DE102018128712A1

DE102018128712A1 - Vorkammerzündeinrichtung für verbrennungsmotoren und verfahren

Info

Publication number: DE102018128712A1
Application number: DE102018128712.7A
Authority: DE
Inventors: James Cress
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-05-23
Also published as: CN109798177A; CN109798177B; US10174667B1

Abstract

Eine Vorkammerzündeinrichtung (12) für einen funkengezündeten Verbrennungsmotor (10) weist eine Vorkammer (42) in Fluidkommunikation mit einem Hauptbrennraum (20) durch eine Mehrzahl von Kanälen (28) auf. Eine äußere Öffnung (62) eines jeden der Mehrzahl von Kanälen (28) ist in einer Außenfläche (50) eines Vorkammerkörpers (40) ausgebildet und von einer entsprechenden inneren Öffnung (64), die in einer Innenfläche (52) des Vorkammerkörpers 40) ausgebildet ist, umfänglich versetzt, wobei die Innenfläche (52) eine Vorkammerwand (54) mit einer Verjüngung (53) bildet, die beim Aufrechterhalten einer Geschwindigkeit einer Ladung von Luft und Kraftstoff hilft, um einen Flammenkern von einem Funkenspalt (61) in der Vorkammer (42) zu verlagern, derart dass Erstricken des Flammenkerns verhindert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Vorkammerzündeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Vorkammerzündeinrichtung, die zum Erzeugen und Aufrechterhalten von Verwirbelung einer Ladung von Kraftstoff und Luft in einer Vorkammer strukturiert ist.
Hintergrund
Verbrennungsmotoren, einschließlich funkengezündeter Benzin- und Erdgasmotoren, Dieselmotoren mit Verdichtungszündung, Gasmotoren und anderer, funktionieren im Allgemeinen durch Erzeugen einer kontrollierten Verbrennungsreaktion innerhalb eines Zylinders, der einen Kolben zum Drehen einer Kurbelwelle antreibt. Diese grundlegende Technik wurde über ein Jahrhundert lang verwendet, um Motoren mit herkömmlichen Kraftstoffen, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, zu betreiben. Emissionsprobleme sowie Preis- und Versorgungsprobleme u. a. haben zu einem Interesse an und einer Nutzung von weniger üblichen Kraftstoffen, insbesondere Erdgas, geführt. Diese Kraftstoffe werden üblicherweise bei einem höheren stöchiometrischen Kraftstoff-LuftVerhältnis oder sogenannten „mageren“ Kraftstoffgemischen mit einem Äquivalenzverhältnis unter 1 verwendet. Eine herkömmliche Zündungsstrategie für Verbrennungsmotoren, die auf einer Zündkerze beruht, zündet diese mageren Kraftstoffgemische möglicherweise nicht richtig, was zu Motorklopfen oder anderen Problemen führen kann. Die Verwendung einer Vorkammerzündeinrichtung kann diese Probleme lösen, indem sie eine Ladung des mageren Kraftstoffgemischs in einer Vorkammer vor dem Zuführen eines Strahls heißen Verbrennungsgases zu einem Hauptbrennraum zündet, was zu einer heißeren, gleichmäßigeren und typischerweise robusteren Verbrennungsreaktion gegenüber anderen Techniken führt.
Die Verwendung einer Vorkammerzündeinrichtung alleine bewirkt jedoch noch nicht, dass ein mageres Kraftstoffgemisch besser verbrennbar ist, was bedeutet, dass magere Kraftstoffgemische in der Vorkammer selbst möglicherweise weiterhin nicht zünden. Insbesondere wurde beobachtet, dass ein Flammenkern, der an einem Funkenspalt in der Vorkammer gebildet wird, erstickt oder abgelöscht werden kann, bevor der Flammenkern eine stabile Flamme erzeugt, die sich ausbreiten kann, um Verbrennung der Ladung von Luft und Kraftstoff zu initiieren, was zu einer sogenannten „Mager“-Fehlzündung führen kann.
Es wurden mehrere Versuche unternommen, um die Verbrennung von mageren Kraftstoffgemischen in einer Vorkammer auf zuverlässigere Weise zu initiieren. Eine solche Strategie wird im US-Patent Nr. 8,839,762 an Chiera et al. („Chiera“) offenbart. Chiera offenbart einen Mehrkammer-Zünder, der anscheinend so strukturiert ist, dass er Ersticken verhindert, indem er einen neu gebildeten Flammenkern in eine separate Kammer stößt, um dadurch den Flammenkern von Gasen in der Vorkammer zu trennen. Obwohl diese und andere Strategien in bestimmten Aspekten Vorkammerverbrennung ermöglichen, bleibt reichlich Raum für Verbesserungen.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Aspekt umfasst eine Vorkammerzündeinrichtung für einen Verbrennungsmotor einen Vorkammerkörper. der eine Außenfläche und eine Innenfläche umfasst, die eine Vorkammer definiert und eine Vorkammerwand umfasst, wobei der Vorkammerkörper ein proximales Ende, das zur Kopplung mit einer Zündelektrodenanordnung strukturiert ist, und ein distales Ende aufweist, wobei sich eine Längsachse zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende erstreckt. Die Vorkammerzündeinrichtung umfasst ferner eine Mehrzahl von Kanälen, die im Vorkammerkörper am distalen Ende ausgebildet sind und jeweils eine äußere Öffnung, die in der Außenfläche ausgebildet ist, und eine innere Öffnung aufweisen, die in der Innenfläche ausgebildet ist, wobei jede der Mehrzahl von äußeren Öffnungen von einer entsprechenden der inneren Öffnungen umfänglich versetzt ist, derart dass die Mehrzahl von Kanälen in Bezug auf die Vorkammerwand so orientiert ist, dass Verwirbelung in einer eingehenden Ladung von Luft und Kraftstoff herbeigeführt wird, und die Vorkammerwand sich umfänglich um die Längsachse erstreckt und eine Verjüngung aufweist, die sich in einer Richtung des proximalen Endes verengt.
