DE102012208129A1 - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine, nämlich Otto-Gasmotor, zum Verbrennen eines relativ mageren Brennstoffgemischs aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, mit mindestens einem Zylinder (10), wobei der oder jede Zylinder (10) einen Brennraum (11) definiert, der auf einer Seite durch einen hubbeweglich gelagerten Kolben (12) des Zylinders und auf einer gegenüberliegenden Seite durch ein Flammdeck (13) begrenzt ist, wobei in das Flammdeck (13) mindestens ein Einlassventil (15, 16) für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und mindestens ein Auslassventil (17, 18) für Abgas eingebracht ist, wobei über das Flammdeck (13) verteilt mehrere Zündeinrichtungen (21) positioniert sind, die dem Zünden des Brennstoffgemischs direkt im Brennraum (11) des jeweiligen Zylinders (10) dienen.Internal combustion engine, namely Otto gas engine, for burning a relatively lean fuel mixture of gaseous fuel and air, with at least one cylinder (10), wherein the or each cylinder (10) defines a combustion chamber (11) mounted on one side by a liftable Piston (12) of the cylinder and on an opposite side by a flame deck (13) is limited, wherein in the flame deck (13) at least one inlet valve (15, 16) for the fuel mixture of gaseous fuel and air and at least one outlet valve (17, 18) for exhaust gas is introduced, wherein over the flame deck (13) distributed multiple ignition devices (21) are positioned, which serve to ignite the fuel mixture directly in the combustion chamber (11) of the respective cylinder (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Otto-Gasmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine, namely an Otto gas engine, according to the preamble of claim 1.

Bei Gasmotoren handelt es sich um Brennkraftmaschinen, die hauptsächlich mit gasförmigen Kraftstoffen bzw. Brennstoffen betrieben werden. So unterscheidet man bei Gasmotoren grundsätzlich zwischen Otto-Gasmotoren mit Zündung des Brennstoffgemischs über eine Zündeinrichtung, insbesondere über eine Zündkerze, sowie Diesel-Gasmotoren, bei welchen die Zündung des Brennstoffgemischs über die Selbstzündung eines eingespritzten Zündöls erfolgt. Die hier vorliegende Erfindung betrifft Otto-Gasmotoren.In gas engines are internal combustion engines, which are operated mainly with gaseous fuels or fuels. In gas engines, for example, a distinction is generally made between gasoline engines with ignition of the fuel mixture via an ignition device, in particular via a spark plug, and diesel gas engines, in which the ignition of the fuel mixture takes place via the spontaneous ignition of an injected ignition oil. The present invention relates to gasoline gas engines.

Aus der DE 10 2008 018 482 A1 ist eine als Otto-Gasmotor ausgebildete Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher die Zündung des Brennstoffgemischs in einer Vorkammer des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine erfolgt, wobei die jeweilige Vorkammer mit der jeweiligen Brennkammer des jeweiligen Zylinder verbunden ist.From the DE 10 2008 018 482 A1 is designed as an Otto gas engine internal combustion engine, in which the ignition of the fuel mixture takes place in an antechamber of the respective cylinder of the internal combustion engine, wherein the respective prechamber is connected to the respective combustion chamber of the respective cylinder.

Otto-Gasmotoren mit solchen Vorkammern sind konstruktiv aufwendig, weshalb ein Bedarf an Otto-Gasmotoren besteht, die keine Vorkammer aufweisen.Gasoline engines with such prechambers are structurally complex, which is why there is a need for gasoline gas engines that have no prechamber.

Bislang bereitet die Zündung eines gasförmigen Brennstoffgemischs direkt in der Brennkammer von Zylindern des Otto-Gasmotors Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn es sich beim Otto-Gasmotor um einen Großgasmotor handelt, in welchem ein relativ mageres Brennstoffgemisch gezündet und verbrannt werden soll.So far, the ignition of a gaseous fuel mixture directly in the combustion chamber of cylinders of the gasoline engine gas is difficult, especially if it is the Otto gas engine is a large gas engine in which a relatively lean fuel mixture to be ignited and burned.

