DE102009012249A1 - Ignition device for use in gas engine, has hollow body co-operating with pre-chamber of cylinder, and ignition triggering device increasing ignitability and/or combustibility of gas mixture, so that gas mixture burns under flame formation - Google Patents

Ignition device for use in gas engine, has hollow body co-operating with pre-chamber of cylinder, and ignition triggering device increasing ignitability and/or combustibility of gas mixture, so that gas mixture burns under flame formation Download PDF

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Abstract

The device (1) has a hollow body (10) co-operating with a pre-chamber of a cylinder of a gas engine, where interior (11) of the hollow body is accessible via an opening (12a) in a wall (12) of the hollow body. The interior of the hollow body receives and collects non-combustible gas mixture (G1) via the opening, so that the gas mixture is preserved at minimum temperature of about 1150 Kelvin in the interior of the hollow body. An ignition triggering device (20) increases ignitability and/or combustibility of the gas mixture, so that the gas mixture burns under flame formation. An independent claim is also included for a method for operating a gas engine equipped with an ignition device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für einen Gasmotor, einen mit einer solchen Zündeinrichtung ausgerüsteten Gasmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gasmotors.The The invention relates to an ignition device for a Gas engine, one equipped with such an ignition device Gas engine and a method of operating such a gas engine.

Aus DE 102 17 996 A1 ist ein Gasmotor bekannt, bei dem die Zündung eines Gasbrennstoff-Luft-Gemisches an der heißen Oberfläche eines Glühstiftes in einer Vorkammer eines Zylinders des Gasmotors erfolgt. Durch zwangsweise vorhandene Turbulenzen in der Strömung des Gasbrennstoff-Luft-Gemisches ist jedoch die Aufenthaltsdauer einzelner Gemischzonen an der heißen Oberfläche begrenzt und starken stochastischen Schwankungen unterworfen. Die Reaktionsgeschwindigkeit, mit der die eigentliche Zündung erfolgt, ist damit nicht eindeutig festgelegt. Die Folge sind daher bei der Oberflächenzündung große Schwankungen sowohl im Zündzeitpunkt als auch im Zündort. Dieses ist für ein zuverlässiges Zündsystem bei Gasmotoren nicht ideal.Out DE 102 17 996 A1 a gas engine is known in which the ignition of a gas fuel-air mixture takes place on the hot surface of a glow plug in an antechamber of a cylinder of the gas engine. By forcibly present turbulence in the flow of the gas fuel-air mixture, however, the residence time of individual mixture zones on the hot surface is limited and subjected to strong stochastic fluctuations. The reaction rate at which the actual ignition takes place is thus not clearly defined. The result is therefore in the surface ignition large fluctuations both in the ignition and in the ignition. This is not ideal for a reliable ignition system in gas engines.

Eine gewisse Besserung im Zündverhalten lässt sich über Beruhigungszonen für die Strömung im Nahbereich der heißen Oberfläche erreichen. Solche Beruhigungszonen lassen sich z. B. durch Abschirmhülsen über einem Glühstift bereitstellen, wie z. B. in DE 10 2007 019 882 A1 beschrieben. Dadurch werden die Fluidbewegungen gedämpft und die Verweilzeit an der heißen Oberfläche vergrößert. Eine weitere Verbesserung des Zündverhaltens bei heißen Oberflächen lässt sich über eine Erhöhung der Glühtemperatur (siehe ebenfalls z. B. DE 10 2007 019 882 A1 ) und eine Vergrößerung der Glüh-Oberfläche erreichen. Beide Maßnahmen sind jedoch Materialfestigkeits- bzw. Geometrieeinschränkungen unterworfen. Aus diesem Grund sind Oberflächenzündungen stets größeren stochastischen Schwankungen unterworfen.A certain improvement in the ignition behavior can be achieved via calming zones for the flow in the vicinity of the hot surface. Such calming zones can be z. B. provide by shielding over a glow plug, such. In DE 10 2007 019 882 A1 described. As a result, the fluid movements are damped and increases the residence time on the hot surface. A further improvement in the ignition behavior on hot surfaces can be achieved by increasing the annealing temperature (see also, for example, US Pat. DE 10 2007 019 882 A1 ) and increase the glow surface. Both measures, however, are subject to material strength or geometry restrictions. For this reason surface ignition is always subject to larger stochastic fluctuations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung für einen Gasmotor bereitzustellen, mit der zumindest der Zündzeitpunkt exakter steuerbar ist und die eine gegenüber Zündeinrichtungen aus dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen mit einer solchen Zündeinrichtung ausgerüsteten Gasmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gasmotors bereitzustellen.Of the Invention is based on the object, an ignition device for a gas engine, with at least the Zündzeitpunkt is more precisely controllable and the one opposite Ignition devices from the prior art increased Life has. The invention is further based on the object equipped with such an ignition device Gas engine and a method for operating such a gas engine provide.

