DE102008062573A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine und Vorkammeranordnung hierfür - Google Patents

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine und Vorkammeranordnung hierfür Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorkammer (110) zur Aufnahme eines zündfähigen Mediums, und mit in einem Aufnahmebereich (120) der Zündkerze (100) angeordneten Mitteln zur Einkopplung von Laserstrahlung (135) in die Vorkammer (110). Erfindungsgemäß weist die Vorkammer (110) eine dem Aufnahmebereich (120) benachbart angeordnete Primärkammer (1101) und eine Sekundärkammer (1102) auf, die in einem dem Aufnahmebereich (120) abgewandten Endbereich (1101a) der Primärkammer (1101) mit der Primärkammer (1101) in Fluidverbindung steht, und die Mittel zur Einkopplung von Laserstrahlung (135) in die Vorkammer (110) sind so ausgebildet, dass die Laserstrahlung (135) auf mindestens einen in der Primärkammer (1101) liegenden Zündpunkt (ZP) fokussiert wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorkammer zur Aufnahme eines zündfähigen Mediums, und mit in einem Aufnahmebereich der Zündkerze angeordneten Mitteln zur Einkopplung von Laserstrahlung in die Vorkammer.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorkammeranordnung für eine Brennkraftmaschine zur Aufnahme eines zündfähigen Mediums mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Zündkerze.
  • Derartige Systeme zur Laserzündung in einer Vorkammer finden beispielsweise Anwendung bei Brennkraftmaschinen, welche an der Magergrenze betrieben werden, das heißt mit einer Luftzahl Lambda > 1. Insbesondere stationäre Großgasmotoren mit Bohrungsdurchmessern von 160 mm und mehr werden an der Magergrenze betrieben, um einen möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erzielen und gleichzeitig Stickoxidemissionen (NOx) zu minimieren.
  • Ein Nachteil des Betriebs an der Magergrenze ist die geringe Flammengeschwindigkeit in dem Brennraum und die damit einhergehende lange Brenndauer. Zur Verringerung der langen Brenndauer und der damit einhergehenden entsprechenden Steigerung des Motorwirkungsgrads werden insbesondere bei Großgasmotoren höchst turbulente Brennverfahren verwendet. Für eine zuverlässige Zündung des in dem Brennraum befindlichen mageren Gemischs haben sich laserbetriebene Vorkammerzündkerzen als zweckmäßig erwiesen.
  • Aus der DE 10 2006 018 973 A1 ist ein System für eine Laserzündung in einer Vorkammer bekannt. Der Zündpunkt, auf den die Laserstrahlung fokussiert wird, wird bei dem bekannten System in den Bereich von Überströmkanälen gelegt, die eine Fluidverbindung zwischen der Vorkammer und dem Brennraum einer Brennkraftmaschine herstellen. Die strömungsdynamischen Bedingungen am Ort des herkömmlich gewählten Zündpunkts weisen ein sehr komplexes Zeitverhalten auf und erschweren somit insbesondere eine zuverlässige Laserzündung mit einer niedrigen Zyklusstreuung bezüglich der Verbrennung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze sowie eine Vorkammeranordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine zuverlässige Zündung des in der Vorkammer enthaltenen Gemischs mit besonders geringen Zyklusstreuungen hinsichtlich der Verbrennung in der Vorkammer möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Zündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorkammer eine dem Aufnahmebereich benachbart angeordnete Primärkammer und eine Sekundärkammer aufweist, die in einem dem Aufnahmebereich abgewandten Endbereich der Primärkammer mit der Primärkammer in Fluidverbindung steht, und dass die Mittel zur Einkopplung von Laserstrahlung in die Vorkammer so ausgebildet sind, dass die Laserstrahlung auf mindestens einen in der Primärkammer liegenden Zündpunkt fokussiert wird.
  • Als Grenze zwischen Primärkammer und Sekundärkammer wird vorzugsweise eine zwischen der Primärkammer und der Sekundärkammer angeordnete Kante aufgefasst.
  • Durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Vorkammer ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, eine Gemischbildung in der Vorkammer dahingehend zu steuern, dass sich bei dem Beschicken der Vorkammer mit dem zündfähigen Medium eine Ladungsschichtung ergibt, bei der unterschiedliche Bereiche bzw. Schichten des Mediums in der Vorkammer jeweils eine unterschiedliche Luftzahl aufweisen. Diese Schichtung des in der Vorkammer enthaltenen Gemischs erzeugt Untersuchungen der Anmelder zufolge eine sehr geringe Zyklusstreuung des Mitteldrucks im Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine, das heißt, der Mitteldruck variiert zwischen verschiedenen Arbeitszyklen der betrachteten Brennkraftmaschine nur verhältnismäßig wenig. Dadurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, den Zündpunkt gezielt in einen solchen Gemischbereich, das heißt in eine spezielle Schicht des in der Vorkammer enthaltenen Gemischs, zu legen, die eine besonders effiziente Zündung ermöglicht. Besonders bevorzugt wird der Zündpunkt erfindungsgemäß daher so gewählt, dass er sich in dem Bereich einer Gemischschicht mit der Luftzahl Lambda = 1 befindet, wodurch vorteilhaft eine minimale Spitzenleistung bzw. Impulsenergie des für die Zündung verwendeten Laserimpulses erforderlich ist. Hierzu kann die Geometrie der erfindungsgemäßen Vorkammer auf die Fokussieroptik der Lasereinrichtung, insbesondere ihre Brennweite usw., abgestimmt werden, beispielsweise unter Verwendung numerischer Strömungssimulationen unter Berücksichtigung der motorischen bzw. anwendungsbezogenen Randbedingungen, insbesondere eines Verdichtungsverhältnisses und/oder eines Mindestluftverhältnisses eines Treibgases und/oder eines Vorkammergasdrucks und/oder eines Zündzeitpunkts, usw.
  • Untersuchungen der Anmelder zufolge kann die für eine Zündung in der Vorkammer verwendete Laserimpulsenergie bei dem erfindungsgemäßen System gegenüber herkömmlichen Systemen ohne Vorkammer („Direktzünder”) um bis zu 90% verringert werden, ohne die Stabilität der Zündung beziehungsweise eines nach der Zündung ablaufenden Verbrennungsverlaufs zu beeinträchtigen. Dadurch ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhaft einen schonenderen Betrieb der Lasereinrichtung bzw. die Verwendung einer weniger leistungsfähigen Lasereinrichtung.
  • Ein weiterer Vorteil der besonderen erfindungsgemäßen Konfiguration der Vorkammer besteht darin, dass sich durch den bereits beschriebenen Effekt der Gemischschichtung ein Restgaspolster in demjenigen Teil der Primärkammer bildet, der in der Umgebung des Aufnahmebereichs der Zündkerze liegt. Dieses Restgaspolster schützt beispielsweise ein Brennraumfenster einer zusammen mit der erfindungsgemäßen Zündkerze eingesetzten Lasereinrichtung vor unerwünschten Ruß- und sonstigen Ablagerungen, die sich üblicherweise bei dem Kontakt des Brennraumfensters mit einer heißen Flammenfront bilden, insbesondere bei fetten Gemischen.
