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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2014 004 943 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Zylinder zum Aufnehmen eines Kolbens und eine Vorkammerzündkerze auf, welche einem Brennraum im Zylinder zugeordnet ist. Die Vorkammerzündkerze weist eine Vorkammer auf, die über mehrere, als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbunden ist. In der Vorkammer ist mittels der Vorkammerzündkerze, insbesondere mittels wenigstens einer Elektrode der Vorkammerzündkerze, zumindest ein Zündfunke erzeugbar, um mittels des Zündfunkens beispielsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer zu zünden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2010 010 109 A1 eine Vorkammerzündkerze mit einem Gehäuse, das an seinem vorderen Ende eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen aufweist.
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Aus der
DE 197 23 182 A1 ist ein Verfahren zur Zündung und Verbrennung bei der Brennkraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass, insbesondere während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine bereits bei einem Ansaugtakt der Verbrennungskraftmaschine eine Spülung der Vorkammer mit zumindest Kraftstoff und Luft umfassendem Frischgas erfolgt, so dass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Zu dem Zündzeitpunkt wird mittels der Vorkammerzündkerze, insbesondere mittels wenigstens einer zumindest teilweise in der Vorkammer angeordneten Elektrode der Vorkammerzündkerze, der wenigstens eine Zündfunke in der Vorkammer erzeugt, um dadurch ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Frischgas-Gemisch im Brennraum zu zünden. Da zum Zündzeitpunkt das zuvor genannte, zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist, kann mittels des wenigstens einen Zündfunkens das zündfähige, in der Vorkammer aufgenommene Kraftstoff-Luft-Gemisch sicher gezündet werden und durchbrennen, so dass das in der Vorkammer entzündete Gemisch über Öffnungen in der Vorkammer in den Brennraum eintreten kann, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum sicher gezündet werden und in der Folge durchbrennen kann.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise als Ottomotor ausgebildet, wobei im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, Entflammungsbedingungen im Brennraum verbessert werden können. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bei der Entwicklung, insbesondere Weiterentwicklung, von ottomotorischen Brennverfahren kann es dadurch, dass Verbrennungskraftmaschinen wie beispielsweise Ottomotoren zunehmend gemäß dem Downsizing-Prinzip ausgestaltet werden, und bei der Verwendung von sogenannten Schlecht-Kraftstoffen, welche eine nur mindere Qualität aufweisen, zu einer Vorentflammung im Brennraum kommen, insbesondere verbunden mit extremen Druckwellen, wie beispielsweise einen in den Brennraum ragende Isolator aus Keramik einer herkömmlichen, nicht als Vorkammerzündkerze ausgebildeten Standard-Zündkerze durch eine hohe indizierte Querkraft brechen können. Dies kann durch den Einsatz der Vorkammerzündkerze vermieden werden, da die Vorkammer ein nahezu geschlossener Raum ist, in dem beispielsweise der zuvor genannte Isolator aufgenommen ist. Insbesondere in Bereichen, in welchen die Öffnungen nicht vorgesehen sind, ist die Vorkammer von dem Brennraum fluidisch getrennt, insbesondere mittels jeweiliger, die Öffnungen begrenzender Wandungsbereiche der Vorkammerzündkerze. Die Wandungsbereiche, durch welche die Vorkammer von dem Brennraum getrennt ist, weisen beispielsweise in Summe eine erste Gesamtfläche auf, wobei beispielsweise die Öffnungen, über welche die Vorkammer mit dem Brennraum verbunden ist, in Summe eine zweite Gesamtfläche aufweisen. Dabei ist beispielsweise die erste Gesamtfläche größer als die zweite Gesamtfläche, wodurch die Keramik beziehungsweise die zuvor genannte Elektrode besonders vorteilhaft geschützt werden kann.
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Es wurde jedoch gefunden, dass eine entsprechende Auslegung der Vorkammerzündkerze, insbesondere hinsichtlich ihrer Lochgeometrie, erforderlich ist, um eine gewünschte Funktion der Vorkammerzündkerze im gesamten Kennfeld beziehungsweise in allen Betriebsbereichen zu ermöglichen beziehungsweise sicherzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, im gesamten Kennfeld beziehungsweise bei allen Betriebsarten, mittels welchen die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, ein sicheres Zünden und Verbrennen des Gemisches im Brennraum zu bewirken, was bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann.
