-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem einen Hauptbrennraum aufweisenden Zylinder, wobei der Hauptbrennraum über zumindest eine Überströmöffnung mit einer Vorkammer des Zylinders in Strömungsverbindung steht und in der Vorkammer wenigstens eine Zündeinrichtung angeordnet ist.
-
Die Brennkraftmaschine dient dem Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug. Sie verfügt über den Zylinder, in welchem ein Kolben linear verlagerbar angerordnet ist. Bevorzugt weist die Brennkraftmaschine selbstverständlich mehrere Zylinder auf, in welchen jeweils ein derartiger Kolben angeordnet ist. Der Kolben begrenzt gemeinsam mit dem Zylinder den Hauptbrennraum des Zylinders. Üblicherweise liegt der Hauptbrennraum auf einer einem Kurbelraum der Brennkraftmaschine abgewandten Seite des Kolbens vor. Dem Zylinder beziehungsweise jedem der Zylinder ist neben dem Hauptbrennraum jeweils eine Vorkammer zugeordnet. Ein Brennraum des Zylinders setzt sich insoweit aus dem Hauptbrennraum sowie der Vorkammer zusammen. Der Hauptbrennraum und die Vorkammer stehen über die Überströmöffnung miteinander in Strömungsverbindung.
-
In der Vorkammer ist die Zündeinrichtung des Zylinders angeordnet, beispielsweise also eine Zündkerze. Abgesehen von der wenigstens einen Überströmöffnung ist der Hauptbrennraum von der Vorkammer strömungstechnisch separiert. Hierzu liegt zwischen dem Hauptbrennraum und der Vorkammer eine Vorkammerwandung vor, in welcher beispielsweise die Überströmöffnung ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Vorkammer zentral in dem Zylinder angeordnet, sodass also eine Längsmittelachse des Zylinders durch die Vorkammer hindurch verläuft, insbesondere zentral. In diesem Fall fällt eine Längsmittelachse der Vorkammer mit der Längsmittelachse des Zylinders zusammen.
-
Die Vorkammerwandung ragt beispielsweise ausgehend von einem Zylinderdach in den Hauptbrennraum hinein. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Kolben über eine Kolbenmulde verfügt, welche auf der der Vorkammer zugewandten Seite des Kolbens ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Vorkammer beziehungsweise die sie begrenzende Vorkammerwandung derart angeordnet, dass die Vorkammer beziehungsweise die Vorkammerwandung während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine zumindest zeitweilig, also in wenigstens einer Stellung des Kolbens, in die Kolbenmulde eingreift, also in diese hineinragt.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 4,300,497 bekannt, welche eine Dieselbrennkraftmaschine mit Vorkammereinspritzung zeigt.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere in der Vorkammer einen hohen Turbulenzgrad bereitstellt, sodass eine effiziente Durchmischung von Restgas und Frischgas erfolgt.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorkammer im Querschnitt bezüglich ihrer Längsmittelachse an zumindest einer Axialposition eine unrunde Querschnittsform aufweist.
-
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dieser Frischgas zugeführt, wobei unter Frischgas beispielsweise Frischluft der ein Frischluft-Abgas-Gemisch verstanden werden kann. Das Frischgas wird in dem Brennraum der Brennkraftmaschine zusammen mit Kraftstoff verbrannt. Die dabei entstehenden Abgase werden aus dem Hauptbrennraum ausgebracht. Ein Teil des Abgases kann jedoch in Form des Restgases in dem Brennraum verbleiben. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer internen Abgasrückführung beabsichtigt sein.
-
Um einen möglichst effizienten Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, soll nun das Restgas effizient mit dem Frischgas vermengt beziehungsweise durchmischt werden. Hierzu ist eine hohe Turbulenz zuträglich, welche durch die spezielle Ausgestaltung der Vorkammer erzielt wird. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Vorkammer zumindest bereichsweise im Querschnitt bezüglich ihrer Längsmittelachse gesehen unrund ist und insoweit die unrunde, beispielsweise eckige, insbesondere rechteckige, Querschnittsform aufweist. Dies ist an der wenigstens einen Axialposition vorgesehen. Insoweit kann die Vorkammer im Querschnitt gesehen über ihre gesamte Längserstreckung mit der unrunden Querschnittsform ausgestaltet sein. Alternativ kann dies lediglich abschnittsweise der Fall sein, sodass die Vorkammer bezüglich ihrer Längsmittelachse gesehen aus mehreren Abschnitten besteht, von welchen wenigstens einer über die unrunde Querschnittsform verfügt.