Die o. g. Aufgaben werden mit einer Zündeinrichtung gemäß Anspruch 1, einem Gasmotor gemäß Anspruch 8 und einem Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.The o. g. Tasks are with an ignition device according to claim 1, a gas engine according to claim 8 and a method solved according to claim 9. further developments The invention are in the respective dependent claims Are defined.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Zündeinrichtung für einen Gasmotor auf: einen Hohlkörper, der eingerichtet ist zum Zusammenwirken mit einer Vorkammer eines Zylinders des Gasmotors und dessen Innenraum über wenigstens eine Öffnung in einer Wandung des Hohlkörpers zugänglich ist, wobei der Innenraum des Hohlkörpers eingerichtet ist zum über die Öffnung Aufnehmen und Sammeln von Gasgemisch, so dass das Gasgemisch in dem Innenraum des Hohlkörpers auf einer Mindesttemperatur von 1150 K bzw. 877°C haltbar ist, und eine Zündungs-Auslösevorrichtung, die eingerichtet ist, eine Zündfähigkeit bzw. Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches zu erhöhen, so dass das Gasgemisch selbstzündend unter Flammenbildung verbrennt.According to one The first aspect of the invention comprises an ignition device for a gas engine on: a hollow body, the is set up to cooperate with an antechamber of a cylinder the gas engine and its interior via at least one opening accessible in a wall of the hollow body, wherein the interior of the hollow body is adapted to over picking up and collecting gas mixture so that the gas mixture in the interior of the hollow body at a minimum temperature of 1150 K and 877 ° C respectively, and an ignition tripping device, which is set up, an ignitability or To increase the burnability of the gas mixture, so that the gas mixture burns spontaneously under flame formation.

Gemäß der Erfindung wird durch den Hohlkörper eine Reaktionskammer bzw. eine Flammenfalle oder Flammensperre (”Flame Trap”) bereitgestellt, wobei die turbulente Mager-Verlöschgrenze (Lean-Stretch-Limit) von Luft/Gas/Abgas-Gemischen und die starke Temperaturabhängigkeit der chemischen Radikalbildung (notwendig für die Entflammung) ausgenutzt werden, um eine punktgenaue Zündung zu realisieren. In dem die Reaktionskammer bildenden Innenraum des Hohlkörpers wird durch geeignete Strömungsbewegungen (in der Vorkammer) während des Verdichtungstaktes ein hoher Anteil an heißem Abgas aus dem vorangegangenen Verbrennungstakt gesammelt. Dadurch wird während des gesamten Verdichtungstaktes eine hohe Temperatur im Innenraum des Hohlkörpers realisiert.According to the Invention is a reaction chamber by the hollow body or a flame trap or flame barrier ("Flame Trap") provided, wherein the turbulent lean-limit (Lean-Stretch-Limit) of air / gas / exhaust gas mixtures and the strong temperature dependence chemical radical formation (necessary for ignition) be exploited to realize a pinpoint ignition. In the interior of the hollow body forming the reaction chamber is determined by suitable flow movements (in the antechamber) during the compression stroke, a high proportion of hot Exhaust gas collected from the previous combustion cycle. Thereby becomes a high temperature throughout the compression stroke realized in the interior of the hollow body.

Durch den heißen Abgas-Anteil kann sich während des gesamten Kompressionszyklus auch ohne eigentliche Verbrennung eine hohe Konzentration an chemischen Radikalen im Innenraum des Hohlkörpers bilden. In die von dem Innenraum des Hohlkörpers gebildete Reaktionskammer evtl. einströmende Frischgas-Gasanteile können somit auch ohne eigentliche Flammenfront oxidiert werden, was die Temperatur und die Radikalkonzentration im Innenraum des Hohlkörpers zusätzlich erhöht.By the hot exhaust gas content may be during the entire compression cycle even without actual combustion one high concentration of chemical radicals in the interior of the hollow body form. In the formed of the interior of the hollow body Reaction chamber possibly incoming fresh gas gas components can thus be oxidized even without actual flame front be what the temperature and the radical concentration in the interior of the hollow body additionally increased.