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Insbesondere bei Betriebsart mit geringer Füllung beziehungsweise geringem Druck im Brennraum kann bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine Zündung und Verbrennung des Gemisches im Brennraum sichergestellt werden, ebenso bei niedriger Last durch Androsselung oder bei kleinem Nockenhub. Auch Betriebsarten mit geringer Ladungsbewegung, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und kleinem Nockenhub, kann eine Zündung und Verbrennung des Gemisches im Brennraum sichergestellt werden, da die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer sichergestellt werden kann. Aus der Zündung des in der Vorkammer aufgenommenen Kraftstoff-Luft-Gemisches resultieren beispielsweise brennende Fackeln, welche über die Öffnungen aus der Vorkammer aus- und in den Brennraum eintreten. Mittels der brennenden Fackeln wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum gezündet, woraus eine gewünschte Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum resultiert.
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Bei einem Betrieb einer herkömmlichen, insbesondere als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine mit einer Vorkammerzündkerze ist es vorgesehen, dass während des auch als Kompressionsphase bezeichneten Verdichtungstaktes der Verbrennungskraftmaschine brennbares Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer gedrückt wird, wobei das in die Vorkammer gedrückte brennbare Gemisch in zumindest nahezu ruhender Atmosphäre entflammt wird und nach einem Durchtritt von der Vorkammer über die Öffnung und in den Brennraum das dort befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere komplett, entflammt. Es wurde jedoch gefunden, dass bei niedrigen Lasten und/oder bei Abmagerung eine Menge des Gemisches, das auf die beschriebene Weise aus dem Brennraum in die Vorkammer gedrückt wird, nicht ausreichend, um in der Vorkammer, insbesondere an einer Funkenstrecke der Zündkerze, ein brennbares Gemisch insgesamt zu erzeugen.
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Um dieses Problem zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die auch als Löcher bezeichneten Öffnungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Position und/oder Geometrie, derart ausgestaltet sind, dass bereits in dem auch als Ansaugphase bezeichneten Ansaugtakt eine hinreichende Durchspülung der Vorkammer mit dem genannten Frischgas erfolgt, wobei die Durchspülung zu einem zündfähigen Kraftstoff-Luift-Gemisch zum Zündzeitpunkt führt. Da bereits während des Ansaugtakts und nicht erst während des Verdichtungstakts die Vorkammer mit Frischgas, welches zumindest Luft und Kraftstoff umfasst, gespült wird, kann sichergestellt werden, dass sich zum Zündzeitpunkt in der Vorkammer und insbesondere in einer Funkenstrecke ein zündfähiges und somit brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch befindet. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere auch bei niedrigen Lasten und/oder bei Abmagerung sichergestellt werden, dass sich zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges und somit brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer befindet, sodass auch bei solchen Betriebsbedingungen das Gemisch im Brennraum insgesamt sicher gezündet und in der Folge verbrannt werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Öffnungen als Zentralöffnung ausgebildet, während die jeweils anderen Öffnungen als Nebenöffnungen ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze um die Zentralöffnung herum verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Die auch als Radiallöcher oder Radialöffnungen bezeichneten Nebenöffnungen sind beispielsweise bezüglich einer Längsachse, insbesondere einer Längsmittelachse, der Zündkerze symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgestaltet, wobei beispielsweise die Längsachse die auch als Zentralloch bezeichnete Zentralöffnung schneidet. Dabei ist beispielsweise die Zentralöffnung bezüglich der Längsachse symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Die Nebenöffnungen müssen nicht notwendigerweise auf gleicher Höhe wie die Zentralöffnung angeordnet sein, insbesondere entlang der Längsachse und somit in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Öffnungen jeweilige Durchgangsrichtungen aufweisen. Unter der jeweiligen Durchgangsrichtung ist eine Richtung zu verstehen, entlang welcher beispielsweise die zuvor genannten Fackeln beziehungsweise das Frischgas durch die jeweilige, als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung hindurchströmen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt ist beispielsweise die jeweilige Öffnung in einer Ebene angeordnet, wobei die Durchgangsrichtung senkrecht zu der Ebene verläuft.
