DE102020100829A1

DE102020100829A1 - Pre-chamber system for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102020100829A1
Application number: DE102020100829.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schenk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Ein Vorkammersystem (10) für einen Verbrennungsmotor (1) umfasst eine Vorkammerwandung (14), die eine Vorkammer (12) begrenzt, und eine Zündeinrichtung (16), die zur direkten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer (12) vorgesehen ist. Die Vorkammerwandung (14) weist eine Basis (18) und eine Deckwand (20) auf, die in axialer Richtung (A) von der Basis (18) mit einer axialen Höhe (H) beabstandet ist. Die Zündeinrichtung (16) weist eine Mittelelektrode (26), einen Isolator (28), durch den sich die Mittelelektrode (26) zumindest abschnittsweise erstreckt, und eine Schutzummantelung (30) für den Isolator (28) auf. Dabei erstreckt sich der Isolator (28) von der Basis (18) in axialer Richtung (A) über mindestens 30% der axialen Höhe (H) in die Vorkammer (12) hinein.An antechamber system (10) for an internal combustion engine (1) comprises an antechamber wall (14) which delimits an antechamber (12) and an ignition device (16) which is provided for the direct ignition of a fuel-air mixture in the antechamber (12) is. The antechamber wall (14) has a base (18) and a top wall (20) which is spaced apart in the axial direction (A) from the base (18) by an axial height (H). The ignition device (16) has a center electrode (26), an insulator (28) through which the center electrode (26) extends at least in sections, and a protective casing (30) for the insulator (28). The insulator (28) extends from the base (18) in the axial direction (A) over at least 30% of the axial height (H) into the antechamber (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorkammersystem für einen Verbrennungsmotor, mit einer Vorkammerwandung, die eine Vorkammer begrenzt, und einer Zündeinrichtung, die zur direkten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer vorgesehen ist.The invention relates to an antechamber system for an internal combustion engine, with an antechamber wall which delimits an antechamber, and an ignition device which is provided for the direct ignition of a fuel-air mixture in the antechamber.

Im Stand der Technik sind unterschiedlichste Varianten von Vorkammer-Zündsystemen, auch kurz Vorkammersysteme genannt, bekannt, welche im Bereich der Hubkolben-Brennkraftmaschinen angewendet werden. Diese Vorkammersysteme zeichnen sich durch eine vom Brennraum getrennte Vorkammer aus, in welcher ein Kraftsoff-Luft-Gemisch durch eine herkömmliche Zündkerze gezündet wird. Die Vorkammer ist hierbei durch Bohrungen, auch als Düsen bezeichnet, welche in der Regel in der Deckwand der Vorkammer angeordnet sind, mit dem Hauptbrennraum verbunden. Die einsetzende Verbrennung innerhalb der Vorkammer und die damit verbundene Druckerhöhung führt zum Übertritt der Flammen, bzw. der teiloxidierten Produkte aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum, welche wiederrum dort das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Hauptbrennraum zünden. Der Vorteil dieses Zündkonzeptes ist ein sehr geringer Zündverzug des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum und eine sehr schnelle Verbrennung mit geringerer Klopfneigung, da durch die Zündstrahlen der Vorkammer im Vergleich zur Zündkerze gleichzeitig große Kraftstoff-Luft-Gemischbereiche im Hauptbrennraum erfasst werden und somit die Flammenwege erheblich verkürzt und die Flammenfrontoberfläche erheblich vergrößert wird. Es handelt sich hierbei um eine raumgreifende oder großräumige Zündung.In the prior art, the most diverse variants of prechamber ignition systems, also called prechamber systems for short, are known, which are used in the field of reciprocating internal combustion engines. These prechamber systems are characterized by a prechamber which is separate from the combustion chamber and in which a fuel-air mixture is ignited by a conventional spark plug. The prechamber is connected to the main combustion chamber by bores, also referred to as nozzles, which are usually arranged in the top wall of the prechamber. The onset of combustion within the antechamber and the associated increase in pressure leads to the passage of the flames or the partially oxidized products from the antechamber into the main combustion chamber, which in turn ignite the fuel-air mixture in the main combustion chamber. The advantage of this ignition concept is a very low ignition delay of the fuel-air mixture in the main combustion chamber and a very fast combustion with less tendency to knock, since the ignition jets of the prechamber compared to the spark plug simultaneously cover large fuel-air mixture areas in the main combustion chamber and thus the Flame paths are shortened considerably and the flame front surface is considerably enlarged. This is an extensive or large-scale ignition.

Bei der Auslegung der Vorkammer sind das Vorkammervolumen und die Düsengeometrie der Vorkammer entscheidende Auslegungsparameter. Allerdings sind konventionelle Systeme dadurch begrenzt, dass aus thermomechanischen und feldbegrenzenden Gründen die Funken-Zündung in der Regel an der dem Hauptbrennraum abgewandten Seite der Vorkammer erfolgen muss. Dies bedeutet aber zum einen eine schlechte Spülung/Gemischbildungsbedingung sowie eine schlechtere Ladungsbewegung an dieser Stelle der Zündung, zum anderen aber auch längere Flammenwege innerhalb der Vorkammer. Durch den dadurch bedingten langsameren Druckaufbau innerhalb der Vorkammer erfolgt eine ungünstigere Entwicklung der resultierenden Fackelstrahlen, welche den Hauptbrennraum zünden. Dieser verlangsamte Druckaufbau ist zum einen durch einen längeren Brennverzug verursacht, bedingt durch höhere Restgasrate und geringere Turbulenz am Ort der Zündung, zum anderen durch die oben genannten längeren Flammenwege innerhalb der Vorkammer.When designing the prechamber, the prechamber volume and the nozzle geometry of the prechamber are decisive design parameters. However, conventional systems are limited by the fact that, for thermomechanical and field-limiting reasons, the spark ignition usually has to take place on the side of the antechamber facing away from the main combustion chamber. This means, on the one hand, poor purging / mixture formation conditions and poorer charge movement at this point of ignition, and on the other hand, longer flame paths within the antechamber. The resulting slower pressure build-up inside the antechamber results in a less favorable development of the resulting torch jets, which ignite the main combustion chamber. This slowed pressure build-up is caused on the one hand by a longer combustion delay due to a higher residual gas rate and lower turbulence at the point of ignition, and on the other hand by the longer flame paths mentioned above within the antechamber.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorkammersystem bereitzustellen, das eine größere Freiheit bei der Auslegung des Vorkammervolumens und des Zündorts innerhalb der Vorkammer bietet.The object of the invention is to provide an antechamber system which offers greater freedom in the design of the antechamber volume and the ignition location within the antechamber.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Vorkammersystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, mit einer Vorkammerwandung, die eine Vorkammer begrenzt, und einer Zündeinrichtung, die zur direkten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer eingerichtet ist. Die Vorkammerwandung hat eine Basis und eine Deckwand, die in axialer Richtung von der Basis mit einer axialen Höhe beabstandet ist. Die Zündeinrichtung weist eine Mittelelektrode, einen Isolator, durch den sich die Mittelelektrode zumindest abschnittsweise erstreckt, und eine Schutzummantelung für den Isolator auf. Dabei erstreckt sich der Isolator von der Basis in axialer Richtung über mindestens 30% der axialen Höhe in die Vorkammer hinein.To achieve the object, a prechamber system for an internal combustion engine is provided, with a prechamber wall that delimits a prechamber, and an ignition device that is set up for the direct ignition of a fuel-air mixture in the prechamber. The antechamber wall has a base and a top wall which is spaced apart in the axial direction from the base by an axial height. The ignition device has a center electrode, an insulator through which the center electrode extends at least in sections, and a protective jacket for the insulator. The insulator extends from the base in the axial direction over at least 30% of the axial height into the antechamber.

