-
Die Erfindung geht von einer Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 aus. Die Erfindung geht ferner von einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8 aus.
-
Eine solche Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sind beispielsweise bereits aus der
DE 10 2005 005 851 A1 bekannt. Die Vorkammerzündkerze weist dabei eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen auf, wobei die Vorkammer über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Hierdurch kann beispielsweise ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer einströmen. Die Vorkammerzündkerze weist ferner wenigstens zwei in der Vorkammer angeordnete Funkenstrecken auf, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar und dadurch erzeugbar sind. Mittels der Zündfunken können beispielsweise jeweilige, zumindest Kraftstoff und Luft umfassende Gemische, die beispielsweise innerhalb jeweiliger Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer strömen, gezündet werden, sodass durch die jeweilige, in der Vorkammer stattfindende Zündung das Gemisch im Brennraum insgesamt gezündet werden kann.
-
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.
-
Die
US 3 719 851 A offenbart eine Zündkerze mit zwei Funkenstrecken, wobei eine erste der Funkenstrecke entlang einer senkrecht zur Längsrichtung der Zündkerze verlaufenden Richtung vorgesehen ist und eine zweite Funkenstrecke entlang der Längsrichtung vorgesehen ist.
-
Die
DE 10 2015 204 814 B3 offenbart eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer, mehrere Öffnungen aufweisenden und über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbaren, Vorkammer. In der Vorkammer sind vier Funkenstrecken angeordnet, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Die vier Funkenstrecken sind zueinander paarweise symmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet.
-
Die gattungsbildende Patentschrift
JP 2009 - 36 157 A offenbart eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer, mehrere Öffnungen aufweisenden und über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbaren, Vorkammer. In der Vorkammer sind mehrere Funkenstrecken angeordnet, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Die Funkenstrecken sind zueinander entlang einer senkrecht zu einer Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufenden Richtung symmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um eine Vorkammerzündkerze der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere auch bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funkenstrecken asymmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass, insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine, unterschiedliche Bedingungen, insbesondere Strömungsbedingungen, in der Vorkammer auftreten können, sodass es, insbesondere in der Vorkammer, zu unterschiedlichen Entflammungsbedingungen kommen kann, unter denen intergrund jeweilige, zumindest Kraftstoff und Luft umfassende Gemische, die beispielsweise insbesondere innerhalb jeweiliger Arbeitsschritte der Verbrennungskraftmaschine über die Öffnungen aus dem Brennraum in die Vorkammer strömen, mittels der Vorkammerzündkerze zu zünden sind. Diesen unterschiedlichen Strömungsbedingungen beziehungsweise Entflammungsbedingungen wird erfindungsgemäß durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken in der Vorkammer Rechnung getragen, sodass eine sichere Zündung beziehungsweise Entflammung der Gemische auch bei unterschiedlichen Strömungsbedingungen und somit beispielsweise bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann.
-
Die jeweilige Funkenstrecke wird beispielsweise auch als Funkenbereich bezeichnet, da sich entlang der Funkenstrecke und somit in dem Funkenbereich wenigstens ein Zündfunken ausbildet beziehungsweise ausbilden kann, um hierdurch in der Vorkammer das jeweilige Gemisch zu zünden. Hierdurch wird das jeweilige Gemisch zunächst in der Vorkammer entzündet. Durch die Zündung wird bewirkt, dass das Gemisch in der Vorkammer verbrennt beziehungsweise zu brennen beginnt, sodass aus der Vorkammer über die Öffnungen brennende Fackeln in den Brennraum treten, sodass das Gemisch im Brennraum insgesamt entflammt beziehungsweise gezündet und in der Folge verbrannt wird. Durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken in der Vorkammer sind durch die Funkenstrecken zwei unterschiedliche Funkenbereiche in der Vorkammer realisiert, wodurch Entflammungsbedingungen im Vergleich zu herkömmlichen Vorkammerzündkerzen, bei denen die Funkenstrecken symmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind, verbessert.