  • Eine besonders effiziente Gemischschichtung und Bildung eines den Aufnahmebereich schützenden Restgaspolsters ist einer Variante der erfindungsgemäßen Zündkerze nach dann gegeben, wenn die Primärkammer eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist und ihre Längsachse im Wesentlichen parallel verläuft zu einer Einstrahlrichtung der Laserstrahlung in die Vorkammer.
  • Einer weiteren Erfindungsvariante zufolge kann der Durchmesser der Primärkammer kleiner oder gleich dem zweifachen Durchmesser eines maximalen Strahlquerschnitts der in die Primärkammer eintretenden Laserstrahlung sein. Das heißt, die erfindungsgemäße Primärkammer ist im Verhältnis zu herkömmlichen Vorkammern besonders schmal ausgebildet und bietet daher einen effektiven Schutz des Aufnahmebereichs beziehungsweise einer in dem Aufnahmebereich angeordneten Optik beziehungsweise eines Brennraumfensters der Lasereinrichtung. Im Allgemeinen kann die Schutzwirkung des erfindungsgemäß in der Primärkammer ausgebildeten Restgaspolsters dadurch weiter gesteigert werden, dass der Durchmesser der Primärkammer derart verringert wird, dass die für die Zündung erforderliche Laserstrahlung gerade noch durch die Primärkammer auf den Zündpunkt hindurchtreten kann.
  • Eine besonders hohe Zündenergie kann in der Vorkammer der erfindungsgemäßen Zündkerze einer weiteren Erfindungsvariante zufolge dann gespeichert werden, wenn das Volumen der Sekundärkammer größer oder gleich dem vierfachen Volumen der Primärkammer ist.
  • Eine strömungsdynamisch besonders günstige Formgebung für die Sekundärkammer ist gekennzeichnet durch eine bezüglich ihrer Längsachse im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze, bei der sich eine besonders präzise Gemischschichtung in der Vorkammer ergibt, ist vorgesehen, dass die Sekundärkammer relativ zu der Primärkammer so angeordnet ist, dass die Längsachse der Primärkammer und die Längsachse der Sekundärkammer im Wesentlichen parallel zueinander sind, insbesondere zusammenfallen.
  • Alternativ kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Sekundärkammer relativ zu der Primärkammer so angeordnet ist, dass die Längsachse der Primärkammer und die Längsachse der Sekundärkammer nicht parallel zueinander sind, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad zur Konfiguration der Zündkerze beziehungsweise darin enthaltener Kühlkanäle und dergleichen gegeben ist. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Primärkammer und der Sekundärkammer kann ganz besonders vorteilhaft auch mit dem Ziel entsprechend gewählt werden, eine sich nach der Zündung des in der Vorkammer enthaltenen zündfähigen Gemischs einstellende Fluidströmung zu beeinflussen. Aufgrund ihrer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt prägt die erfindungsgemäße Primärkammer der sich ausbreitenden Flammenfront nämlich eine axiale Bewegungskomponente, das heißt parallel zu der Längsachse der Primärkammer, auf, so dass durch eine Verkippung der Längsachsen der Primärkammer und der Sekundärkammer zueinander ein gewünschtes Einströmverhalten der Zündfackeln bzw. Flammenfront in die Sekundärkammer eingestellt werden kann.
  • Unabhängig von der Ausrichtung der Längsachsen der Primärkammer und der Sekundärkammer zueinander ist durch die erfindungsgemäße Anordnung dieser beiden Vorkammerteile, die einer ”Hintereinanderschaltung” der Primärkammer und der Sekundärkammer – ausgehend von dem Aufnahmebereich der Zündkerze – entspricht, stets die besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Schichtung des zündfähigen Gemischs in der Vorkammer gegeben. Solange demnach eine Fluidverbindung zwischen der Primärkammer und der Sekundärkammer sichergestellt ist, so dass gezündetes Plasma beziehungsweise eine in der Primärkammer entstehende Flammenfront sich auch in die Sekundärkammer und von dort schließlich in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ausbreiten kann, sind die erfindungsgemäßen Vorteile der reproduzierbaren Qualität der Zündung sowie des Schutzes des Aufnahmebereichs beziehungsweise eines darin angeordneten Brennraumfensters und dergleichen durch das sich in der Primärkammer ausbildende Restgaspolster gegeben.
  • Eine besonders effiziente Übertragung der Zündenergie beziehungsweise eine Ausbreitung der Flammenfront aus der Primärkammer in die Sekundärkammer bei gleichzeitiger Beibehaltung eines schützenden Restgaspolsters in der Primärkammer ist erfindungsgemäß dann gegeben, wenn die Sekundärkammer in einem ersten Endbereich, in dem sie in Fluidverbindung mit der Primärkammer steht, einen bzw. ihren minimalen Durchmesser aufweist, der vorzugsweise etwa dem Durchmesser der Primärkammer entspricht.
  • Besonders bevorzugte Erfindungsvarianten sind ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer in einem zweiten, einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich, einen zweiten Durchmesser aufweist, der vorzugsweise kleiner ist als ein maximaler Durchmesser der Sekundärkammer. Der maximale Durchmesser der Sekundärkammer ist einer anderen vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge so gewählt, dass er mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Primärkammer.
  • Noch einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge ist die Länge der Sekundärkammer mindestens eineinhalbmal so groß wie die Länge der Primärkammer. Dadurch kann vorteilhaft eine verhältnismäßig hohe Zündenergie in der Vorkammer der erfindungsgemäßen Zündkerze gespeichert werden, während gleichzeitig verhältnismäßig geringe Brennweiten für eine Fokussieroptik verwendbar sind, die zur Fokussierung von Laserstrahlung auf den in der Primärkammer angeordneten Zündpunkt vorgesehen ist, so dass nur eine verhältnismäßig geringe Energie der Laserstrahlung für die Laserzündung benötigt wird.
  • Die Verwendung verhältnismäßig kleiner Brennweiten einer Fokussieroptik ermöglicht erfindungsgemäß vorteilhaft ebenfalls eine weitere Reduktion der erforderlichen Spitzenleistung bzw. Impulsenergie der zur Zündung verwendeten Laserimpulse, weil sich die Leistungsdichte der Laserstrahlung in dem Zündpunkt bekanntlich umgekehrt proportional zu der Brennweite der verwendeten Fokussieroptik verhält.
