DE102019126963A1

DE102019126963A1 - Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019126963A1
Application number: DE102019126963.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Lohner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Vorkammerzündsystem für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Hohlraum in einem Zylinderkopf der Hubkolben-Brennkraftmaschine, in dem eine Zündvorrichtung anordenbar ist, 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 Durchbruch ein Langloch 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 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.
Aus der DE10 2006 061 276 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die einen Injektor zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum sowie eine Zündkerze zur Entzündung eines in den Brennraum eingebrachten Gemisches, das zumindest Luft und Kraftstoff enthält, aufweist, wobei im Ansaugtakt eine Voreinspritzung mit einer Kraftstoffmenge, die einen Lambdawert grösser eins ergibt, abgesetzt wird und nahe vor oder nach Erreichen eines oberen Totpunktes am Ende eines Verdichtungstaktes eine Haupteinspritzung mit einer Kraftstoffmenge, die einen Lambdawert in dem Brennraum von etwa eins ergibt, abgesetzt wird, wobei die Zündung des Gemisches vor oder während der Haupteinspritzung erfolgt und wobei zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung mindestens eine Zwischeneinspritzung abgesetzt wird und wobei die Zündkerze als Wirbelkammerzündkerze ausgebildet 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 werden die Durchtrittsbohrungen, die Durchbrüche des Deckels des Vorkammerzündsystems zum Brennraum hin zugunsten der Ladungsbewegung in dem Hohlraum des Vorkammerzündsystems und zur Verringerung der Verkokungsneigung der Durchbrüche als längliche Schlitze, bzw. als Langlöcher ausgeführt.
Die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 haben sich in Testreihen als besonders effizient herausgestellt.
Die Größenordnungen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 haben sich für einen guten Ladungswechsel im Hohlraum des Vorkammerzündsystems sowie für eine geringe Verkokungsneigung bewährt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren kurz erläutert.

1 zeigt ein Vorkammerzündsystem gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Vorkammerzündsystem.

Im Folgenden gelten in den 1 und 2 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt sehr schematisch ein Vorkammerzündsystem 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Vorkammerzündsystem 1 ist in einem Zylinderkopf 3 für eine fremd gezündete, nicht näher dargestellte Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine kann beispielsweise für ein Kraftfahrzeug vorgesehen werden. Die Funktionsweise eines Vorkammerzündsystems 1 für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine wird hier nicht näher erläutert, da sie dem zuständigen Fachmann, insbesondere für mit Gas betreibbare Brennkraftmaschinen bekannt ist.
Ein Vorkammerzündsystem 1 mit einem Deckel 4 ist in Richtung eines Brennraumes 5 der Brennkraftmaschine in eine Bohrung 7 in dem Zylinderkopf 3 eingebracht. Zumindest ein Durchbruch 6 in dem Deckel 4 verbindet einen Hohlraum 2 in dem Vorkammerzündsystem 1 mit dem Brennraum 5 Gas führend. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Durchbrüche 6 dargestellt, wobei es auch nur einer oder mehrere Durchbrüche 6 sein können.
Der Zylinderkopf 3 ist vorzugsweise aus einem Leichtmetall wie einer Aluminiumlegierung und der Deckel 4 ist bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff oder einem Kupferwerkstoff oder einem Titanwerkstoff. Hierbei kann es sich um die reinen Metalle oder deren Legierungen handeln. Deckel 4 und Vorkammer können wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig oder auch mehrstückig sein. Eine Zündvorrichtung, die in den Hohlraum 2 ragt, ist nicht dargestellt.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, sind die Durchbrüche 6 als runde Bohrungen ausgeführt. Nachteilig an diesem bekannten Vorkammerzündsystem 1 ist, dass im niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine kein oder kaum ein ausreichender Gasaustauch im Hohlraum des Vorkammerzündsystems stattfindet, sodass in diesen Last-und/oder Drehzahlbereichen eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht immer gewährleistet ist.
Deshalb zeigt 2 sehr schematisch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Vorkammerzündsystem 1, für welches prinzipiell das Gleiche wie zu 1 gesagte gilt.
Erfindungsgemäß unterscheidet sich das Vorkammerzündsystem 1 in 2 gegenüber dem in 1 dadurch, dass der Durchbruch 6 ein Langloch ist, wobei auch hier mehrere Durchbrüche 6 vorgesehen sein können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Durchbrüche 6 erkennbar.
Die Durchbrüche 6 sind vorzugsweise weitgehend quer zu einer Längsachse 1' des Vorkammerzündsystems 1 ausgerichtet ist. Auch eine Ausrichtung weitgehend parallel zu der Längsachse 1' des Vorkammerzündsystems 1 ist möglich.
Bevorzugt weisen die Durchbrüche 6 eine Breite (B) zwischen 0,1 und 2 mm auf, wobei eine Länge (L) der Durchbrüche 6 bevorzugt zwischen 1,5 und 10,0-mal der Breite der Durchbrüche 6 beträgt. Es sei noch angemerkt, dass die Lände (L) nicht der korrekten Länge (L) entspricht, da die Oberfläche des Deckels 4 gekrümmt ist. Diese Größenordnungen haben sich in Versuchsreihen für einen besonders guten Ladungswechsel im Hohlraum 2 des Vorkammerzündsystems 1 sowie für eine sehr geringe Verkokungsneigung bewährt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems 1 wird die Zündfähigkeit des Vorkammerzündsystems 1 in einem niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sichergestellt.
Bezugszeichenliste

1.: Vorkammerzündsystem
2.: Hohlraum
3.: Zylinderkopf
4.: Deckel
5.: Brennraum
6.: Durchbruch
7.: Bohrung
1': Längsachse

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]
DE 102006061276 B4 [0006]

Claims

Vorkammerzündsystem (1) für eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Hohlraum (2) in einem Zylinderkopf (3) der Hubkolben-Brennkraftmaschine, in dem eine Zündvorrichtung anordenbar ist, wobei der Hohlraum (2) mit einem Deckel (4) gegenüber einem Brennraum (5) der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel (4) zumindest einen Durchbruch (6) aufweist, der den Hohlraum (2) und den Brennraum (5) Gas führend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (6) ein Langloch ist.
Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (6) weitgehend quer zu einer Längsachse (1') des Vorkammerzündsystems (1) ausgerichtet ist.
Vorkammerzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (6) weitgehend parallel zu der Längsachse (1') des Vorkammerzündsystems (1) ausgerichtet ist.
Vorkammerzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (6) eine Breite (B) zwischen 0,1 und 2 mm aufweist.
Vorkammerzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L) des Durchbruchs (6) zwischen 1,5 und 10,0-mal der Breite des Durchbruchs (6) beträgt.