-
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine erste der Funkenstrecken entlang einer senkrecht zur Längsrichtung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufenden Richtung weiter außen als die zweite Funkenstrecke angeordnet ist, sodass die zweite Funkenstrecke beispielsweise näher an oder in der Mitte der Vorkammerzündkerze angeordnet ist als die erste Funkenstrecke. Da die erste Funkenstrecke entlang der senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung weiter außen als die zweite Funkenstrecke angeordnet ist, ist die erste Funkenstrecke somit entlang der Richtung näher als die zweite Funkenstrecke an einem Rand der Vorkammer angeordnet, deren Rand beispielsweise durch ein die Vorkammer zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzendes Gehäuse der Vorkammerzündkerze, insbesondere durch eine Wandung des Gehäuses, gebildet ist. Dieser Ausführungsform liegen die folgenden, insbesondere durch Versuche gewonnenen Erkenntnisse zugrunde: Die Vorkammer ist ein gegenüber dem Brennraum zumindest nahezu geschlossener Raum, in welchem beispielsweise wenigstens eine Keramik angeordnet ist, mittels welcher beispielsweise der jeweilige Zündfunke erzeugt wird. Da die Keramik in der Vorkammer angeordnet ist, können Brüche der Keramik infolge von Druckwellen im Brennraum, ausgelöst durch Fremdentflammung, vermieden werden. Für eine Anwendung der Vorkammerzündkerze bei einer Verbrennungskraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor beziehungsweise Benzinmotor ausgebildet und insbesondere mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgestatte ist, ist jedoch eine spezielle Auslegung der Vorkammerzündkerze, insbesondere hinsichtlich der auch als Löcher bezeichneten Öffnungen und deren Geometrie, vorteilhaft, um eine gewünschte Funktion der Vorkammerzündkerze insbesondere im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen. Die gewünschte Funktion der auch als Vorkammerkerze bezeichneten Vorkammerzündkerze liegt insbesondere darin, im gesamten Kennfeld eine stabile Entflammung beziehungsweise Zündung des jeweiligen Gemisches im Brennraum zu gewährleisten. Dabei ist es vorteilhaft, dass durch die Öffnungen für die Darstellung eines zündfähigen Gemisches im jeweiligen Funkenbereich vor allem bei niedrigen Lasten der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff beziehungsweise ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch gespült wird. Für eine stabile Durchmischung sollte hierzu in der Vorkammer, insbesondere in deren Inneren, ein entsprechendes Strömungsfeld erzeugt werden.
-
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass bereits beim Ansaugtakt des Brennraums eine Spülung der Vorkammer mit einem zumindest Kraftstoff und Luft umfassenden Gemisch beziehungsweise Frischgas erfolgt, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Hierzu wird beispielsweise während des Ansaugtakts der Verbrennungskraftmaschine mittels eines dem Brennraum zugeordneten Injektors der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine kennfeldbasiert direkt in den Brennraum eingespritzt, sodass bereits während des Ansaugtakts infolge eines aus dem Einspritzen resultierenden Pulses und infolge einer Strömung im Brennraum ein zumindest zum Zündzeitpunkt zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer gespült wird.
