DE102019116191A1 - Pre-chamber ignition system for an externally ignited reciprocating internal combustion engine - Google Patents

Pre-chamber ignition system for an externally ignited reciprocating internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse aus einem Metall, in dem elektrisch isoliert eine Zündvorrichtung mit einer Mittelelektrode angeordnet ist, die in einen Hohlraum in dem Gehäuse ragt, wobei der Hohlraum mit einem Deckel gegenüber einem Brennraum der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel zumindest einen Durchbruch aufweist, der den Hohlraum und den Brennraum Gas führend miteinander verbindet, wobei der Deckel gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, wobei der Deckel elektrisch leitend ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems wird die Zündung eines Kraftstoff-/Luftgemisches bei niedriger Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.

Figure DE102019116191A1_0000
Pre-chamber ignition system for an externally ignited reciprocating internal combustion engine, with a housing made of a metal, in which an electrically insulated ignition device with a central electrode is arranged which protrudes into a cavity in the housing, the cavity with a cover opposite a combustion chamber of the reciprocating internal combustion engine is covered, wherein the cover has at least one opening which connects the cavity and the combustion chamber to each other in a gas-conducting manner, the cover being electrically isolated from the housing, the cover being electrically conductive.
Due to the configuration of the prechamber ignition system according to the invention, the ignition of a fuel / air mixture is significantly improved at low load and / or speed of the internal combustion engine.
Figure DE102019116191A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a prechamber ignition system for an externally ignited reciprocating piston internal combustion engine with the features from the preamble of claim 1.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 111 897 A1 hingewiesen. Aus dieser ist eine Zündeinrichtung zum Zünden von Brennstoff-Luft-Gemischen in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors mittels einer Corona-Entladung bekannt, mit einer Zündelektrode, einen die Zündelektrode umgebenden Außenleiter, welcher ein vorderes und ein hinteres Ende hat und mit einem zwischen der Zündelektrode und dem Außenleiter angeordneten elektrischen Isolator, aus welchem wenigstens eine Spitze der Zündelektrode herausragt. Die wenigstens eine Spitze der Zündelektrode liegt in einem Raum, der durch eine dem Isolator zugeordnete Kappe abgeschirmt ist, die eine dem Isolator zugewandte Innenseite und eine dem Isolator abgewandte Außenseite sowie eines oder mehrere Löcher hat, durch welche der abgeschirmte Raum mit einem auf der Außenseite der Kappe liegenden Raum, der Brennkammer, in Verbindung steht.For the technical environment, for example, the German Offenlegungsschrift DE 10 2014 111 897 A1 pointed out. From this an ignition device for igniting fuel-air mixtures in a combustion chamber of an internal combustion engine by means of a corona discharge is known, with an ignition electrode, an outer conductor surrounding the ignition electrode, which has a front and a rear end and one between the ignition electrode and the outer conductor arranged electrical insulator, from which at least one tip of the ignition electrode protrudes. The at least one tip of the ignition electrode is in a space which is shielded by a cap assigned to the insulator, which has an inside facing the insulator and an outside facing away from the insulator, as well as one or more holes through which the shielded space and one on the outside the space lying on the cap, the combustion chamber.

Weiter ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2008/031482 A2 eine Zündkerze zum Zünden eines brennbaren Gasgemisches beim Verbrennungsmotor bekannt, umfassend:

  • eine Zündelektrode,
  • eine elektrische Versorgungsleitung, an welche die Zündelektrode angeschlossen ist,
  • einen Isolatorkörper, durch den die Versorgungsleitung hindurchgeführt ist,
  • ein Gehäusekopf, der dichtend auf dem Isolatorkörper sitzt und ein Außengewinde zum Einschrauben in einen Verbrennungsmotor,
  • ein Rohrgehäuse, das an dem Gehäusekopf befestigt ist, den Isolatorkörper umgibt und einen Sechskant trägt,
  • wobei das Rohrgehäuse eine Isolatorkörper-Halterung umgibt, die über eine Schweißnaht mit dem Gehäusekopf verschweißt ist und den Isolatorkörper mit einer Vorspannung gegen den Gehäusekopf presst.
Next is from the international patent application with the international publication number WO 2008/031482 A2 a spark plug for igniting a combustible gas mixture in an internal combustion engine is known, comprising:
  • an ignition electrode,
  • an electrical supply line to which the ignition electrode is connected,
  • an insulator body through which the supply line is passed,
  • a housing head that sits sealingly on the insulator body and an external thread for screwing into an internal combustion engine,
  • a tubular housing which is attached to the housing head, surrounds the insulator body and carries a hexagon,
  • wherein the tubular housing surrounds an insulator body holder which is welded to the housing head via a weld seam and presses the insulator body against the housing head with a prestress.