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Um dabei einen besonders vorteilhaft Betrieb realisieren zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung schräg zur jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Nebenöffnung verläuft. Hierdurch kann eine hinreichende Spülung der Vorkammer mit einer hinreichenden Menge an Frischgas gewährleistet werden. Unter der Spülung ist insbesondere zu verstehen, dass das genannte Frischgas, insbesondere in hinreichender Menge, aus dem Brennraum über die jeweiligen Öffnungen in die Vorkammer strömen kann, und das bereits während des Ansaugtakts. Im Rahmen der Spülung verbleibt dabei eine vorteilhafte Menge an Frischgas in der Vorkammer, sodass zum Zündzeitpunkt ein mittels der Zündkerze, insbesondere mittels des Zündfunkens, zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Dadurch, dass die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung schräg zur jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Nebenöffnung verläuft, kann eine besonders vorteilhafte Spülung beziehungsweise Durchspülung der Vorkammer gewährleistet werden.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung schräg zur Längserstreckungsrichtung und somit schräg zur Längsachse der Vorkammerzündkerze verläuft. Hierdurch kann beispielsweise eine besonders hohe Menge an Frischgas aus dem Brennraum über die Zentralöffnung und somit über die Öffnungen insgesamt in die Vorkammer einströmen, sodass zum Zündzeitpunkt eine besonders hohe Menge des zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer aufgenommen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere bei Betriebsarten mit hoher Abgasrückführrate und/oder bei hoher Ladungsverdünnung und Ladungsschichtung, beispielsweise bei einem Betrieb mit λ in einem Bereich von 1,0 bis 2,2, sichergestellt werden, dass das Gemisch im Brennraum gezündet wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen dem Brennraum zugeordneten Injektor aufweist, mittels welchem der insbesondere als flüssiger Kraftstoff ausgebildete Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unter Ausbildung eines sogenannten Sprays, direkt in den Brennraum einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Dabei ist der Injektor vorzugsweise als Piezo-A-Düse oder als Mehrlochdüse, insbesondere mit variabler Lochgeometrie, und/oder mit variablem Druck ausgebildet. Ferner können bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine besonders hohe Robustheit gegen Vorentflammung realisiert werden, sodass die Gefahr, dass es zu einem Bruch des Keramik-Isolators der Vorkammerzündkerze durch Druckwellen kommt, besonders gering gehalten werden kann.
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Um eine besonders vorteilhafte Spülung der Vorkammer zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zentralöffnung brennraumseitig, das heißt an einer Stelle beziehungsweise auf einer Seite, an beziehungsweise auf der die Zentralöffnung in den Brennraum mündet, in Richtung des durch den mittels des Injektors direkt in den Brennraums eingespritzten Kraftstoff gebildeten und auch als Kraftstoffspray bezeichneten Sprays geneigt ist.
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Um eine besonders vorteilhafte Ladungsbewegung in der Vorkammer zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Nebenöffnung und die Zentralöffnung voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer realisiert werden.
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Es ist denkbar, dass die Zentralöffnung und die jeweilige Nebenöffnung den gleichen Durchmesser aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der Durchmesser der Zentralöffnung größer als der jeweilige Durchmesser der jeweiligen Nebenöffnung ist, wodurch auf besonders vorteilhafte Weise ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer erzeugt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Nebenöffnungen jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,7 Millimeter bis einschließlich 1,4 Millimeter liegt. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Spülung der Vorkammer dargestellt werden.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zentralöffnung einen Durchmesser aufweist, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,8 Millimeter bis einschließlich 1,6 Millimeter liegt. Hierdurch kann die Vorkammer besonders vorteilhaft mit Frischgas gespült werden. Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Nebenöffnungen eine Rotationsströmung des Frischgases in der Vorkammer bewirken, wodurch eine besonders vorteilhafte Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer gewährleistet werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Verbrennungskraftmaschine.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnete und vorzugsweise als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum 12 in einem Zylinder 16 auf. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen dem Zylinder 16 zugeordneten Kolben 14 auf, welcher translatorisch bewegbar im Zylinder 16 aufgenommen ist. Der Brennraum 12 wird im Zylinder 16 vom Kolben 14 und einen den Zylinder verschließenden Zylinderkopf 11 eingeschlossen. Der Zylinder 16 ist zumindest teilweise durch ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes nicht näher dargestelltes Motorgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Der Kolben 14 kann sich im Zylinder 16 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als 4-Takt-Motor ausgebildet, sodass genau ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 genau vier Takte umfasst. Genau ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 erstreckt sich dabei über 720 Grad Kurbelwinkel einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle, welche über ein in den Fig. nicht dargestelltes Pleuel gelenkig mit dem Kolben 14 verbunden ist. Durch diese gelenkige Kopplung können die translatorischen Bewegungen des Kolbens 14 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden. Dabei umfasst das Arbeitsspiel genau zwei vollständige Umdrehungen und somit 720 Grad Kurbelwinkel der Kurbelwelle.