-
Um das beispielsweise auf die zuvor genannte Weise in der Vorkammer erzeugte, brennbare und auch einfach als Gemisch bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer zu zünden, ist es vorteilhaft, wenn in der jeweiligen Funkenstrecke zum Zündzeitpunkt eine vorteilhafte beziehungsweise ideale mittlere Turbulenz herrscht. Ebenso sollte in der Funkenstrecke kein übermäßig hoher Restgasgehalt zum Zündzeitpunkt vorhanden sein, um eine hinreichende Zündfähigkeit des Gemisches zu gewährleisten. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen oder bei hohen Restgasgehalten befinden sich nahe oder in der Mitte der Vorkammer ein hoher Restgasgehalt und eine nur geringe Turbulenz beziehungsweise mehr Restgas und weniger Turbulenz als beispielsweise am Rand der Vorkammer. Vorteilhafterweise befindet sich dann ein Zündort, an welchem das Gemisch in der Vorkammer gezündet wird beziehungsweise gezündet werden kann, in einem solchen Lastbereich am inneren Rand der Vorkammer, wo gegenüber der Mitte eine höhere Turbulenz und weniger Restgas vorliegen. Bei demgegenüber höheren Lasten jedoch liegt der vorteilhafte, auch als Funkenort bezeichnete Zündort dagegen nahe oder in der Mitte der Vorkammer. Durch die Funkenstrecken und ihre erfindungsgemäß vorgesehene asymmetrisch verteilte Anordnung in der Vorkammer sind nun die zuvor genannten, voneinander unterschiedlichen Funkenbereiche und somit unterschiedliche Funken- beziehungsweise Zündorte geschaffen, wobei insbesondere je nach Betriebsart beziehungsweise Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine an dem einen oder dem anderen Zündort vorteilhafte Bedingungen herrschen, um das Gemisch in der Vorkammer zu zünden.
-
Mit anderen Worten sind die Funkenstrecken durch ihre asymmetrisch verteilte Anordnung an solchen Stellen beziehungsweise Orten in der Vorkammer angeordnet, an denen, insbesondere je nach Betriebsart beziehungsweise Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, jeweils vorteilhafte Entflammungsbedingungen herrschen, um das Gemisch in der Vorkammer zu zünden. Mittels der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze können somit jeweilige Gemische in der Vorkammer und somit in dem Brennraum insgesamt bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden, welche beispielsweise bei den Betriebsarten mit geringer Füllung und/oder geringem Druck im Brennraum, geringer Ladungsbewegung oder mit einer hohen Abgasrückführrate und/oder mit einer hohen Ladungsverbindung und Ladungsschichtung, beispielsweise mit einem Verbrennungsluftverhältnis (Ä) in einem Bereich von einschließlich 1,0 bis einschließlich 2,2, betrieben wird.
-
Herrschen beispielsweise bei einer ersten Betriebsart beziehungsweise in einem ersten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine an dem Rand der Vorkammerzündkerze vorteilhafte Entflammungsbedingungen, während im Bereich der Mitte der Vorkammerzündkerze ungünstige Entflammungsbedingungen herrschen, so kann das Gemisch in der Vorkammer mittels der ersten Funkenstrecke gezündet werden. Herrschen beispielsweise bei einer zweiten Betriebsart beziehungsweise in einem zweiten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine im Bereich der Mitte vorteilhafte Entflammungsbedingungen, während an dem Rand ungünstige Entflammungsbedingungen in der Vorkammer herrschen, so kann beispielsweise das Gemisch in der Vorkammer mittels der zweiten Funkenstrecke vorteilhaft gezündet werden. Hierdurch können jeweilige Zündungen der jeweiligen Gemische im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine auch bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden, sodass ein besonders vorteilhafter, effizienter und emissionsarmer sowie laufruhiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
-
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine der Funkenstrecken zwischen zwei ersten Elektrodenbereichen und die andere Funkenstrecke zwischen zwei zweiten Elektrodenbereichen gebildet ist. Der jeweilige Elektrodenbereich ist beispielsweise durch wenigstens eine Elektrode der Vorkammerzündkerze gebildet, mittels welcher der jeweilige Zündfunke erzeugbar ist. Dabei weisen die ersten Elektrodenbereiche einen ersten Abstand voneinander auf, wobei die zweiten Elektrodenbereiche einen von dem ersten Abstand unterschiedlichen, zweiten Abstand voneinander aufweisen. Die jeweiligen Abstände sind größer als Null und voneinander unterschiedlich, wodurch etwaig voneinander unterschiedlichen Entflammungsbedingungen in der Vorkammer, zu denen es beispielsweise bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine kommen kann, besonders vorteilhaft Rechnung getragen werden kann.