Aktuelle Vorkammerkonzepte gehen bei der Einbringung der Zündeinrichtung in die Vorkammer in der Regel wie bei der Einbringung in einen klassischen Motor vor. Hierbei ist der Zündort an der brennraumabgewandten Seite der Vorkammer, das heißt an der Basis, vorgesehen, um eine zu hohe Wärmeexposition des Isolators der Zündeinrichtung zu vermeiden. Da es sich bei der Vorkammer aber um einen isochoren Brennraum handelt, lassen sich der baulich bedingte Wärmewert der Zündeinrichtung und die Positionierung des Zündortes in der Vorkammer parametrisch entkoppeln.Current prechamber concepts generally proceed when introducing the ignition device into the prechamber in the same way as when introducing it into a classic engine. In this case, the ignition location is provided on the side of the prechamber facing away from the combustion chamber, that is to say on the base, in order to avoid excessive heat exposure of the insulator of the ignition device. Since the prechamber is an isochoric combustion chamber, the structural heat value of the ignition device and the positioning of the ignition location in the prechamber can be parametrically decoupled.

Es wurde erkannt, dass erfindungsgemäß der Zündort weiter von der Basis entfernt in der Vorkammer angeordnet werden kann, wenn der Isolator über mindestens 30% der axialen Höhe in die Vorkammer hineinragt.It was recognized that, according to the invention, the ignition location can be arranged further away from the base in the antechamber if the insulator protrudes into the antechamber over at least 30% of the axial height.

Die Schutzummantelung schützt dabei den Isolator vor einer zu hohen Wärmeexposition und gewährleistet somit eine hohe Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer der Zündeinrichtung.The protective sheathing protects the insulator from excessive heat exposure and thus ensures high reliability and service life of the ignition device.

Somit ist die Zündposition nicht auf einen Ort in der Nähe der Basis begrenzt. Auf diese Weise weist das Vorkammersystem mehr Freiheitsgrade für die Gestaltung der Vorkammer auf, und der vorgesehene Zündort kann in einem vergleichsweise großen Bereich in der Vorkammer positioniert werden, um eine möglichst optimale Verbrennung zu gewährleisten.Thus, the ignition position is not limited to a location near the base. In this way, the antechamber system has more degrees of freedom for the design of the antechamber, and the intended ignition location can be positioned in a comparatively large area in the antechamber in order to ensure the best possible combustion.

In einer Ausführungsform erstreckt sich der Isolator von der Basis in axialer Richtung über mindestens 50%, insbesondere über mindestens 75% der axialen Höhe in die Vorkammer hinein. Hierdurch kann der Zündort näher an der Deckwand und damit näher am Hauptbrennraum angeordnet werden, so dass die Flammenwege innerhalb der Vorkammer verkürzt sind.In one embodiment, the insulator extends from the base in the axial direction over at least 50%, in particular over at least 75% of the axial height into the antechamber. This means that the ignition point can be arranged closer to the top wall and thus closer to the main combustion chamber, so that the flame paths within the antechamber are shortened.

Die Schutzummantelung kann aus Metall gebildet sein, das eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Somit kann das Vorkammersystem möglichst kalt auslegt werden, selbst wenn es im Betrieb zu Wandwärmeübergängen mit hoher Energie kommt.The protective casing can be formed from metal which has a comparatively high thermal conductivity. Thus, the antechamber system can be designed as cold as possible, even if wall heat transfers with high energy occur during operation.

Insbesondere kann die Schutzummantelung einen Kupferkern haben, wodurch die Wärmeleitfähigkeit der Schutzummantelung weiter verbessert werden kann.In particular, the protective casing can have a copper core, as a result of which the thermal conductivity of the protective casing can be further improved.

In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Schutzummantelung von der Basis in axialer Richtung über mindestens 25%, bevorzugt über mindestens 45%, insbesondere über mindestens 70% der axialen Höhe in die Vorkammer hinein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Isolator und/oder die Mittelelektrode zuverlässig und effektiv durch die Schutzummantelung gegenüber der heißen Atmosphäre geschützt sind, die bei Verbrennungen in der Vorkammer herrscht. Zwar steigt bei der Auslegung des Vorkammersystems auf diese Weise die exponierte Fläche der Schutzummantelung in der Vorkammer, nicht jedoch die exponierte Fläche des Isolators, wodurch sich das Vorkammervolumen und die Lage des Zündortes in der Vorkammer besser parametrisieren lassen.In a further embodiment, the protective casing extends from the base in the axial direction over at least 25%, preferably over at least 45%, in particular over at least 70% of the axial height into the antechamber. In this way it can be ensured that the insulator and / or the center electrode are reliably and effectively protected by the protective casing against the hot atmosphere that prevails in the antechamber in the event of burns. In the design of the antechamber system, the exposed area of the protective casing in the antechamber increases, but not the exposed area of the insulator, which means that the antechamber volume and the location of the ignition location in the antechamber can be better parameterized.

Es kann vorgesehen sein, dass die Zündeinrichtung eine Kupferdichtung aufweist, die zwischen einer axialen Stirnseite des Isolators und einer axialen Stirnseite der Schutzummantelung vorgesehen ist. Die Kupferdichtung stellt hierbei einen Schutz für den Teil des Isolators bereit, der sich von der Stirnseite des Isolators entgegengesetzt zur Kupferdichtung weg erstreckt, und bildet einen wichtigen Wärmeleitpfad.It can be provided that the ignition device has a copper seal which is provided between an axial end face of the insulator and an axial end face of the protective casing. The copper seal here provides protection for the part of the insulator which extends away from the end face of the insulator opposite to the copper seal, and forms an important heat conduction path.

Dabei ist es von Vorteil, wenn sich der Isolator von der Basis bis zu der axialen Stirnseite des Isolators in axialer Richtung über mindestens 25%, bevorzugt über mindestens 45%, insbesondere über mindestens 70% der axialen Höhe in die Vorkammer hinein erstreckt. Dadurch ist die Kupferdichtung sehr nahe an dem in die Vorkammer hineinragenden Ende des Isolators vorgesehen, so dass die Wärmeaufnahme des Isolators besonders gering gehalten werden kann, was für Vorkammeranwendungen vorteilhaft ist.It is advantageous if the insulator extends from the base to the axial end face of the insulator in the axial direction over at least 25%, preferably over at least 45%, in particular over at least 70% of the axial height into the antechamber. As a result, the copper seal is provided very close to the end of the insulator protruding into the antechamber, so that the heat absorption of the insulator can be kept particularly low, which is advantageous for antechamber applications.

Zusätzlich oder alternativ kann der Isolator zwischen der Kupferdichtung und einer brennraumabgewandten inneren Dichtung radial außenseitig eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen. Hierdurch kann das elektrische Feld im Isolator harmonisiert werden und parasitäre Corona-Entladungen in eventuell vorhandenen kleinen Spaltmaßen verhindert werden. Somit kann das Risiko von Funkendurchbrüchen durch den Isolator gesenkt werden.Additionally or alternatively, the insulator can have an electrically conductive coating radially on the outside between the copper seal and an inner seal facing away from the combustion chamber. In this way, the electrical field in the insulator can be harmonized and parasitic corona discharges in any small gaps that may be present can be prevented. In this way, the risk of spark breakdowns through the insulator can be reduced.