-
Die unrunde Querschnittsform bedeutet eine Querschnittsform, die von einer runden Querschnittsform abweicht. Unter der unrunden Querschnittsform ist zum Beispiel eine eckige, insbesondere eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform zu verstehen. Diese weisen gegeneinander angewinkelte Seitenwände auf, die über eine Kante miteinander verbunden sind oder über einen Rundbogen ineinander übergehen. Bevorzugt weist die unrunde Querschnittsform im Schnitt gesehen eine Anzahl Ecken auf, die zumindest vier beträgt. Wenigstens eine Ecke ist jedoch grundsätzlich ausreichend, sodass auch beispielweise wenigstens zwei Ecken oder wenigstens drei Ecken vorgesehen sein können. Liegt mehr als eine Ecke vor, so kann die eckige Querschnittsform auch als mehreckige Querschnittsform bezeichnet werden. Die Ecke kann auf der vorstehend genannten Kante liegen oder, insbesondere bei Vorliegen des Rundbogens, als gedachter Schnittpunkt der Seitenwände vorliegen.
-
Selbstverständlich kann auch eine Anzahl von Ecken größer als vier realisiert sein, sodass beispielsweise mindestens fünf, mindestens sechs, mindestens sieben oder mindestens acht Ecken vorliegen. Bevorzugt ist hierbei die Querschnittsform symmetrisch. Beispielsweise liegt die unrunde Querschnittsform in Sternform vor, wobei im Querschnitt gegeneinander angewinkelte Seitenwände wiederum über eine Kante oder einen Rundbogen miteinander verbunden sein können.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorkammer entlang ihrer Längsmittelachse mehrere Abschnitte mit voneinander verschiedenen Querschnittsformen und/oder Querschnittsabmessungen aufweist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Entlang der Längsmittelachse verfügt die Vorkammer insoweit über mehrere Abschnitte, welche unterschiedlich ausgestaltet sind. Die Abschnitte können sich hinsichtlich ihrer Querschnittsformen und/oder ihrer Querschnittsabmessungen unterscheiden. Für die Abschnitte, insbesondere jeden der Abschnitte, kann beispielsweise aus folgenden Querschnittsformen ausgewählt werden: Unrund, beispielsweise eckig, insbesondere rechteckig, bevorzugt quadratisch, oval oder stadionförmig, oder rund. Unter der stadionförmigen Querschnittsform wird eine Querschnittsform verstanden, bei welcher die Vorkammer im Querschnitt gesehen von zwei parallelen geraden Linien begrenzt ist, die endseitig jeweils über gekrümmte Linien, bevorzug halbkreisförmige Linien, miteinander verbunden sind.
-
Bevorzugt weisen in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse unmittelbar aneinander angrenzende Abschnitte der Vorkammer voneinander verschiedene Querschnittsformen und/oder unterschiedliche Querschnittsabmessungen auf. Bevorzug ist es dabei vorgesehen, dass die Vorkammer dabei zumindest auf ihrer der Hauptbrennkammer abgewandten Seite über die unrunde Querschnittsform verfügt. Der Übergang zwischen verschiedenen Querschnittsformen unmittelbar aneinander angrenzender Abschnitte erfolgt bevorzugt fließend, also jedenfalls nicht abrupt.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorkammer zur Ausbildung der unrunden Querschnittsform gegeneinander angewinkelte Seitenwände aufweist, die im Querschnitt gesehen über eine Kante oder einen Rundbogen miteinander verbunden sind. Die gegeneinander angewinkelten Seitenwände erlaufen bevorzugt jeweils gerade. Dabei schließen sie einen Winkel miteinander ein, welcher größer als 0° und kleiner als 180° ist. Die Seitenwände können unmittelbar aufeinander treffen, sodass sie über die Kante miteinander verbunden sind. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass die Seitenwände beabstandet voneinander vorliegen und über den Rundbogen ineinander übergehen. In diesem Fall schließen zwei gedachte Ebenen, von welchen eine in jeder der Seitenwände liegt, miteinander den vorstehend beschriebenen Winkel ein. Der Rundbogen ist bevorzugt teilkreisförmig und geht endseitig in die Seitenwände über.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorkammer entlang ihrer Längsmittelachse zumindest abschnittsweise gleichbleibende Querschnittsabmessungen und/oder in Richtung des Hauptbrennraums abnehmende Querschnittsabmessungen aufweist. Betrachtet wird hierbei die Erstreckung der Vorkammer entlang ihrer Längsmittelachse ausgehend von dem Zylinderdach in die von dem Zylinderdach abgewandte Richtung, also in Richtung des Kolbens.