-
Dabei wurde gefunden, dass im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine sichere Zündungen und somit Entflammungen der Gemische insbesondere dadurch realisiert werden können, wenn sich die Abstände in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,3 Millimetern, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,15 Millimetern, voneinander unterscheiden.
-
Um die Gemische auch bei unterschiedlichen Betriebsarten und somit unterschiedlichen Strömungs- beziehungsweise Entflammungsbedingungen sicher zünden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest jeweilige Spitzen der Elektrodenbereiche aus einem Edelmetall gebildet sind. Der jeweilige Elektrodenbereich kann beispielsweise durch eine jeweilige Elektrode gebildet sein. Die jeweilige Elektrode kann dabei als zylindrischer Pen beziehungsweise Stift ausgeführt sein, wobei der Stift beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Edelmetall, gebildet sein kann. Ferner ist es denkbar, dass die jeweilige Elektrode einen Grundkörper aufweist, der beispielsweise mit einer Spitze aus Edelmetall versehen ist, wobei die Spitze aus Edelmetall die jeweilige Spitze des jeweiligen Elektrodenbereiches bildet.
-
Um besonders vorteilhafte Entflammungsbedingungen in der Vorkammer realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jeweilige Durchgangsrichtungen von wenigstens zwei der Öffnungen schräg zur Längsrichtung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufen. Hierdurch wird mittels der wenigstens zwei Öffnungen beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des jeweiligen, über die wenigstens zwei Öffnungen aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmenden Gemisches bewirkt beziehungsweise erzeugt, wobei die drallförmige Strömung auch als Drallströmung bezeichnet wird. Durch die Drallströmung kann beispielsweise in wenigstens einem der Funkenbereiche eine vorteilhafte Turbulenz erzeugt werden, sodass in dem einen Funkenbereich das Gemisch in der Vorkammer und über diese im gesamten Brennraum vorteilhaft gezündet werden kann.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine dritte der Öffnungen als eine Zentralöffnung ausgebildet, wobei die wenigstens zwei Öffnungen in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze um die Zentralöffnung herum, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Beispielsweise weist die Zentralöffnung eine Durchgangsrichtung auf, welche insbesondere parallel zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufen beziehungsweise mit der Längsrichtung der Vorkammerzündkerze zusammenfallen kann. Unter der jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Öffnung ist insbesondere zu verstehen, dass das jeweilige Gemisch aus dem Brennraum durch die jeweilige Öffnung entlang der Durchgangsrichtung hindurchströmen kann, sodass die jeweilige Öffnung entlang der jeweiligen Durchgangsrichtung für das Gemisch durchgängig ist. Insbesondere verläuft beispielsweise die jeweilige Durchgangsrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Ebene, in welcher die jeweilige Öffnung angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist.
-
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funkenstrecken asymmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
-
Durch die unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine kann diese besonders effizient und somit kraftstoffverbrauchsarm sowie emissionsarm betrieben werden. Jedoch kann es aufgrund der unterschiedlichen Betriebszustände zu unterschiedlichen Strömungs- und somit Entflammungsbedingungen in der Vorkammer kommen. Diesen unterschiedlichen Strömungs- und Entflammungsbedingungen in der Vorkammer wird durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken Rechnung getragen, sodass dann beispielsweise, wenn aufgrund der jeweiligen Strömungs- beziehungsweise Entflammungsbedingungen mittels einer der Funkenstrecken eine Zündung des jeweiligen Gemischs in der Vorkammer nicht möglich ist, stets mittels der jeweils anderen Funkenstrecke eine Zündung des jeweiligen Gemischs in der Vorkammer bewirkt und somit gewährleistet werden kann.