Insbesondere ist die elektrisch leitende Beschichtung eine metallische Beschichtung, die eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.In particular, the electrically conductive coating is a metallic coating that has a comparatively high electrical conductivity.

Ferner kann die Mittelelektrode mit dem Isolator zumindest abschnittsweise mittels eines leitfähigen Klebstoffs direkt verbunden sein, um Feldüberhöhungen und Funkendurchschläge durch den Isolator zu vermeiden.Furthermore, the center electrode can be directly connected to the insulator, at least in sections, by means of a conductive adhesive, in order to avoid excessive fields and spark breakdowns through the insulator.

Zusätzlich oder alternativ kann die Mittelelektrode mit dem Isolator zumindest abschnittsweise mittels einer leitfähigen Verglasung direkt verbunden sein bzw. kann der Isolator diese aufweisen.Additionally or alternatively, the center electrode can be directly connected to the insulator at least in sections by means of conductive glazing or the insulator can have this.

Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann die Mittelelektrode in Teilen einen Kupferkern aufweisen.To improve the thermal conductivity, parts of the center electrode can have a copper core.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Vorkammersystem derart gestaltet, dass mittels der Zündeinrichtung über eine Funkenstrecke Luftfunken für eine Luftfunkenzündung bereitgestellt werden können, wobei die Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode und einer Massenelektrode des Vorkammersystems gebildet wird.According to one embodiment, the antechamber system is designed in such a way that air sparks can be provided for air spark ignition by means of the ignition device via a spark gap, the spark gap being formed between the center electrode and a ground electrode of the antechamber system.

Im Sinne der Erfindung ist eine Luftfunkenzündung eine Zündung, bei der eine so große Spannung zwischen zwei Elektroden des Vorkammersystems anliegt, dass die Luftverbindung zwischen den beiden Elektroden niederohmig wird, wobei sich ein Plasma zwischen den Elektroden bildet, das diese leitend verbindet. Dabei entsteht ein heißer Luftfunke auf dem direkten Weg zwischen beiden Elektroden, der sogenannten Funkenstrecke, der das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet, das sich zwischen den Elektroden befindet.In the context of the invention, air spark ignition is ignition in which such a high voltage is applied between two electrodes of the antechamber system that the air connection between the two electrodes becomes low-resistance, with a plasma forming between the electrodes that conductively connects them. This creates a hot air spark on the direct path between the two electrodes, the so-called spark gap, which ignites the fuel-air mixture that is located between the electrodes.

Eine Funkenzündung hat den Vorteil, dass mit dieser das Kraftstoff-Luft-Gemisch zuverlässig gezündet werden kann, insbesondere bei niedriger Motorlast mit hohem Restgasanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch.Spark ignition has the advantage that it can be used to reliably ignite the fuel-air mixture, in particular at low engine loads with a high proportion of residual gas in the fuel-air mixture.

Hierbei kann die Massenelektrode an der Deckwand vorgesehen sein, so dass ein elektrischer Strom durch die Deckwand fließt, wenn ein Luftfunke erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Funkenstrecke und damit der Zündort besonders nah an der Deckwand angeordnet werden.Here, the ground electrode can be provided on the top wall so that an electric current flows through the top wall when an air spark is generated. In this way, the spark gap and thus the ignition location can be arranged particularly close to the top wall.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Vorkammersystem derart gestaltet, dass mittels der Zündeinrichtung über einen Spalt Teilentladungsfunken für eine Teilentladungszündung bereitgestellt werden können, wobei der Spalt zwischen dem Isolator und einer Gegenelektrode des Vorkammersystems gebildet ist.According to a further embodiment, the antechamber system is designed in such a way that by means of the ignition device over a gap Partial discharge sparks can be provided for partial discharge ignition, the gap being formed between the insulator and a counter electrode of the antechamber system.

Im Sinne der Erfindung ist eine Teilentladung eine elektrische Entladung ohne vollständigen Funkendurchbruch. Es entsteht also im Unterschied zum Luftfunken kein vollständiger Plasmakanal, welcher zwei Elektroden niederohmig verbindet, das bedeutet, es fließt im Vergleich zur Funkenentladung kein nennenswerter Strom zwischen den Elektroden. Es fließt, wenn überhaupt, nur ein äußerst geringer Teil der Ladung, beispielsweise über „schnelle“ Elektronen, von der einen Elektrode über die andere Elektrode ab. Bei Wechselspannungsanregung ist die Anbindung meist nahezu vollständig kapazitiv. Beispiele für Teilentladungen sind Korona-Entladungen oder sogenannte dielektrisch-behinderte Entladungen an einem Dielektrikum, wie dem Isolator der Zündeinrichtung, bei der beispielsweise ein Teil der Strecke durch einen Funkenkanal überbrückt ist, aber aufgrund der isolierenden Wirkung des Isolators keine niederohmige Ankopplung auf Masse erfolgen und somit kein hoher Strom fließen kann. Solche in der Regel kurzzeitig auftretenden Teilentladungen sind bei ausreichend hohem Druck zündfähig, ohne dass es hierzu eines vollständig niederohmig leitenden und damit heißen Luftfunkendurchschlages bedarf.For the purposes of the invention, a partial discharge is an electrical discharge without a complete spark breakdown. In contrast to air sparks, there is no complete plasma channel that connects two electrodes with low resistance, which means that compared to the spark discharge, no significant current flows between the electrodes. Only an extremely small part of the charge, if at all, flows away from one electrode via the other electrode, for example via “fast” electrons. In the case of alternating voltage excitation, the connection is usually almost completely capacitive. Examples of partial discharges are corona discharges or so-called dielectrically impeded discharges on a dielectric, such as the insulator of the ignition device, in which, for example, part of the path is bridged by a spark channel, but due to the insulating effect of the insulator, there is no low-resistance coupling to ground and thus no high current can flow. Such partial discharges, which generally occur briefly, are ignitable at sufficiently high pressure without the need for a completely low-resistance conductive and thus hot air spark breakdown.

Der Vorteil der Zündung über eine Teilentladung ist, dass bei hohem Druck und damit hoher Motorlast der Zündspannungsbedarf für eine Zündung über eine Teilentladung geringer ist als der Zündspannungsbedarf für eine Zündung über einen Luftfunken. Hierdurch können die Kosten für die Zündanlage reduziert werden, die neben der Zündeinrichtung weitere Komponenten wie eine Zündspule oder eine hochfrequente Leistungselektronik zum Erzeugen der Teilentladung umfasst.The advantage of ignition via partial discharge is that at high pressure and thus high engine load, the ignition voltage requirement for ignition via partial discharge is lower than the ignition voltage requirement for ignition via an air spark. In this way, the costs for the ignition system can be reduced, which in addition to the ignition device includes other components such as an ignition coil or high-frequency power electronics for generating the partial discharge.

Hierbei kann die Gegenelektrode Teil der Schutzummantelung und/oder an der Deckwand vorgesehen sein, wodurch der Zündort mit geringem Aufwand und besonders flexibel bei der Auslegung des Vorkammersystems in der Vorkammer angeordnet werden kann.In this case, the counter electrode can be part of the protective casing and / or on the top wall, so that the ignition location can be arranged in the antechamber with little effort and particularly flexibly when designing the antechamber system.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 in einer schematischen Darstellung einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Vorkammersystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 in einer schematischen Darstellung das Vorkammersystem aus 1,
- 3 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Vorkammersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 4 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Vorkammersystem gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 5 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Vorkammersystem gemäß einer vierten Ausführungsform, und
- 6 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Vorkammersystem gemäß einer fünften Ausführungsform.

