DE10133190A1 - Vorkammeranreicherung - Google Patents

Vorkammeranreicherung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine deren Arbeitsraum ein Luft-Gas-Gemisch zugeführt und mittels einer Zündvorrichtung gezündet wird. DOLLAR A Dies geschieht in der Form, dass das Luft-Gas-Gemisch zumindest vorübergehend angefettet wird. Hierzu ist in den Zylinderkopf 1 ein von einer Zylinderkopfaußenwand in den Arbeitsraum 5 oder eine Vorkammmer führender Kanal 14a, 14b eingelassen, und durch den Kanal 14a, 14b ist gesteuert ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch in den Arbeitsraum 5 oder die Vorkammer einleitbar. Durch diese Ausbildung bzw. dieses Verfahren ist es möglich, die vorhandenen Zyklusschwankungen des Zünddruckes zu verringern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegt wird, wobei dem Arbeitsraum als Hauptbrennstoff ein Luft-Gas-Gemisch über einen Gaswechselkanal im Zylinderkopf zugeführt wird und wobei in dem Zylinderkopf eine Zündvorrichtung vorhanden ist, dadurch. Weiterhin betrifft die Erfindung eine derartig ausgebildete Brennkraftmaschine.
  • Ein derartiges Verfahren und eine derartige Brennkraftmaschine sind aus der EP 0 906 500 B1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein Zündsystem für einen Gasmotor, bei dem in den Zylinderkopf eine Zündkammer eingesetzt ist, in der ein Luft-Gas-Gemisch über eine Zündvorrichtung entflammbar ist. Dabei ist die Zündkammer gegenüber dem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine absperrbar. Durch diese Ausbildung ist eine genaue und sichere Bestimmung des Entflammungszeitpunktes des Luft-Gas-Gemisches möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, mit der bzw. mit dem ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Luft-Gas-Gemisch zumindest vorübergehend angefettet wird und dass der Anfettungsbrennstoff in eine Zündkammer der Zündvorrichtung eingebracht wird. Hierzu ist in den Zylinderkopf ein von einer Zylinderkopfaußenwand in die Zündkammer reichender (mehrteiliger) Kanal eingearbeitet. Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen ist es möglich, die Kanäle innerhalb oder außerhalb des Zylinderkopfs zusammenzuführen. Durch den Kanal ist gesteuert ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch in die Zündkammer einleitbar. Durch diese Ausbildung bzw. dieses Verfahren ist es möglich, die vorhandenen Zyklusschwankungen des Zünddruckes zu verringern. Als Folge davon wird durch kleinere Zyklusschwankungen eine Absenkung des Brennstoffverbrauches erreicht. Eine gleichmäßigere Verbrennung, die eine direkte Folge verringerter Zyklusschwankungen ist, hat außerdem den Vorteil eines ruhigeren Brennkraftmaschinenlaufes, da einzelne extrem hohe Zünddruckspitzen wegfallen. Dadurch ergibt sich weiterhin eine geringere mechanische Bauteilbelastung der Brennkraftmaschine.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung wird das Luft-Gas-Gemisch durch ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch angefettet. Das Gas kann beispielsweise Erdgas sein und das Gas-Luft-Gemisch weist gegenüber dem Luft-Gas-Gemisch vorzugsweise eine andere, insbesondere leichter entzündbare Zusammensetzung auf.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Zusammensetzung des Anfettungsbrennstoffes einstellbar. Dadurch kann einerseits bei sich ändernder Zusammensetzung des Hauptbrennstoffs, beispielsweise bei einer Absenkung des Gasanteils durch entsprechende Erhöhung des Gasanteils bei dem Anfettungsbrennstoff, eine kontinuierliche, zuverlässige Entzündung des Hauptbrennstoffs erreicht werden. Andererseits kann bei konstanter Zusammensetzung des Hauptbrennstoffs durch Änderung der Zusammensetzung des Anfettungsbrennstoffes auf sich ändernde Anforderungen hinsichtlich des Betriebs der Brennkraftmaschine eingegangen werden. Die Einstellung der Zusammensetzung erfolgt vorzugsweise mittels einer elektronisch gesteuerten Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, die anhand von Vorgaben bezüglich des gewünschten Betriebs der Brennkraftmaschine sowie einer Kennfeldauswertung und/oder über ermittelte Betriebszustände beispielsweise durch Sensoren (Gas, Klopf, Temperatur) die Einstellung vornimmt.