Maßgeblich für die Funktion der Flammenfalle sind die chemische Zusammensetzung, die Strömungsbewegung und die Turbulenz des in den Innenraum des Hohlkörpers eintretenden Gasgemisches. Sind die Abgaskonzentration, der Lambda-Wert, die Turbulenz und die Eintrittsgeschwindigkeit des Gasgemisches hoch genug, so kann keine chemische Reaktion aus dem Innenraum des Hohlkörpers heraustreten, da außerhalb des Hohlkörpers bzw. in dessen Eintrittsöffnung(en) Verlöschungen infolge der turbulenten Mager-Verlöschgrenze (Lean-Stretch-Limit) auftreten. Die Reaktion (”Flamme”) bleibt also im Innenraum des Hohlkörpers gefangen, so dass im Innenraum des Hohlkörpers quasi eine ”stationäre Flammenfront” gebildet ist.decisive for the function of the flame trap are the chemical composition, the flow movement and the turbulence of the interior the hollow body entering gas mixture. Are the exhaust gas concentration, the lambda value, turbulence and entry velocity the gas mixture is high enough so no chemical reaction can occur the interior of the hollow body emerge, because outside of the hollow body or in its inlet opening (s) Losses due to the turbulent lean-limit (Lean-Stretch-Limit) occur. The reaction ("flame") remains so trapped in the interior of the hollow body, so that in the interior of the hollow body quasi a "stationary Flame front "is formed.

Erst wenn das in den Innenraum des Hohlkörpers einströmende Gemisch in ein geeignetes Zündfester gebracht wird, kann die Flammenfront austreten, wobei dies dann mit minimalen Zündverzügen und großer Energie erfolgt.Only when that in the interior of the hollow Body inflowing mixture is placed in a suitable Zündfester, the flame front can escape, which then takes place with minimal Zündverzügen and high energy.

Die Zündung mit einer Flammenfalle kann also mit einer gesteuerten Ladungsbewegung innerhalb der Vorkammer exakt gesteuert werden. Entscheidende Parameter der Flammenfalle sind die interne Gastemperatur (mindestens ca. 1150 K), das Volumen und die Geometrie der Eintrittsöffnung(en), insbesondere deren Durchmesser.The Ignition with a flame trap can therefore be controlled with a Charge movement can be precisely controlled within the antechamber. Decisive parameters of the flame trap are the internal gas temperature (at least about 1150 K), the volume and the geometry of the inlet opening (s), in particular their diameter.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in jeder Öffnung ein Leitelement angeordnet, welches eingerichtet ist, dem in den Innenraum des Hohlkörpers einströmenden Gasgemisch eine quer zu einer Einströmrichtung dessen gerichtete Strömungskomponente zu verleihen.According to one Embodiment of the invention is in each opening arranged a guide element, which is arranged in the Interior of the hollow body inflowing gas mixture a directed transversely to an inflow direction of the flow component to rent.

Durch das Leitelement wird auf einfache und sichere Weise eine Löschfront (Quench-Front) für das in die von dem Hohlkörper gebildete Reaktionskammer eintretende Gasgemisch gebildet, wobei z. B. turbulente Flammenlöschungen und/oder Flammenlöschungen durch laminare Flammenstreckung auftreten.By the guide element becomes an extinguishing front in a simple and secure manner (Quench front) for in the of the hollow body formed reaction chamber entering gas mixture formed, wherein z. B. turbulent flame extinguishing and / or flame extinguishing occur by laminar flame stretching.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Leitelement in Form einer abgewinkelten Platte ausgebildet, wobei eine Leitfläche der Platte, die zwei einen Winkel von mehr als 180 Grad miteinander einschließende, durch die Abwinklung erzeugte Teilflächen aufweist, entgegen der Einströmrichtung gewandt angeordnet ist.According to one Embodiment of the invention is the guide element in shape formed an angled plate, wherein a guide surface the plate, the two at an angle of more than 180 degrees with each other enclosing, generated by the angled faces has, facing the direction of inflow turned arranged is.

Diese Ausgestaltung des Leitelementes lässt sich auf einfache Weise herstellen und unterstützt insbesondere Flammenlöschungen auf Basis laminarer Flammenstreckung.These Design of the guide element can be simple Produce way and supports in particular flame extinguishing based on laminar flame extension.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abwinklung an der Leitfläche mit einem bestimmten Radius, der größer als eine Dickenabmessung der Platte ist, ausgebildet.According to one Embodiment of the invention is the bend at the Guide surface with a certain radius, the larger as a thickness dimension of the plate is formed.

Durch diesen im Verhältnis zur Abwinklung großen Radius kann das in die von dem Hohlkörper gebildete Reaktionskammer eintretende Gasgemisch sanft umgeleitet werden, so dass an den dem Radius benachbarten Teilflächen des Leitelements bzw. der Platte eine laminare Flammenstreckung stattfinden kann.By this in relation to the bend large radius this can be done in the reaction chamber formed by the hollow body incoming gas mixture are gently diverted, so that at the radius adjacent partial surfaces of the guide element or the plate a laminar flame extension can take place.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlkörper mit einer aktiven oder einer passiven Heizeinrichtung versehen, mit der dem Innenraum des Hohlkörpers Wärmeenergie zuführbar ist.According to one Embodiment of the invention is the hollow body provided with an active or a passive heating device, with the interior of the hollow body heat energy can be fed.