  • Eine besonders günstige Führung einer Fluidströmung von der Primärkammer in die Sekundärkammer ist einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze zufolge dadurch gegeben, dass ein Übergangsbereich zwischen der Primärkammer und der Sekundärkammer abgerundete Wandabschnitte aufweist.
  • Anstelle der streng zylindrischen Ausbildung der Primärkammer kann diese beispielsweise auch die Form eines Kegelstumpfs aufweisen, wobei sich ein erster, kleinerer Durchmesser der Primärkammer ausgehend von dem Aufnahmebereich, das heißt dem Ort der Einkopplung der Laserstrahlung in die Primärkammer, kontinuierlich über die Längsrichtung des Kegelstumpfs hin vergrößert bis zu einem größeren zweiten Durchmesser, der in dem Übergangsbereich von der Primärkammer zu der Sekundärkammer vorgesehen ist.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze ist vorgesehen, dass ein Volumenschwerpunkt der Primärkammer etwa in der Mitte ihrer Längsachse liegt und/oder dass ein Volumenschwerpunkt der Sekundärkammer in einer der Primärkammer benachbarten Hälfte, insbesondere entlang der Längsachse gemessenen Hälfte, der Sekundärkammer liegt.
  • Zur Realisierung einer sogenannten gespülten Vorkammer kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mindestens ein Einlassventil zum Einbringen eines Fluids, insbesondere des zündfähigen Mediums, in die Vorkammer, vorgesehen ist. Das Einlassventil ist besonders bevorzugt so angeordnet, dass es die Einbringung des Fluids direkt in die Sekundärkammer erlaubt, insbesondere in eine der Primärkammer benachbarte Hälfte der Sekundärkammer.
  • Bei der Einbringung des zündfähigen Fluids in die erfindungsgemäße Sekundärkammer ist vorteilhaft gewährleistet, dass ein den Aufnahmebereich beziehungsweise ein darin angeordnetes Brennraumfenster einer Lasereinrichtung oder dergleichen vor der Flammenfront schützendes Restgaspolster in der Primärkammer erhalten bleibt und die thermo-chemische Belastung der in dem Aufnahmebereich angeordneten Komponenten, insbesondere des Brennraumfensters, minimal ist.
  • Das zündfähige Fluid kann alternativ oder ergänzend auch direkt in die erfindungsgemäße Primärkammer eingebracht werden. Wenn die Zufuhr des zündfähigen Fluids ausschließlich direkt in die Primärkammer erfolgt, ist es Untersuchungen der Anmelder zufolge ebenfalls möglich, ein schützendes Restgaspolster vor dem Brennraumfenster zu erhalten und gleichzeitig eine Gemischschicht mit optimaler Luftzahl Lambda = 1 zu zünden. Insgesamt ergibt sich bei dieser Erfindungsvariante ein noch geringerer Verbrauch des zündfähigen Fluids für die Verbrennung in der Vorkammer.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze weist die Sekundärkammer in ihrem brennraumseitigen Endbereich mindestens einen eine Fluidverbindung zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglichenden Überströmkanal auf, der vorzugsweise als Drallkanal ausgebildet ist, um einem hindurchströmenden Fluid bezogen auf eine Längsachse der Vorkammer eine tangentiale Bewegungskomponente aufzuprägen, was eine bessere Vermischung des hindurchströmenden Fluids mit einem bereits vorhandenen Fluid ermöglicht.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Zündkerze, insbesondere in ihrem Aufnahmebereich, eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der Laserstrahlung in die Vorkammer, vorgesehen. Die Einkoppeloptik kann beispielsweise ein die räumliche Trennung zwischen der Primärkammer und dem Aufnahmebereich realisierendes Brennraumfenster und/oder eine Fokussieroptik zur Fokussierung der Laserstrahlung auf den in der Primärkammer liegenden Zündpunkt aufweisen. Eine Kombination dieser Komponenten ist ebenfalls möglich.
  • Sehr vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Zündkerze einer weiteren Variante zufolge auch eine Lasereinrichtung aufweisen, insbesondere eine Lasereinrichtung mit einem laseraktiven Festkörper und einer passiven Güteschaltung, wodurch die für die Zündung erforderliche Laserstrahlung direkt in der erfindungsgemäßen Zündkerze erzeugbar ist. Die Lasereinrichtung kann vorteilhaft einen monolithischen Aufbau besitzen, bei dem der laseraktive Festkörper und die passive Güteschaltung sowie den Laserresonator begrenzende Ein- und Auskoppelspiegel sowie ggf. weitere optische Elemente wie z. B. ein optischer Verstärker in ein einziges Bauelement integriert sind.
  • Alternativ kann der erfindungsgemäßen Zündkerze auch die für die Zündung erforderliche Laserstrahlung von einer entfernt angeordneten Quelle zugeführt werden. In diesem Fall realisieren die in der Zündkerze angeordneten Mittel zur Einkopplung von Laserstrahlung in die Vorkammer die Funktion einer Fokussieroptik und/oder eines Brennraumfensters.
  • Obwohl die Vorkammer der erfindungsgemäßen Zündkerze vorstehend als in die Zündkerze integriert beschrieben worden ist, kann, insbesondere bei einer Anwendung im Bereich von Stationärmotoren beziehungsweise Großgasmotoren usw., die erfindungsgemäße Vorkammerkonfiguration bestehend aus der Primärkammer und der nachgeordneten Sekundärkammer beispielsweise auch direkt in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert sein.
  • Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorkammeranordnung gemäß Patentanspruch 19 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung weist einen Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Zündkerze auf und besitzt darüberhinaus eine dem Aufnahmebereich benachbart angeordnete Primärkammer und eine Sekundärkammer, die in einem dem Aufnahmebereich abgewandten Endbereich der Primärkammer mit der Primärkammer in Fluidverbindung steht. Ferner weist die Primärkammer der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und der maximale Durchmesser der Sekundärkammer ist mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der Primärkammer.
  • Die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung entspricht im Wesentlichen der Vorkammerkonfiguration der erfindungsgemäßen Zündkerze und kann besonders vorteilhaft als separates Bauteil hergestellt und eingesetzt werden. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung beispielsweise mit einem Schraubgewinde zum direkten Einschrauben der Vorkammeranordnung in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine versehen sein. Ebenso kann eine Zündkerze, vorzugsweise eine Laserzündkerze, durch eine Schraubverbindung an der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung fixiert werden, so dass die von der Laserzündkerze erzeugte Laserstrahlung direkt in die Primärkammer der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung einkoppelbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze,
  • 2 eine vergrößerte Ansicht der Zündkerze gemäß 1,
  • 3 eine Ausführungsform einer in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine integrierten erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung, und
  • 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze 100 in einem teilweisen Querschnitt. Die Zündkerze 100 wird bevorzugt in Brennkraftmaschinen eingesetzt, die an der Magergrenze betrieben werden, das heißt mit einer Luftzahl Lambda > 1. Insbesondere stationäre Großgasmotoren werden an der Magergrenze betrieben, um einen möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erzielen und gleichzeitig Stickoxidemissionen (NOx) zu minimieren.