Further advantages and features emerge from the following description and from the accompanying drawings. In these show:

- 1 in a schematic representation an internal combustion engine with an antechamber system according to the invention according to a first embodiment,
- 2 in a schematic representation of the antechamber system 1 ,
- 3 in a schematic representation an antechamber system according to the invention according to a second embodiment,
- 4th in a schematic representation an antechamber system according to the invention according to a third embodiment,
- 5 in a schematic representation an antechamber system according to the invention according to a fourth embodiment, and
- 6th in a schematic representation an antechamber system according to the invention according to a fifth embodiment.

Die Figuren umfassen ausschließlich schematische Darstellungen, die sich auf das Wesentliche beschränken. Insbesondere zeigen die 2 bis 6 jeweils nur einen Ausschnitt eines Vorkammersystems, d.h. das jeweilige Vorkammersystem endet nicht an der oberen geraden horizontalen Linie. Mit anderen Worten kann insbesondere die obere gerade horizontale Linie in den 2 bis 6 durch eine geschwungene Linie ersetzt werden, um diesen Sachverhalt zu verdeutlichen.The figures consist exclusively of schematic representations that are limited to the essentials. In particular, they show 2 to 6th only a section of an antechamber system, ie the respective antechamber system does not end at the upper straight horizontal line. In other words, in particular, the upper straight horizontal line in the 2 to 6th be replaced by a curved line to illustrate this fact.

In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Hauptbrennraum 2, einer den Hauptbrennraum 2 begrenzenden Brennraumwandung 3, einer Zündanlage 4 und einem Vorkammersystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt.In 1 is an internal combustion engine 1 with a main combustion chamber 2 , one the main combustion chamber 2 limiting combustion chamber wall 3 , an ignition system 4th and an antechamber system 10 shown according to a first embodiment.

Die Brennraumwandung 3 ist beispielsweise Teil eines Zylinderkopfs, der den Hauptbrennraum 2 nach oben abschließt.The combustion chamber wall 3 is, for example, part of a cylinder head that forms the main combustion chamber 2 ends at the top.

Das Vorkammersystem 10 hat eine Vorkammer 12 (siehe 2), eine die Vorkammer 12 begrenzende Vorkammerwandung 14 und eine Zündeinrichtung 16.The antechamber system 10 has an antechamber 12th (please refer 2 ), one the antechamber 12th limiting antechamber wall 14th and an ignition device 16 .

Die Vorkammer 12 ist eine passive Vorkammer.The antechamber 12th is a passive antechamber.

Grundsätzlich kann die Bereitstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 12 jedoch auf beliebige Weise erfolgen. Mit anderen Worten kann das Vorkammersystem 10 einen beliebigen Vorkammertyp umfassen, insbesondere eine gespülte Vorkammer oder eine Vorkammer mit innerer Gemischbildung.In principle, the fuel-air mixture can be provided in the prechamber 12th however, can be done in any way. In other words, the antechamber system 10 comprise any type of antechamber, in particular a flushed antechamber or an antechamber with internal mixture formation.

Die Vorkammerwandung 14 umfasst eine Basis 18, eine der Basis 18 in axialer Richtung A gegenüberliegende Deckwand 20 sowie eine Seitenwandung 22, die die Basis 18 und die Deckwand 20 miteinander verbindet.The antechamber wall 14th includes a base 18th , one of the base 18th in the axial direction A opposite cover wall 20th as well as a side wall 22nd who are the base 18th and the top wall 20th connects with each other.

Die Basis 18 und die Deckwand 20 haben in axialer Richtung A einen Abstand H, der die Höhe H der Vorkammer 12 in axialer Richtung A definiert.The base 18th and the top wall 20th have a distance H in the axial direction A, which is the height H of the antechamber 12th defined in the axial direction A.

Die Deckwand 20 bildet eine Trennwand zwischen der Vorkammer 12 und dem Hauptbrennraum 2 und weist mehrere Vorkammeröffnungen 24 in Form von Düsen mit kreisförmigem Querschnitt auf, die die Vorkammer 12 strömungsmäßig mit dem Hauptbrennraum 2 verbinden.The top wall 20th forms a partition between the antechamber 12th and the main combustion chamber 2 and has several antechamber openings 24 in the form of nozzles with a circular cross-section, which form the antechamber 12th in terms of flow with the main combustion chamber 2 connect.

Zusätzlich oder alternativ können die Vorkammeröffnungen 24 an einer beliebigen Stelle der Vorkammerwandung 14 vorgesehen sein, insbesondere der Seitenwandung 22.Additionally or alternatively, the antechamber openings 24 at any point on the antechamber wall 14th be provided, in particular the side wall 22nd .

Selbstverständlich können die Vorkammeröffnungen 24 jeweils beliebig gestaltet sein.Of course, the antechamber openings 24 each can be designed as desired.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Deckwand 20 kuppelförmig gestaltet.In the embodiment shown, the top wall is 20th designed dome-shaped.

Grundsätzlich kann die Deckwand 20 eine beliebige Gestalt aufweisen, beispielsweise in Form einer Scheibe.Basically, the top wall 20th have any shape, for example in the form of a disk.

Die Vorkammerwandung 14 besteht aus Stahl mit einem Kupferkern.The antechamber wall 14th consists of steel with a copper core.

Grundsätzlich kann die Vorkammerwandung 14, insbesondere die Basis 18, die Deckwand 20 und/oder die Seitenwandung 22, aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem beliebigen Metall, sowie mit oder ohne Kern gebildet sein.In principle, the antechamber wall 14th , especially the base 18th , the top wall 20th and / or the side wall 22nd , be formed from any electrically conductive material, in particular any metal, and with or without a core.

Die Vorkammerwandung 14 und die Zündeinrichtung 16 bilden hierbei eine Baugruppe, die in einem Schacht in der Brennraumwandung 3 eingesetzt ist.The antechamber wall 14th and the ignition device 16 form an assembly that is located in a shaft in the combustion chamber wall 3 is used.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Vorkammerwandung 14 zumindest abschnittsweise durch die Brennraumwandung 3 gebildet sein. Beispielsweise kann die Seitenwandung 22 Teil der Brennraumwandung 3 sein.In an alternative embodiment, the antechamber wall 14th at least in sections through the combustion chamber wall 3 be educated. For example, the side wall 22nd Part of the combustion chamber wall 3 be.

Die Zündeinrichtung 16 hat eine Mittelelektrode 26, einen Isolator 28 sowie eine Schutzummantelung 30.The ignition device 16 has a center electrode 26th , an isolator 28 as well as a protective cover 30th .

Die Mittelelektrode 26 erstreckt sich in axialer Richtung A durch den Isolator 28 und ragt mit einem brennraumseitigen Ende 32 in axialer Richtung A über diesen hinaus.The center electrode 26th extends in the axial direction A through the isolator 28 and protrudes with one end on the combustion chamber side 32 in the axial direction A beyond this.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Mittelelektrode 26 zylinderförmig.In the embodiment shown, the center electrode is 26th cylindrical.