-
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem sich jeweilige Zündfunken zum Zünden von jeweiligen, in der Vorkammer aufgenommenen Kraftstoff-Luft-Gemischen über eine erste der Funkenstrecken ausbilden, und ein Ausbilden von Zündfunken über die zweite Funkenstrecke unterbleibt. Ferner weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem sich jeweilige Zündfunken zum Zünden von jeweiligen, in der Vorkammer aufgenommene Kraftstoff-Luft-Gemischen über die zweite Funkenstrecke ausbilden, und ein Ausbilden von Zündfunken über die erste Funkenstrecke unterbleibt. Hierdurch kann ein verbrauchs- und emissionsarmer sowie laufruhiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, da im gesamten Kennfeld auch bei den unterschiedlichen Betriebszuständen die Gemische in der Vorkammer und somit in dem Brennraum sicher gezündet werden können.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zuvor genannte Injektor, mittels welchem der Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird, als Piezoaktor beziehungsweise Piezodüse, insbesondere als Piezo-A-Düse, oder aber als Mehrlochdüse, insbesondere mit variabler Lochgeometrie und/oder variablem Druck, ausgebildet ist. Bei einer der Betriebsarten handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Katheizbetrieb, in dessen Rahmen wenigstens eine beispielsweise als Katalysator ausgebildete oder zumindest einen Katalysator umfassende Abgasnachbehandlungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine gezielt erwärmt wird. Ferner kann es sich bei wenigstens einer der Betriebsarten um einen Kaltstart beziehungsweise um einen Warmlauf, das heißt um eine Warmlaufphase der auch als Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine handeln. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze ein sicheres Zünden der Gemische auch bei hohen Lasten und Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
-
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Insbesondere ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als Benzinmotor ausgebildet, welcher auch als Ottomotor bezeichnet wird. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgestattet ist.
-
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst wenigstens einen insbesondere als Zylinder ausgebildeten Brennraum 12, welcher während jeweiliger Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine 10 zumindest mit Kraftstoff und Luft versorgt wird. Der Kraftstoff ist vorzugsweise ein flüssiger Kraftstoff, welcher, insbesondere in flüssiger Form, in den Brennraum 12 eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird. Dadurch, dass der Brennraum 12 mit dem Kraftstoff und mit der Luft versorgt wird, bildet sich, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10, in dem Brennraum 12 ein zumindest den Kraftstoff und die Luft umfassendes Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches einfach auch als Gemisch bezeichnet wird. Somit bilden sich innerhalb jeweiliger, aufeinanderfolgender Arbeitsspiele jeweilige Kraftstoff-LuftGemische in dem Brennraum 12. Der Kraftstoff ist beispielsweise ein Ottobeziehungsweise Benzinkraftstoff und wird zum Durchführen eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 genutzt. Während des befeuerten Betriebs werden die jeweiligen Gemische gezündet und dadurch verbrannt, wodurch die Abtriebswelle angetrieben wird.
-
Der Brennraum 12 ist beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durch ein in der Fig. nicht erkennbares Motorgehäuse gebildet beziehungsweise begrenzt, wobei das Motorgehäuse beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildet ist. Mit dem Motorgehäuse ist beispielsweise ein weiteres Gehäuseelement 14 verbunden, welches beispielsweise ein Brennraumdach 16 des Brennraums 12 bildet. Das Gehäuseelement 14 ist insbesondere als Zylinderkopf ausgebildet.
-
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst dabei wenigstens eine Vorkammerzündkerze 18, welche dem Brennraum 12 zugeordnet ist und beispielsweise zumindest teilweise in den Brennraum hineinragt. Die Vorkammerzündkerze 18 ist dabei beispielsweise, insbesondere reversibel lösbar, an dem Gehäuseelement 14 gehalten. Die Vorkammerzündkerze 18 weist eine Vorkammer 20 mit mehreren Öffnungen 22 und 24 auf, über welche die Vorkammer 20 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Die Vorkammer 20 ist, insbesondere zum Brennraum 12 hin, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch ein Gehäuse 26 der Vorkammerzündkerze 18, insbesondere durch eine Wandung 28 des Gehäuses 26, gebildet beziehungsweise begrenzt. Die Vorkammerzündkerze 18 umfasst ferner eine erste Elektrode 30, welche beispielsweise auch als Mittelelektrode bezeichnet wird. Des Weiteren umfasst die Vorkammerzündkerze 18 wenigstens eine zweite Elektrode 32, welche auch als Masseelektrode bezeichnet wird. Die Elektrode 30 ist zumindest mittelbar, insbesondere über einen Isolator 34, an dem Gehäuse 26 gehalten beziehungsweise mit diesem verbunden. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrode 32 durch das Gehäuse 26 gebildet beziehungsweise einstückig mit diesem ausgebildet, sodass das Gehäuse 26 als die Masseelektrode fungiert.