  • Ein Nachteil des Betriebs an der Magergrenze ist die geringe Flammengeschwindigkeit in dem Brennraum 300 der Brennkraftmaschine und die damit einhergehende lange Brenndauer. Um trotz des Betriebs im Bereich der Magergrenze möglichst kurze Brenndauern und damit einen hohen Motorwirkungsgrad zu ermöglichen, werden die betrachteten Großgasmotoren in der Regel mit höchst turbulenten Brennverfahren betrieben. Ab einem gewissen Bohrungsdurchmesser, beispielsweise etwa 160 mm, ist eine hochenergetische Zündquelle erforderlich, um die Verbrennung in dem Brennraum 300 des Großgasmotors zuverlässig und schnell zu starten.
  • Daher weist die erfindungsgemäße Zündkerze 100 eine Vorkammer 110 auf, in der die Zündung für den Brennraum 300 der die Zündkerze 100 enthaltenden Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Hierzu wird die Vorkammer 110 in an sich bekannter Weise mit einem zündfähigen Medium beschickt. Anschließend wird das in der Vorkammer 110 enthaltene zündfähige Medium durch einen oder mehrere Laserimpulse 135 gezündet, die von einer in der Zündkerze 100 enthaltenen Lasereinrichtung 130 lokal erzeugt und auf den Zündpunkt ZP fokussiert werden. Nach der Zündung treten aus der Vorkammer 110 infolge der darin ablaufenden Verbrennung hochenergetische Zündfackeln (nicht gezeigt) durch die eine Fluid- beziehungsweise Plasmaverbindung realisierenden Überströmkanäle 112 in den Brennraum 300 der Brennkraftmaschine. Die hochenergetischen Zündfackeln entzünden zuverlässig und schnell das in dem Brennraum 300 vorhandene magere Gemisch, das eine Luftzahl Lambda von 1,9 oder größer aufweisen kann.
  • Die Lasereinrichtung 130 kann vorteilhaft einen monolithischen Aufbau besitzen, bei dem ein nicht näher dargestellter laseraktiver Festkörper und eine passive Güteschaltung sowie einen Laserresonator begrenzende Ein- und Auskoppelspiegel sowie ggf. weitere optische Elemente wie z. B. ein optischer Verstärker in ein einziges Bauelement 130 integriert sind.
  • Erfindungsgemäß weist die Zündkerze 100 eine besonders ausgebildete Vorkammer 110 auf. Wie aus 1 ersichtlich ist die Vorkammer 110 insgesamt durch eine Primärkammer 1101 und eine mit der Primärkammer 1101 in Fluidverbindung stehende Sekundärkammer 1102 gebildet.
  • Erfindungsgemäß ist die Primärkammer 1101 benachbart angeordnet zu dem Aufnahmebereich 120 der Zündkerze 100, so dass die in dem Aufnahmebereich 120 angeordnete Lasereinrichtung 130 die Laserstrahlung 135 direkt in die Primärkammer 1101 einkoppeln kann. Eine räumliche Trennung zwischen der Primärkammer 1101 und der Lasereinrichtung 130 ist dabei vorliegend durch die Einkoppeloptik 131 realisiert, die die Funktion eines Brennraumfensters und/oder einer Fokussieroptik zur Fokussierung der Laserstrahlung 135 auf den Zündpunkt ZP aufweist.
  • Ausgehend von dem Aufnahmebereich 120 der Zündkerze 100 ist der Primärkammer 1101 die Sekundärkammer 1102 nachgeordnet. Das bedeutet, die Sekundärkammer 1102 setzt die erfindungsgemäße Vorkammer 110 in einer brennraumseitigen Richtung fort. Die Sekundärkammer 1102 ist hierzu in einem dem Aufnahmebereich 120 abgewandten Endbereich 1101a der Primärkammer 1101 mit der Primärkammer 1101 so verbunden, dass eine Fluidverbindung zwischen der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 besteht.
  • Obwohl die Primärkammer 1101 und die Sekundärkammer 1102 gemäß der Ausführungsform aus 1 so relativ zueinander ausgerichtet sind, dass ihre Längsachsen L1, L2 zusammenfallen, kann die erfindungsgemäße Zündkerze 100 auch eine hiervon abweichende Konfiguration aufweisen, die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, dass die Längsachsen L1, L2 der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 miteinander einen von 0° beziehungsweise 180° verschiedenen Winkel einschließen, gleichsam eine ”abgewinkelte” Fluidverbindung herstellen.
  • Für die erfindungsgemäße Fluidverbindung zwischen der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 reicht es völlig aus, wenn ein in der Primärkammer 1101 befindliches Fluid beziehungsweise Plasma in die Sekundärkammer 1102 strömen kann beziehungsweise umgekehrt. Eine optische Verbindung zwischen der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 in dem Sinne, dass eine Einkopplung von mittels der Lasereinrichtung 130 erzeugter Laserstrahlung 135 in die Sekundärkammer 1102 möglich ist, ist zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Prinzips nicht erforderlich.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich nämlich bei dem Beschicken der Vorkammer 110 mit dem zündfähigen Fluid eine besondere Schichtung des zündfähigen Fluids in der Vorkammer 110, wobei eine bevorzugt gezündete Gemischkonfiguration sich insbesondere in der Primärkammer 1101 einstellt, etwa im Bereich des in 1 angedeuteten Zündpunkts ZP. Daher reicht es für den Betrieb der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 aus, wenn die Laserstrahlung 135 an einen Ort in der Primärkammer 1101 einkoppelbar ist.
  • Das zündfähige Fluid wird bei der Zündkerze 100 gemäß 1 durch das Einlassventil 140 direkt in die Sekundärkammer 1102 eingebracht.
  • Nach diesem auch als „Gasspülung der Vorkammer” bezeichneten Prozess ist die Sekundärkammer 1102 nahezu vollständig mit dem durch das Einlassventil 140 eingebrachten Fluid, beispielsweise Methangas, gefüllt. Die Gasspülung erfolgt in an sich bekannter Weise i. d. R. kurz vor dem Beginn eines Verdichtungstakts des dem Brennraum 300 zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine.
  • Mit einem zunehmendem Kolbenhub eines dem Brennraum 300 der Brennkraftmaschine zugeordneten Kolbens (nicht gezeigt), d. h. mit zunehmender Verdichtung, wird mageres Gemisch von dem Brennraum 300 durch die Überströmkanäle 112 in die Sekundärkammer 1102 gepresst und bildet dort ein nur schwach geschichtetes Gemisch mit einer Luftzahl, die sich in 1 von oben nach unten, also mit zunehmender Nähe zu den Überströmkanälen 112, verringert. Das heißt, in Abhängigkeit der bei der Brennkraftmaschine vorherrschenden Kompression wird über den Verbindungsbereich der Sekundärkammer 1102 zu der Primärkammer 1101 ein schichtweise fetteres Gemisch (in 1 von unten nach oben) in die Primärkammer 1101 geschoben, wobei sich dort erfindungsgemäß eine definierte und gut reproduzierbare Ladungsschichtung ergibt.