Grundsätzlich kann die Mittelelektrode 26 beliebig gestaltet sein. Insbesondere kann die Mittelelektrode 26 in einer alternativen Ausführungsform in einem Abschnitt innerhalb des Isolators 28 einen größeren Querschnitt haben als im Abschnitt, der das Ende 32 umfasst.In principle, the center electrode 26th be designed in any way. In particular, the center electrode 26th in an alternative embodiment in a section within the isolator 28 have a larger cross-section than in the section that joins the end 32 includes.

Die Mittelelektrode 26 kann hierbei mit dem Isolator 28 mittels eines leitfähigen Klebstoffs stoffschlüssig verbunden sein.The center electrode 26th can do this with the isolator 28 be firmly connected by means of a conductive adhesive.

Der Isolator 28 hat einen Basisabschnitt 34 und einen brennraumseitigen Endabschnitt 36, der einen kleineren Querschnitt als der Basisabschnitt 34 aufweist.The isolator 28 has a base section 34 and an end section on the combustion chamber side 36 which has a smaller cross-section than the base section 34 having.

Am Übergang zwischen dem Basisabschnitt 34 und dem Endabschnitts 36 weist der Isolator 28 eine axiale Stirnseite 38 auf.At the transition between the base section 34 and the end section 36 instructs the isolator 28 an axial face 38 on.

Der Isolator 28 umfasst beispielsweise eine Zündkerzenkeramik.The isolator 28 includes, for example, a spark plug ceramic.

Zusätzlich oder alternativ kann die Mittelelektrode 26 mit dem Isolator 28 zumindest abschnittsweise mittels einer leitfähigen Verglasung direkt verbunden sein bzw. kann der Isolator 28 diese aufweisen.Additionally or alternatively, the center electrode 26th with the isolator 28 be directly connected at least in sections by means of conductive glazing or the insulator 28 have these.

Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann die Mittelelektrode 26 zumindest abschnittsweise einen Kupferkern aufweisen.To improve the thermal conductivity, the center electrode 26th have a copper core at least in sections.

Die Mittelelektrode 26 und der Isolator 28 erstrecken sich durch die Basis 18 in axialer Richtung A in die Vorkammer 12 hinein.The center electrode 26th and the isolator 28 extend through the base 18th in the axial direction A into the antechamber 12th into it.

Dabei beträgt die Höhe h des Abschnitts, mit dem der Isolator 28 über die Basis 18 in die Vorkammer 12 hineinragt, 70% der axialen Höhe H der Vorkammer 12.The height h of the section with which the insulator is located 28 about the base 18th into the antechamber 12th protrudes, 70% of the axial height H of the antechamber 12th .

In einer alternativen Ausführungsform beträgt die Höhe h des Abschnitts, mit dem der Isolator 28 über die Basis 18 in die Vorkammer 12 hineinragt, mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50%, insbesondere mindestens 75% der axialen Höhe H der Vorkammer 12.In an alternative embodiment, the height h of the section with which the insulator is 28 about the base 18th into the antechamber 12th protrudes, at least 30%, preferably at least 50%, in particular at least 75% of the axial height H of the antechamber 12th .

Die axiale Stirnseite 38 ist hierbei in einer Höhe gegenüber der Basis 18 vorgesehen, die 55% der axialen Höhe H der Vorkammer 12 entspricht.The axial face 38 is at the same height as the base 18th provided, the 55% of the axial height H of the antechamber 12th corresponds to.

Grundsätzlich kann die axiale Stirnseite 38 in einer beliebigen Höhe gegenüber der Basis 18 vorgesehen sein, insbesondere in einer Höhe, die mindestens 25%, bevorzugt mindestens 45%, insbesondere mindestens 70% der axialen Höhe H der Vorkammer 12 entspricht.In principle, the axial face can 38 at any height from the base 18th be provided, in particular at a height which is at least 25%, preferably at least 45%, in particular at least 70% of the axial height H of the antechamber 12th corresponds to.

Um den Isolator 28 gegenüber der Vorkammer 12 abzuschirmen, ist der Isolator 28 mit der Schutzummantelung 30 ummantelt.To the isolator 28 opposite the antechamber 12th shielding is the insulator 28 with the protective coating 30th encased.

Die Schutzummantelung 30 erstreckt sich hierzu in axialer Richtung A von der Basis 18 über eine Höhe in die Vorkammer 12, die 65% der axialen Höhe H der Vorkammer 12 entspricht.The protective coating 30th extends for this purpose in the axial direction A from the base 18th over a height into the antechamber 12th , which is 65% of the axial height H of the antechamber 12th corresponds to.

Hierdurch ist der Basisabschnitt 34 innerhalb der Vorkammer 12 radial vollständig von der Schutzummantelung 30 umgeben.This is the base section 34 inside the antechamber 12th radially completely from the protective casing 30th surround.

In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die Schutzummantelung 30 von der Basis 18 in axialer Richtung A über mindestens 25 %, bevorzugt über mindestens 45 %, insbesondere über mindestens 70 % der axialen Höhe H in die Vorkammer 12 hinein.In an alternative embodiment, the protective jacket extends 30th from the base 18th in the axial direction A over at least 25%, preferably over at least 45%, in particular over at least 70% of the axial height H into the antechamber 12th into it.

Die Schutzummantelung 30 besteht aus Stahl mit einem Kupferkern.The protective coating 30th consists of steel with a copper core.

Grundsätzlich kann die Schutzummantelung 30 aus einem beliebigen Material, insbesondere einem beliebigen Metall, sowie mit oder ohne Kern gebildet sein.Basically, the protective coating 30th be formed from any material, in particular any metal, and with or without a core.

Die Schutzummantelung 30 erstreckt sich am Endabschnitt 36 des Isolators 28 radial weiter nach innen als am Basisabschnitt 34 des Isolators 28, sodass die Schutzummantelung 30 eine axiale Stirnseite 40 aufweist, die der axialen Stirnseite 38 des Isolators 28 gegenüberliegt.The protective coating 30th extends at the end portion 36 of the isolator 28 radially further inwards than at the base section 34 of the isolator 28 so that the protective coating 30th an axial face 40 having that of the axial end face 38 of the isolator 28 opposite.

Die Zündeinrichtung 16 umfasst ferner eine Kupferdichtung 42, die zwischen der axialen Stirnseite 38 des Isolators 28 und der axialen Stirnseite 40 der Schutzummantelung 30 angeordnet ist und sowohl mit dem Isolator 28 als auch mit der Schutzummantelung 30 in direktem Kontakt steht.The ignition device 16 further comprises a copper gasket 42 that is between the axial face 38 of the isolator 28 and the axial face 40 the protective coating 30th is arranged and both with the isolator 28 as well as with the protective coating 30th is in direct contact.

Grundsätzlich kann anstelle der Kupferdichtung 42 eine Dichtung aus einem beliebigen Material mit hoher Wärmeleit- und/oder elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen sein.Basically, instead of the copper gasket 42 a seal made of any material with high thermal and / or electrical conductivity can be provided.

Der Isolator 28 hat ferner an seiner der Schutzummantelung 30 zugewandten radialen Außenseite eine metallische Beschichtung 44, die sich von der Kupferdichtung 42 entgegen der axialen Richtung A bis zu einer brennraumabgewandten inneren Dichtung (nicht dargestellt) der Zündeinrichtung 16 erstreckt.The isolator 28 also has the protective coating on his 30th facing radial outside a metallic coating 44 that differ from the copper gasket 42 against the axial direction A up to an inner seal (not shown) of the ignition device facing away from the combustion chamber 16 extends.