-
Der Verlauf der Querschnittabmessungen kann grundsätzlich beliebig gewählt sein. Besonders bevorzugt nehmen die Querschnittsabmessungen in Richtung des Hauptbrennraums ab, insbesondere kontinuierlich beziehungsweise stetig. Grundsätzlich bedeutet dies vorzugsweise, dass die Vorkammer an ihrem dem Zylinderdach zugewandten Ende größere Querschnittsabmessungen aufweist als an ihrem dem Zylinderdach abgewandten Ende. Zwischen ihren Enden kann die Vorkammer jedoch abschnittsweise über gleichbleibende Querschnittsabmessungen verfügen, sodass an zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Querschnitten der Vorkammer dieselben Querschnittsabmessungen vorliegen.
-
Eine besonders bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Überströmöffnung eine Längsmittelachse aufweist, die die Längsmittelachse der Vorkammer schneidet oder windschief zu ihr angeordnet ist. Die Längsmittelachse der Überströmöffnung ist vorzugsweise gerade, zumindest bereichsweise, bevorzugt jedoch vollständig. Die Längsmittelachse der Überströmöffnung schneidet beispielsweise die Längsmittelachse der Vorkammer. In diesem Fall wird bei mittiger Anordnung der Vorkammer in den Brennraum ein durch die Überströmöffnung aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer austretendes Fluid ausschließlich in radialer Richtung ausgebracht.
-
Soll das Fluid dagegen mit einem Drall beaufschlagt werden, also einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Zylinders, so kann die Längsmittelachse der Überströmöffnung windschief zu der Längsmittelachse der Vorkammer angeordnet werden. Besonders bevorzugt liegt die Längsmittelachse der Überströmöffnung dabei in einer senkrecht auf der Längsmittelachse der Vorkammer stehenden gedachten Ebene. Sie kann jedoch auch zu dieser angewinkelt sein, mit ihr also einen Winkel einschließen, der größer als 0° und kleiner als 180° ist.
-
Schneidet die Längsmittelachse der Überströmöffnung die Längsmittelachse der Vorkammer, so steht die Längsmittelachse der Überströmöffnung vorzugsweise senkrecht auf einer tangential an einer Außenumfangsfläche der Vorkammer beziehungsweise der Vorkammerwandung liegenden Geraden. Im Falle der windschiefen Anordnung schließt die Längsmittelachse mit dieser Geraden einen Winkel ein, welcher größer ist als 0° und kleiner als 90°.
-
Schließlich kann es im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors unmittelbar in die Vorkammer einbringbar ist, und/oder dass eine Frischgaseinlassleitung in die Vorkammer einmündet. Beispielsweise mündet der Kraftstoffinjektor unmittelbar in die Vorkammer ein und/oder ragt in diese hinein. In diesem Fall wird der Kraftstoff unmittelbar in die Vorkammer und lediglich mittelbar in den Hauptbrennraum eingeleitet. Umgekehrt kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Kraftstoffinjektor zum unmittelbaren Eindringen des Kraftstoffs in den Hauptbrennraum angeordnet ist, sodass der Kraftstoff lediglich mittelbar in die Vorkammer gelangt.