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Ein erster der Takte ist beispielsweise ein auch als Ansaugphase bezeichneter Ansaugstakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt und dabei beispielsweise zumindest Luft über wenigstens einen dem Zylinder 16 zugeordneten Einlasskanal 18 in den Brennraum 12 einsaugt. Ein zweiter der Takte ist ein sich an den Ansaugtakt anschließender und auch als Kompressionsphase bezeichneter Verdichtungstakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt und dabei die zuvor in den Brennraum 12 eingesaugte Luft verdichtet beziehungsweise komprimiert.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ferner eine dem Zylinder 16 zugeordnete Vorkammerzündkerze 20 auf, mittels welcher zu einem Zündzeitpunkt wenigstens ein Zündfunke erzeugbar ist beziehungsweise erzeugt wird. Mittels des Zündfunkens wird ein im Brennraum des Zylinders 16 aufgenommenes Gemisch, welches die angesaugte Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst, gezündet und in der Folge verbrannt. Der Kraftstoff wird beispielsweise mittels eines dem Zylinder 16 zugeordneten Injektors 22 der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere direkt, in den Brennraum 12 des Zylinders 16 eingespritzt, insbesondere unter Ausbildung eines sogenannten Sprays 24. Dies bedeutet, dass das auch als Kraftstoffspray bezeichnete Spray 24 durch den Kraftstoff gebildet ist, welcher mittels des Injektors 22 direkt in den Brennraum 12 eingespritzt wird.
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Durch die Zündung und die daraus resultierende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 12 dehnt sich das Gemisch aus, wodurch der Kolben 14 im Rahmen eines dritten der Takte aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt und dabei angetrieben wird. In der Folge wird die Kurbelwelle angetrieben. Der dritte Takt wird auch als Arbeitstakt bezeichnet. Der sich an den Arbeitstakt anschließende vierte Takt wird auch als Ausstoßtakt bezeichnet, in dessen Rahmen Abgas, welches aus der Verbrennung des Gemisches resultiert, mittels des Kolbens 14 über einen Auslasskanal 26 aus dem Brennraum 12 ausgeschoben wird.
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In 1 veranschaulicht ein Pfeil 28 eine Ladungsbewegung und somit beispielsweise eine Strömung der in den Brennraum 12 einströmenden Luft. Dem Einlasskanal 18 ist ein Einlassventil 30 zugeordnet, welches zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere translatorisch, relativ zum Zylinderkopf 11 bewegbar ist. Ferner ist dem Auslasskanal 26 ein Auslassventil 32 zugeordnet, welches ebenfalls zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zum Zylinderkopf 11 translatorisch bewegbar ist. Dabei zeigt 1 den Ansaugtakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 nach unten bewegt. Insbesondere veranschaulicht dabei der Pfeil 28 die globale Ladungsbewegung im Brennraum 12, wobei eine tumbleförmige Ladungsbewegung vorgesehen ist. Dabei ist das Einlassventil 30 geöffnet und gibt den Einlasskanal 18 frei, während das Auslassventil 32 geschlossen ist und den Auslasskanal 26 versperrt.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass die Vorkammerzündkerze 20 eine Vorkammer 34 aufweist, welche über Öffnungen 36 und 38 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbunden ist. Die Vorkammer 34 ist dabei durch jeweilige Wandungsbereiche 40 der Vorkammerzündkerze 20 begrenzt beziehungsweise gebildet, wobei die als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen 36 und 38 in den Wandungsbereichen 40 ausgebildet sind. In der Vorkammer 34 ist beispielsweise wenigstens eine in den Fig. nicht erkennbare und beispielsweise zumindest teilweise in einem Isolator eingebettete Elektrode angeordnet, wobei der Isolator aus einer Keramik bestehen kann und Bestandteil der Vorkammerzündkerze 20 ist. Mittels der Elektrode wird zu dem Zündzeitpunkt der wenigstens ein Zündfunke erzeugt.
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Um nun das Gemisch im Brennraum 12 besonders sicher im gesamten Kennfeld sowie bei allen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine zünden und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, erfolgt bereits beim Ansaugtakt des Zylinders 16 eine Spülung der Vorkammer 34 mit zumindest den Kraftstoff und die Luft umfassendem Frischgas, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer 34 aufgenommen ist.