Hierdurch kann das Temperaturniveau im Innenraum des Hohlkörpers leicht und sicher gesteuert werden. Die Heizeinrichtung kann passiv oder aktiv geheizte Oberflächen und/oder eine Mikrowelleneinrichtung, eine Lasereinrichtung usw. aufweisen.hereby can the temperature level in the interior of the hollow body be controlled easily and safely. The heater can be passive or actively heated surfaces and / or a microwave device, a laser device, etc. have.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zündungs-Auslösevorrichtung eingerichtet, die Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches an den Eintrittsöffnungen durch Erhöhung eines Kraftstoffanteils in dem Gasgemisch zu erhöhen. D. h., die Zündungs-Auslösevorrichtung ist so eingerichtet, dass sie das Gasgemisch ”fetter” machen kann, wodurch der für das Durchbrennen nötige Anteil an Kraftstoff bzw. Brenngas bereitgestellt wird.According to one Embodiment of the invention is the ignition triggering device set up, the burn-through ability of the gas mixture at the inlet openings by increasing a Increase fuel fraction in the gas mixture. Ie., the ignition triggering device is arranged so that they can make the gas mixture "fatter", thereby the necessary for the burn-through share of fuel or fuel gas is provided.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zündungs-Auslösevorrichtung eingerichtet, den Kraftstoffanteil in dem Gasgemisch durch einen auf jede Öffnung des Hohlkörpers gerichteten Zündgasstrahl zu erhöhen.According to one Embodiment of the invention is the ignition triggering device set up the fuel fraction in the gas mixture by a directed to each opening of the hollow body Zündgasstrahl to increase.

Damit kann die Ladungsbewegung so realisiert werden, dass zu einem definierten Zeitpunkt an der bzw. den Öffnungen zum Innenraum des Hohlkörpers bzw. zur Flammenfalle (Flame Trap) ein durchbrennfähiges Gemisch erzeugt wird.In order to the charge movement can be realized so that to a defined Time at the or the openings to the interior of the hollow body or to the flame trap (Flame Trap) a burnable Mixture is generated.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Gasmotor mit einer Zündeinrichtung gemäß einer oder allen zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt.According to one The second aspect of the invention is a gas engine with an ignition device according to one or all of the aforementioned embodiments of the Invention provided.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines solchen erfindungsgemäßen Gasmotors während eines Verdichtungstaktes des Gasmotors heißes aus einem vorangegangenen Verbrennungstakt dessen resultierendes Gasgemisch in die Vorkammer geleitet und über die wenigstens eine Öffnung des Hohlköpers in dem Innenraum dessen gesammelt, wird das in dem Hohlkörper gesammelte Gasgemisch auf einer Mindesttemperatur von 1150 K gehalten, erhöht zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Zylinders des Gasmotors die Zündungs-Auslösevorrichtung die Zündfähigkeit bzw. Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches, so dass das Gasgemisch selbstzündend unter Flammenbildung verbrennt und dabei eine über die wenigstens eine Öffnung des Hohlkörpers aus dem Innenraum dessen austretende Flammenfront bildet, und zündet die aus dem Hohlkörper austretende Flammenfront ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem mit der Vorkammer verbundenen Brennraum des Zylinders des Gasmotors.According to one Third aspect of the invention is in a method of operation such a gas engine according to the invention during a compression stroke of the gas engine hot from one preceding combustion cycle whose resulting gas mixture passed into the antechamber and over the at least one opening of the hollow body in the interior of which is collected the gas mixture collected in the hollow body at a minimum temperature held at 1150 K increases at a predetermined ignition timing of the cylinder of the gas engine, the ignition tripping device the ignitability or burn-through capability of the gas mixture, so that the gas mixture is self-igniting burning with flame and doing one over the at least one opening of the hollow body of the Interior whose exiting flame front forms, and ignites the emerging from the hollow body flame front an air-fuel mixture in a combustion chamber of the cylinder of the cylinder connected to the prechamber Gas engine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben.in the The invention is based on a preferred embodiment and with reference to the accompanying figure.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer in einen Gasmotor integrierten Zündeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic view of a in a gas engine integrated ignition device according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer in einen nicht vollständig dargestellten und nicht bezeichneten Gasmotor integrierten Zündeinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic view of integrated in a not fully illustrated and not designated gas engine integrated ignition device 1 according to an embodiment of the invention.

