DE102019122526A1

DE102019122526A1 - Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019122526A1
Application number: DE102019122526.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Schwarz; Laura Baumgartner; Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine, welches in einem Zylinderkopf der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet ist und in dem eine Zündvorrichtung angeordnet ist, die in einen Hohlraum des Vorkammerzündsystems 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 in dem Hohlraum zumindest eine Strömungsleitrippe zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet ist.Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems wird die Zündung eines Kraftstoff-/Luftgemisches bei niedriger Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 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.
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.

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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird oberhalb des Zündortes in einem Vorkammerzündsystem ein Zusatzvolumen vorgeschlagen. Dieses dient als Restgas-Reservoir, in welches auch bei geringem Kompressionsenddruck das in der Vorkammer vorhandene Restgas aufnimmt und so die Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemischs in der Vorkammer, dem Hohlraum, erleichtert.
Zusätzlich wird Strömung in diesen Bereich hinein durch gerichtete Geometrien, durch die zumindest eine Strömungsleitrippe, zu einer Drallströmung gebracht. Die in den Hohlraum eingebrachten Strömungsleitrippen zur Drallerzeugung stehen bevorzugt in einem Winkel zwischen 5° und 60° zur Hochachse des Vorkammerzündsystems. Hierbei befindet sich die Strömungsleitrippe besonders bevorzugt im Bereich der Zündvorrichtung. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, wenn die Zündvorrichtung eine Elektrode aufweist und die Strömungsleitrippe in Einströmrichtung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in dem Hohlraum hinter der Elektrode angeordnet ist.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels an zwei Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen Vorkammerzündsystem.
2 zeigt einen Schnitt AA aus 1.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Vorkammerzündsystem 1. Eine Zündvorrichtung 3 ragt in einen Hohlraum 4 des Vorkammerzündsystems 1. Die Zündvorrichtung 3 weist eine Elektrode 9 auf, bei der es sich um eine Masseelektrode oder auch um eine Zündelektrode handeln kann. Bei dem Vorkammerzündsystem 1 ist der Hohlraum 4 mit einem Deckel 5 gegenüber einem Brennraum 6 der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt. Hierbei weist der Deckel 5 zumindest einen Durchbruch 7 auf, der den Hohlraum 4 und den Brennraum 6 gasführend miteinander verbindet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Deckel 5 zwei Durchbrüche 7 auf, von denen nur ein einziger beziffert ist.
Erfindungsgemäß ist in dem Hohlraum 4 zumindest eine Strömungsleitrippe 8, zur Erzeugung einer Drallströmung, angeordnet. Wie in 2 erkennbar ist, sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Strömungsleitrippen 8 über den Umfang des Hohlraumes 4 angeordnet. Die Anzahl der Strömungsleitrippen 8 kann von einer bis zu zwanzig variieren. Die Größe und Stärke der Strömungsleitrippen 8 kann an die Größe des Hohlraumes 4 angepasst werden. Weiter können die Strömungsleitrippen 8 einstückig und materialeinheitlich mit dem Zylinderkopfmaterial sein oder als eingesetzte separate Bauteile ausgeführt sein. Die Strömungsleitrippen 8 weisen bevorzugt zu einer Hochachse des Vorkammerzündsystems 1 einen Winkel zwischen 5° und 60° auf.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird in dem Hohlraum 4 in einem Bereich zwischen den Strömungsleitrippen 8 und dem Ende des Hohlraums 4 Restgas, welches gepunktet dargestellt ist, gesammelt, wodurch eine Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches in dem Hohlraum 4 auch bei niedrigen Drehzahlen und Lasten der Hubkolben-Brennkraftmaschine sicher gestellt wird. Zur Einbringung eines Kraftstoffs in den Brennraum 6 ist benachbart zu dem Vorkammerzündsystem 1 ein Kraftstoffinjektor 10 vorgesehen.
Weiter ist in 1 ein Querschnitt durch den Zylinderkopf A-A dargestellt, der in 2 nochmals dargestellt ist.
2 zeigt den Schnitt A-A aus 1. Erkennbar ist wiederum zentral die Zündvorrichtung 3, mit der an der Zündvorrichtung 3 angeordneten Elektrode 9. Ein Restgasgemisch ist wie in 1 gepunktet dargestellt. Weiter erkennbar sind in 2 die bereits genannten vier Strömungsleitrippen 8.
Abschließend sei noch gesagt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems 1 sowohl für passive Vorkammerzündsysteme, wie hier dargestellt, als auch für aktive Vorkammerzündsysteme, mit eigener Einbringung von Kraftstoff in den Hohlraum 4, eingesetzt werden kann.
Es wird erfindungsgemäß oberhalb des Zündortes in einem Vorkammerzündsystem 1 ein Zusatzvolumen vorgeschlagen. Dieses dient als Restgas-Reservoir (gepunktet dargestellt), in welches auch bei geringem Kompressionsenddruck im Brennraum 6 der Hubkolben-Brennkraftmaschine das in dem Hohlraum 4 vorhandene Restgas aufnimmt und so die Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemischs in dem Hohlraum 4 garantiert. Zusätzlich wird Strömung in diesen Bereich hinein durch die zumindest eine Strömungsleitrippe 8 zu einer Drallströmung gebracht. Die in den Hohlraum eingebrachten Strömungsleitrippen 8 zur Drallerzeugung stehen bevorzugt in einem Winkel zwischen 5° und 60° zur Hochachse des Vorkammerzündsystems 1.
Bezugszeichenliste

1.: Vorkammerzündsystem
2.: Zylinderkopf
3.: Zündvorrichtung
4.: Hohlraum
5.: Deckel
6.: Brennraum
7.: Durchbruch
8.: Strömungsleitrippe
9.: Elektrode
10.: Kraftstoffinjektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Vorkammerzündsystem (1) für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine, welches in einem Zylinderkopf (2) der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet ist und in dem eine Zündvorrichtung (3) angeordnet ist, die in einen Hohlraum (4) des Vorkammerzündsystems (1) ragt, wobei der Hohlraum (4) mit einem Deckel (5) gegenüber einem Brennraum (6) der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel (5) zumindest einen Durchbruch (7) aufweist, der den Hohlraum (4) und den Brennraum (6) Gas führend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (4) zumindest eine Strömungsleitrippe (8) zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet ist.
Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitrippe (8) zwischen 5° und 60° zu einer Hochachse des Vorkammerzündsystems (1) ausgerichtet ist.
Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitrippe (8) im Bereich der Zündvorrichtung (3) in dem Hohlraum (4) angeordnet ist.
Vorkammerzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (3) eine Elektrode (9) aufweist und die Strömungsleitrippe (8) in Einströmrichtung eines Gemisches in den Hohlraum (4) hinter der Elektrode (9) angeordnet ist.