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Aus 1 und 2 ist besonders gut erkennbar, dass die Öffnung 38 als Zentralöffnung ausgebildet ist, während die Öffnungen 36 als Nebenöffnungen ausgebildet sind. Die Nebenöffnungen werden auch als Radialöffnungen oder Radialbohrungen bezeichnet, wobei die Öffnung 38 auch als Zentralbohrung bezeichnet wird. Zumindest die Nebenöffnungen sind bezüglich einer insbesondere als Längsmittelachse der Vorkammerzündkerze 20 ausgebildeten Längsachse 42 der Vorkammerzündkerze 20 symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgestaltet, wobei sich die Nebenöffnungen in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze 20 um die Zentralöffnung herum verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
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Aus 2 ist anhand einer der Nebenöffnungen erkennbar, dass die jeweilige Öffnung 36 beziehungsweise 38 eine in 2 durch einen Doppelpfeil 44 veranschaulichte Durchgangsrichtung aufweist, entlang welcher beispielsweise das Frischgas aus dem Brennraum 12 durch die jeweilige Öffnung 36 beziehungsweise 38 hindurch in die Vorkammer 34 strömen kann. Dabei verlaufen die Durchgangsrichtungen der Nebenöffnungen schräg zur Längsachse 42 und schräg zur Durchgangsrichtung der Öffnung 38, wobei die Durchgangsrichtung der Öffnung 38 schräg zur Längsachse 42 verläuft. Die Öffnung 38 ist somit als schräge zentrale Bohrung ausgebildet, welche vorzugsweise in Richtung des Injektors 22 beziehungsweise des Sprays 24 ausgerichtet und somit drehlagenorientiert ist. Mit anderen Worten ist die Zentralöffnung brennraumseitig in Richtung des Sprays 24 beziehungsweise in Richtung des Injektors 22 geneigt, sodass die Zentralöffnung auf Seiten des Brennraums 12 näher an dem Injektor 22 beziehungsweise an dem Spray 24 angeordnet ist als auf Seiten der Vorkammer 34. Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweilige Öffnung 36 und die Zentralöffnung gleiche Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, aufweisen.
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Die Vorkammerzündkerze 20 ist, insbesondere hinsichtlich ihrer Lochgeometrie, vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine hinreichende Anzahl an Nebenöffnungen vorgesehen ist, um eine Drehlagenunabhängigkeit im Brennraum 12 zu erreichen. Dies ist vorteilhaft für eine Serienanwendung aufgrund von Einbautoleranzen. Die Zentralöffnung dient einem vorteilhaften Gasaustausch zwischen dem Brennraum 12 und der Vorkammer 34. Jeweilige Größen, Durchmesser beziehungsweise von dem Frischgas durchströmbare Strömungsquerschnitte der Öffnungen 36 und 38 werden beispielsweise so gewählt, dass einerseits eine hinreichende Abschirmung der Vorkammer 34 und damit eines Isolators der Elektrode der Vorkammerzündkerze 20 vor Druckwellen aus dem Brennraum 12 gewährleistet und andererseits eine hinreichende Spülung der Vorkammer 34 mit dem Frischgas sichergestellt ist. Sind die Öffnungen 36 und 38 zu groß, ist eine Flammenausbreitung aus der Vorkammer 34 in den Brennraum 12 verschlechtert, und Druckwellen könnten eher in die Vorkammer 34 eindringen. Sind die Öffnungen 36 und 38 zu klein, nimmt die Spülung der Vorkammer 34 und damit die Laufgrenze in Richtung kleiner Lasten und die Magerlaufgrenze ab. Oberhalb der Vorkammer 34 ist die Vorkammerzündkerze 20 beispielsweise wie eine Standard-Zündkerze ohne Vorkammer ausgestaltet.
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Vorzugsweise ist die Vorkammerzündkerze 20 so weit wie möglich am Rand 46 des Brennraums 12 angeordnet, um die Strömung im Brennraum 12 zumindest nahezu nicht zu stören und möglichst wenig Angriffsfläche für Spray beziehungsweise Ladungsbewegung zu bieten. Dabei ist insbesondere eine Überhitzung der Vorkammer 34 im Brennraum 12 bei hoher Last zu vermeiden, um Glühzündungen vermeiden zu können. Vor diesem Hintergrund soll das zunächst im Brennraum 12 befindliche Gemisch bereits in der Ansaugphase durch die Öffnungen 36 und 38 in die Vorkammer 34 strömen, um die Vorkammer 34, welche beispielsweise aufgrund des Ausschiebetakts beziehungsweise Ausstoßtakts mit Abgas gefüllt ist, bereits in der Ansaugphase mit Frischgas zu spülen und ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 34 einzubringen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Vorkammer 34 hinreichend weit in den Brennraum 12 hineinragt.