Die Zündeinrichtung 1 ist in einer Vorkammer eines nicht dargestellten Zylinders des Gasmotors angeordnet und weist einen Hohlkörper 10 und eine Zündungs-Auslösevorrichtung 20 auf.The ignition device 1 is arranged in an antechamber of a cylinder, not shown, of the gas engine and has a hollow body 10 and an ignition triggering device 20 on.

Der Hohlkörper 10 ist aus einem hitzebeständigen Material, wie z. B. Stahl oder Keramik, hergestellt und weist einen eine Reaktionskammer bzw. Flammenfalle bildenden Innenraum 11 auf, der über eine Öffnung 12a bestimmter Größe (insbesondere bestimmten Durchmessers) in einer Wandung 12 des Hohlkörpers 10 zugänglich ist.The hollow body 10 is made of a heat resistant material, such. As steel or ceramic, and has a reaction chamber or flame trap forming interior 11 up, over an opening 12a certain size (in particular certain diameter) in a wall 12 of the hollow body 10 is accessible.

In der Öffnung 12a ist ein plattenförmiges Leitelement 13 angeordnet, welches so abgewinkelt ist, dass eine Leitfläche 14 des Leitelements 13, die zwei einen Winkel von mehr als 180 Grad miteinander einschließende, durch die Abwinklung erzeugte Teilflächen aufweist, entgegen einer Einströmrichtung R von in den Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 einströmendem Gasgemisch G1, G2 gewandt angeordnet ist. Die Abwinklung an der Leitfläche 14 weist einen Radius auf, der größer als eine Dickenabmessung des plattenförmigen Leitelementes 13 ist.In the opening 12a is a plate-shaped guide element 13 arranged, which is angled so that a guide surface 14 of the guiding element 13 , which has two an angle of more than 180 degrees with each other enclosing, generated by the bend partial surfaces, against an inflow direction R of in the interior 11 of the hollow body 10 inflowing gas mixture G1, G2 is arranged facing. The bend on the guide surface 14 has a radius that is greater than a thickness dimension of the plate-shaped guide element 13 is.

Durch das Leitelement 13 kann dem in den Innenraum des Hohlkörpers 10 einströmenden Gasgemisch eine quer zu dessen Einströmrichtung R gerichtete Strömungskomponente verliehen werden, so dass eine laminare Flammenstreckung realisiert wird, welche die Flammenlöschung unterstützt.Through the guide element 13 can be in the interior of the hollow body 10 inflowing gas mixture are given a transverse to the direction of flow R directed flow component, so that a laminar flame extension is realized, which supports the flame extinction.

Der Hohlkörper 10 ist mit einer aktiven Heizeinrichtung 15 in Form eines sich in den Innenraum 11 erstreckenden elektrischen Heizelementes versehen, wobei mit der Heizeinrichtung 15 dem Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 Wärmeenergie zuführbar ist.The hollow body 10 is with an active heater 15 in the form of a in the interior 11 extending electrical heating element provided with the heater 15 the interior 11 of the hollow body 10 Heat energy can be supplied.

Demgemäß ist der Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 so eingerichtet, dass darin über die Öffnung 12a in der Wandung 12 während eines Verdichtungstaktes des Gasmotors vornehmlich heißes aus einem vorangegangenen Verbrennungstakt dessen resultierendes Gasgemisch G1 aufgenommen und gesammelt werden kann und dieses nicht durchbrennfähige Gasgemisch G1 in dem Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 auf einer Mindesttemperatur von 1150 K oder 877°C haltbar ist.Accordingly, the interior is 11 of the hollow body 10 set up so that in it about the opening 12a in the wall 12 during a compression stroke of the gas engine primarily hot from a previous combustion cycle whose resulting gas mixture G1 can be recorded and collected and this non-combustible gas mixture G1 in the interior 11 of the hollow body 10 is stable at a minimum temperature of 1150 K or 877 ° C.

Die Zündungs-Auslösevorrichtung 20 ist so eingerichtet, dass damit eine Zündfähigkeit bzw. Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches G1 an den Öffnungen 12a erhöht werden kann, so dass ein gezielter Austritt der Flamme aus dem Flame-Trag bewirkt werden kann.The ignition trigger device 20 is set up so that with it an ignitability or burn-through ability of the gas mixture G1 at the openings 12a can be increased, so that a targeted exit of the flame from the flame-carrying can be effected.

Zu diesem Zweck weist die Zündungs-Auslösevorrichtung 20 eine Düsenanordnung 21 auf, mit der unter hohem Druck ein definierter Zündgasstrahl ZG direkt oder indirekt auf die Öffnung 12a des Hohlkörpers 10 gerichtet werden kann, so dass der Kraftstoffanteil in dem Gasgemisch G1 auf einen besonders zünd- bzw. brennwilligen Wert erhöht wird. Dieser Zündgasstrahl ZG ist von einen durchbrennfähigen Gasgemisch G2 gebildet.For this purpose, the ignition tripping device 20 a nozzle arrangement 21 on, with the under high pressure a defined Zündgasstrahl ZG directly or indirectly on the opening 12a of the hollow body 10 can be directed so that the proportion of fuel in the gas mixture G1 is increased to a particularly flammable or combustible value. This ignition gas jet ZG is formed by a burnable gas mixture G2.