Zum weiteren technischen Umfeld wird ferner auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2016 120 984 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Vorkammerzündkerze für eine mit Gas betriebene Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt.For further technical information, please refer to the German Offenlegungsschrift DE 10 2016 120 984 A1 pointed out. A prechamber spark plug for a gas-powered internal combustion engine and a method for its production are known from this published patent application.

Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 206 992 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Zündkerze bekannt. Bei der Zündkerze handelt es sich insbesondere um eine Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse, einer Zündelektrode und einer Masseelektrode, wobei die Zündelektrode über eine Versorgungsleitung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist und wobei die Versorgungsleitung zumindest teilweise innerhalb eines Isolators verläuft, wobei zumindest ein Ableitungsbereich des Gehäuses aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 150 W/mK hergestellt ist.Further is from the German Offenlegungsschrift DE 10 2016 206 992 A1 , from which the present invention is based, a spark plug is known. The spark plug is in particular a prechamber spark plug with a housing, an ignition electrode and a ground electrode, the ignition electrode being able to be subjected to an electrical voltage via a supply line and the supply line running at least partially within an insulator, with at least one discharge area of the housing is made of a material with a thermal conductivity of over 150 W / mK.

Nachteilig an diesen bekannten Vorkammerzündsystemen ist, dass im niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine kein oder kaum ein ausreichender Gasaustauch innerhalb des Vorkammerzündsystems stattfindet, sodass in diesen Last- und/oder Drehzahlbereichen eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht immer gewährleistet ist.The disadvantage of these known prechamber ignition systems is that in the low load and / or speed range of an internal combustion engine there is little or no gas exchange within the prechamber ignition system, so that reliable ignition of the fuel-air mixture is not always guaranteed in these load and / or speed ranges is.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Zündfähigkeit eines Vorkammerzündsystems in einem niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine sichergestellt werden kann.The object of the present invention is to provide a measure with which the ignitability of a prechamber ignition system can be ensured in a low load and / or speed range of an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.

Der in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragende Deckel des Vorkammerzündsystems wird erfindungsgemäß isoliert zum Zylinderkopf bzw. zum Gehäuse aufgebaut. Mit dieser Konfiguration kann sich ein Funke von der Zündelektrode zur Kappe ausbilden und von dort weiter in den Brennraum z. B. zu einem Kolben, der sich im Bereich des oberen Totpunktes befindet, oder weiter zum Brennraumdach des Zylinderkopfes. Hierdurch wird eine mehrfache Funkenstrecke erzielt, die zu einer sicheren Zündung in den kritischen Betriebsbereichen (niedrige Last und/oder Drehzahl) der Brennkraftmaschine führt.According to the invention, the cover of the prechamber ignition system protruding into the combustion chamber of an internal combustion engine is constructed so as to be insulated from the cylinder head or the housing. With this configuration, a spark can form from the ignition electrode to the cap and from there further into the combustion chamber z. B. to a piston that is located in the area of top dead center, or further to the combustion chamber roof of the cylinder head. This creates a multiple spark gap, which leads to reliable ignition in the critical operating ranges (low load and / or speed) of the internal combustion engine.

Grund hierfür: Wird ein elektrisch leitfähiges Material isoliert in ein elektrisches Feld eingebracht, so nimmt dieses Material das dort herrschende Potenzial an. Bildet sich jedoch ein Funkenkanal zu dem Material, so verschieben sich die elektrischen Felder, sodass ein zweiter Funkenort möglich wird.The reason for this: If an electrically conductive material is introduced into an electric field in an isolated manner, this material takes on the potential there. However, if a spark channel forms to the material, the electric fields shift, so that a second spark location becomes possible.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird die Spülung der Vorkammer nochmals verbessert.With the configuration according to claim 2, the flushing of the antechamber is improved again.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.The embodiment according to claim 3 is a particularly preferred variant.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert.