In einem anderen Aspekt umfasst ein Verbrennungsladungsbildungssystem für einen Verbrennungsmotor einen Brennraum, der in einem Motorgehäuse ausgebildet ist, und eine Vorkammerzündeinrichtung, die einen Vorkammerkörper, der eine Längsachse definiert, die sich zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Endes des Vorkammerkörpers erstreckt, eine Vorkammer, die innerhalb des Vorkammerkörpers ausgebildet ist und eine Vorkammerwand umfasst, und eine Zündelektrodenanordnung umfasst. Das Verbrennungsladungsbildungssystem umfasst ferner einen Kanal, der im Vorkammerkörper ausgebildet ist und den Brennraum strömungstechnisch mit der Vorkammer verbindet, wobei sich der Kanal zwischen einer äußeren Öffnung und einer inneren Öffnung erstreckt, und die innere Öffnung von der äußeren Öffnung versetzt ist, derart dass der Kanal in Bezug auf die Vorkammerwand so orientiert ist, dass Verwirbelung in einer eingehenden Ladung von Kraftstoff und Luft herbeigeführt wird, wobei die Vorkammerwand eine Verjüngung aufweist, die sich in der Richtung der Zündelektrodenanordnung verengt, und die Zündelektrodenanordnung einen Elektrodenspanner aufweist, der mit der Vorkammerwand einen Funkenspalt zum Zünden der Ladung von Luft und Kraftstoff bildet.
In noch einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors ein Einlassen von Luft und Kraftstoff von einem Brennraum in eine Vorkammer in Reaktion auf Bewegung eines Kolbens in einem Verdichtungshub eines Motorzyklus, In-Kontakt-bringen der Luft und des Kraftstoffs mit einer Vorkammerwand, um Verwirbelung der Luft und des Kraftstoffs herbeizuführen, und Befördern der Luft und des Kraftstoffs nach oben zu einem Funkenspalt innerhalb der Vorkammer, Befördern der Luft und des Kraftstoffs in eine Verjüngung, die durch die Vorkammerwand gebildet wird, derart dass eine Verringerung der Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs begrenzt wird. Das Verfahren umfasst ferner ein Zünden der Luft und des Kraftstoffs durch Funken an einem Funkenspalt, um einen Flammenkern zu bilden, und Verlagern des Flammenkerns vom Funkenspalt durch die Luft und den Kraftstoff, um Ersticken des Flammenkerns zu begrenzen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Vorkammerzündeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische Darstellung einer Vorkammerzündeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine andere schematische Darstellung einer Vorkammerzündeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
4 ist eine Schnittansicht der Vorkammerzündeinrichtung von 3 gemäß einer Ausführungsform;
5 ist eine andere schematische Darstellung einer Vorkammerzündeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine schematische Darstellung von relativer Geschwindigkeit von Fluid in einer Vorkammerzündeinrichtung der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu relativer Geschwindigkeit von Fluid in einer bekannten Vorkammerzündeinrichtung; und
7 ist eine schematische Darstellung von relativer kinetischer Energie von Fluid in der Vorkammerzündeinrichtung der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu relativer kinetischer Energie von Fluid in einer bekannten Vorkammerzündeinrichtung.

Ausführliche Beschreibung
Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Ansicht eines funkengezündeten Verbrennungsmotors 10 mit einer Vorkammerzündeinrichtung („Vorkammereinrichtung“) 12 dargestellt. Der Motor 10 umfasst ein Motorgehäuse 13, das einen Motorkopf 15 und einen Motorblock 16 aufweist. Der Motorkopf 14 und der Motorblock 16 bilden zusammen mit einem Kolben 18 einen Brennraum 20, der zum Empfangen von Luft und potenziell auch Kraftstoff über ein Ansaugrohr oder einen Ansaugkanal 22 strukturiert ist. Der Ansaugkanal 22 kann mit einer Kraftstoffversorgungsleitung 23 gekoppelt sein, die so ausgelegt ist, dass sie über ein Kraftstoffeinlassventil oder eine Kraftstoffeinspritzdüse 24 Kraftstoff für den Brennraum 20 bereitstellt, obwohl auch Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, in welchen Kraftstoff stromaufwärts eines Verdichters in einem Turbolader (nicht dargestellt) eingeführt wird. Ferner ist eine Kraftstoffversorgung 26 strömungstechnisch mit der Kraftstoffeinspritzdüse 24 gekoppelt.
Die Vorkammereinrichtung 12 weist einen oder mehrere Kanäle 28 auf und kann innerhalb des Motors 10 durch den Motorkopf 14 getragen werden, derart dass die Kanäle 28 innerhalb des Brennraums 20 positioniert sind. Der Motor 10 kann Viertakt-Gasmotor sein, der mit einem gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas, Propan, Biogas, Deponiegas oder anderen, betrieben werden kann, obwohl für einen Fachmann zu erkennen ist, dass die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist und in jedem Motor mit einer funkengezündeten Vorkammerzündeinrichtung implementiert werden kann. Es können auch Einrichtungen zur Verdampfung und Druckbeaufschlagung für den Kraftstoff (nicht dargestellt) in einer allgemein bekannten Weise vorgesehen sein. Der Motor 10 könnte außerdem ein Zweistoffmotor mit gasförmigem Kraftstoff und flüssigem Kraftstoff sein. Der Kolben 18 kann in einem durch den Motorblock 16 definierten Zylinder 30 angeordnet sein und zwischen einer oberen Totpunkt (OT)-Position und einer unteren Totpunkt (UT)-Position bewegt werden, um eine Kurbelwelle 32 über eine Verbindungsstange 34 in einer im Allgemeinen herkömmlichen Weise zu drehen. Der Motor 10 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern 30 und Kolben 18 umfassen, die in jeder geeigneten Form, wie beispielsweise einer Reihenform oder einer V-Form, angeordnet sein können.