Beim Betrieb der Zündeinrichtung 1 des Gasmotors wird während eines Verdichtungstaktes des Gasmotors das in der Vorkammer verbleibende, aus dem vorangegangenen Verbrennungstakt resultierende Gasgemisch über die Öffnungen 12a des Hohlkörpers 10 in dem Innenraum dessen gesammelt. Durch Vermischung des Restgases mit Frischgas entsteht das Gasgemisch G1, welches an den Öffnungen 12a nur sehr schlechte Durchbrenneigenschaften aufweisen darf, um ein Austreten der Flamme aus dem Flame-Trag zu verhindern.During operation of the ignition device 1 During a compression stroke of the gas engine, the gas engine, via the openings, remains in the pre-chamber, resulting from the previous combustion cycle gas mixture 12a of the hollow body 10 in the interior of which collected. By mixing the residual gas with fresh gas, the gas mixture G1, which at the openings 12a may have only very poor burn-through properties in order to prevent the flame from escaping from the flame support.

Das in dem Hohlkörper 10 gesammelte nicht durchbrennfähige Gasgemisch G1 wird dann ggf. mit Hilfe der Heizeinrichtung 15 auf einer Mindesttemperatur von 1150 K bzw. 877°C gehalten.That in the hollow body 10 collected non-combustible gas mixture G1 is then possibly with the help of the heater 15 kept at a minimum temperature of 1150 K or 877 ° C.

Durch das heiße vornehmlichvon Abgas gebildete Gasgemisch G1 kann sich während des gesamten Kompressionszyklus auch ohne eigentliche Verbrennung eine hohe Konzentration an chemischen Radikalen (und Kohlendioxid) in dem eine Reaktionskammer bildenden Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 bilden. In den Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 einströmende Gasanteile können somit auch ohne eigentliche Flammenfront oxidiert werden, was die Temperatur und die Radikalkonzentration in dem Innenraum 11 zusätzlich erhöht.Due to the hot gaseous mixture G1, which is primarily composed of exhaust gas, a high concentration of chemical radicals (and carbon dioxide) in the inner chamber forming a reaction chamber can occur during the entire compression cycle even without actual combustion 11 of the hollow body 10 form. In the interior 11 of the hollow body 10 inflowing gas fractions can thus be oxidized even without actual flame front, which is the temperature and the radical concentration in the interior 11 additionally increased.

Das nicht durchbrennfähige Gasgemisch G1 weist solche Werte hinsichtlich Abgaskonzentration (Kohlendioxid), Lambda, Turbulenz und Eintrittsgeschwindigkeit auf, dass außerhalb des Innenraums 11 bzw. in dessen Öffnung 12a Verlöschungen infolge der turbulenten Mager-Verlöschgrenze (Lean-Stretch-Limit) auftreten und damit keine chemische Reaktion in Form einer Flammenfront aus dem Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 austreten kann. Die Reaktion (”Flamme”) bleibt somit im Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 gefangen, womit im Innenraum 11 des Hohlkörpers 10 quasi eine ”stationäre Flammenfront” gebildet ist.The non-combustible gas mixture G1 has such exhaust gas concentration (carbon dioxide), lambda, turbulence, and entrance velocity values outside the interior space 11 or in its opening 12a Losses due to the turbulent lean-limit (lean-stretch-limit) occur and thus no chemical reaction in the form of a flame front from the interior 11 of the hollow body 10 can escape. The reaction ("flame") thus remains in the interior 11 of the hollow body 10 caught, bringing in the interior 11 of the hollow body 10 quasi a "stationary flame front" is formed.

Zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Zylinders des Gasmotors erhöht die Zündungs-Auslösevorrichtung 20 die Zündfähigkeit bzw. Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches G1, indem mittels der Düsenanordnung 21 unter hohem Druck ein definierter Zündgasstrahl ZG direkt oder indirekt auf die Öffnung 12a des Hohlkörpers 10 gerichtet wird, welcher das bis dahin nicht durchbrennfähige Gasgemisch G1 so anfettet bzw. dessen Kraftstoffanteil so erhöht, dass das nun entstandene Gasgemisch G1 plus G2 selbstzündend unter Flammenbildung verbrennt.At a predetermined ignition timing of the cylinder of the gas engine increases the ignition off solvent device 20 the ignitability or burn-through capability of the gas mixture G1, by means of the nozzle arrangement 21 under high pressure a defined Zündgasstrahl ZG directly or indirectly on the opening 12a of the hollow body 10 is directed, which so far enriches the hitherto incombustible gas mixture G1 or its fuel content increased so that the now resulting gas mixture G1 plus G2 ignites spontaneously with flame formation.