Grundsätzlich kann ein beliebiger Abschnitt des Isolators 28 die Beschichtung 44 aufweisen.In principle, any section of the insulator can 28 the coating 44 exhibit.

Zusätzlich oder alternativ kann die Beschichtung 44 in einer alternativen Ausführungsform aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material gebildet sein.Additionally or alternatively, the coating can 44 in an alternative embodiment, be formed from any electrically conductive material.

Des Weiteren hat das Vorkammersystem 10 eine Massenelektrode 46, die zusammen mit dem Ende 32 der Mittelelektrode 26 eine Funkenstrecke 48 bildet.Furthermore, the antechamber system has 10 a ground electrode 46 that along with the end 32 the center electrode 26th a spark gap 48 forms.

Beim Vorkammersystem gemäß der ersten Ausführungsform ist die Massenelektrode 46 in Form eines Massenelektrodenhakens an der Schutzummantelung 30 vorgesehen.In the antechamber system according to the first embodiment, the ground electrode 46 in the form of a ground electrode hook on the protective cover 30th intended.

Die Massenelektrode 46 kann dabei an der Schutzummantelung 30 angebracht oder einstückig mit der Schutzummantelung 30 ausgebildet sein.The ground electrode 46 can do this on the protective coating 30th attached or in one piece with the protective sheath 30th be trained.

In jedem Fall ist die Massenelektrode 46 mit der Schutzummantelung 30 elektrisch leitend verbunden.In either case is the ground electrode 46 with the protective coating 30th electrically connected.

Selbstverständlich kann die Massenelektrode 46 in einer alternativen Ausführungsform beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form mehrerer Massenelektrodenhaken.Of course, the ground electrode 46 In an alternative embodiment, it can be designed as desired, for example in the form of several ground electrode hooks.

Die Massenelektrode 46 besteht aus Stahl mit einem Kupferkern.The ground electrode 46 consists of steel with a copper core.

Grundsätzlich kann die Massenelektrode 46 aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem beliebigen Metall, sowie mit oder ohne Kern gebildet sein.Basically, the ground electrode 46 be formed from any electrically conductive material, in particular any metal, and with or without a core.

Die Zündanlage 4 ist elektrisch mit der Zündeinrichtung 16 gekoppelt und umfasst eine Zündspannungsquelle 5 (siehe 1), die dazu eingerichtet ist, die erforderliche Zündspannung zum Betrieb der Zündeinrichtung 16 bereitzustellen.The ignition system 4th is electrical with the ignition device 16 coupled and comprises an ignition voltage source 5 (please refer 1 ), which is set up to provide the ignition voltage required to operate the ignition device 16 provide.

Auf diese Weise bildet die Zündeinrichtung 16 eine Zündkerze die zur direkten Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 12 eingerichtet ist.In this way, the igniter forms 16 a spark plug for direct ignition of a fuel-air mixture in the prechamber 12th is set up.

Hierzu wird mittels der Zündspannungsquelle 5 eine elektrische Spannung zwischen der Mittelelektrode 26 und der Massenelektrode 46 angelegt, die ausreichend hoch ist, um mittels der Funkenstrecke 48 Luftfunken für eine Luftfunkenzündung 50 zu erzeugen.This is done by means of the ignition voltage source 5 an electrical voltage between the center electrode 26th and the ground electrode 46 created, which is high enough to use the spark gap 48 Air spark for air spark ignition 50 to create.

Grundsätzlich kann die Zündspannungsquelle 5 eine beliebig gestaltete Spannungsquelle sein.In principle, the ignition voltage source 5 be an arbitrarily designed voltage source.

Die Massenelektrode 46 liegt hierbei zusammen mit der Schutzummantelung 30 sowie der Vorkammerwandung 14 auf Massepotential.The ground electrode 46 lies here together with the protective coating 30th as well as the antechamber wall 14th to ground potential.

Auf diese Weise ist es möglich, den Zündort, d.h. die Stelle, an der das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, im Wesentlichen beliebig in der Vorkammer 12 zu positionieren, insbesondere sehr nahe zum Hauptbrennraum 2.In this way it is possible to set the ignition location, ie the location at which the fuel-air mixture is ignited, essentially as desired in the Antechamber 12th to be positioned, especially very close to the main combustion chamber 2 .

Somit bietet diese Gestaltung des Vorkammersystems 10 große Freiheiten bei der Auslegung des Vorkammervolumens und des Zündorts innerhalb der Vorkammer 12.Thus, this design offers the antechamber system 10 great freedom in designing the prechamber volume and the ignition location within the prechamber 12th .

Anhand der 3 wird ein Vorkammersystem 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Für die Bauteile, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.Based on 3 becomes an antechamber system 10 described according to a second embodiment. The same reference numerals are used for the components that are known from the above embodiment, and in this respect reference is made to the preceding explanations.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist bei dem Vorkammersystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform die Massenelektrode 46 nicht an der Schutzummantelung 30, sondern an der Deckwand 20 vorgesehen.In contrast to the first embodiment, the antechamber system 10 according to the second embodiment, the ground electrode 46 not on the protective coating 30th , but on the top wall 20th intended.

Analog zur ersten Ausführungsform ist die Massenelektrode 46 elektrisch leitend an der Deckwand 20 angebracht oder einstückig mit der Deckwand 20 ausgebildet.The ground electrode is analogous to the first embodiment 46 electrically conductive on the top wall 20th attached or integral with the top wall 20th educated.

Die an der Deckenwand 20 vorgesehene Massenelektrode 46 kann alternativ durch die Deckwand 20 selbst gebildet sein.The one on the ceiling wall 20th provided ground electrode 46 can alternatively through the top wall 20th be educated yourself.

Die Deckwand 20 weist hierbei eine Durchführung 52 auf, die gegenüberliegend zur Mittelelektrode 26 angeordnet ist und sich in axialer Richtung A durch die Deckwand 20 erstreckt.The top wall 20th indicates here an implementation 52 on the opposite to the center electrode 26th is arranged and extends in the axial direction A through the top wall 20th extends.

Die Massenelektrode 46 ist ringförmig um die Durchführung 52 angeordnet und erstreckt sich in axialer Richtung A in die Vorkammer 12.The ground electrode 46 is ring-shaped around the bushing 52 arranged and extends in the axial direction A into the antechamber 12th .

Die Mittelelektrode 26 erstreckt sich in axialer Richtung A so weit, dass das Ende 32 der Mittelelektrode 26 in radialer Richtung von der Massenelektrode 46 umgeben und eine Funkenstrecke 48 zwischen der Mittelelektrode 26 und der Massenelektrode 46 in radialer Richtung gebildet ist.The center electrode 26th extends in the axial direction A so far that the end 32 the center electrode 26th in the radial direction from the ground electrode 46 surrounded and a spark gap 48 between the center electrode 26th and the ground electrode 46 is formed in the radial direction.

Die Mittelelektrode 26 erstreckt sich hierzu in axialer Richtung A von der Basis 18 über eine Höhe in die Vorkammer 12, die 98% der axialen Höhe H der Vorkammer 12 entspricht.The center electrode 26th extends for this purpose in the axial direction A from the base 18th over a height into the antechamber 12th , which is 98% of the axial height H of the antechamber 12th corresponds to.

In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die Mittelelektrode 26 von der Basis 18 in axialer Richtung A über mindestens 90%, bevorzugt über mindestens 95%, insbesondere über mindestens 100% der axialen Höhe H in die Vorkammer 12 hinein.In an alternative embodiment, the center electrode extends 26th from the base 18th in the axial direction A over at least 90%, preferably over at least 95%, in particular over at least 100% of the axial height H into the antechamber 12th into it.