  • Die geometrischen Parameter der Vorkammer 110 sowie die Optik der Lasereinrichtung 130 beziehungsweise die Einkoppeloptik 131 werden so aufeinander abgestimmt, dass der Zündpunkt ZP möglichst genau in derjenigen Gemischschicht in der Primärkammer 1101 liegt, die durch einen Luftzahlwert Lambda = 1 gekennzeichnet ist. Der genaue Ort für den Zündpunkt ZP in der Primärkammer 1101 kann beispielsweise empirisch oder auch mittels Simulationen in Abhängigkeit der geometrischen Randbedingungen sowie weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Bei einer derartigen Wahl für den Zündpunkt ZP ist vorteilhaft eine minimale Spitzenleistung bzw. Impulsenergie des für die Zündung verwendeten Laserimpulses 135 erforderlich.
  • Besonders bevorzugt ist die Geometrie der Primärkammer 1101 so ausgebildet, dass der Zündpunkt ZP möglichst in der Nähe des dem Aufnahmebereich 120 abgewandten Endbereichs 1101a der Primärkammer 1101 liegt. In diesem Fall wird das stöchiometrische Gemisch in der Sekundärkammer 1102 optimal für die Verbrennung in der Vorkammer 110 ausgenutzt, und es wird nur ein verhältnismäßig geringer Anteil unverbrannten stöchiometrischen Gemischs durch die Überströmkanäle 112 in den Brennraum 300 ausgeschoben (sogenannte Überströmverluste).
  • Ein weiterer Vorteil der Positionierung des Zündpunkts ZP in dem dem Aufnahmebereich 120 abgewandten Endbereich 1101a der Primärkammer 1101 besteht darin, dass sich in der Primärkammer 1101, insbesondere zwischen dem Zündpunkt ZP und der Einkoppeloptik 131, ein Restgaspolster (nicht gezeigt) ausbildet, welches die von der Flammenfront im Bereich des Zündpunkts ZP ausgehende thermo-chemische Belastung der Einkoppeloptik 131 verringert und damit deren Standzeit erhöht. Eine Verrußung der Einkoppeloptik 131 durch ein stöchiometrisches oder sogar fettes (Luftzahl Lambda < 1) Gemisch wird ebenfalls vorteilhaft verhindert.
  • Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Aufteilung der Vorkammer 110 in die Primärkammer 1101 und die ihr nachgeordnete Sekundärkammer 1102 bestehen darin, dass in der Primärkammer 1101 ein verhältnismäßig geringes Turbulenzniveau gegeben ist. Zusammen mit der vorstehend beschriebenen Gemischschichtung in der Primärkammer 1101 existieren damit in der Primärkammer 1101 optimale Voraussetzungen für eine zuverlässige Entflammung und zur Realisierung einer niedrigen Zyklusstreuung der Verbrennung des zündfähigen Gemischs in der Vorkammer 110.
  • Durch die erfindungsgemäße, bevorzugt kreiszylindrisch ausgebildete Primärkammer 1101 ist das Brennraumfenster der Lasereinrichtung 130 beziehungsweise die Einkoppeloptik 131 gleichsam gegenüber der restlichen Vorkammer 110 stark zurückversetzt, so dass das sich in der Primärkammer 1101 bildende Restgaspolster einen Schutz der Einkoppeloptik 131 vor der Flammenfront bildet. Besonders vorteilhaft ist hiermit auch eine geringere Rußbeaufschlagung der Einkoppeloptik 131 aus der Vorkammer 110 verbunden.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 gemäß 1.
  • Eine besonders effiziente und gut reproduzierbare Gemischschichtung und Bildung eines den Aufnahmebereich 120 bzw. die Einkoppeloptik 131 schützenden Restgaspolsters ist einer Variante der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 zufolge dann gegeben, wenn die Primärkammer 1101 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist und ihre Längsachse L1 im Wesentlichen parallel verläuft zu einer Einstrahlrichtung der Laserstrahlung 135 in die Vorkammer 110.
  • Einer weiteren Erfindungsvariante zufolge kann der Durchmesser d1 der Primärkammer 1101 kleiner oder gleich dem zweifachen Durchmesser s eines maximalen Strahlquerschnitts der durch die Primärkammer 1101 durchtretenden Laserstrahlung 135 sein. Das heißt, die erfindungsgemäße Primärkammer 1101 ist im Verhältnis zu herkömmlichen Vorkammern besonders schmal ausgebildet und bietet daher einen effektiven Schutz des Aufnahmebereichs 120 beziehungsweise der in dem Aufnahmebereich 120 angeordneten Optik 131 beziehungsweise eines Brennraumfensters der Lasereinrichtung 130. Im Allgemeinen kann die Schutzwirkung des erfindungsgemäß in der Primärkammer 1101 ausgebildeten Restgaspolsters dadurch weiter gesteigert werden, dass der Durchmesser d1 der Primärkammer 1101 derart verringert wird, dass die für die Zündung erforderliche Laserstrahlung 135 gerade noch durch die Primärkammer 1101 auf den Zündpunkt ZP hindurchtreten kann.
  • Eine besonders hohe Zündenergie kann in der Vorkammer 110 der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 einer weiteren Erfindungsvariante zufolge dann gespeichert werden, wenn das Volumen der Sekundärkammer 1102 größer oder gleich dem vierfachen Volumen der Primärkammer 1101 ist.
  • Eine strömungsdynamisch besonders günstige Formgebung für die Sekundärkammer 1102 ist gekennzeichnet durch eine bezüglich ihrer Längsachse L2 im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze 100, bei der sich eine besonders präzise Gemischschichtung in der Vorkammer 110 ergibt, ist vorgesehen, dass die Sekundärkammer 1102 relativ zu der Primärkammer 1101 so angeordnet ist, dass die Längsachse L1 der Primärkammer 1101 und die Längsachse L2 der Sekundärkammer 1102 im Wesentlichen parallel zueinander sind, insbesondere zusammenfallen, vgl. 1, 2.