-
Die Vorkammerzündkerze 18 weist eine in der Fig. durch eine strichpunktierte Linie 36 veranschaulichte Längsrichtung auf, welche auch als Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 bezeichnet wird. Die Vorkammerzündkerze 18 weist somit eine entlang der Längsrichtung verlaufende längliche Erstreckung auf. Ferner ist besonders gut aus der Fig. erkennbar, dass die Öffnung 24 als eine Zentralöffnung und die Öffnungen 22 als Nebenöffnungen ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 um die Zentralöffnung herum, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Außerdem weisen die Öffnungen 22 jeweilige, in der Fig. durch strichpunktierte Linien 38 veranschaulichte Durchgangsrichtungen auf, welche schräg zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 verlaufen und dabei zur Vorkammer 20 hin aufeinander zu verlaufen. Die Öffnung 24 (Zentralöffnung) weist ebenfalls eine Durchgangsrichtung auf, welche mit der Längsrichtung zusammenfällt. Das jeweilige, sich im Brennraum 12 bildende Gemisch strömt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 22 und 24 entlang der jeweiligen Durchgangsrichtungen in die Vorkammer 20 ein, sodass sich innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auch in der Vorkammer 20 ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch bildet.
-
Die Vorkammerzündkerze 18 weist nun ferner wenigstens zwei in der Vorkammer 20 angeordnete Funkenstrecken 40 und 42 auf, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Mittels der jeweiligen, über die Funkenstrecken 40 und 42 ausbildbaren Zündfunken können die jeweiligen, innerhalb der jeweiligen Arbeitsspiele in der Vorkammer 20 aufgenommenen Gemische gezündet werden, sodass das jeweilige Gemisch in der Vorkammer 20 verbrannt wird. Daraus resultieren brennende Fackeln, die über die Öffnungen 22 und 24 aus der Vorkammer 20 in den Brennraum 12 strömen und in dem Brennraum 12 das dort aufgenommene Gemisch zünden. In der Folge verbrennt das im Brennraum 12 aufgenommene Gemisch, wodurch die Abtriebswelle angetrieben wird.
-
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 insbesondere auch bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren zu können, sind die Funkenstrecken 40 und 42 asymmetrisch verteilt in der Vorkammer 20 angeordnet. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Funkenstrecke 40 entlang einer senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 verlaufenden und in der Fig. durch einen Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung weiter außen als die zweite Funkenstrecke 42 angeordnet, sodass die Funkenstrecke 40 entlang der Richtung näher an einem beispielsweise durch die Wandung 28 gebildeten Rand 46 der Vorkammerzündkerze 18 angeordnet ist als die Funkenstrecke 42. Dies bedeutet, dass die Funkenstrecke 42 entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung näher an oder in der Mitte der Vorkammer 20 angeordnet ist als die Funkenstrecke 40.