Grundsätzlich kann sich die Mittelelektrode 26 in axialer Richtung A in die Durchführung 52 hinein oder durch die Durchführung 52 hindurch und in den Hauptbrennraum 2 hinein erstrecken.In principle, the center electrode can 26th in the axial direction A into the implementation 52 into or through the implementation 52 through and into the main combustion chamber 2 extend into it.

Selbstverständlich kann die Massenelektrode 46 in einer alternativen Ausführungsform beliebig gestaltet sein, insbesondere in Form von einem oder mehrerer Massenelektrodenhaken, die axialsymmetrisch um die Mittelelektrode 26 angeordnet sind.Of course, the ground electrode 46 In an alternative embodiment, it can be designed as desired, in particular in the form of one or more ground electrode hooks which are axially symmetrical around the center electrode 26th are arranged.

Vorzugweise besteht die Massenelektrode 46 aus Einzelelektroden, die die Mittelelektrode 26 nicht auf vollständig in Umfangsrichtung umschließen und somit eine bessere Strömungs- und Gemischzugänglichkeit ermöglichen.The ground electrode is preferably made 46 made up of individual electrodes that form the center electrode 26th do not enclose completely in the circumferential direction and thus enable better flow and mixture accessibility.

Die Massenelektrode 46 liegt hierbei zusammen mit der Vorkammerwandung 14 auf Massepotential.The ground electrode 46 lies here together with the antechamber wall 14th to ground potential.

Auf diese Weise kann eine Luftfunkenzündung 50 innerhalb der Vorkammer 12 in unmittelbarer Nähe zum Hauptbrennraum 2 bereitgestellt werden.In this way, an air spark ignition can 50 inside the antechamber 12th in close proximity to the main combustion chamber 2 to be provided.

Über die Durchführung 52 sind die Strömungswege und die Flammenwege von der Funkenstrecke 48 bis in den Hauptbrennraum 2 besonders kurz.About the implementation 52 are the flow paths and the flame paths from the spark gap 48 up to the main combustion chamber 2 especially short.

In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Massenelektrode 46 in axialer Richtung A von der Deckwand 20 in den Hauptbrennraum 2. Die Mittelelektrode 26 erstreckt sich hierbei in axialer Richtung A durch die Durchführung 52 hindurch und in den Hauptbrennraum 2 hinein, sodass die Funkenstrecke 48 außerhalb der Vorkammer 12 und innerhalb des Hauptbrennraums 2 angeordnet ist.In another embodiment, the ground electrode extends 46 in the axial direction A from the top wall 20th in the main combustion chamber 2 . The center electrode 26th extends here in the axial direction A through the implementation 52 through and into the main combustion chamber 2 into it so that the spark gap 48 outside the antechamber 12th and inside the main combustion chamber 2 is arranged.

Anhand der 4 wird nun ein Vorkammersystem 10 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Für die Bauteile, die von den obigen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.Based on 4th now becomes an antechamber system 10 described according to a third embodiment. The same reference numerals are used for the components that are known from the above embodiments, and reference is made to the preceding explanations in this respect.

Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform weist das Vorkammersystem 10 gemäß der dritten Ausführungsform keine Durchführung 52 in der Deckwand 20 auf und die Massenelektrode 46 ist in axialer Richtung A direkt gegenüberliegend zum Ende 32 der Mittelelektrode 26 an der Deckwand 20 vorgesehen.In contrast to the second embodiment, the antechamber system 10 according to the third embodiment, no implementation 52 in the top wall 20th on and the ground electrode 46 is in the axial direction A directly opposite the end 32 the center electrode 26th on the top wall 20th intended.

Auf diese Weise ist eine Funkenstrecke 48 innerhalb der Vorkammer 12 gebildet, die sich zwischen dem Ende 32 der Mittelelektrode 26 und der Massenelektrode 46 in axialer Richtung A erstreckt.This way is a spark gap 48 inside the antechamber 12th formed between the end 32 the center electrode 26th and the ground electrode 46 extends in the axial direction A.

Bei den Vorkammersystemen 10 gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform ist das Vorkammersystem 10 jeweils so gestaltet, dass die Funkenstrecke 48 besonders vorteilhaft in der Vorkammer 12 angeordnet ist, so dass eine hohe Turbulenz am Zündort vorliegt und die Flammenwege innerhalb der Vorkammer 12 in Summe besonders kurz sind.In the antechamber systems 10 according to the second and third embodiment is the antechamber system 10 each designed so that the spark gap 48 particularly advantageous in the antechamber 12th is arranged so that there is a high level of turbulence at the ignition point and the flame paths within the antechamber 12th are particularly short in total.

Ferner kann durch diese Gestaltung sichergestellt werden, dass am Zündort besonders gute Ladungswechselbedingungen vorherrschen, d.h., es gibt eine gute Frischgas-Gemisch-Bereitstellung und der Restgasgehalt ist niedrig.Furthermore, this design ensures that the gas exchange conditions are particularly good at the ignition location, i.e. there is a good supply of fresh gas mixture and the residual gas content is low.

Anhand der 5 wird nun ein Vorkammersystem 10 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Für die Bauteile, die von den obigen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.Based on 5 now becomes an antechamber system 10 described according to a fourth embodiment. The same reference numerals are used for the components that are known from the above embodiments, and reference is made to the preceding explanations in this respect.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen weist das Vorkammersystem 10 gemäß der vierten Ausführungsform keine Funkenstrecke 48 auf, die dazu vorgesehen ist, das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Luftfunkenzündung zu zünden. Stattdessen ist das Vorkammersystem 10 gemäß der vierten Ausführungsform dazu eingerichtet, das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Teilentladungszündung 60 in Form einer dielektrisch behinderten Zündung zu zünden.In contrast to the previous embodiments, the antechamber system 10 according to the fourth embodiment, no spark gap 48 on, which is provided to ignite the fuel-air mixture by means of an air spark ignition. Instead is the antechamber system 10 set up according to the fourth embodiment, the fuel-air mixture by means of a partial discharge ignition 60 to ignite in the form of a dielectrically impeded ignition.

Hierbei erstreckt sich die Mittelelektrode 26 in axialer Richtung A nicht vollständig durch den Isolator 28, wodurch der Isolator 28 ein axiales Ende 54 aufweist, dass das Ende 32 der Mittelelektrode 26 umgibt.The center electrode extends here 26th in the axial direction A not completely through the insulator 28 , making the isolator 28 one axial end 54 has that the end 32 the center electrode 26th surrounds.

Das Vorkammersystem 10 hat ferner eine Gegenelektrode 56, die analog zur Massenelektrode 46 der dritten Ausführungsform in axialer Richtung gegenüberliegend zum axialen Ende 54 des Isolators 28 an der Deckwand 20 vorgesehen ist.The antechamber system 10 also has a counter electrode 56 which is analogous to the ground electrode 46 the third embodiment in the axial direction opposite to the axial end 54 of the isolator 28 on the top wall 20th is provided.

Der Isolator 28 erstreckt sich hierbei so weit in die Vorkammer 12 hinein, dass zwischen dem axialen Ende 54 des Isolators 28 und der Gegenelektrode 56 ein ausreichend enger Spalt 58 gebildet ist.The isolator 28 extends so far into the antechamber 12th into that between the axial end 54 of the isolator 28 and the counter electrode 56 a sufficiently narrow gap 58 is formed.