  • Alternativ kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Sekundärkammer 1102 relativ zu der Primärkammer 1101 so angeordnet ist, dass die Längsachse L1 der Primärkammer 1101 und die Längsachse L2 der Sekundärkammer 1102 nicht parallel zueinander sind, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad zur Konfiguration der Zündkerze 100 beziehungsweise darin enthaltener Kühlkanäle und dergleichen gegeben ist. Der Winkel zwischen den Längsachsen L1, L2 der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 kann ganz besonders vorteilhaft auch mit dem Ziel entsprechend gewählt werden, eine sich nach der Zündung des in der Vorkammer 110 enthaltenen zündfähigen Gemischs einstellende Fluidströmung gezielt zu beeinflussen. Aufgrund ihrer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt prägt die erfindungsgemäße Primärkammer 1101 der sich von dem Zündpunkt ZP ausbreitenden Flammenfront nämlich eine axiale Bewegungskomponente, das heißt parallel zu der Längsachse L1 der Primärkammer 1101, auf, so dass durch eine Verkippung der Längsachsen L1, L2 der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 zueinander ein gewünschtes Einströmverhalten des Zündplasmas in die Sekundärkammer 1102 eingestellt werden kann.
  • Eine besonders effiziente Übertragung der Zündenergie beziehungsweise eine Ausbreitung der Flammenfront aus der Primärkammer 1101 in die Sekundärkammer 1102 bei gleichzeitiger Beibehaltung des schützenden Restgaspolsters in der Primärkammer 1101 ist erfindungsgemäß dann gegeben, wenn die Sekundärkammer 1102 in einem ersten Endbereich 1102a (1), in dem sie in Fluidverbindung mit der Primärkammer 1101 steht, ihren minimalen Durchmesser d21 (2) aufweist, der vorzugsweise etwa dem Durchmesser d1 der Primärkammer 1101 entspricht.
  • Besonders bevorzugte Erfindungsvarianten sind ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer 1102 in einem zweiten, dem Brennraum 300 der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich 1102b (1), einen zweiten Durchmesser d22 aufweist, der vorzugsweise kleiner ist als ein maximaler Durchmesser d23 der Sekundärkammer 1102. Der maximale Durchmesser d23 der Sekundärkammer 1102 ist einer anderen vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge so gewählt, dass er mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser d1 der Primärkammer 1101.
  • Noch einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge ist die Länge l2 (2) der Sekundärkammer 1102 mindestens eineinhalbmal so groß wie die Länge l1 der Primärkammer 1101. Dadurch kann vorteilhaft eine verhältnismäßig hohe Zündenergie in der Vorkammer 110 der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 gespeichert werden, während gleichzeitig verhältnismäßig geringe Brennweiten für eine Fokussieroptik verwendbar sind, die zur Fokussierung der Laserstrahlung 135 auf den in der Primärkammer 1101 angeordneten Zündpunkt ZP vorgesehen ist.
  • Die Verwendung kleiner Brennweiten der Fokussieroptik ermöglicht erfindungsgemäß vorteilhaft eine Reduktion der erforderlichen Spitzenleistung bzw. Impulsenergie der zur Zündung verwendeten Laserimpulse 135, weil sich die Leistungsdichte der Laserstrahlung in dem Zündpunkt ZP umgekehrt proportional zu der Brennweite der verwendeten Fokussieroptik verhält.
  • Eine besonders günstige Führung einer Fluidströmung von der Primärkammer 1101 in die Sekundärkammer 1102 ist einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 zufolge dadurch gegeben, dass ein Übergangsbereich zwischen der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 abgerundete Wandabschnitte aufweist.
  • Anstelle der streng zylindrischen Ausbildung der Primärkammer 1101 kann diese beispielsweise auch die Form eines Kegelstumpfs aufweisen, wobei sich ein erster, kleinerer Durchmesser der Primärkammer 1101 ausgehend von dem Aufnahmebereich 120, das heißt dem Ort der Einkopplung der Laserstrahlung 135 in die Primärkammer 1101, kontinuierlich über die Längsrichtung L1 des Kegelstumpfs hin vergrößert bis zu einem größeren zweiten Durchmesser, der in dem Übergangsbereich von der Primärkammer 1101 zu der Sekundärkammer 1102 vorgesehen ist.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 ist vorgesehen, dass ein Volumenschwerpunkt der Primärkammer 1101 etwa in der Mitte ihrer Längsachse L1 liegt und/oder dass ein Volumenschwerpunkt der Sekundärkammer 1102 in einer der Primärkammer 1101 benachbarten Hälfte, insbesondere entlang der Längsachse L2 gemessenen Hälfte, der Sekundärkammer 1102 liegt. Diese Konfiguration der Sekundärkammer 1102 kann beispielsweise durch die in 1, 2 abgebildete unrnenförmige Ausbildung der Sekundärkammer 1102 erzielt werden, die dadurch entsteht, dass die Sekundärkammer 1102 ihren maximalen Durchmesser d23 bezogen auf ihre Längsachse L2 nicht in einem vertikal mittig angeordneten Bereich aufweist, sondern in einem Bereich, der naher an der Primärkammer 1101 liegt als an dem brennraumseitigen Endbereich 1102b. Diese Konfiguration verringert vorteilhaft die bereits beschriebenen Überströmverluste.
  • 3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die erfindungsgemäße Geometrie der Vorkammer 110 durch eine entsprechende Formgebung eines Zylinderkopfes 200 realisiert ist. Das heißt, im Gegensatz zu dem mit Bezug auf die 1, 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Vorkammerkonfiguration durch die Ausbildung der Zündkerze 100 realisiert ist, weist der Zylinderkopf 200 gemäß 3 selbst entsprechende Hohlräume auf, um die Primärkammer 2101 und die ihr nachgeordnete und mit ihr in Fluidverbindung stehende Sekundärkammer 2102 zu realisieren. Ebenso sind die Überströmkanäle 212 durch entsprechende Bohrungen in einem den Brennraum 300 begrenzenden Wandabschnitt des Zylinderkopfes 200 realisiert.
  • Bei der in 3 abgebildeten Konfiguration der Erfindung weist der Zylinderkopf 200 in an sich bekannter Weise Befestigungsmittel 201, beispielsweise ein Schraubgewinde, zum Befestigen einer Zündkerze 101 an dem Zylinderkopf 200 auf. Vorliegend handelt es sich bei der Zündkerze 101 um eine Laserzündkerze, die gasdicht über die Befestigungsmittel 201 und entsprechende, dem Fachmann bekannte, Dichtungsmittel mit dem Zylinderkopf 200 und damit auch mit der Vorkammer 110 beziehungsweise der Primärkammer 2101 und der ihr nachgeordneten Sekundärkammer 2102 verbunden ist. Die Zündkerze 101 verfügt über eine nicht in 3 abgebildete Lasereinrichtung, die durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Brennraumfenster beziehungsweise eine Einkoppeloptik (vergleiche 1) Laserstrahlung 135 in die Primärkammer 2101 des Zylinderkopfes 200 einkoppeln kann.
  • Ein Einlassventil 140 zur Einbringung eines zündfähigen Mediums wie beispielsweise Methangas direkt in die Sekundärkammer 2102 ist ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf 200 angeordnet.