  • In bevorzugter Weiterbildung wird der Anfettungsbrennstoff einem Gasmischer zur Einstellung des Hauptbrennstoffs über eine Entnahmesonde entnommen, wobei in weiter Ausgestaltung die Position der Entnahmeeintrittsöffnung der Entnahmesonde in Bezug zu dem Gasstrom in dem Gasmischer verstellbar ist. Diese Ausgestaltung stellt einen nur verhältnismäßig geringen Bauaufwand dar, mit dem aber ein zuverlässig arbeitendes System realisiert ist.
  • In Weiterbildung ist die Zündkammer mit einem Spülgas durchspülbar. Diese Durchspülung erfolgt, um nach erfolgter Verbrennung Restgase aus der Zündkammer auszuspülen. Diese können die Qualität von neu zugeführtem Anfettungsbrennstoff verschlechtern und/oder eine Verschmutzung der Zündkammer einschließlich der Zündvorrichtung bewirken. Das Spülgas kann der unveränderte Anfettungsbrennstoff oder aber auch durch Reduzierung oder Abstellung der Gaszufuhr nur Luft sein. Wegen der geringen Spülgasmenge ist aber die Durchspülung mit Anfettungsbrennstoff problemlos möglich.
  • Darauf hingewiesen wird, dass im Rahmen der Erfindung das Gas oder das Gas-Luft-Gemisch auch in den Arbeitsraum und/oder eine Vorkammer in dem Zylinderkopf eingebracht werden kann. Hierbei erfolgt die Auswahl insbesondere nach der Größe des Arbeitsraums. Dabei ist die Vorkammer bevorzugt die Zündkammer der Kammerkerze, die in den Zylinderkopf eingesetzt ist, wobei die Vorkammer selbstverständlich auch als eigenständige Kammer direkt in den Zylinderkopf eingesetzt sein kann.
  • Weiterhin ist in jeden zu einer Zündkammer oder einen Arbeitsraum führenden Kanal ein Flammenfilter eingesetzt, das ein Zurückschlagen von Flammen verhindert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist in die Kammerkerze ein den Kanal beherrschendes Ventil eingebaut. Dieses Ventil kann ein Rückschlagventil, ein gesteuertes Ventil oder ein Ventil mit Drosselwirkung sein. Durch dieses Ventil wird der Grad der Anreicherung eingestellt. Insbesondere bei Anordnung des Ventils im Bereich des Dichtsitzes der Kammerkerze ist eine zuverlässige Kühlung des Ventils gewährleistet und eine Verkokung des Ventils ausgeschlossen.
  • Allgemein ist zu der Zündung des Luft-Gas-Gemisches festzustellen, dass diese bei Brennkraftmaschinen mit großem Arbeitsraum über eine Kammerkerze mit einer vergrößerten Vorkammer bzw. Zündkammer zur schnelleren Entflammung des Luft-Gas-Gemisches im Arbeitsraum erfolgt. Bei Brennkraftmaschinen mit kleinerem Arbeitsraum genügt oft eine konventionelle, kostengünstigere Zündkerze für eine gute Entflammung. In diesem Fall mündet der Kanal direkt in den Arbeitsraum. Der Vorteil dieses Konzeptes besteht darin, dass kein wesentlicher Gasdruck vorhanden sein muss.
  • Bei einer Anreicherung mit einem Gas-Luft-Gemisch können auch zwei oder mehrere Rückschlagventile vorgesehen sein.