Bei dieser Verbrennung des Gasgemisches G1, G2 tritt über die Öffnung 12a des Hohlkörpers 10 eine Flammenfront aus dem Innenraum 11 des Hohlkörpers aus. Diese aus dem Hohlkörper 10 austretende Flammenfront zündet nun das resultierende Gemisch in der Vorkammer, welches wiederum das Luft-Kraftstoff- Gemisch des mit der Vorkammer verbundenen Haupt-Brennraums des Zylinders des Gasmotors entflammt und welches bei seiner Verbrennung einen Expansionshub bzw. Arbeitshub eines sich in dem Zylinder befindenden Kolbens (nicht gezeigt) bewirkt.In this combustion of the gas mixture G1, G2 passes through the opening 12a of the hollow body 10 a flame front from the interior 11 of the hollow body. This from the hollow body 10 Exiting flame front now ignites the resulting mixture in the pre-chamber, which in turn ignites the air-fuel mixture of the associated with the pre-chamber main combustion chamber of the cylinder of the gas engine and which combustion an expansion stroke or working stroke of an in-cylinder piston ( not shown).

11
Zündeinrichtungignition device
1010
Hohlkörperhollow body
1111
Innenrauminner space
1212
Wandungwall
12a12a
Öffnungopening
1313
Leitelementvane
1414
Leitflächebaffle
1515
Heizeinrichtungheater
2020
Zündungs-AuslösevorrichtungIgnition trigger device
2121
Düsenanordnungnozzle assembly
G1G1
(nicht durchbrennfähiges) Gasgemisch(Not burnable) gas mixture
ZGZG
ZündgasstrahlZündgasstrahl
G2G2
(durchbrennfähiges) Gasgemisch(By combustible) mixture of gases
RR
Einströmrichtunginflow

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 102007019882 A1 [0003, 0003] - DE 102007019882 A1 [0003, 0003]

Claims (9)