Die hier vorliegende Erfindung schlägt einen Otto-Gasmotor vor, der selbst bei Ausführung als Großgasmotor ein relativ mageres Brennstoffgemisch sicher und zuverlässig direkt im Brennraum von Zylindern der Brennkraftmaschine zünden kann, sodass auf eine Vorkammer verzichtet werden kann.The present invention proposes an Otto gas engine, which can ignite a relatively lean fuel mixture safely and reliably directly in the combustion chamber of cylinders of the engine even when running as a large gas engine, so that can be dispensed with an antechamber.

Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen.On this basis, the invention is based on the object to provide a novel internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind über das Flammdeck des jeweiligen Zylinders verteilt mehrere Zündeinrichtungen positioniert, die dem Zünden des Brennstoffgemischs direkt im Brennraum des jeweiligen Zylinders dienen. Bedingt dadurch, dass über das Flammdeck verteilt mehrere Zündeinrichtungen positioniert sind, kann ein Zünden des Brennstoffgemischs direkt im Brennraum des jeweiligen Zylinders sicher und zuverlässig erfolgen, und zwar auch dann, wenn bei als Großgasmotoren ausgebildeten Otto-Gasmotoren ein relativ mageres Brennstoffgemisch gezündet werden soll. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich durch eine schnelle und kontrollierte Verbrennung des Brennstoffgemischs aus, wodurch eine sogenannte Klopfgefahr gesenkt werden kann. Durch den Entfall der bislang erforderlichen Vorkammer können Herstellungskosten und Wartungskosten reduziert werden. Die Brennkraftmaschine kann thermodynamisch effizient unter Reduzierung von NOx-Emissionen betrieben werden.This object is achieved by an internal combustion engine according to claim 1. According to the invention, a plurality of ignition devices, which serve to ignite the fuel mixture directly in the combustion chamber of the respective cylinder, are positioned over the flame deck of the respective cylinder. Due to the fact that distributed over the flame deck several ignition devices are positioned, igniting the fuel mixture can be done safely and reliably directly in the combustion chamber of the respective cylinder, even if designed as a gas engine gasoline engines, a relatively lean fuel mixture to be ignited. The internal combustion engine according to the invention is characterized by a rapid and controlled combustion of the fuel mixture, whereby a so-called knocking risk can be reduced. By eliminating the previously required prechamber manufacturing costs and maintenance costs can be reduced. The internal combustion engine can be operated thermodynamically efficient while reducing NOx emissions.

Vorzugsweise sind in das Flammdeck zwei Einlassventile für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und zwei Auslassventile für Abgas eingebracht sind, wobei jedes der Einlassventile und Auslassventile in jeweils einem individuellen Quadranten des Flammdecks positioniert ist, und wobei die mehreren Zündeinrichtungen entlang gedachter Trennlinien der Quadranten des Flammdecks positioniert sind. Diese Anordnung der Zündeinrichtungen relativ zu den Anlassventilen und Auslassventilen entlang des Flammdecks ist besonders vorteilhaft.Preferably, two gaseous fuel and air mixture exhaust valves and two exhaust gas exhaust valves are disposed in the flame deck, each of the intake valves and exhaust valves being positioned in each individual quadrant of the flame deck, and the plurality of ignitors along imaginary dividing lines of the quadrants of the flame deck Flame decks are positioned. This arrangement of the ignition devices relative to the starting valves and exhaust valves along the flame deck is particularly advantageous.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in das Flammdeck zwei Einlassventile für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und zwei Auslassventile für Abgas eingebracht, wobei jeweils ein Einlassventil und jeweils ein Auslassventil entlang einer Achse, die sich durch die Mittelpunkte der jeweiligen Ventile erstreckt, positioniert sind, und wobei die mehreren Zündeinrichtungen entlang dieser Achsen positioniert sind. Auch diese Anordnung der Zündeinrichtungen entlang des Flammdecks relativ zu den Einlassventilen und Auslassventilen ist besonders bevorzugt.According to an advantageous development of the invention, two inlet valves for the fuel mixture of gaseous fuel and air and two outlet valves for exhaust gas are introduced into the flame deck, wherein in each case one inlet valve and one outlet valve are positioned along an axis extending through the centers of the respective valves and wherein the plurality of ignitors are positioned along these axes. This arrangement of the ignition devices along the flame deck relative to the intake valves and exhaust valves is also particularly preferred.