  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem verbauten Vorkammerzündsystem.
The invention is explained in more detail below with reference to a single figure.
  • 1 shows a section through a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine with a built-in prechamber ignition system.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 3 mit einem verbauten Vorkammerzündsystem 1. Das Vorkammerzündsystem 1 ist für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgesehen, beispielsweise für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder einem Einspurfahrzeug. Das Vorkammerzündsystem 1 weist ein Gehäuse 2 aus einem Metall auf, welches beispielsweise in einer Bohrung in dem Zylinderkopf 3 der Hubkolben-Brennkraftmaschine verbaubar ist. In dem Gehäuse 2 ist eine elektrisch isolierte Zündvorrichtung 4 mit einer Mittelelektrode 5 angeordnet. Die Mittelelektrode 5 ragt in einen Hohlraum 6 in dem Gehäuse 2. Der Hohlraum 6 weist einen Deckel 7 auf, der den Hohlraum 6 gegenüber einem Brennraum 8 der Hubkolben-Brennkraftmaschine abdeckt. Der Deckel 7 weist zumindest einen nicht dargestellten Durchbruch auf, der den Hohlraum 6 und den Brennraum 8 gasführend miteinander verbindet. 1 shows a section through a cylinder head 3 with a built-in pre-chamber ignition system 1 . The pre-chamber ignition system 1 is intended for an externally ignited reciprocating internal combustion engine, for example for use in a motor vehicle or a single-track vehicle. The pre-chamber ignition system 1 has a housing 2 made of a metal, which for example in a bore in the cylinder head 3 the reciprocating internal combustion engine can be installed. In the case 2 is an electrically isolated ignition device 4th with a center electrode 5 arranged. The center electrode 5 protrudes into a cavity 6th in the case 2 . The cavity 6th has a lid 7th on who the cavity 6th opposite a combustion chamber 8th the reciprocating internal combustion engine covers. The lid 7th has at least one breakthrough, not shown, which forms the cavity 6th and the combustion chamber 8th connects to each other in a gas-bearing manner.

Erfindungsgemäß ist der Deckel 7 gegenüber dem Gehäuse 2 mittels einem Isolator 9 elektrisch isoliert, wobei der Deckel 7 elektrisch leitend ist. Dies bedeutet, dass der Deckel 7 aus einem Metall, wie beispielsweise Platin oder Kupfer oder einer Metalllegierung hergestellt ist.According to the invention is the lid 7th opposite the housing 2 by means of an isolator 9 electrically isolated, with the lid 7th is electrically conductive. This means the lid 7th made of a metal such as platinum or copper or a metal alloy.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Isolator 9 zumindest einen weiteren Durchbruch auf, der ebenfalls den Hohlraum 6 mit dem Brennraum 8 gasführend miteinander verbindet. Der Isolator 9 ist bevorzugt aus einer Keramik hergestellt.In a preferred embodiment, the insulator 9 at least one more breakthrough, which is also the cavity 6th with the combustion chamber 8th connects to each other in a gas-bearing manner. The isolator 9 is preferably made of a ceramic.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden durch eine Ladungsbewegung beim Ladungswechsel im Brennraum 8 Luft und Kraftstoff durch den zumindest einen Durchbruch in dem Deckel 7 in den Hohlraum 6 gefördert und mittels der Mittelelektrode 5 gezündet. Dieser Zündfunken kann sich nun von der Mittelelektrode 5 bis zum Deckel 7 erstrecken. Aufgrund der erfindungsgemäßen Isolation kann sich dieser Funken nun beispielsweise bis zu einem Kolben 10, der sich im Bereich des oberen Totpunktes befindet, weiter erstrecken. Ebenso ist es möglich, dass sich dieser Zündfunke, ausgehend vom Deckel 7, weiter bis zum Zylinderkopf 3 erstreckt. Diese möglichen Funkenstrecken sind jeweils durch einen Pfeil symbolisch dargestellt.When the internal combustion engine is operating, a charge movement during the charge change in the combustion chamber 8th Air and fuel through the at least one opening in the cover 7th into the cavity 6th promoted and by means of the center electrode 5 ignited. This ignition spark can now come from the center electrode 5 up to the lid 7th extend. Due to the insulation according to the invention, this spark can now extend to a piston, for example 10 , which is located in the area of the top dead center, extend further. It is also possible that this spark starts from the cover 7th , further to the cylinder head 3 extends. These possible spark gaps are each represented symbolically by an arrow.

