DE102009016466A1

DE102009016466A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009016466A1
Application number: DE102009016466A
Authority: DE
Inventors: Björn Dipl.-Ing. Dirumdam; Sascha M. Sc Stoll (ME); Ingo Dr.-Ing. Wilke
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2009-04-04
Filing date: 2009-04-04
Publication date: 2010-10-07
Also published as: CN101858246B; CN101858246A; FI20105270A0; FI20105270A; KR20100110713A; JP2010242740A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Gasmotor, für Brenngas, mit mindestens einer Brennkammer (4), wobei in eine Brennkammer (4) eine an eine Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse (7) mündet, um Brenngas in die Brennkammer (4) einzubringen, und mit einer in die Brennkammer (4) hineinragenden Zündeinrichtung (6), um das Brenngas zu entzünden. Erfindungsgemäß mündet die Brenngasdüse (7) derart in die Brennkammer (4), dass ein von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachter Brenngasstrahl (8) auf die Zündeinrichtung (6) gerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 102 17 996 A1 ist eine Brennkraftmaschine für einen gasförmigen Brennstoff bekannt, die eine Hauptbrennkammer und eine von der Hauptbrennkammer abgeteilte Vorbrennkammer umfasst. Die Vorbrennkammer ist über mindestens eine Öffnung mit der Haupttrennkammer verbunden. In die Vorbrennkammer mündet eine an eine Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse, um Brenngas in die Vorbrennkammer einzubringen. Hierbei wird das Brenngas mit einem in der Vorbrennkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch unter Anreicherung desselben vermischt. In die Vorbrennkammer ragt eine Zündeinrichtung hinein, um das angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch zu entzünden und so letztendlich für eine Zündung des in der Hauptbrennkammer befindlichen Brenngas-Luft-Gemischs zu sorgen.
Die Zündeinrichtungen einer solchen Brennkraftmaschine sind im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt. Um einen vorzeitigen Verschleiß der Zündeinrichtungen zu vermeiden und damit die Lebensdauer derselben zu erhöhen, werden bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen die Zündeinrichtungen gekühlt, nämlich dadurch, dass sich das durch die Brenngasdüse in die Vorbrennkammer eingebrachte, relativ kalte Brenngas mit dem in der Vorbrennkammer befindlichen, relativ heißen Abgas aus dem voran gegangenen Verbrennungstakt vermischt und so in Folge der resultierenden Gemischtemperatur aus dem in der Vorbrennkammer befindlichen Abgas-Luft-Gemisch und dem über die Brenngasdüse in die jeweilige Vorbrennkammer eingebrachten Brenngas die jeweilige Zündeinrichtung kühlt.
Hiermit kann jedoch nur eine eingeschränkte Kühlung von Zündeinrichtungen gewährleistet werden, so dass Bedarf an einer Brennkraftmaschine besteht, bei welcher eine effektivere Kühlung von Zündeinrichtungen möglich ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß mündet die Brenngasdüse derart in die Brennkammer, dass ein von der Brenngasdüse in die Brennkammer eingebrachter Brenngasstrahl auf die Zündeinrichtung gerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mündet die Brenngasdüse derart in die jeweilige Brennkammer, dass ein von der Brenngasdüse in die jeweilige Brennkammer eingebrachter Brenngasstrahl auf die Zündeinrichtung gerichtet ist. Hierdurch wird eine Zwangskühlung der Zündeinrichtung bereitgestellt, die den konventionellen Kühleffekt, der sich durch die Mischung des in der Brennkammer befindlichen Brenngas-Luft-Gemischs mit dem über die Brenngasdüse eingebrachten Brenngas einstellt, unterstützt. Hierdurch kann die Temperaturbelastung der Zündeinrichtungen deutlich reduziert werden, was letztendlich in einer erhöhten Lebensdauer der Zündeinrichtungen resultiert. Hierdurch können Wartungsintervalle an der Brennkraftmaschine deutlich verlängert bzw. gesteigert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: einen stark schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt aus einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die vorzugsweise als Otto-Gasmotor ausgeführt ist, nämlich im Bereich eines Zylinderkopfs 1 der Brennkraftmaschine, der eine Hauptbrennkammer 2 derselben begrenzt. Am Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine greift gemäß 1 ein Einsatz 3 an, der in den Zylinderkopf 1 vorzugsweise eingeschraubt ist, wobei der Einsatz 3 eine Vorbrennkammer 4 definiert, die von der Hauptbrennkammer 2 abgetrennt ist und mit derselben über mindestens eine Öffnung 5 verbunden ist.
In die Vorbrennkammer 4 ragt eine Zündeinrichtung 6 hinein, die vorzugsweise mindestens eine Zündelektrode aufweist und als Zündkerze ausgebildet ist ist. Über eine Brenngasdüse 7, die an eine nicht gezeigte Brenngas-Leitung angeschlossen ist, kann in die Vorbrennkammer 4 Brenngas eingespritzt werden, wobei das über die Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingespritzte Brenngas sich mit einem ein der Vorbrennkammer 4 befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Abgasgemisch unter Anreicherung desselben vermischt. Die Zündeinrichtung dient der Entzündung des angereicherten Brenngas-Luft-Gemischs in der Vorbrennkammer 4.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist die Brenngasdüse 7 derart dem die Vorbrennkammer 4 definierenden Einsatz 3 zugeordnet, dass die Brenngasdüse 7 derart in die Vorbrennkammer 4 mündet, dass ein von der Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachter Brenngasstrahl 8 auf die Zündeinrichtung 6 gerichtet ist.