  • Das Funktionsprinzip der in 3 abgebildeten Erfindungsvariante entspricht dem unter Bezugnahme auf 1, 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Zündkerze 100.
  • 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die erfindungsgemäße Vorkammerkonfiguration als separates Bauteil in Form der Vorkammeranordnung 400 realisiert ist. Die Vorkammeranordnung 400 ist vorliegend durch einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Körper gebildet, der in seinem Inneren vergleichbar zu den weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine Primärkammer 4101 und eine ihr nachgeordnete Sekundärkammer 4102 aufweist.
  • Ferner verfügt die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung 400 in ihrem gemäß 4 oberen Ende über einen Aufnahmebereich 420 zur Aufnahme einer Zündkerze 101. Die Zündkerze 101 kann vorteilhaft wiederum als Laserzündkerze ausgebildet sein und über entsprechende Befestigungsmittel 421, wie beispielsweise ein Schraubgewinde, mit der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung 400 verbunden werden. Bei der in 4 abgebildeten Konfiguration, bei der die Zündkerze 101 in die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung 400 eingeschraubt ist, kann ein durch eine Lasereinrichtung 130 der Zündkerze 101 erzeugter Laserimpuls 135 in der vorstehend bereits mehrfach beschriebenen Weise direkt in die Primärkammer 4101, vergleiche den dort angeordneten Zündpunkt ZP, eingekoppelt werden.
  • Die in 4 abgebildete erfindungsgemäße Vorkammeranordnung 400 weist darüberhinaus auch ein Einlassventil 440 zur Einleitung eines zündfähigen Mediums, vorzugsweise Methangas, direkt in die Sekundärkammer 4102 auf.
  • Eine Befestigung der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung 400 erfolgt beispielsweise über die Befestigungsmittel 430, bei denen es sich wiederum um ein Schraubgewinde handeln kann, über das die Vorkammeranordnung 400 direkt in einen entsprechend ausgebildeten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorkammerkonfiguration kann demnach entweder in einer entsprechend ausgebildeten Zündkerze 100, vergleiche 1, 2 realisiert sein oder auch direkt in einem Zylinderkopf 200 einer Brennkraftmaschine, vergleiche 3. Ferner ist es vorteilhaft möglich, die erfindungsgemäße Vorkammerkonfiguration in einem separaten Bauteil, der in 4 beispielhaft veranschaulichten Vorkammeranordnung 400, zu realisieren.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorkammer 110, insbesondere ihre Aufteilung in die Primärkammer 1101 und die ihr nachgeordnete Sekundärkammer 1102, ermöglicht vorteilhaft eine gezielte Laserzündung des in der Vorkammer 110 vorherrschenden Gemischs unter optimalen Bedingungen, das heißt insbesondere die Positionierung des Zündpunkts ZP in einen Gemischbereich, der durch die Luftzahl Lambda = 1 gekennzeichnet ist. Dadurch ist eine besonders geringe Maximalleistung des für die Zündung verwendeten Laserimpulses 135 erforderlich, was die Standzeit der verwendeten Laserzündkerze erhöht.
  • Ferner ergibt die besondere Konfiguration der Primärkammer 1101 und der Sekundärkammer 1102 den bereits beschriebenen Vorteil der Ausbildung eines Restgaspolsters in der verhältnismäßig geringvolumigen Primärkammer 1101, das als Schutz der Einkoppeloptik 131 (1) vor der Flammenfront und der mit ihr einhergehenden thermo-chemischen Belastung dient.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz bei stationären Großgasmotoren, kann jedoch auch für andere Brennkraftmaschinen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006018973 A1 [0005]

Claims (25)

  1. Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorkammer (110) zur Aufnahme eines zündfähigen Mediums, und mit in einem Aufnahmebereich (120) der Zündkerze (100) angeordneten Mitteln zur Einkopplung von Laserstrahlung (135) in die Vorkammer (110), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (110) eine dem Aufnahmebereich (120) benachbart angeordnete Primärkammer (1101) und eine Sekundärkammer (1102) aufweist, die in einem dem Aufnahmebereich (120) abgewandten Endbereich (1101a) der Primärkammer (1101) mit der Primärkammer (1101) in Fluidverbindung steht, und dass die Mittel zur Einkopplung von Laserstrahlung (135) in die Vorkammer (110) so ausgebildet sind, dass die Laserstrahlung (135) auf mindestens einen in der Primärkammer (1101) liegenden Zündpunkt (ZP) fokussiert wird.
  2. Zündkerze (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärkammer (1101) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist und dass ihre Längsachse (L1) im wesentlichen parallel verläuft zu einer Einstrahlrichtung der Laserstrahlung (135) in die Vorkammer (110).
  3. Zündkerze (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (d1) der Primärkammer (1101) kleiner oder gleich dem zweifachen Durchmesser (s) eines maximalen Strahlquerschnitts der in die Primärkammer (1101) eintretenden Laserstrahlung (135) ist.
  4. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Sekundärkammer (1102) größer oder gleich dem vierfachen Volumen der Primärkammer (1101) ist.
  5. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) eine bezüglich ihrer Längsachse (L2) im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform aufweist.
  6. Zündkerze (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) relativ zu der Primärkammer (1101) so angeordnet ist, dass die Längsachse (L1) der Primärkammer (1101) und die Längsachse (L2) der Sekundärkammer (1102) im Wesentlichen parallel zueinander sind, insbesondere zusammenfallen.
  7. Zündkerze (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) relativ zu der Primärkammer (1101) so angeordnet ist, dass die Längsachse (L1) der Primärkammer (1101) und die Längsachse (L2) der Sekundärkammer (1102) nicht parallel sind zueinander.
  8. Zündkerze (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) in einem ersten Endbereich (1102a), in dem sie in Fluidverbindung mit der Primärkammer (1101) steht, einen minimalen Durchmesser (d21) aufweist, der vorzugsweise etwa einem bzw. dem Durchmesser (d1) der Primärkammer (1101) entspricht.
  9. Zündkerze (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) in einem zweiten, einem Brennraum (300) der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich (1102b), einen zweiten Durchmesser (d22) aufweist, der vorzugsweise kleiner ist als ein maximaler Durchmesser (d23) der Sekundärkammer (1102).
  10. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser (d23) der Sekundärkammer (1102) mindestens doppelt so groß ist wie ein bzw. der Durchmesser (d1) der Primärkammer (1101).
  11. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (l2) der Sekundärkammer (1102) mindestens eineinhalb mal so groß ist wie eine Länge (l1) der Primärkammer (1101).
  12. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich zwischen der Primärkammer (1101) und der Sekundärkammer (1102) abgerundete Wandabschnitte aufweist.
