, einen Kühlströmungsmittelfluss in den Zündkerzenkühldurchlassweg (98) zu leiten.
  4. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Endflächen (104, 106) sich radial relativ zu der Längsachse (48) der gestuften Bohrung (66) erstrecken, um voneinander beabstandete Endflächen (104, 106) der Öffnungen (108) zu definieren.
  5. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die erste Seitenfläche (100) im wesentlichen parallel zur Längsachse (48) der gestuften Bohrung (66) ist.
  6. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die erste Seitenfläche (100) um eine vorgewählte radiale Distanz von der Gewindebohrung beabstandet ist und eine zylindrische Wand des zweiten Körperteils (24) radial um die Längsachse (48) und relativ zu dem Gewindebohrungsteil (68) definiert.
  7. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 6, wobei der zweite Körperteil (24) ein erstes Ende (60) gegenüberliegend zur Vorbrennkammerendfläche besitzt und einen Brennstoffdurchlassweg (74) aufweist, der in dem zweiten Körperteil (24) angeordnet ist und sich am ersten Ende (60) und an der Vorbrennkammerendfläche öffnet, wobei der Brennstoffdurchlassweg (74) radial von der gestuften Bohrung (66) beabstandet ist, und wobei der Zündkerzenkühldurchlassweg (98) zwischen dem Brennstoffdurchlassweg (74) und der gestuften Bohrung (66) gelegen ist.
  8. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die ersten, zweiten und dritten Körperteile (22, 24, 26) jeweils aus einem anderen metallischen Material aufgebaut sind.
  9. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Körperteile (22, 24) miteinander durch Hartlöten verbunden sind, und wobei die zweiten und dritten Körperteile (24, 26) miteinander durch Schweißnähte mit gesteuerter Tiefeneindringung verbunden sind.
  10. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 2, die einen Zylinderkopf (14) mit einem Zylinderkopfkühldurchlassweg (44) aufweist, der darin angeordnet ist, wobei der zweite Körperteil (24) in dem Zylinderkopfkühldurchlassweg (44) angeordnet ist, wobei die Öffnung (108) in dem zweiten Körperteil (24) zum Zylinderkopfkühldurchlassweg (44) offen ist und geeignet ist, einen Kühlströmungsmittelfluss zwischen dem Zylinderkopfkühldurchlassweg (44) und dem Zündkerzenkühldurchlassweg (98) zu kühlen.
  11. Gekühlte Vorbrennkammeranordnung (10) nach Anspruch 10, die eine Zündkerze aufweist, die verschraubbar in dem Gewindebohrungsteil (68) angeordnet ist, wobei die Zündkerze (50) durch das Kühlströmungsmittel in dem Zündkerzenkühldurchlassweg (98) gekühlt wird.
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