-
Die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken 40 und 42 ist bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch realisiert, dass die Elektrode 30 einen ersten Teilbereich 48 und einen insbesondere einstückig damit ausgebildeten zweiten Teilbereich 50 aufweist, welcher beispielsweise in Form eines Arms der Elektrode 30 schräg oder vorliegend senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 und somit beispielsweise entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung von dem Teilbereich 48 weg in Richtung der Wandung 28 beziehungsweise des Randes 46 verläuft. Die Funkenstrecke 40 ist somit zwischen einem durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 50, gebildeten ersten Elektrodenbereich 52 und einem durch das Gehäuse 26, insbesondere durch die Wandung 28, gebildeten zweiten Elektrodenbereich 54 gebildet, welche beispielsweise in einem ersten Abstand A1 voneinander angeordnet sind.
-
Die Elektrode 32 weist beispielsweise einen dritten Teilbereich 56 und einen vierten Teilbereich 58 auf, welcher beispielsweise als ein zweiter Arm der Elektrode 32 schräg oder vorliegend senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 und somit entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung von dem Teilbereich 56 hin zur Elektrode 30, insbesondere zu dem Teilbereich 48, verläuft. Die Funkenstrecke 42 ist dabei zwischen einem durch die Elektrode 32, insbesondere durch den Arm (Teilbereich 58), gebildeten dritten Elektrodenbereich und einem durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 48, gebildeten vierten Elektrodenbereich 62 gebildet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass beispielsweise der Elektrodenbereich 54 durch die Elektrode 32 und somit beispielsweise durch das Gehäuse 26 gebildet ist, wobei der Elektrodenbereich 54 insbesondere durch den Teilbereich 56 der Elektrode 32 gebildet ist. Der Elektrodenbereich 52 ist dabei durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 50, gebildet. Die Elektrodenbereich 60 und 62 sind dabei in einem zweiten Abstand A2 voneinander angeordnet, wobei die Abstände A1 und A2 beispielsweise senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 und somit beispielsweise entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung verlaufen. Die Abstände A1 und A2 sind dabei größer als Null und voneinander unterschiedlich, wobei sich beispielsweise die Abstände A1 und A2 in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,3 Millimetern, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,15 Millimetern, voneinander unterscheiden. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige, auch als Elektrodenspitzen bezeichnete Spitzen S der Elektrodenbereiche 52, 54, 60 und 62 aus einem Metall, insbesondere aus einem Edelmetall, gebildet sind. Die jeweiligen Elektroden sind beispielsweise als Stifte ausgebildet, wobei der jeweilige Stift beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Edelmetall, gebildet ist, oder der jeweilige Stift ist beispielsweise aus einem von einem Edelmetall unterschiedlichen Metall gebildet und mit einer Edelmetallspitze versehen.
-
Dadurch, dass die Durchgangsrichtungen der Öffnungen 22 schräg zur Längsrichtung verlaufen, bewirken die Öffnungen 22 beispielsweise eine in der Fig. durch einen Pfeil 64 veranschaulichte, zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 22 und 24 in die Vorkammer 20 einströmenden Gemisches, sodass vorteilhafte Entflammungsbedingungen gewährleistet werden können.