Ein Volumen des Brennraums 20 kann mit der Position des Kolbens 18 in Bezug auf den Motorkopf 14 derart variieren, dass das Volumen des Brennraums 20 maximal ist, wenn sich der Kolben 18 in der UT-Position befindet, und das Volumen minimal ist, wenn sich der Kolben 18 in der OT-Position befindet. Drehung der Kurbelwelle 32 bewegt den Kolben 18 in einem Ansaughub, der die Einführung von Luft und Kraftstoff vom Ansaugkanal 22 in den Brennraum 20 ermöglicht, von der OT-Position in die UT-Position. Fortgesetzte Drehung der Kurbelwelle 32 bewirkt dann, dass der Kolben 18 sich in einem Verdichtungshub, der Luft und Brennstoff im Brennraum 20 verdichtet, in Richtung der OT-Position bewegt. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 während des Verdichtungshubs bewirkt außerdem, dass Luft und Kraftstoff aus dem Brennraum 20 über die Kanäle 28 in die Vorkammereinrichtung 12 eingelassen werden. Die Luft und der Kraftstoff in der Vorkammereinrichtung 12 können dann gezündet werden, wobei die Verbrennungsgase durch die Kanäle 8 in den Brennraum 20 entladen werden, um die Hauptladung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum 20 in einem Expansionshub zum Antreiben des Kolbens 18 zu zünden. Gasrückstände, die nach der Verbrennung im Brennraum 20 bleiben, können dann durch einen Auslasskanal 36 entladen werden, wenn die Kurbelwelle 32 den Kolben 18 in einem Auspuffhub wieder zu Bewegung von der UT-Position in die OT-Position veranlasst.
Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsladungsbildungssystems 37 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, das die Vorkammereinrichtung 12 umfasst. Die Vorkammereinrichtung 12 umfasst eine Basis 38, die an einem Vorkammerkörper 40 befestigt ist, wobei eine Vorkammer 42 innerhalb des Vorkammerkörpers 40 ausgebildet ist. Der Vorkammerkörper 40 weist ein proximales Ende 44 und ein distales Ende 46 auf und definiert eine Längsachse 48, die sich zwischen dem proximalen Ende 44 und dem distalen Ende 46 erstreckt. Die Längsachse 48 kann in den meisten Ausführungsformen auch eine Längsmittelachse der Vorkammer 42 sein. Der Vorkammerkörper 40 umfasst außerdem eine Außenfläche 50 und eine Innenfläche 52, wobei die Innenfläche 52 eine Vorkammerwand 54 mit einer Verjüngung 53 aufweist. Die Vorkammereinrichtung 12 kann ferner eine Zündelektrodenanordnung 60 umfassen, wobei das proximale Ende 44 des Vorkammerkörpers 40 zur Kopplung mit der Zündelektrodenanordnung 60 strukturiert ist. Die Zündelektrodenanordnung 60 kann einen oder mehrere Elektrodenspanner 58 umfassen, die jeweils eine Spitze 57 aufweisen, die innerhalb der Vorkammer 42 benachbart zur Vorkammerwand 54 und innerhalb oder benachbart zur Verjüngung 53 positioniert ist. Ein Funkenspalt, von welchem einer bei 61 dargestellt ist, ist zwischen der Vorkammerwand 54 und jeder Spitze 57 ausgebildet. Die Zündelektrodenanordnung 60 ist so strukturiert, dass sie mit einer Stromversorgung (nicht dargestellt) gespeist wird, um einen Funken, der einen Bogen zwischen der bzw. den Spitze(n) 57 und der Vorkammerwand 54 bildet, zum Zünden einer Ladung von Luft und Kraftstoff in der Vorkammer 42 am Funkenspalt 61 zu erzeugen. Der bzw. die Funkenspalt(e), im Folgenden in der Einzahl genannt, kann/können sich in einer axialen Position befinden, die innerhalb oder benachbart zur Verjüngung 53 ist. Es versteht sich, dass die Zündelektrodenanordnung 60 durch Einführen der Zündelektrodenanordnung 60 durch das proximale Ende 44 in der Vorkammereinrichtung 12 montiert werden kann. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, Berührung der Elektrodenspitze 57 mit der Vorkammerwand 54 während der Montage zu vermeiden, um zum Beispiel das Risiko eines Verformens von Komponenten und demzufolge eines Abweichens von einem spezifizierten Funkenspaltabstand zu vermeiden, sobald die Komponenten montiert sind. Die Spitzen 57 können in einem spezifizierten Funkenspaltabstand von der Vorkammerwand 54 und innerhalb der Verjüngung 53 oder benachbart zur Verjüngung 53 positioniert werden. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, die Spitzen 57 so zu positionieren, dass der Funkenspalt 61 innerhalb einer Wirbelströmung von Kraftstoff und Luft innerhalb der Vorkammer 42 positioniert wird, wie im Folgenden genauer erörtert.
Die Vorkammerwand 54 erstreckt sich umfänglich um die Längsachse 48, wobei die Verjüngung 53 sich in Richtung des proximalen Endes 44 und der Elektrodenzündanordnung 60 verengt. Die Verjüngung 53 könnte sich zumindest einen Großteil einer Länge 55 der Vorkammerwand 54 zwischen dem proximalen Ende 44 und dem distalen Ende 46 erstrecken, und sie kann sich zumindest einen Großteil einer Länge der Vorkammerwand 54 zwischen einem Boden 56 und dem Funkenspalt 61 erstrecken. Die Verjüngung 53 kann im Wesentlichen insofern gleichmäßig sein, als die Vorkammerwand 54 innerhalb von Fertigungstoleranzen eine gleichmäßige Neigung in Bezug auf die Längsachse 48 zwischen dem Boden 56 der Vorkammer 42 und dem Funkenspalt 61 aufweist, derart dass die Vorkammer 42 eine gerade Linie in einer Schnittebene 59 durch die Längsachse 48 definiert, wie zum Beispiel in 2 dargestellt. Anders ausgedrückt, kann die Verjüngung 53 derart strukturiert sein, dass die Vorkammerwand 43 eine im Wesentlichen gerade Kreiskegelform aufweist, wobei ein Durchmesser der Vorkammer 42 am distalen Ende 46 größer als ein Durchmesser der Vorkammer 42 am proximalen Ende 44 ist, obwohl auch Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, in welchen die Vorkammer 42 eine andere Form, beispielsweise eine kegelige Form mit krummlinigen Seiten, aufweist. In einigen Ausführungsformen könnte die Verjüngung 53 derart strukturiert sein, dass die Vorkammerwand 54 in einem Winkel von über 45° auf die Längsachse 48 abgewinkelt ist. Eine Neigung der Vorkammerwand 54 kann mehr als 60°, typischerweise mehr als 75° betragen, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Verjüngung 53 derart strukturiert sein, dass ein Durchmesser der Vorkammer 42 am Boden 56 kleiner als die Länge 55 ist. Ein Durchmesser der Vorkammer 42 am Funkenspalt 61 kann um einen Faktor von zwei oder weniger kleiner als ein Durchmesser an den Kanälen 28 sein. Die Vorkammerwand 54 kann benachbart zum Boden 56 sein oder an einem gemeinsamen Umfang daran angrenzen, und die Vorkammer 42 kann im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs aufweisen. Der Boden 56 kann eine durchgehende Ausdehnung aufweisen, derart dass der Boden 56 nicht perforiert ist, so dass sich eine Gesamtheit der Kanäle 28 in Bezug auf die Längsachse radial nach außen durch die Vorkammerwand 54 erstreckt, obwohl ein oder mehrere Kanäle durch den Boden 56 bereitgestellt werden könnten.
Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 3 ist eine schematische Ansicht der Vorkammereinrichtung 12 dargestellt, um die Form und die Orientierung der Kanäle 28 gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen. Die Kanäle koppeln den Brennraum 20 strömungstechnisch derart mit der Vorkammer 42, dass der Brennraum 20 und die Vorkammer 42 miteinander in Fluidkommunikation sind, um zu ermöglichen, dass Luft und Kraftstoff aus dem Brennraum 20 in die Vorkammer 42 getrieben werden, und so dass Flammenstrahlen , die aus der Zündung und Verbrennung der Luft und des Kraftstoffs in der Vorkammer 42 resultieren, in den Brennraum 20 entladen werden können. Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 4 ist eine Schnittansicht von 3 entlang der Linie 4-4dargestellt, um die Struktur und die Orientierung der Kanäle 28 gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen. Die Vorkammereinrichtung 12 kann vier Kanäle 28 umfassen, die in einem gleichmäßigen Abstand um einen Umfang der Vorkammer 42 angeordnet sind, obwohl auch Ausführungsformen mit einer anderen Anzahl oder Anordnung der Kanäle 28 in Betracht gezogen werden, Jeder Kanal 28 ist im Vorkammerkörper 40 zwischen der Außenfläche 50 und der Innenfläche 52 ausgebildet und kann eine äußere Öffnung 62, die in der Außenfläche 50 ausgebildet ist, und eine innere Öffnung 64 aufweisen, die in der Innenfläche 52 ausgebildet ist. Jede äußere Öffnung 62 kann von einer entsprechenden inneren Öffnung 64 umfänglich versetzt sein, um Verwirbelung in einer eingehenden Ladung von Kraftstoff und Luft herbeizuführen, wenn der Kraftstoff und die Luft mit der Vorkammerwand 54 in Kontakt treten. Wie in 3 zu erkennen, kann außerdem jede innere Öffnung 64 axial von der entsprechenden äußeren Öffnung 62 versetzt sein, derart dass die Kanäle 28 auf die Längsachse 48 geneigt sein können. In anderen Ausführungsformen kann ein Neigungswinkel der Kanäle 28 steiler oder weniger steil als der Neigungswinkel der Kanäle in 3 sein, oder die Kanälen 28 können überhaupt nicht geneigt sein und sich stattdessen auf einer horizontalen Ebene orthogonal auf die Längsachse 48 zwischen der Außenfläche 50 und der Innenfläche 52 erstrecken. Die Kanäle 28 können zwischen der äußeren Öffnung 62 und der inneren Öffnung 64 im Wesentlichen gerade sein, und eine Innenfläche jedes Kanals 28, die durch den Vorkammerkörper 40 definiert wird, kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Die Kanäle 28 können außerdem tangential zu einem auf der Längsachse 48 zentrierten Kreis orientiert sein, welche Anordnung in 4 leicht zu erkennen ist. In einigen Ausführungsformen können die inneren Öffnungen 64 kleiner als jede entsprechende äußere Öffnung 62 sein, derart dass sich jeder Kanal 28 in Richtung der Innenfläche 52 verengt, um eine Geschwindigkeit einer in die Vorkammer 42 eintretenden Ladung von Luft und Kraftstoff zu erhöhen. In noch anderen Ausführungsformen könnten die Kanäle 28 zwischen der äußeren Öffnung 62 und der inneren Öffnung 64 auch gekrümmt sein, eine Trompetenform, verschiedene Größen oder Orientierungen oder noch weitere Abweichungen voneinander aufweisen. Es versteht sich ferner, dass die Innengeometrie der Vorkammer 42 zum Unterstützen des Herbeiführens von Verwirbelung oder Fördern von Verwirbelung oder anderer Strömungseigenschaften auf andere Arten und Weisen als in den hierin beschriebenen Ausführungsformen geändert werden könnte.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung kann auf Verbrennungsmotoren mit Vorkammerzündung angewendet werden, die normalerweise gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas, mit Luft kombinieren, um ein verhältnismäßig mageres Kraftstoffgemisch zu bilden. Obwohl magere Kraftstoffgemische gewisse Vorteile, wie beispielsweise Verringern bestimmter Emissionen, aufweisen, können magere Kraftstoffgemische auch Zündungsprobleme aufwerfen, da die Energie eines Zündfunkens möglicherweise nicht ausreicht, um das magere Kraftstoffgemisch in einem Brennraum zuverlässig zu zünden. Obwohl Vorkammerzündung diese Probleme bis zu einem gewissen Grad bewältigt, können magere Gemische sogar innerhalb einer Vorkammer schwer zu zünden sein, wobei das Vorhandensein größtenteils inerter Verbrennungsprodukte in der Vorkammer vom letzten Motorzyklus das Problem noch verschärft._Nunmehr unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 können, wenn sich der Kolben 18 im Zylinder 30 während eines Ansaughubs in die UT-Position bewegt, Kraftstoff und/oder Luft vom Ansaugkanal 22 in den Brennraum 20 befördert werden. Sobald der Kolben 18 die UT-Position erreicht, beginnt er sich während eines Verdichtungshubs in die OT-Position zu bewegen, zu welchem Zeitpunkt der Kraftstoff und die Luft, die im Brennraum 20 vorhanden sind, im Brennraum 20 gemischt und verdichtet werden. Die Verdichtung im Brennraum 20 bewirkt außerdem, dass eine Ladung von Kraftstoff und Luft durch die Kanäle 28 aus dem Brennraum 20 in die Vorkammereinrichtung 12 strömt, wie hierin beschrieben, wo sich die Ladung von Luft und Kraftstoff mit Verbrennungsgasrückständen, die in der Vorkammer 42 vorhanden sind, vermischen kann.
Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 2 kann Verwirbelung der in die Vorkammer 42 eintretenden Ladung von Luft und Kraftstoff bei ihrem Kontakt mit der Vorkammerwand 54 herbeigeführt werden, und der verwirbelte Kraftstoff und die verwirbelte Luft können von den Kanälen 28 nach oben zum Funkenspalt 61 befördert werden. Der Motor 10 kann ein Motorsteuermodul oder eine andere geeignete Steuereinrichtung (nicht dargestellt) umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie Spannung die Zündelektrodenanordnung 60 anlegt, um einen Hochspannungslichtbogen zu erzeugen, der sich von der Spitze 57 zur Vorkammerwand 54 erstreckt, um eine durch die Funkstrecke 61 strömende Ladung von Luft und Kraftstoff zu zünden. Die Zündung der Ladung führt zur Bildung eines Flammenkerns am Funkenspalt 61. Der Flammenkern kann sich dann ausbreiten und schließlich eine stabile Flamme bilden, die in Form von heißen Strahlen des verbrannten und/oder noch brennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brennraum 20 entladen wird. In einigen Fällen kann der Flammenkern jedoch vor seiner Ausbreitung erstickt werden, wodurch die Verbrennung endet und eine Mager-Fehlzündung herbeigeführt wird.
Flammenkerne können auf verschiedene Arten und Weisen erstickt werden. Zum Beispiel können Flammenkerne dadurch erstickt werden, dass sie mit Flächen oder Objekten in der Vorkammer, beispielsweise der Vorkammerwand 54 oder der Spitze 57, in Kontakt kommen, die eine kühlere Temperatur als der Flammenkern aufweisen, was zu einer Übertragung von Wärmeenergie vom Flammenkern führt. Es wurde beobachtet und/oder die Theorie aufgestellt, dass insbesondere in mageren Kraftstoffgemischen auch Turbulenz in der Vorkammer einen im Entstehen begriffenen Flammenkern ersticken oder anderweitig zum Ersticken desselben beitragen kann. In einigen bekannten Systemen kann der Flammenkern nach seiner Bildung in oder nahe dem Funkenspalt bleiben, was dazu führen kann, dass der Flammenkern mit verhältnismäßig kühlen Flächen in der Vorkammer, beispielsweise einer Elektrodenspitze, in Kontakt kommen oder in Turbulenz in der Vorkammer eingeführt werden kann. In einem Bestreben, Kontakt mit Turbulenz zu vermeiden, sind einige andere bekannte Systeme anscheinend so strukturiert, dass sie den Flammenkern gänzlich aus der Vorkammer entfernen. Diese Probleme können durch das Vorhandensein von Verbrennungsgasrückständen innerhalb der Vorkammer und am Funkenspalt selbst noch verschärft werden. Im Gegensatz zu diesen und anderen bekannten Systemen kann das Verbrennungsladungsbildungssystem 37 stattdessen so strukturiert sein, dass es eine stabile Flammenerzeugung und Flammenausbreitung ermöglicht, indem es einen neu gebildeten Flammenkern auf eine Art und Weise verlagert, die den Flammenkern sowohl vor Ersticken durch Turbulenz als auch Ersticken durch Wärmeübertragung schützt.
Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 5 ist eine Schnittansicht des Verbrennungsladungsbildungssystems 37 dargestellt, die einen Strömungsweg 100 der Ladung von Luft und Kraftstoff in der Vorkammer 42 veranschaulicht, Wie bereits erörtert, kann die Vorkammer 12 so strukturiert sein, dass sie Luft und Kraftstoff in Reaktion auf Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 während des Verdichtungshubs eines Motorzyklus aus dem Brennraum 20 durch die Kanäle 28 einlässt. Die versetzte Orientierung der äußeren Öffnungen 62 und der inneren Öffnungen 64 ist strukturiert, um Ströme des eingehenden Kraftstoffs und der eingehenden Luft so zu leiten, dass Verwirbelung herbeigeführt wird. Bei Eintritt in die Vorkammer 42 kommen die Luft und der Kraftstoff mit der Vorkammerwand 54 in Kontakt, welche die Verjüngung 53 umfasst, derart dass im Allgemeinen drallförmige Verwirbelung der Luft und des Kraftstoffs, die sich den Strömungsweg 100 entlang bewegen, in der Verwirbelungsregion 102 aufrechterhalten wird. Es versteht sich, dass die Verjüngung 53 so strukturiert sein kann, dass sie das Momentum in der verwirbelten Luft und dem verwirbelten Kraftstoff bewahrt, während die Luft und der Kraftstoff in die Verjüngung 53 befördert werden und damit in Kontakt treten und sich von den Kanälen 26 durch die Verwirbelungsregion 102 zum Funkenspalt 61 bewegen. Je mehr sich die Verjüngung 53 in Richtung des proximalen Endes 44 verengt, umso kleiner wird der Umfang der Vorkammer 42, während die Luft und der Kraftstoff sich entlang des Strömungswegs 100 zum Funkenspalt 61 bewegen. Auf diese Weise wird eine Verringerung einer Geschwindigkeit der verwirbelten Luft und des verwirbelten Kraftstoffs begrenzt, und eine Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs kann aufrechterhalten oder sogar erhöht werden, während die Luft und der Kraftstoff sich zum Funkenspalt 61 bewegen, um schließlich am Funkenspalt 61 gezündet zu werden und einen Flammenkern zu bilden, der dann durch die verwirbelte Luft und den verwirbelten Kraftstoff verlagert wird. Die verwirbelte Luft und der verwirbelte Kraftstoff können außerdem Verbrennungsproduktrückstände am Funkenspalt 61 verlagern. Im Gegensatz dazu sind viele bekannte Systeme nicht so strukturiert, dass sie die Geschwindigkeit aufrechterhalten oder erhöhen, während die Luft und der Kraftstoff sich zum Funkenspalt bewegen, derart dass die Geschwindigkeit am Funkenspalt typischerweise reduziert ist und die Flammenkerne nach ihrer Bildung in oder nahe dem Funkenspalt bleiben können.
Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 6 ist eine Veranschaulichung der relativen Geschwindigkeit von Luft und Kraftstoff dargestellt, wie sie in zwei verschiedenen Typen von Vorkammern zu beobachten sein könnte. Die rechte Hälfte von 6 ist eine Veranschaulichung einer Strömung, die in der Vorkammereinrichtung 12 zu sehen sein könnte, und die linke Hälfte von 6 ist eine Veranschaulichung einer Strömung, wie sie in einer bekannten Vorkammerzündeinrichtung (im Folgenden „Vorkammereinrichtung“) 104 mit einer Vorkammer 106 zu sehen sein könnte. Verschiedene Geschwindigkeiten eines festen Kraftstoff-Luft-Gemischs sind mit unterschiedlicher Schnittdarstellung veranschaulicht. Es versteht sich, dass verschiedene Geschwindigkeiten in Bezug aufeinander dargestellt und nicht unbedingt repräsentativ für absolute Werte sind. Zum Beispiel bewegen sich Luft und Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit von 3 nicht unbedingt 1,5-mal so schnell wie Luft und Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit von 2. Auf der rechten Seite von 6 ist zu sehen, dass Luft und Kraftstoff an der inneren Öffnung 64 mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit in die Vorkammer 42 eintreten. Die durch die Kanäle 28 herbeigeführte und die Verjüngung 53 aufrechterhaltene Wirbelbewegung führt dazu, dass die Luft und der Kraftstoff in der Verwirbelungsregion 102 im Vergleich zu Regionen der Vorkammer 42, die von der Verwirbelungsregion 102 radial nach innen liegen, eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit aufrechterhalten. Wie dagegen auf der linken Seite von 6 zu sehen ist, weisen Luft und Kraftstoff, die in eine innere Öffnung 108 in einer Vorkammerwand 110 der Vorkammer 106 eintreten, anfänglich eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit auf, aber die relative Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs wird erheblich verringert, während die Luft und der Kraftstoff sich zu einem Funkenspalt 111 zwischen einer Elektrodenspannerspitze 112 und der Vorkammerwand 110 bewegen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 5 und 6 können, wie bereits erörtert, die verwirbelte Luft und der verwirbelte Kraftstoff am Funkenspalt 61 funkengezündet werden, um einen Flammenkern zu bilden. In der Vorkammer 42 kann der Flammenkern dann durch die verwirbelte Luft und den verwirbelten Kraftstoff vom Funkenspalt 61 verlagert werden, derart dass Ersticken des Flammenkerns vor einer stabilen Flammenerzeugung verhindert wird. Da die Geschwindigkeit der verwirbelten Luft und des verwirbelten Kraftstoffs am Funkenspalt 61 verhältnismäßig hoch ist, können die verwirbelte Luft und der verwirbelte Kraftstoff den Flammenkern in einer Umfangsrichtung von der Spitze 57 wegbewegen und/oder den Flammenkern in Bezug auf die Längsachse 48 radial nach innen von der Spitze 57 weg bewegen. Jedes dieser Phänomene kann negative Wärmeübertragung auf den Vorkammerkörper 40 und/oder die Zündelektrodenanordnung 60 begrenzen oder unterbinden und infolgedessen Ersticken verhindern. Ferner können die verwirbelte Luft und der verwirbelte Kraftstoff Gasrückstände in der Vorkammer 42 verdrängen, die von einer früheren Verbrennung übrig sind. Diese Gasrückstände weisen typischerweise wenig oder gar keinen brennbaren Kraftstoff auf, was die Flammenkernausbreitung schwierig macht, wodurch die Möglichkeit zunimmt, dass der Flammenkern erstickt werden kann, bevor eine stabile Flamme erzeugt wird. Im Gegensatz dazu kann die relative Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs am Funkenspalt 111 ungenügend sein, um den Flammenkern zu verlagern, was dazu führen kann, dass der Flammenkern in der Nähe oder annähernd an der Spitze 112 und/oder der Vorkammerwand 110 bleibt. Außerdem verdrängt die verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs am Funkenspalt 111 möglicherweise keine Gasrückstände.
Es versteht sich außerdem, dass durch Fördern einer gleichmäßigen Wirbelbewegung mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs die Strömung von Luft und Kraftstoff entlang des Strömungswegs 100 weniger Turbulenz in der Verwirbelungsregion 102 und anderswo aufweisen kann. Nunmehr auch unter Bezugnahme auf 7 ist eine Veranschaulichung von Messungen der relativen kinetischen Energie eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Vorkammereinrichtung 12 (rechts) und der Vorkammereinrichtung 104 (links) dargestellt. Verschiedene kinetische Energien der Luft und des Kraftstoffs sind mit unterschiedlicher Schnittdarstellung veranschaulicht. Es versteht sich, dass analog zu der in 6 veranschaulichten Darstellung verschiedene kinetische Energien in Bezug aufeinander dargestellt und nicht unbedingt repräsentativ für absolute Werte sind. Es versteht sich, dass kinetische Energie im vorliegenden Kontext im Allgemeinen mit Turbulenz in Beziehung steht, insofern als Luft und Kraftstoff mit einer verhältnismäßig hohen kinetischen Energie auch eine verhältnismäßig hohe Turbulenz aufweisen können. Wie in 7 zu sehen ist, weisen die Luft und der Kraftstoff, die an der inneren Öffnung 64 in die Vorkammer 42 eintreten, eine verhältnismäßig hohe Turbulenz auf, aber die Turbulenz nimmt danach ab und bleibt in der ganzen Vorkammer 42 verhältnismäßig niedrig (d. h. kinetische Energien von ungefähr 1). Obwohl die verhältnismäßig hohe Turbulenz von Luft und Kraftstoff in der Vorkammer 106 nach ihrem Eintritt durch die innere Öffnung 108 abnimmt, ist zu sehen, dass die Turbulenz gegenüber der in der Vorkammer 42 beobachteten Turbulenz verhältnismäßig hoch bleibt (d. h. kinetische Energien von 2 bis 3). Wie hierin erörtert, kann ein Aussetzen von Flammenkernen gegenüber Turbulenz, bevor die Flammenkerne sich ausbreiten und stabile Flammen erzeugen, zum Ersticken führen oder beitragen. Nunmehr unter Bezugnahme auf 5 bis 7 ist im Allgemeinen zu sehen, dass die kinetische Energie am Funkenspalt 61 in Bezug auf die kinetische Energie am Funkenspalt 111 niedrig ist. Entsprechend können Flammenkerne am Funkenspalt 111 unmittelbar nach ihrer Bildung auf Turbulenz stoßen. Dagegen können Flammenkerne die am Funkenspalt 61 gebildet werden, vor Turbulenz geschützt und/oder derselben auf andere Weise nicht ausgesetzt werden.
