DE102020124203A1 - Ignition device with a holding device for an ignition device and an injection device, internal combustion engine with an ignition device and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Zündvorrichtung, welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, sowie mit einer Haltevorrichtung, an welcher die wenigstens eine Zündvorrichtung fixiert ist und welche zumindest ein Verbindungselement zur reversibel lösbaren Verbindung der Haltevorrichtung mit einem den Brennraum zumindest bereichsweise begrenzenden Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Zu der Zündeinrichtung gehört des Weiteren zumindest eine Vorkammer, welche einen Vorkammerinnenraum umfasst, in welchen ein zur Abgabe von Zündenergie zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebildetes Zündvorrichtungsende der Zündvorrichtung wenigstens bereichsweise eingeführt ist. Die Zündeinrichtung umfasst zudem eine an der Haltevorrichtung fixierte Einspritzvorrichtung, welche ein außerhalb des Vorkammerinnenraums angeordnetes Einspritzvorrichtungsende mit wenigstens einer Austrittsöffnung zum Ausbringen von Kraftstoff in den Brennraum aufweist.The invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, with at least one ignition device, which is designed to ignite a fuel-air mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine, and with a holding device, to which the at least one ignition device is fixed and which has at least one connecting element for has a reversibly detachable connection of the holding device to a cylinder head of the internal combustion engine that at least partially delimits the combustion chamber. The ignition device also includes at least one prechamber, which includes a prechamber interior into which an ignition device end of the ignition device designed to release ignition energy for igniting the fuel-air mixture is inserted at least in regions. The ignition device also includes an injection device which is fixed to the holding device and has an injection device end which is arranged outside the prechamber interior and has at least one outlet opening for discharging fuel into the combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündeinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, according to the preamble of patent claim 1. Further aspects of the invention relate to an internal combustion engine with an ignition device and a motor vehicle with an internal combustion engine.

Zündvorrichtungen werden eingesetzt, um bei ottomotorisch und damit fremd gezündet betriebenen Verbrennungskraftmaschinen eine Zündquelle, beispielsweise in Form eines Zündfunkens, bereitzustellen um dadurch eine Zündung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft, auch Kraftstoff-Luft-Gemisch genannt, zu bewirken. Besonders weit verbreitet sind als Zündkerzen ausgebildete Zündvorrichtungen, jedoch sind auch andere Zündvorrichtungen, wie beispielsweise die sogenannte Laserzündung zur Entflammung des Gemisches bekannt.Ignition devices are used to provide an ignition source, for example in the form of an ignition spark, in internal combustion engines operated by spark ignition and thus externally ignited, in order to cause ignition of a mixture of fuel and air, also known as a fuel-air mixture. Ignition devices designed as spark plugs are particularly widespread, but other ignition devices, such as so-called laser ignition for igniting the mixture, are also known.