-
Die Öffnungen 22 werden auch als tangential angestellte, radiale Löcher bezeichnet. Im Folgenden werden beispielsweise unterschiedliche Betriebsarten beziehungsweise Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 10 erläutert: In der Vorkammer 20 bildet sich durch die Gestaltung der tangential angestellten, radialen Löcher (Öffnungen 22) eine auch als Drallströmung bezeichnete, zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung aus, die die Eigenschaft hat, einerseits im Bereich des Rands 46 der Vorkammer 20 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen als im Bereich der Mitte M der Vorkammer 20 und andererseits vorhandenes beziehungsweise in der Vorkammer 20 verbleibendes Restgas beziehungsweise Abgas eher in der Mitte M der Vorkammer 20 um die Mittelelektrode (Elektrode 30 beziehungsweise Teilbereich 48) zu konzentrieren. Dabei ist es von Vorteil, bei niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 10, bei denen aufgrund des niedrigen Drucks im Brennraum 12 auch eine geringere Strömungsgeschwindigkeit in der Vorkammer 20 während der Kompressionsphase erzeugt wird und dadurch besonders schwierige Randbedingungen für eine Zündung in der Funkenstrecke 42 im Bereich der Mitte M der Vorkammer 20 herrschen, einen Funkenbereich, in welchem das Gemisch in der Vorkammer 20 gezündet wird, an den Rand 46 zu legen und somit die Funkenstrecke 40 zum Zünden des Gemisches zu nutzen. Herrscht beispielsweise bei hohen Lasten und/oder Drehzahlen aufgrund der starken Einströmung in die auch als Kammer bezeichnete Vorkammer 20 infolge des hohen Drucks im Brennraum 12 jedoch eine hohe Turbulenz durch den hohen Drall zum Zündzeitpunkt in der Kammer, so kann eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Funkenstrecke 40 im Bereich des Rands 46 der Kammer zu erschwerten Zündbedingungen führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Gemisch in der Vorkammer 20 mittels der Funkenstrecke 42 im Bereich der Mitte M der Kammer zu zünden. Um zu gewährleisten, dass für die genannten Fälle der jeweils optimale Zündort gewählt wird beziehungsweise der jeweilige Zündfunke automatisch am für die Entflammung vorteilhaften Ort zwischen den Elektroden durchbricht, sind die unterschiedlichen, auch als Elektrodenabstände bezeichneten Abstände A1 und A2 vorgesehen.
-
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Abstand A1 kleiner als der Abstand A2 ist, was bei geringen Lasten und Drehzahlen beziehungsweise bei geringerem Druck im Brennraum 12 und damit absolut gesehen geringeren Strömungsgeschwindigkeiten in der Kammer und damit geringeren Unterschieden in der Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise Turbulenz zwischen den Funkenstrecken 40 und 42 zu einem geringeren Zündspannungsbedarf in der Funkenstrecke 40 führt. Dadurch wird die Durchbruchspannung bezogen auf die Funkenstrecken 40 und 42 zuerst an beziehungsweise in der Funkenstrecke 40 erreicht, sodass sich der Zündfunke entlang der Funkenstrecke 40, nicht jedoch entlang der Funkenstrecke 42, ausbildet.
-
Herrscht jedoch bei hohen Lasten und Drehzahlen aufgrund der starken Einströmung des Gemisches in die Kammer infolge des hohen Drucks im Brennraum 12 eine hohe Turbulenz durch den hohen Drall zum Zündzeitpunkt in der Kammer, so wird an der Funkenstrecke 40 im Bereich des Rands 46 der Kammer durch eine deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeit als in beziehungsweise an der Funkenstrecke 42 ein deutlich erhöhter Zündspannungsbedarf für einen Funkendurchbruch notwendig. In diesem Fall wird aufgrund des geringeren Zündspannungsbedarfs an beziehungsweise in der Funkenstrecke 42 der Zündfunke an beziehungsweise in dieser für die Entflammung vorteilhaften Funkenstrecke 42 zwischen den Elektroden überspringen und dadurch eine Zündung des Gemischs in der Kammer bewirken.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Brennraum
- 14
- Gehäuseelement
- 16
- Brennraumdach
- 18
- Vorkammerzündkerze
- 20
- Vorkammer
- 22
- Öffnung
- 24
- Öffnung
- 26
- Gehäuse
- 28
- Wandung
- 30
- Elektrode
- 32
- Elektrode
- 34
- Isolator
- 36
- strichpunktierte Linie
- 38
- strichpunktierte Linie
- 40
- Funkenstrecke
- 42
- Funkenstrecke
- 44
- Doppelpfeil
- 46
- Rand
- 48
- Teilbereich
- 50
- Teilbereich
- 52
- Elektrodenbereich
- 54
- Elektrodenbereich
- 56
- Teilbereich
- 58
- Teilbereich
- 60
- Elektrodenbereich
- 62
- Elektrodenbereich
- 64
- Pfeil
- A1
- erster Abstand
- A2
- zweiter Abstand
- S
- Spitze
- M
- Mitte