Obwohl einige bekannte Flammenkernausbreitungsstrategien ein Trennen von Flammenkernen von Turbulenz durch Entfernen der Flammenkerne aus der Vorkammer umfassen, befassen sich solche Strategien im Allgemeinen nicht mit Ersticken durch andere Mittel, wie beispielsweise negative Wärmeübertragung. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine gleichmäßige Strömung von Luft und Kraftstoff mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit, die von einer Vorkammerzündeinrichtung, wie beispielsweise der Vorkammereinrichtung 12, resultiert, die strukturiert ist, um eine drallförmige Wirbelbewegung der Luft und des Kraftstoffs zu erzeugen, die Flammenkerne nicht nur verlagern, um sie von potenziell kühlenden Flächen wegzubewegen, sondern auch ihre Aussetzung gegenüber Turbulenz begrenzen kann, oder die Flammenkerne anderweitig vor Turbulenz schützen und dadurch die Möglichkeit erhöhen kann, dass die Flammenkerne sich stabilisieren und eine zuverlässigere Initiierung der Verbrennung ermöglichen. Es ist ferner zu erwarten, dass die Erhöhung der Geschwindigkeit oder zumindest eine Begrenzung der Verringerung der Geschwindigkeit ohne begleitende Erhöhung der Turbulenz herbeigeführt werden kann.
Die vorstehende Beschreibung dient lediglich Veranschaulichungszwecken und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Demnach ist für Fachleute zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den vorliegend offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden könnten, ohne vom vollständigen und angemessenen Schutzbereich und Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale und/oder Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise relative Abmessungen oder Winkel, nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Wie bereits erwähnt, können die hierin dargelegten Lehren auf eine Vielzahl verschiedener Einrichtungen, Anordnungen und Systeme mit einer Vielzahl von anderen als den hierin spezifisch beschriebenen Strukturen angewendet werden. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen und angehängten Ansprüche ersichtlich. Wie hierin verwendet, sollen die Artikel „ein“ und „eine“ eine oder mehrere Elemente umfassen und können austauschbar mit „mindestens einer/e/s“ verwendet werden. Wenn nur ein Element vorgesehen ist, wird der Begriff „ein/e (einzige/r/s)“ oder ein ähnlicher Ausdruck verwendet. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „weist auf“ „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen unbestimmte Begriffe sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8839762 [0004]

Claims

Vorkammerzündeinrichtung (12) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend: einen Vorkammerkörper (40), der eine Außenfläche (50) und eine Innenfläche (52) umfasst, die eine Vorkammer (42) definiert und eine Vorkammerwand (54) umfasst, wobei der Vorkammerkörper (40) ein proximales Ende (44), das zur Kopplung mit einer Zündelektrodenanordnung (60) strukturiert ist, und ein distales Ende (46) aufweist, wobei sich eine Längsachse (48) zwischen dem proximalen Ende (44) und dem distalen Ende (46) erstreckt; eine Mehrzahl von Kanälen (28), die im Vorkammerkörper (40) am distalen Ende (46) ausgebildet sind und jeweils eine äußere Öffnung (62), die in der Außenfläche (50) ausgebildet ist, und eine innere Öffnung (64) aufweisen, die in der Innenfläche (52) ausgebildet ist. wobei jede der Mehrzahl von äußeren Öffnungen (62) von der entsprechenden der inneren Öffnungen (64) umfänglich versetzt ist, derart dass die Mehrzahl von Kanälen (28) in Bezug auf die Vorkammerwand (54) so orientiert ist, dass Verwirbelung in einer eingehenden Ladung von Luft und Kraftstoff herbeigeführt wird; und wobei die Vorkammerwand (54) sich umfänglich um die Längsachse (48) erstreckt und eine Verjüngung (53) aufweist, die sich in einer Richtung des proximalen Endes (44) verengt.
Einrichtung (12) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Zündelektrodenanordnung (60) mit einem Elektrodenspanner (58), der eine Spitze (57) umfasst und am proximalen Ende 44 derart mit dem Vorkammerkörper (40) gekoppelt ist, dass ein Funkenspalt (61) zwischen der Spitze (57) und der Vorkammerwand (54) ausgebildet ist; und wobei die Spitze (57) in der Vorkammer (42) benachbart zur Vorkammerwand (54) und an einer axialen Stelle positioniert ist, die innerhalb der Verjüngung (53) oder benachbart zur Verjüngung (53) ist.
Einrichtung (12) nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Boden (56), der an die Vorkammerwand (54) angrenzt, wobei sich die Verjüngung (53) zumindest einen Großteil einer Länge der Vorkammerwand (54) zwischen dem Funkenspalt (61) und dem Boden (56) erstreckt; und wobei die Verjüngung (53) gleichmäßig ist, derart dass die Vorkammerwand (54) zwischen dem proximalen Ende (44) und dem distalen Ende (46) eine gleichmäßige Neigung in Bezug auf die Längsachse (48) aufweist.
Einrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei: die Zündelektrodenanordnung (60) ferner eine Mehrzahl von Elektrodenspannern (58) umfasst, die innerhalb der Vorkammer (42) und benachbart zur Vorkammerwand (54) positioniert sind, um eine Mehrzahl von Funkenspalten (61) innerhalb oder benachbart zur Verjüngung (53) zu bilden; und jeder der Mehrzahl von Kanälen (28) zwischen der entsprechenden äußeren Öffnungen (62) und inneren Öffnung (64) im Wesentlichen gerade und tangential zu einem Kreis orientiert ist, der auf der Längsachse (48) zentriert ist.