Zündeinrichtung (1) für einen Gasmotor, aufweisend: einen Hohlkörper (10), der eingerichtet ist zum Zusammenwirken mit einer Vorkammer eines Zylinders des Gasmotors und dessen Innenraum (11) über wenigstens eine Öffnung (12a) in einer Wandung (12) des Hohlkörpers (10) zugänglich ist, wobei der Innenraum (11) des Hohlkörpers (10) eingerichtet ist zum über die Öffnung (12a) Aufnehmen und Sammeln von Gasgemisch (G1), so dass das Gasgemisch (G1) in dem Innenraum (11) des Hohlkörpers (10) auf einer Mindesttemperatur von 1150 K haltbar ist, und eine Zündungs-Auslösevorrichtung (20), die eingerichtet ist, eine Zündfähigkeit bzw. Durchbrennfähigkeit des Gasgemisches (G1) zu erhöhen, so dass das Gasgemisch (G1) unter Flammenbildung verbrennt.Ignition device ( 1 ) for a gas engine, comprising: a hollow body ( 10 ) which is adapted to cooperate with an antechamber of a cylinder of the gas engine and the interior thereof ( 11 ) via at least one opening ( 12a ) in a wall ( 12 ) of the hollow body ( 10 ), the interior ( 11 ) of the hollow body ( 10 ) is set to over the opening ( 12a ) Receiving and collecting gas mixture (G1), so that the gas mixture (G1) in the interior ( 11 ) of the hollow body ( 10 ) is stable at a minimum temperature of 1150 K, and an ignition tripping device ( 20 ), which is designed to increase a ignitability or burn-through capability of the gas mixture (G1), so that the gas mixture (G1) burns with flame formation. Zündeinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei in jeder Öffnung (12a) ein Leitelement (13) angeordnet ist, welches eingerichtet ist, dem in den Innenraum (11) des Hohlkörpers (10) einströmenden Gasgemisch (G1) eine quer zu einer Einströmrichtung (R) dessen gerichtete Strömungskomponente zu verleihen.Ignition device ( 1 ) according to claim 1, wherein in each opening ( 12a ) a guiding element ( 13 ) is arranged, which is furnished, which in the interior ( 11 ) of the hollow body ( 10 ) gas mixture (G1) a transverse to an inflow (R) to give its directed flow component. Zündeinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Leitelement (13) in Form einer abgewinkelten Platte ausgebildet ist, und wobei eine Leitfläche (14) des Leitelements (13), die zwei einen Winkel von mehr als 180 Grad miteinander einschließende, durch die Abwinklung erzeugte Teilflächen aufweist, entgegen der Einströmrichtung (R) gewandt angeordnet ist.Ignition device ( 1 ) according to claim 2, wherein the guide element ( 13 ) is formed in the form of an angled plate, and wherein a guide surface ( 14 ) of the guiding element ( 13 ), which has two angles of more than 180 degrees with each other enclosing, generated by the angled faces, opposite to the direction of inflow (R) is arranged facing. Zündeinrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Abwinklung an der Leitfläche (14) mit einem bestimmten Radius, der größer als eine Dickenabmessung des Leitelements (13) ist, ausgebildet ist.Ignition device ( 1 ) according to claim 3, wherein the bend on the guide surface ( 14 ) having a certain radius greater than a thickness dimension of the guide element ( 13 ) is formed. Zündeinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hohlkörper (11) mit einer aktiven oder einer passiven Heizeinrichtung (15) versehen ist, mit der dem Innenraum (11) des Hohlkörpers (10) Wärmeenergie zuführbar ist.Ignition device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the hollow body ( 11 ) with an active or a passive heating device ( 15 ), with which the interior ( 11 ) of the hollow body ( 10 ) Heat energy can be supplied. Zündeinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zündungs-Auslösevorrichtung (20) eingerichtet ist, die Zündfähigkeit des Gasgemisches (G1) durch Erhöhung eines Kraftstoffanteils in dem Gasgemisch (G1) zu erhöhen.Ignition device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the ignition triggering device ( 20 ) is arranged to increase the ignitability of the gas mixture (G1) by increasing a proportion of fuel in the gas mixture (G1). Zündeinrichtung (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Zündungs-Auslösevorrichtung (20) eingerichtet ist, den Kraftstoffanteil in dem Gasgemisch (G1) durch einen auf jede Öffnung (12a) des Hohlkörpers (10) gerichteten Zündgasstrahl (ZG) zu erhöhen.Ignition device ( 1 ) according to claim 6, wherein the ignition triggering device ( 20 ) is arranged, the fuel content in the gas mixture (G1) by one on each opening ( 12a ) of the hollow body ( 10 ) directed Zündgasstrahl (ZG) increase. Gasmotor mit einer Zündeinrichtung (1) gemäß einem der Anspruche 1 bis 7.Gas engine with an ignition device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7. Verfahren zum Betreiben eines mit einer Zündeinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüsteten Gasmotors, wobei: während eines Verdichtungstaktes des Gasmotors das in der Vorkammer aus einem vorangegangenen Verbrennungstakt verbleibende heiße Restgas über wenigstens eine Öffnung (12a) des Hohlköpers (10) in dem Innenraum (11) dessen gesammelt wird, sich das in der Vorkammer befindliche Restgas während der Kompression zunehmend mit dem Frischgas aus dem Hauptbrennraum zu einem Gemisch G1 verbindet, welches nur sehr geringe Zünd- bzw. Durchbrenneigenschaften aufweist, das in dem Hohlkörper (10) gesammelte Gasgemisch (G1) auf einer Mindesttemperatur von 1150 K gehalten wird, zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt des Zylinders des Gasmotors die Zündungs-Auslösevorrichtung (20) die Zündfähigkeit des Gasgemisches erhöht, so dass das Gasgemisch (G1) selbstzündend unter Flammenbildung verbrennt und dabei eine über die wenigstens eine Öffnung (12a) des Hohlkörpers (10) aus dem Innenraum (11) dessen austretende Flammenfront bildet, und die aus dem Hohlkörper (10) austretende Flammenfront ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem mit der Vorkammer verbundenen Brennraum des Zylinders des Gasmotors zündet.Method for operating an ignition device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7 equipped gas engine, wherein: during a compression stroke of the gas engine remaining in the antechamber from a previous combustion cycle hot residual gas via at least one opening ( 12a ) of the hollow body ( 10 ) in the interior ( 11 ) which is collected, the residual gas in the prechamber during compression increasingly with the fresh gas from the main combustion chamber connects to a mixture G1, which has only very low ignition or burn through properties in the hollow body ( 10 held gas mixture (G1) is kept at a minimum temperature of 1150 K, at a predetermined ignition timing of the cylinder of the gas engine, the ignition tripping device ( 20 ) increases the ignitability of the gas mixture, so that the gas mixture (G1) ignites spontaneously with the formation of flames and thereby one via the at least one opening ( 12a ) of the hollow body ( 10 ) from the interior ( 11 ) whose exiting flame front forms, and from the hollow body ( 10 ) emanating flame front ignites an air-fuel mixture in a connected to the pre-chamber combustion chamber of the cylinder of the gas engine.
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