Vorzugsweise sind die mehreren Zündeinrichtungen bezogen auf eine Hubachse des Kolbens rotationssymmetrisch das Flammdeck verteilt. Die rotationssymmetrische Positionierung der Zündeinrichtungen bezogen auf die Hubachse des Kolbens relativ zu den Einlassventilen und Auslassventilen erlaubt eine besonders vorteilhafte Zündung eines mageren Brennstoffgemischs.Preferably, the plurality of ignition devices are rotationally symmetrically distributed with respect to a stroke axis of the piston, the flame deck. The rotationally symmetrical positioning of the ignition devices relative to the stroke axis of the piston relative to the intake valves and exhaust valves allows a particularly advantageous ignition of a lean fuel mixture.

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:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

1: eine schematisierte Darstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und 1 : a schematic representation of a cylinder of an internal combustion engine according to the invention; and

2: ein Detail des Zylinders gemäß 1. 2 : a detail of the cylinder according to 1 ,

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Otto-Gasmotor, bei welchem es sich vorzugsweise um einen Großgasmotor handelt, in welchem ein relativ mageres Brennstoffgemisch aus einem gasförmigen Kraftstoff und Luft verbrannt werden soll. The present invention relates to an internal combustion engine, namely an Otto gas engine, which is preferably a large gas engine, in which a relatively lean fuel mixture of a gaseous fuel and air to be burned.

Eine Brennkraftmaschine verfügt über mindestens einen Zylinder 10, wobei 1 einen schematisierten Querschnitt durch einen Zylinder 10 zeigt. Der Zylinder 10 umfasst einen Brennraum 11 zur Verbrennung des Brennstoffgemischs, wobei der Brennraum 11 auf einer ersten Seite durch einen hubbeweglich gelagerten Kolben 12 des Zylinders 10 und auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite durch ein Flammdeck 13 des Zylinder 10 begrenzt wird.An internal combustion engine has at least one cylinder 10 , in which 1 a schematic cross section through a cylinder 10 shows. The cylinder 10 includes a combustion chamber 11 for combustion of the fuel mixture, the combustion chamber 11 on a first side by a reciprocally mounted piston 12 of the cylinder 10 and on an opposite, second side by a fire deck 13 of the cylinder 10 is limited.

Der Kolben 12 ist in einem Gehäuse 14 des Zylinders 10 hubbeweglich aufgenommen.The piston 12 is in a housing 14 of the cylinder 10 lifted up.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Flammdeck 13, wobei im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in das Flammdeck 13 zwei Einlassventile 15 und 16 für das zu zündende und zu verbrennende Brennstoffgemisch und zwei Auslassventile 17 und 18 für Abgas eingebracht sind. 2 shows a plan view of the flame deck 13 , In the illustrated, preferred embodiment of the invention in the flame deck 13 two inlet valves 15 and 16 for the fuel mixture to be ignited and combusted and two exhaust valves 17 and 18 are introduced for exhaust.

Die vom Flammdeck 13 zur Verfügung gestellte Fläche zur Aufnahme der Ventile 15, 16, 17 und 18 ist durch gedachte Trennlinien 19 in vier Quadranten unterteilt, wobei in jedem dieser Quadranten jeweils eines der Ventile 15, 16, 17 oder 18 positioniert ist.The from the flame deck 13 provided area for receiving the valves 15 . 16 . 17 and 18 is by imaginary dividing lines 19 divided into four quadrants, each with one of the valves in each of these quadrants 15 . 16 . 17 or 18 is positioned.

Jeweils ein Auslassventil und ein Einlassventil, nämlich in 2 das Einlassventil 15 und das Auslassventil 18 sowie das Einlassventil 16 und das Auslassventil 17, sind entlang einer Achse 20 positioniert, die sich jeweils durch die Mittelpunkte der jeweiligen Ventile 15 und 18 bzw. 16 und 17 erstreckt.In each case an exhaust valve and an inlet valve, namely in 2 the inlet valve 15 and the exhaust valve 18 and the inlet valve 16 and the exhaust valve 17 , are along an axis 20 positioned respectively through the centers of the respective valves 15 and 18 respectively. 16 and 17 extends.