  • Weitere Vorteile der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf und
  • Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen Gasmischer mit hineinragender Entnahmesonde für den Anfettungsbrennstoff.
  • Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine, die basierend auf einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zum Betrieb mit einem Luft-Gas-Gemisch ausgelegt ist. Der Zylinderkopf 1 stützt sich auf einem Kurbelgehäuse oder Zwischengehäuse 2 der Brennkraftmaschine ab. Zwischen dem Zwischengehäuse 2 und dem Zylinderkopf 1 ist eine Zylinderlaufbuchse 3 eingespannt, in der ein Kolben 4 bewegbar ist. Zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderkopf 1 ist ein Arbeitsraum 5 gebildet, wobei dem Arbeitsraum 5 über Gaswechselkanäle, die von einem Ventiltrieb 6 beherrscht werden, ein Luft-Gas-Gemisch zugeführt und nach der Verbrennung wieder abgeführt wird. Der Ventiltrieb 6 wird von einer Nockenwelle in dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine betätigt und weist zur Betätigung der Gaswechselventile Stößelstangen 7 und Kipphebel 8 auf.
  • Zur Entzündung des Luft-Gas-Gemisches in dem Arbeitsraum 5 ist eine Kammerkerze 9 in eine Ausnehmung 10 des Zylinderkopfs 1 eingesetzt. Die Kammerkerze 9 weist die eigentliche Zündkerze 11 auf, die in eine in die Ausnehmung 10 eingesetzte Hülse 12 eingebaut ist. In dem dem Arbeitsraum 5 zugewandten Endbereich der Kammerkerze 9 ist in der Hülse 12 der Zündkerze 11 vorgelagert eine Zündkammer 13 angeordnet, in die über eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen aus dem Arbeitsraum 5 Luft-Gas-Gemisch hineingelangt. Dieses Luft-Gas-Gemisch wird durch die Zündkerze 11 entflammt. Zur Verringerung der vorhandenen Zyklusschwankungen des Zünddruckes ist das in die Zündkammer 13 eingedrungene Luft-Gas- Gemisch gezielt anfettbar. Diese Anfettung erfolgt durch Zuführung von einem Gas, speziell Erdgas, oder einem Gas-Luft-Gemisch direkt in die Zündkammer 13. Dies erfolgt über einen in den Zylinderkopf 1 eingearbeiteten Kanal 14a, der von einer Zylinderkopfwand bis in die Ausnehmung 10 geführt ist und durch einen weiteren Kanal 14b in der Hülse 12 in die Zündkammer 13 weitergeführt ist. Dabei ist der Kanal 14a auf der der Ausnehmung 10 gegenüberliegenden Seite mit einer Gaszuführleitung 15 verbunden. Vorteilhaft im Bereich dieser Verbindung ist in den Zylinderkopf 1 bzw. in den Kanal 14a ein Flammfilter 16 eingesetzt, das das Übergreifen von möglicherweise in den Kanal 14a zurückschlagenden Flammen in die Gaszuführleitung 15 verhindert. In die Hülse 12 der Kammerkerze 9 ist im Bereich des Dichtsitzes 24 vor der Zündkammer 13 ein Ventil 17 eingesetzt, mit dem die der Zündkammer 13 zugeführte Gasmenge bzw. Gas-Luft- Gemisch-Menge gesteuert wird.
  • Die Kammerkerze 9 ragt mit ihrem elektrischen Anschluss in den Bereich des oberhalb des Zylinderkopfes 1 liegenden Kipphebelraums 19 hinein und ist gegenüber diesem durch eine Spannhülse 20, die in den Zylinderkopf 1 einschraubbar ist und die Kammerkerze 13 unverrückbar in der Ausnehmung 10 festlegt, öldicht abgeschirmt. Die Spannhülse 20 wirkt ihrerseits mit einem Kipphebeldeckel 21 zusammen bzw. ist bis in eine Durchtrittsöffnung 22 in dem Kipphebeldeckel 21 geführt. Diese Durchtrittsöffnung 22 ist durch eine Kappe 23 unter gleichzeitiger Durchführung des elektrischen Anschlusses für die Zünderkerze 11 verschließbar.
  • Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch einen Gasmischer 25 mit hineinragender Entnahmesonde 26 für den Anfettungsbrennstoff. Das Venturirohr 31 des Gasmischers 25 wird in Pfeilrichtung 27 von Luft durchströmt. Aus den Öffnungen 28 wird Gas, beispielsweise Erdgas, in das Venturirohr 31 eingebracht. Das Gas wird dabei über eine Zufuhrleitung 29 in einen Ringraum 30, von dem die Öffnungen 28 abgehen, steuerbar geleitet. In dem Venturirohr 31 vermischt sich die Luft mit dem Gas zu dem Hauptbrennstoff, dem Luft-Gas-Gemisch. Einstellbar ist das Luft-Gas-Gemisch durch Verschieben des Venturirohres 31 und/oder der Entnahmesonde 26 in eine der Pfeilrichtungen 32, wobei der Strömungskörper 33 ortsfest angeordnet ist. Durch das Verschieben wird die Position der Entnahmesonde 26 in Bezug zu dem Strömungskörper 33 verstellt. Dies bewirkt eine Änderung des Durchmessers des Venturirohres 31 im Bereich der Entnahmestelle. Dadurch ändert sich auch die durch die Entnahmeeintrittsöffnung 34 in die Entnahmesonde 26 eintretende den Anfettungsbrennstoff bildende Gas-Luft-Gemisch.

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegt wird, wobei dem Arbeitsraum als Hauptbrennstoff ein Luft-Gas-Gemisch über einen Gaswechselkanal im Zylinderkopf zugeführt wird und wobei in dem Zylinderkopf eine Zündvorrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Gas-Gemisch zumindest vorübergehend angefettet wird und dass der Anfettungsbrennstoff in eine Zündkammer (13) der Zündvorrichtung eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfettungsbrennstoff ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Anfettungsbrennstoffes einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfettungsbrennstoff einem Gasmischer zur Einstellung des Hauptbrennstoffs über eine Entnahmesonde entnommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Entnahmeeintrittsöffnung der Entnahmesonde in Bezug zu dem Gasstrom in dem Gasmischer verstellbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (11) mit einem Spülgas durchspülbar ist.
7. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegbar ist, wobei dem Arbeitsraum als Hauptbrennstoff ein Luft-Gas-Gemisch über einen Gaswechselkanal im Zylinderkopf zuführbar ist und wobei in dem Zylinderkopf eine Zündvorrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung eine Kammerkerze (9) ist, dass in den Zylinderkopf (1) ein von einer Zylinderkopfaußenwand in eine Zündkammer (13) der Kammerkerze (9) reichender Kanal (14a, 14b) eingelassen ist, und dass durch den Kanal (14a, 14b) gesteuert Anfettungsbrennstoff in die Zündkammer (13) leitbar ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zylinderkopf (1) und/oder in die Kammerkerze (9) ein den Kanal (14a, 14b) beherrschendes Ventil (17) eingebaut ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17) ein Rückschlagventil ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17) im Bereich des Dichtsitzes (24) der Kammerkerze (9) in dem Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanal (14a, 14b) ein Flammfilter (16) eingesetzt ist.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfettungsbrennstoff ein Gas-Luft- Gemisch ist.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Anfettungsbrennstoffs einstellbar ist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas-Luft-Gemisch einem Gasmischer des Hauptbrennstoffs entnommen wird.
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasmischer eine Entnahmesonde hineinragt.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Entnahmeeintrittsöffnung der Entnahmesonde in Bezug zu dem Gasstrom in dem Gasmischer verstellbar ist.
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