Der von der Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachte Brenngasstrahl 8 umspült die Zündeinrichtung 6 dabei direkt bzw. unmittelbar, und zwar vorzugsweise die oder jede Elektrode der Zündeinrichtung 6 und einen Sitz der Zündeinrichtung 6 am Einsatz 3.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die in die Vorbrennkammer 4 hineinragende Zündeinrichtung 6 effektiv gekühlt werden, nämlich sowohl über die Vermischung des über die Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachten relativ kalten Brenngases mit dem in der Vorbrennkammer 4 befindlichen relativ heißen, mageren Brenngas-Abgas-Luft-Gemisch als auch über die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Brenngasdüse 7 bewirkte Umspülung der Zündeinrichtung 6 mit dem relativ kalten Brenngas, wodurch eine effektive Zwangskonvektionskühlung der Zündeinrichtung 6, insbesondere der oder jeder Elektrode der Zündeinrichtung 6 und des Sitzes derselben am Einsatz 3, etabliert werden kann.
Gemäß 1 sind die Zündeinrichtung 6 sowie die Brenngasdüse 7 in etwa um 90° zueinander versetzten Wandabschnitten des die Vorbrennkammer 4 definierenden Einsatzes 3 zugeordnet, so dass eine Haupterstreckungsrichtung des von der Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachten Brenngasstrahls 8 in etwa senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Zündeinrichtung 6 verläuft.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird demnach zur Kühlung von Zündeinrichtungen der über Brenngasdüsen in Brennkammern eingebrachte Brenngasstrahl und damit der Brenngasstrom ausgenutzt. Der Brenngasstrahl wird auf die jeweilige zu kühlende Zündeinrichtung ausgerichtet, so dass dieselbe vom Brenngas umströmt wird, wodurch eine effektive Zwangskonvektionskühlung der Zündeinrichtung erreicht wird. Diese Umströmung der Zündeinrichtung mit Brenngas kann auf bis zu 180° des sogenannten Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Das erfindungsgemäße, gezielte Anblasen der Zündeinrichtungen mit einem relativ kalten Brenngasstrahl stellt eine effektive Kühlung der Zündeinrichtungen bereit, welche die Kühlung, die sich aus einer Mischung des relativ kalten Brenngases mit dem in der Brennkammer befindlichen, relativ heißen Brenngas-Abgas-Luft-Gemisch ausbildet, unterstützt. Hierdurch kann die Temperaturbelastung der Zündeinrichtungen deutlich reduziert werden. Letztendlich kann hierdurch die Lebensdauer der Zündeinrichtungen gesteigert werden.
Obwohl es bevorzugt ist, dass der von der Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachte Brenngasstrahl 8 die Zündeinrichtung 6 direkt bzw. unmittelbar umspült, ist es auch möglich, dass der von der Brenngasdüse 7 in die Vorbrennkammer 4 eingebrachte Brenngasstrahl 8 die Zündeinrichtung 6 streifend oder indirekt zum Beispiel über eine direkt angeströmte Wand umspült.

1: Zylinderkopf
2: Hauptbrennkammer
3: Einsatz
4: Vorbrennkammer
5: Öffnung
6: Zündeinrichtung
7: Brenngasdüse
8: Brenngasstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10217996 A1 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere Otto-Gasmotor, für Brenngas, mit mindestens einer Brennkammer, wobei in eine Brennkammer eine an eine Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse mündet, um Brenngas in die Brennkammer einzubringen, und mit einer in die Brennkammer hineinragenden Zündeinrichtung, um das Brenngas zu entzünden, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasdüse (7) derart in die Brennkammer (4) mündet, dass ein von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachter Brenngasstrahl (8) auf die Zündeinrichtung (6) gerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasdüse (7) derart in die Brennkammer (4) mündet, dass der von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachter Brenngasstrahl (8) die Zündeinrichtung (6) umspült.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachte Brenngasstrahl (8) mindestens eine Elektrode der Zündeinrichtung (6) und/oder einen Sitz der Zündeinrichtung (6) umspült.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasdüse (7) derart in die Brennkammer (4) mündet, dass eine Haupterstreckungsrichtung des von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachten Brenngasstrahls (8) in etwa senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Zündeinrichtung (6) verläuft.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasdüse (7) und die Zündeinrichtung (6) an in etwa 90° zueinander versetzten, die Brennkammer (4) definieren Wandabschnitten angreifen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Brenngasdüse (7) in die Brennkammer (4) eingebrachte Brenngasstrahl (8) direkt auf die Zündeinrichtung (6) gerichtet ist und die Zündeinrichtung (6) direkt umspült.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Brenngasdüse (7) in die Vorbrennkammer (4) eingebrachte Brenngasstrahl (8) die Zündeinrichtung (6) streifend oder indirekt zum Beispiel über eine direkt angeströmte Wand umspült.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Hauptbrennkammer (2) und eine von der Hauptbrennkammer (2) abgeteilte Vorbrennkammer (4), wobei die Vorbrennkammer (4) über mindestens eine Öffnung (5) mit der Hauptbrennkammer (2) verbunden ist, wobei in die Vorbrennkammer (4) die an die Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse (7) mündet, um das Brenngas in die Vorbrennkammer (4) einzubringen und mit einem in der Vorbrennkammer (4) befindlichen, mageren Brenngas-Abgas-Luft-Gemisch unter Anreicherung desselben zu vermischen, und wobei mit der in die Vorbrennkammer (4) hineinragenden Zündeinrichtung (6) das angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch entzündbar ist.