Verbrennungsladungsbildungssystem (37) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend: einen Brennraum (20), der in einem Motorgehäuse (13) ausgebildet ist; eine Vorkammerzündeinrichtung (12), die einen Vorkammerkörper (40), eine Vorkammer (42), die innerhalb des Vorkammerkörpers (40) ausgebildet ist und eine Vorkammerwand (54) aufweist, und eine Zündelektrodenanordnung (60) umfasst; einen Kanal (28), der im Vorkammerkörper (40) ausgebildet ist und den Brennraum (20) strömungstechnisch mit der Vorkammer (42) verbindet, wobei sich der Kanal (28) zwischen einer äußeren Öffnung (62) und einer inneren Öffnung (64) erstreckt, und die innere Öffnung (64) von der äußeren Öffnung (62) versetzt ist, derart dass der Kanal (28) in Bezug auf die Vorkammerwand (54) so orientiert ist, dass Verwirbelung in einer eingehenden Ladung von Kraftstoff und Luft herbeigeführt wird; wobei die Vorkammerwand (54) eine Verjüngung (53) aufweist, die sich in einer Richtung der Zündelektrodenanordnung (60) verengt; und die Zündelektrodenanordnung (60) einen Elektrodenspanner (58) aufweist, der mit der Vorkammerwand (54) einen Funkenspalt (61) zum Zünden der Ladung von Luft und Kraftstoff bildet.
System (37) nach Anspruch 5, wobei: der Vorkammerkörper (40) eine Längsachse (48) definiert, die sich zwischen einem proximalen Ende (44) und einem distalen Ende (46) erstreckt, und die Vorkammerwand (54) sich umfänglich um die Längsachse (48) erstreckt; und die Vorkammerwand (54) eine kegelige Form zwischen dem Kanal (28) und dem Funkenspalt (61) aufweist, derart dass eine umfängliche Bewegungsdistanz der Luft und des Kraftstoffs um die Vorkammer (42) abnimmt, während die verwirbelte Luft und der verwirbelte Kraftstoff sich vom Kanal (28) zum Funkenspalt (61) bewegen.
System (37) nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Boden (56), der an die Vorkammerwand (54) angrenzt, wobei der Vorkammerkörper (40) eine Mehrzahl von Kanälen (28) definiert, die im Vorkammerkörper (40) ausgebildet sind und sich jeweils zwischen einer äußeren Öffnung (62), die in einer Außenfläche (50) des Vorkammerkörpers (40) ausgebildet ist, und einer inneren Öffnung (64) erstrecken, die in der Vorkammerwand (54) ausgebildet ist; wobei die Verjüngung (53) sich zumindest einen Großteil einer Länge der Vorkammerwand (54) zwischen dem Funkenspalt (61) und dem Boden (56) erstreckt, und sich vom Boden (56) gleichmäßig zum Funkenspalt (61) erstreckt, derart dass die Vorkammerwand (54) eine gleichmäßige Neigung in Bezug auf die Längsachse (48) innerhalb der Verjüngung (53) aufweist.
System (37) nach Anspruch 7, wobei: die Mehrzahl von Kanälen (28) eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, derart dass jeder der Mehrzahl von Kanälen (28) zwischen der entsprechenden äußeren Öffnung (62) und inneren Öffnung (64) im Wesentlichen gerade ist; und die Zündelektrodenanordnung (60) eine Mehrzahl von Elektrodenspannern (58) umfasst, die innerhalb der Vorkammer (42) und benachbart zur Vorkammerwand (54) positioniert sind, um eine Mehrzahl von Funkenspalten (61) innerhalb der Verjüngung (53) oder benachbart zur Verjüngung (53) zu bilden.
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, (10), wobei das Verfahren umfasst: Einlassen von Luft und Kraftstoff aus einem Brennraum (20) in eine Vorkammer (42) in Reaktion auf Aufwärtsbewegung eines Kolbens (18) in einem Verdichtungshub eines Motorzyklus; In-Kontakt-bringen der Luft und des Kraftstoffs mit einer Vorkammerwand (54), um Verwirbelung der Luft und des Kraftstoffs herbeizuführen; Befördern der Luft und des Kraftstoffs nach oben zu einem Funkenspalt (61) innerhalb der Vorkammer (42); Befördern der Luft und des Kraftstoffs in eine Verjüngung (53), die durch die Vorkammerwand (54) gebildet wird, derart dass eine Verringerung einer Geschwindigkeit der Luft und des Kraftstoffs begrenzt wird; Zünden der Luft und des Kraftstoffs durch Funken an einem Funkenspalt (61), um einen Flammenkern zu bilden; und Verlagern des Flammenkerns durch die Luft und den Kraftstoff vom Funkenspalt (61), um Ersticken des Flammenkerns zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: das Verlagern des Flammenkerns ein Wegbewegen des Flammenkerns von einer Spitze (57) eines in der Vorkammer (42) positionierten Elektrodenspanners (58) in einer Umfangsrichtung und von der Vorkammerwand (54) in einer in Bezug auf eine Längsachse (48), die sich zwischen einem distalen Ende (46) und einem proximalen Ende (44) der Vorkammer (42) erstreckt, radial nach innen gerichteten Richtung umfasst; das Befördern der Luft und des Kraftstoffs in die Verjüngung (53) ferner ein Verringern einer umfänglichen Bewegungsdistanz der Luft und des Kraftstoffs um die Vorkammer (42) umfasst; das Einlassen der Luft und des Kraftstoffs ferner ein Empfangen der Luft und des Kraftstoffs durch eine Mehrzahl von Kanälen (28) umfasst, die in der Vorkammer (42) ausgebildet sind und jeweils eine äußere Öffnung (62) und eine innere Öffnung (64) aufweisen, die um eine Längsachse (48) der Vorkammer (42) umfänglich von der inneren Öffnung (64) versetzt ist; und das Zünden durch Funken ferner ein Zünden der Luft und des Kraftstoffs durch Funken an einer Mehrzahl von Funkenspalten (61) umfasst, die innerhalb der Verjüngung (53) oder benachbart zur Verjüngung (53) sind.