-
Analog kann zusätzlich oder alternativ die Frischgaseinlassleitung in die Vorkammer oder in den Hauptbrennraum einmünden, sodass in einer ersten Variante das Frischgas unmittelbar dem Hauptbrennraum und lediglich mittelbar der Vorkammer und in einer zweiten Variante unmittelbar in die Vorkammer aber lediglich mittelbar in den Hauptbrennraum eingebracht wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, nämlich einer Vorkammer eines Brennraums eines Zylinders,
- 2 eine schematische Darstellung der Vorkammer in einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine schematische Darstellung der Vorkammer in einer zweiten Ausführungsform, sowie
- 4 eine schematische Darstellung der Vorkammer in einer dritten Ausführungsform.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, nämlich eine in einen nicht weiter dargestellten Hauptbrennraum eines Zylinders hineinragende Vorkammer 2, die von einer Vorkammerwandung 3 begrenzt ist. Die Vorkammerwandung 3 separiert die Vorkammer 2 von dem Hauptbrennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine 1. Zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen der Vorkammer 2 und dem Hauptbrennraum ist wenigstens eine Überströmöffnung 4 in der Vorkammerwandung 3 ausgebildet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegen mehrere Überströmöffnungen 4 vor, von welchen drei erkennbar sind. Durch die Überströmöffnungen 4 kann Fluid aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer 2 einströmen, wie durch die Pfeile 5 angedeutet.
-
Dargestellt ist hier eine Längsschnittdarstellung bezüglich einer Längsmittelachse 6 der Vorkammer 2. Es ist erkennbar, dass eine Zündeinrichtung 7, welche in Form einer Zündkerze vorliegt, in die Vorkammer 2 hineinragt. Insbesondere sind Elektroden 8 der Zündeinrichtung 7 in der Vorkammer 2 angeordnet.
-
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorkammer 2 in einer ersten Ausführungsform. Links ist dabei ein Halbschnitt durch die Vorkammer 2 bezüglich der Längsmittelachse 6 dargestellt. Daneben sind für mehrere Axialpositionen Querschnittsdarstellungen zu erkennen. Es wird deutlich, dass die Vorkammer 2 entlang ihrer Längsmittelachse 6 mehrere Abschnitte 9, 10 und 11 mit unterschiedlichen Querschnittsformen aufweist. So verfügt die Vorkammer 2 in den Abschnitten 9 und 10 über eine unrunde Querschnittsform, während der Abschnitt 11 eine runde Querschnittsform aufweist. Die Abschnitte 9, 10 und 11 unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer Querschnittsformen, sondern zusätzlich auch hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen. Es ist deutlich erkennbar, dass die Querschnittsabmessungen des Abschnitts 9 größer sind als die des Abschnitts 10, welche wiederum kleiner sind als die des Abschnitts 11.
-
Die 3 zeigt die Vorkammer 2 in einer zweiten Ausführungsform. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen hingewiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen darin, dass die Vorkammer 2 auch in dem Abschnitt 11 eine unrunde Querschnittsform aufweist. Weiterhin sind die Querschnittsabmessungen jedoch auch in dem Abschnitt 11 kleiner als die in den Abschnitten 9 und 10.
-
Die 4 schließlich zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorkammer 2. Es wird deutlich, dass diese über einen Großteil ihrer Längserstreckung oder über ihre gesamte Längserstreckung eine unrunde Querschnittsform aufweist. Zudem sind die Querschnittsabmessungen identisch. Somit liegt insgesamt lediglich der Abschnitt 9 vor, die Abschnitte 10 und 11 entfallen. Auf die vorstehenden Ausführungen wird jedoch grundsätzlich Bezug genommen.
-
Mit der hier beschriebenen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise der Vorkammer 2 kann eine besonders vorteilhafte Durchmischung von Frischgas und Restgas in der Vorkammer 2 während eines Betriebs der Brennkraftmaschine erzielt werden. Hieraus folgt eine sehr homogene Gemisch- und Restgasverteilung in der Vorkammer 2, sodass eine hohe Effizienz der Brennkraftmaschine 1 erzielt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