Der in den Brennraum 8 ragende Deckel 7 des Vorkammerzündsystems 1 ist erfindungsgemäß isoliert zum Zylinderkopf 3 aufgebaut. Somit kann sich, wie gerade dargestellt, ein Funke zu dem Deckel 7 ausbilden und von dort aus weiter in den Brennraum 8, was eine mehrfache Funkenstrecke bewirkt und somit ein sicheres Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im niedrigen Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ermöglicht.The one in the combustion chamber 8th protruding lid 7th of the prechamber ignition system 1 is insulated according to the invention from the cylinder head 3 built up. Thus, as just shown, a spark can reach the lid 7th train and from there further into the combustion chamber 8th , which causes a multiple spark gap and thus enables reliable ignition of a fuel-air mixture in the low load and speed range of the internal combustion engine.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.
VorkammerzündsystemPre-chamber ignition system
2.2.
Gehäusecasing
3.3.
ZylinderkopfCylinder head
4.4th
ZündvorrichtungIgnition device
5.5.
MittelelektrodeCenter electrode
6.6th
Hohlraumcavity
7.7th
Deckelcover
8.8th.
BrennraumCombustion chamber
9.9.
Isolatorinsulator
10.10.
Kolbenpiston

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014111897 A1 [0002]DE 102014111897 A1 [0002]
  • WO 2008/031482 A2 [0003]WO 2008/031482 A2 [0003]
  • DE 102016120984 A1 [0004]DE 102016120984 A1 [0004]
  • DE 102016206992 A1 [0005]DE 102016206992 A1 [0005]

Claims (3)

Vorkammerzündsystem (1) für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2) aus einem Metall, welches in einem Zylinderkopf (3) der Hubkolben-Brennkraftmaschine verbaubar ist und in dem elektrisch isoliert eine Zündvorrichtung (4) mit einer Mittelelektrode (5) angeordnet ist, die in einen Hohlraum (6) in dem Gehäuse (2) ragt, wobei der Hohlraum (6) mit einem Deckel (7) gegenüber einem Brennraum (8) der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel (7) zumindest einen Durchbruch aufweist, der den Hohlraum (6) und den Brennraum (8) Gas führend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) gegenüber dem (2) Gehäuse mittels einem Isolator (9) elektrisch isoliert ist, wobei der Deckel (7) elektrisch leitend ist.Pre-chamber ignition system (1) for an externally ignited reciprocating internal combustion engine, with a housing (2) made of a metal which can be installed in a cylinder head (3) of the reciprocating internal combustion engine and in which an ignition device (4) with a central electrode (5) is electrically insulated ) is arranged, which protrudes into a cavity (6) in the housing (2), the cavity (6) being covered with a cover (7) opposite a combustion chamber (8) of the reciprocating internal combustion engine, the cover (7) has at least one opening which connects the cavity (6) and the combustion chamber (8) to one another in a gas-carrying manner, characterized in that the cover (7) is electrically isolated from the (2) housing by means of an insulator (9), the cover (7) is electrically conductive. Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (9) zumindest einen weiteren Durchbruch aufweist, der den Hohlraum (6) und den Brennraum (8) Gas führend miteinander verbindet.Pre-chamber ignition system after Claim 1 , characterized in that the insulator (9) has at least one further opening which connects the cavity (6) and the combustion chamber (8) to one another in a gas-carrying manner. Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (9) aus einer Keramik ist.Pre-chamber ignition system after Claim 1 or 2 , characterized in that the insulator (9) is made of a ceramic.
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