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Ferner ist durch den Pfeil 28 beispielsweise eine Einlassströmung veranschaulicht, von welcher beispielsweise das in den Brennraum 12 eingebrachte Spray 24 derart mitgenommen wird, dass bereits in der Ansaugphase Frischgas beziehungsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Richtung der Vorkammerzündkerze 20 und damit in die Vorkammer 34 strömt, insbesondere aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 36 und 38. Hierzu ist eine entsprechende Positionierung der Vorkammer 34 vorteilhaft.
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Ferner ist es hierzu vorteilhaft, wenn die Radialöffnungen bzw. Nebenöffnungen hinreichend groß ausgestaltet sind und dabei beispielsweise einen Durchmesser, insbesondere einen Innendurchmesser, aufweisen, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,7 Millimeter bis einschließlich 1,4 Millimeter liegt. Ferner ist eine hinreichend große Anzahl der Radiallöcher vorteilhaft, wobei die Anzahl an Radiallöchern vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich vier bis einschließlich 12 liegt. Mit anderen Worten sind vorzugsweise mindestens vier und insbesondere höchstens 12 Nebenöffnungen vorgesehen. Auch ein hinreichend großer Durchmesser, insbesondere Inndurchmesser, der Zentralöffnung ist vorteilhaft. Der Durchmesser der Zentralöffnung ist beispielsweise gleich groß oder größer als der Durchmesser der jeweiligen Nebenöffnung, wobei vorzugsweise der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser, der Zentralöffnung in einem Bereich von einschließlich 0,8 Millimeter bis einschließlich 1,6 Millimeter liegt. Durch Strömungseffekte um die Vorkammer 34 und in der Vorkammer 34 selbst kann es zu einem Gasaustausch in der Ansaugphase des Arbeitsspiels kommen.
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Vorzugsweise sind die Radialöffnungen so angestellt, dass durch eine tangentiale Strömung des Frischgases in die Vorkammer 34, insbesondere in deren Inneres, entsteht, insbesondere dass im Inneren der Vorkammer 34 eine Rotationsströmung, insbesondere des in die Vorkammer einströmenden Frischgases, entsteht. Die Zentralöffnung ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sie brennraumseitig zum Injektor 22 und somit zum Spray 24 zeigt, um während eines Einspritzvorgangs, in dessen Rahmen der Kraftstoff mittels des Injektors 22 unter Ausbildung des Sprays 24 direkt in den Brennraum 12 eingespritzt wird, eine möglichst hohe Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches beziehungsweise des Frischgases durch einen durch die Strömungsrichtung entstehenden Staudruck in die Vorkammer 34 zu leiten. Hierzu ist die Vorkammerzündkerze 20 vorzugsweise drehlagenorientiert eingebaut, insbesondere eingeschraubt, um eine vorteilhafte Ausrichtung der Zentralöffnung zum Injektor 22 zu gewährleisten. Vorzugsweise wird dabei die Sprayauslegung des beispielsweise als Mehrloch-Injektor ausgebildeten Injektors 22 sowie das Einspritztiming, das heißt ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff in den Brennraum 12 direkt eingespritzt wird, so gewählt, dass während eines möglichst großen zeitlichen Anteils der Ansaugphase Frischgas, das heißt Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 36 und 38, in die Vorkammer 34 einströmen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 11
- Zylinderkopf
- 12
- Brennraum
- 14
- Kolben
- 16
- Zylinder
- 18
- Einlasskanal
- 20
- Vorkammerzündkerze
- 22
- Injektor
- 24
- Spray
- 26
- Auslasskanal
- 28
- Pfeil
- 30
- Einlassventil
- 32
- Auslassventil
- 34
- Vorkammer
- 36
- Öffnungen
- 38
- Öffnung
- 40
- Wandungsbereich
- 42
- Längsachse
- 44
- Doppelpfeil
- 46
- Rand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014004943 A1 [0002]
- DE 102010010109 A1 [0003]
- DE 19723182 A1 [0004]