Erfindungsgemäß sind über das Flammdeck 13 des jeweiligen Zylinders 10 der Brennkraftmaschine verteilt mehrere Zündeinrichtungen 21 zur Zündung des Brennstoffgemischs direkt im Brennraum 11 des jeweiligen Zylinders 10 positioniert.According to the invention are on the flame deck 13 of the respective cylinder 10 the internal combustion engine distributes a plurality of ignition devices 21 to ignite the fuel mixture directly in the combustion chamber 11 of the respective cylinder 10 positioned.

Bei diesen Zündeinrichtungen 21 handelt es sich insbesondere um elektrische und/oder optische Zündeinrichtungen, die eine elektrische Funkenzündung, Corona-Zündung oder Laserzündung zur Zündung des Brennstoffgemischs direkt in der Brennkammer 11 des jeweiligen Zylinders 10 nutzen.In these ignition devices 21 These are, in particular, electrical and / or optical ignition devices which use an electric spark ignition, corona ignition or laser ignition for igniting the fuel mixture directly in the combustion chamber 11 of the respective cylinder 10 use.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Zündeinrichtungen 21 entlang der Trennlinien 19 der Quadranten des Flammdecks 13 positioniert. 2 zeigt exemplarisch mögliche Positionen für die Zündeinrichtungen 21.According to an advantageous embodiment of the invention, the ignition devices 21 along the dividing lines 19 the quadrant of the fire deck 13 positioned. 2 shows examples of possible positions for the ignition devices 21 ,

Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die mehreren Zündeinrichtungen 21 entlang der Achsen 20 positioniert sind, die sich durch die Mittelpunkte der Ventile 15, 18 und 16, 17 erstrecken. Auch hier zeigt 2 mögliche Positionen für die Zündeinrichtungen 21.Additionally or alternatively, it is possible that the plurality of ignition devices 21 along the axes 20 are positioned, passing through the centers of the valves 15 . 18 and 16 . 17 extend. Again shows 2 possible positions for the ignition devices 21 ,

Vorzugsweise sind die mehreren Zündeinrichtungen 21 bezogen auf eine Hubachse des Kolbens 12 rotationssymmetrisch über das Flammdeck 13 verteilt positioniert.Preferably, the plurality of ignition devices 21 relative to a stroke axis of the piston 12 rotationally symmetrical over the flame deck 13 positioned in a distributed manner.

Die mehreren Zündeinrichtungen 21 können gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt zu einander gezündet werden, um die Zündung des relativ mageren Brennstoffgemischs aus einem gasförmigen Kraftstoff und Luft direkt im Brennraum 11 des jeweiligen Zylinders 10 zu zünden.The multiple ignition devices 21 can be ignited simultaneously and / or offset in time to each other to ignite the relatively lean fuel mixture of a gaseous fuel and air directly in the combustion chamber 11 of the respective cylinder 10 to ignite.

Mit der Erfindung ist es bei Großgasmotoren, nämlich bei Otto-Gasmotoren, möglich, ein relativ mageres Brennstoffgemisch direkt in der Brennkammer 11 des jeweiligen Zylinders 10 sicher und zuverlässig zu zünden. Auf eine Vorkammer zur Zündung des Brennstoffgemischs kann so verzichtet werden.With the invention, it is possible in large gas engines, namely gasoline engines, a relatively lean fuel mixture directly in the combustion chamber 11 of the respective cylinder 10 safe and reliable to ignite. On an antechamber for igniting the fuel mixture can be dispensed with.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Zylindercylinder
1111
Brennraumcombustion chamber
1212
Hubkolbenreciprocating
1313
Flammdeckflame deck
1414
Zylindergehäusecylinder housing
1515
Einlassventilintake valve
1616
Einlassventilintake valve
1717
Auslassventiloutlet valve
1818
Auslassventiloutlet valve
1919
Trennlinieparting line
2020
Achseaxis
2121
Zündeinrichtungignition device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008018482 A1 [0003] DE 102008018482 A1 [0003]