  13. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenschwerpunkt der Primärkammer (1101) etwa in der Mitte ihrer Längsachse (L1) liegt und/oder dass ein Volumenschwerpunkt der Sekundärkammer (1102) in einer der Primärkammer (1101) benachbarten Hälfte der Sekundärkammer (1102) liegt.
  14. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einlassventil (140) zum Einbringen eines Fluids, insbesondere des zündfähigen Mediums, in die Vorkammer (110), vorgesehen ist.
  15. Zündkerze (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (140) so angeordnet ist, dass es die Einbringung des Fluids direkt in die Sekundärkammer (1102) erlaubt, insbesondere in eine der Primärkammer (1101) benachbarte Hälfte der Sekundärkammer (1102).
  16. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (1102) in ihrem brennraumseitigen Endbereich (1102b) mindestens einen eine Fluidverbindung zu einem Brennraum (300) der Brennkraftmaschine ermöglichenden Überströmkanal (112) aufweist, wobei mindestens ein Überströmkanal (112) als Drallkanal ausgebildet ist.
  17. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einkoppeloptik (131) zur Einkopplung der Laserstrahlung (135) in dem Aufnahmebereich (120) angeordnet ist.
  18. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise einen laseraktiven Festkörper aufweisende, Lasereinrichtung (130) zur Erzeugung der Laserstrahlung (135) in der Zündkerze (100), insbesondere in dem Aufnahmebereich (120), angeordnet ist.
  19. Vorkammeranordnung (400) für eine Brennkraftmaschine zur Aufnahme eines zündfähigen Mediums, mit einem Aufnahmebereich (420) zur Aufnahme einer Zündkerze (101), gekennzeichnet durch eine dem Aufnahmebereich (420) benachbart angeordnete Primärkammer (4101) und eine Sekundärkammer (4102), die in einem dem Aufnahmebereich (420) abgewandten Endbereich (4101a) der Primärkammer (4101) mit der Primärkammer (4101) in Fluidverbindung steht, und dadurch, dass die Primärkammer (4101) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist und der maximale Durchmesser (d23) der Sekundärkammer (4102) mindestens doppelt so groß ist wie ein Durchmesser (d1) der Primärkammer (4101).
  20. Vorkammeranordnung (400) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Sekundärkammer (4102) größer oder gleich dem vierfachen Volumen der Primärkammer (4101) ist.
  21. Vorkammeranordnung (400) nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich zwischen der Primärkammer (4101) und der Sekundärkammer (4102) abgerundete Wandabschnitte aufweist.
  22. Vorkammeranordnung (400) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenschwerpunkt der Primärkammer (4101) etwa in der Mitte ihrer Längsachse liegt und/oder dass ein Volumenschwerpunkt der Sekundärkammer (4102) in einer der Primärkammer (41101) benachbarten Hälfte der Sekundärkammer (4102) liegt.
  23. Vorkammeranordnung (400) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einlassventil (440) zum Einbringen eines Fluids, insbesondere des zündfähigen Mediums, in die Sekundärkammer (4102), vorgesehen ist.
  24. Zylinderkopf (200) mit mindestens einer Vorkammeranordnung (400) nach einem der Ansprüche 19 bis 23.
  25. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (200) nach Anspruch 24
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060987A1 (de) * 2009-11-23 2011-05-26 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze
DE102009055038A1 (de) * 2009-12-21 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Laserzündeinrichtung
DE102010029347A1 (de) * 2010-05-27 2011-12-01 Robert Bosch Gmbh Laserinduzierte Fremdzündung für eine Brennkraftmaschine
WO2012152462A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-15 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze und betriebsverfahren hierfür
DE102016107669A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 L'orange Gmbh Vorkammer-Zündkerzenanordnung
CN115111048A (zh) * 2022-01-28 2022-09-27 长城汽车股份有限公司 一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434753A (en) * 1981-05-18 1984-03-06 Nippon Soken, Inc. Ignition apparatus for internal combustion engine
US4499399A (en) * 1982-08-09 1985-02-12 Manuel Flores Anti-pollutant spark plug adaptor
DE10016558A1 (de) * 2000-04-03 2001-10-11 Dieter Kuhnert Vorkammer-Zündkerze mit Zusatzkraftstoff zur Entflammung sehr magerer Kraftstoff-Luft-Gemische, insbesondere für Gasmotoren
WO2006125685A1 (de) * 2005-05-27 2006-11-30 Robert Bosch Gmbh Zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine
DE102006018973A1 (de) 2006-04-25 2007-10-31 Kuhnert-Latsch-GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Herr Dr.-Ing. Reinhard Latsch, 76530 Baden-Baden) Laserzündung in einer Vorkammer
DE102007015036B4 (de) * 2007-03-29 2008-11-20 Multitorch Gmbh Laserzündung für Gasgemische

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434753A (en) * 1981-05-18 1984-03-06 Nippon Soken, Inc. Ignition apparatus for internal combustion engine
US4499399A (en) * 1982-08-09 1985-02-12 Manuel Flores Anti-pollutant spark plug adaptor
DE10016558A1 (de) * 2000-04-03 2001-10-11 Dieter Kuhnert Vorkammer-Zündkerze mit Zusatzkraftstoff zur Entflammung sehr magerer Kraftstoff-Luft-Gemische, insbesondere für Gasmotoren
WO2006125685A1 (de) * 2005-05-27 2006-11-30 Robert Bosch Gmbh Zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine
DE102006018973A1 (de) 2006-04-25 2007-10-31 Kuhnert-Latsch-GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Herr Dr.-Ing. Reinhard Latsch, 76530 Baden-Baden) Laserzündung in einer Vorkammer
DE102007015036B4 (de) * 2007-03-29 2008-11-20 Multitorch Gmbh Laserzündung für Gasgemische

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060987A1 (de) * 2009-11-23 2011-05-26 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze
US8844491B2 (en) 2009-11-23 2014-09-30 Robert Bosch Gmbh Laser spark plug
DE102009055038A1 (de) * 2009-12-21 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Laserzündeinrichtung
DE102010029347A1 (de) * 2010-05-27 2011-12-01 Robert Bosch Gmbh Laserinduzierte Fremdzündung für eine Brennkraftmaschine
US9377003B2 (en) 2010-05-27 2016-06-28 Robert Bosch Gmbh Laser-induced spark ignition for an internal combustion engine
WO2012152462A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-15 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze und betriebsverfahren hierfür
DE102016107669A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 L'orange Gmbh Vorkammer-Zündkerzenanordnung
DE102016107669B4 (de) 2016-04-26 2018-08-16 L'orange Gmbh Vorkammer-Zündkerzenanordnung
CN115111048A (zh) * 2022-01-28 2022-09-27 长城汽车股份有限公司 一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机
CN115111048B (zh) * 2022-01-28 2023-09-19 长城汽车股份有限公司 一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机

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