Das Vorkammersystem 10 ist hierbei so eingerichtet, dass im Spalt 58 Teilentladungsfunken für eine Teilentladungszündung 60 des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 12 erzeugt werden, wenn mittels der Zündspannungsquelle des Verbrennungsmotors 1 eine ausreichend hohe elektrische Spannung zwischen der Mittelelektrode 26 und der Gegenelektrode 56 angelegt wird.The antechamber system 10 is set up so that in the gap 58 Partial discharge spark for partial discharge ignition 60 of the fuel-air mixture in the prechamber 12th are generated when by means of the ignition voltage source of the internal combustion engine 1 a sufficiently high electrical voltage between the center electrode 26th and the counter electrode 56 is created.

Die Gegenelektrode 56 liegt hierbei zusammen mit der Deckwand 20 auf Massepotential.The counter electrode 56 lies here together with the top wall 20th to ground potential.

Auf diese Weise kann eine Teilentladungszündung 60 in unmittelbarer Nähe zur Deckwand 20 und damit in unmittelbarer Nähe zum Hauptbrennraum 2 bereitgestellt werden.In this way, a partial discharge ignition 60 in close proximity to the top wall 20th and thus in the immediate vicinity of the main combustion chamber 2 to be provided.

Anhand der 6 wird nun ein Vorkammersystem 10 gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Für die Bauteile, die von den obigen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.Based on 6th now becomes an antechamber system 10 described according to a fifth embodiment. The same reference numerals are used for the components that are known from the above embodiments, and reference is made to the preceding explanations in this respect.

Im Unterschied zur vierten Ausführungsform ist beim Vorkammersystem 10 gemäß der fünften Ausführungsform der Spalt 58 zum Erzeugen einer Teilentladungszündung 60 zwischen der radialen Außenseite des Endabschnitts 36 des Isolators 28 und der Schutzummantelung 30 gebildet, die den Endabschnitts 36 an dieser Stelle radial umgibt.In contrast to the fourth embodiment, the antechamber system 10 according to the fifth embodiment, the gap 58 to generate a partial discharge ignition 60 between the radial outside of the end portion 36 of the isolator 28 and the protective coating 30th formed which the end portion 36 surrounds radially at this point.

Die Gegenelektrode 56 ist hierbei durch die Schutzummantelung 30 gebildet. The counter electrode 56 is here by the protective coating 30th educated.

Die Schutzummantelung 30 sowie die Vorkammerwandung 14 liegen dabei auf Massepotential.The protective coating 30th as well as the antechamber wall 14th are at ground potential.

Auf diese Weise kann mittels des Vorkammersystems 10 gemäß der vierten Ausführungsform durch eine geeignete Anordnung der Zündeinrichtung 16 in der Vorkammer 12 eine Teilentladungszündung 60 an einer beliebigen Stelle innerhalb der Vorkammer 12 erzeugt werden, insbesondere im Zentrum der Vorkammer 12.In this way, by means of the antechamber system 10 according to the fourth embodiment by a suitable arrangement of the ignition device 16 in the antechamber 12th a partial discharge ignition 60 at any point within the antechamber 12th are generated, especially in the center of the antechamber 12th .

Grundsätzlich kann das Vorkammersystem 10 in einer alternativen Ausführungsform eine Kombination der Vorkammersysteme 10 gemäß der vierten und fünften Ausführungsformen sein, indem das Vorkammersystem 10 sowohl einen Spalt 58 zwischen dem axialen Ende 54 des Isolators 28 als auch einen Spalt 58 zwischen dem Endabschnitt 36 des Isolators 28 und der Schutzummantelung 30 aufweist, mittels denen eine Teilentladungszündung 60 erzeugt werden kann.In principle, the antechamber system 10 in an alternative embodiment, a combination of the antechamber systems 10 be according to the fourth and fifth embodiments by the antechamber system 10 both a crack 58 between the axial end 54 of the isolator 28 as well as a crack 58 between the end section 36 of the isolator 28 and the protective coating 30th has, by means of which a partial discharge ignition 60 can be generated.

Auf diese Weise kann bei der Auslegung des Vorkammersystems 10 die Vorkammer 12 so gestaltet und der Zündort so in der Vorkammer 12 positioniert werden, dass eine möglichst optimale Verbrennung gewährleisten ist.In this way, when designing the antechamber system 10 the antechamber 12th so designed and the ignition location in the antechamber 12th be positioned so that the best possible combustion is guaranteed.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.The invention is not restricted to the embodiments shown. In particular, individual features of one embodiment can be combined as desired with features of other embodiments, in particular independently of the other features of the corresponding embodiments.

Claims

Pre-chamber system for an internal combustion engine (1), with a pre-chamber wall (14) which delimits a pre-chamber (12), and an ignition device (16) which is provided for the direct ignition of a fuel-air mixture in the pre-chamber (12), wherein the antechamber wall (14) has a base (18) and a top wall (20) which is spaced apart in the axial direction (A) from the base (18) by an axial height (H), the ignition device (16) having a center electrode ( 26), an insulator (28) through which the center electrode (26) extends at least in sections, and a protective sheath (30) for the insulator (28), characterized in that the insulator (28) extends from the base (18 ) extends in the axial direction (A) over at least 30% of the axial height (H) into the antechamber (12).

Antechamber system according to Claim 1 , characterized in that the insulator (28) extends from the base (18) in the axial direction (A) over at least 50%, in particular over at least 75% of the axial height (H) into the antechamber (12).

Antechamber system according to Claim 1 or 2 , characterized in that the protective casing (30) is formed from metal and in particular has a copper core.

Antechamber system according to one of the preceding claims, characterized in that the protective casing (30) extends from the base (18) in the axial direction (A) over at least 25%, preferably over at least 45%, in particular over at least 70% of the axial height (H. ) extends into the antechamber (12).

Antechamber system according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition device (16) has a copper seal (42) which is provided between an axial end face (38) of the insulator (28) and an axial end face (40) of the protective casing (30) .

Antechamber system according to Claim 5 , characterized in that the insulator (28) extends from the base (18) to the axial end face (38) of the insulator (28) in the axial direction (A) over at least 25%, preferably over at least 45%, in particular over at least Extends 70% of the axial height (H) into the antechamber (12).

Antechamber system according to Claim 5 or 6th , characterized in that the insulator (28) between the copper seal (42) and an inner seal facing away from the combustion chamber has an electrically conductive coating (44) on the outside, in particular a metallic coating.

Antechamber system according to one of the preceding claims, characterized in that the center electrode (26) is directly connected to the insulator (28) at least in sections by means of a conductive adhesive.

The antechamber system according to one of the preceding claims, characterized in that the antechamber system (10) is designed in such a way that air sparks for air spark ignition (50) can be provided by means of the ignition device (16) via a spark gap (48), the spark gap (48) is formed between the center electrode (26) and a ground electrode (46) of the antechamber system (10).

Antechamber system according to Claim 9 , characterized in that the ground electrode (46) is provided on the top wall (20).

The antechamber system according to one of the preceding claims, characterized in that the antechamber system (10) is designed in such a way that partial discharge sparks for partial discharge ignition (60) can be provided by means of the ignition device (16) via a gap (58), the gap (58) is formed between the insulator (28) and a counter electrode (56) of the antechamber system (10).

Antechamber system according to Claim 11 , characterized in that the counter electrode (56) is part of the protective casing (30) and / or is provided on the top wall (20).