Claims (5)

Brennkraftmaschine, nämlich Otto-Gasmotor, zum Verbrennen eines relativ mageren Brennstoffgemischs aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, mit mindestens einem Zylinder (10), wobei der oder jede Zylinder (10) einen Brennraum (11) definiert, der auf einer Seite durch einen hubbeweglich gelagerten Kolben (12) des Zylinders und auf einer gegenüberliegenden Seite durch ein Flammdeck (13) begrenzt ist, wobei in das Flammdeck (13) mindestens ein Einlassventil (15, 16) für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und mindestens ein Auslassventil (17, 18) für Abgas eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass über das Flammdeck (13) verteilt mehrere Zündeinrichtungen (21) positioniert sind, die dem Zünden des Brennstoffgemischs direkt im Brennraum (11) des jeweiligen Zylinders (10) dienen.Internal combustion engine, namely Otto gas engine, for burning a relatively lean fuel mixture of gaseous fuel and air, with at least one cylinder ( 10 ), wherein the or each cylinder ( 10 ) a combustion chamber ( 11 ) defined on one side by a liftable piston ( 12 ) of the cylinder and on an opposite side by a flame deck ( 13 ) is limited, wherein in the flame deck ( 13 ) at least one inlet valve ( 15 . 16 ) for the fuel mixture of gaseous fuel and air and at least one outlet valve ( 17 . 18 ) is introduced for exhaust gas, characterized in that on the flame deck ( 13 ) distributes several ignition devices ( 21 ) are positioned, the ignition of the fuel mixture directly in the combustion chamber ( 11 ) of the respective cylinder ( 10 ) serve. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Flammdeck (13) zwei Einlassventile (15, 16) für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und zwei Auslassventile (17, 18) für Abgas eingebracht sind, wobei jedes der Einlassventile (15, 16) und Auslassventile (17, 18) in jeweils einem durch Trennlinien (19) begrenzten Quadranten des Flammdecks (13) positioniert ist, und wobei die mehreren Zündeinrichtungen (21) entlang dieser Trennlinien (19) der Quadranten des Flammdecks (13) positioniert sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the flame deck ( 13 ) two inlet valves ( 15 . 16 ) for the gaseous fuel / air fuel mixture and two exhaust valves ( 17 . 18 ) are introduced for exhaust gas, wherein each of the inlet valves ( 15 . 16 ) and exhaust valves ( 17 . 18 ) in each case by separating lines ( 19 ) limited quadrants of the fire deck ( 13 ), and wherein the plurality of ignition devices ( 21 ) along these dividing lines ( 19 ) of the quadrant of the fire deck ( 13 ) are positioned. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Flammdeck (13) zwei Einlassventile (15, 16) für das Brennstoffgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft und zwei Auslassventile (17, 18) für Abgas eingebracht sind, wobei jeweils ein Einlassventil und jeweils ein Auslassventil entlang einer Achse (20), die sich durch die Mittelpunkte der jeweiligen Ventile erstreckt, positioniert sind, und wobei die mehreren Zündeinrichtungen (21) entlang dieser Achsen (20) positioniert sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that in the flame deck ( 13 ) two inlet valves ( 15 . 16 ) for the gaseous fuel / air fuel mixture and two exhaust valves ( 17 . 18 ) are introduced for exhaust gas, wherein in each case one inlet valve and one outlet valve along an axis ( 20 ), which extends through the centers of the respective valves are positioned, and wherein the plurality of ignition devices ( 21 ) along these axes ( 20 ) are positioned. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zündeinrichtungen (21) bezogen auf eine Hubachse des Kolbens (12) rotationssymmetrisch über das Flammdeck (13) verteilt sind.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plurality of ignition devices ( 21 ) relative to a stroke axis of the piston ( 12 ) rotationally symmetrical over the flame deck ( 13 ) are distributed. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zündeinrichtungen (21) gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt ansteuerbar sind.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plurality of ignition devices ( 21 ) can be controlled simultaneously and / or with a time offset.
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