Aus der DE 11 2011 103 649 T5 ist ein Zündsystem für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum bekannt, bei dem das Zündsystem ein Gehäuse, eine Zündvorrichtung, ein Einspritzventil und eine Vorkammer mit einer in einem Abstand vom proximalen Abschnitt der Vorkammer angeordneten Düse besitzt. Der Zünderabschnitt der Zündvorrichtung und die Düse des Einspritzventils werden funktional im proximalen Abschnitt der Vorkammer gehalten und sind bündig mit ihm angeordnet. Der Zünderabschnitt zündet den Kraftstoff in der Vorkammer so, dass teilweise verbrannte Produkte der Vorkammer durch Öffnungen in der Vorkammerdüse getrieben und gelöscht, aber durch den Brennraum hindurch verteilt werden, um die Hauptkraftstoffladung darin zu zünden.From the DE 11 2011 103 649 T5 an ignition system for an internal combustion engine with at least one combustion chamber is known, in which the ignition system has a housing, an ignition device, an injection valve and an antechamber with a nozzle arranged at a distance from the proximal portion of the antechamber. The igniter portion of the igniter and the nozzle of the injector are operatively retained in and flush with the proximal portion of the antechamber. The igniter section ignites the fuel in the prechamber such that partially combusted products of the prechamber are propelled through orifices in the prechamber nozzle and are quenched, but distributed throughout the combustion chamber to ignite the main fuel charge therein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündeinrichtung der eingangs genannten Art, welche einen besonders zuverlässigen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer derartigen Zündeinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an ignition device of the type mentioned at the outset, which enables particularly reliable operation of an internal combustion engine, an internal combustion engine with such an ignition device, and a motor vehicle with such an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch eine Zündeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an ignition device having the features of patent claim 1, by an internal combustion engine having the features of patent claim 5 and by a motor vehicle having the features of patent claim 7. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Zündvorrichtung, welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, sowie mit einer Haltevorrichtung, an welcher die wenigstens eine Zündvorrichtung fixiert ist und welche zumindest ein Verbindungselement zur reversibel lösbaren Verbindung der Haltevorrichtung mit einem den Brennraum zumindest bereichsweise begrenzenden Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und mit zumindest einer Vorkammer, welche einen Vorkammerinnenraum umfasst, in welchen ein zur Abgabe von Zündenergie zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebildetes Zündvorrichtungsende der Zündvorrichtung wenigstens bereichsweise eingeführt ist.A first aspect of the invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, having at least one ignition device, which is designed to ignite a fuel-air mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine, and having a holding device, to which the at least one ignition device is fixed and which at least has a connecting element for the reversibly detachable connection of the holding device to a cylinder head of the internal combustion engine that delimits the combustion chamber at least in some areas, and with at least one prechamber, which comprises a prechamber interior, in which an ignition device end of the ignition device designed to release ignition energy for igniting the fuel-air mixture is introduced at least partially.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zündeinrichtung eine an der Haltevorrichtung fixierte Einspritzvorrichtung umfasst, welche ein außerhalb des Vorkammerinnenraums angeordnetes Einspritzvorrichtungsende mit wenigstens einer Austrittsöffnung zum Ausbringen von Kraftstoff in den Brennraum aufweist. Ein wesentlicher Vorteil der Zündeinrichtung besteht darin, dass die wenigstens eine Zündvorrichtung, welche zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebildet ist, zusammen mit der Einspritzvorrichtung an der Haltevorrichtung fixiert ist, wodurch eine besonders bauraumsparende Anordnung der Zündvorrichtung und der Einspritzvorrichtung nebeneinander geschaffen ist. Durch die gemeinsame Fixierung der Einspritzvorrichtung und der Zündvorrichtung an der Haltevorrichtung kann zudem eine besonders zuverlässige Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und mithin ein zuverlässiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden. Dies ist damit zu begründen, dass durch Einspritzen des Kraftstoffs anhand der Einspritzvorrichtung eine zündfähige und damit entflammbare Zone des Kraftstoff-Luft-Gemisches in unmittelbarer Nähe zu der Zündvorrichtung ausgebildet werden kann.According to the invention, it is provided that the ignition device comprises an injection device which is fixed to the holding device and has an injection device end which is arranged outside the prechamber interior and has at least one outlet opening for discharging fuel into the combustion chamber. A major advantage of the ignition device is that the at least one ignition device, which is designed to ignite the fuel-air mixture, is fixed to the holding device together with the injection device, as a result of which a particularly space-saving arrangement of the ignition device and the injection device next to one another is created. By fixing the injection device and the ignition device together on the holding device, it is also possible to ensure particularly reliable ignition of the fuel-air mixture and therefore reliable operation of the internal combustion engine. The reason for this is that by injecting the fuel using the injection device, an ignitable and therefore flammable zone of the fuel-air mixture can be formed in the immediate vicinity of the ignition device.

Die Einspritzvorrichtung kann insbesondere als Injektor, beispielsweise als Magnet-Injektor oder als Piezo-Injektor, ausgebildet sein.The injection device can in particular be designed as an injector, for example as a magnet injector or as a piezo injector.

Die Einspritzvorrichtung und die Zündvorrichtung können grundsätzlich parallel zueinander orientiert sein, wodurch eine erleichterte Montage der Einspritzvorrichtung und der Zündvorrichtung, insbesondere eine erleichterte Ausrichtung der Einspritzvorrichtung und der Zündvorrichtung an der Haltevorrichtung sowie relativ zueinander ermöglicht ist.In principle, the injection device and the ignition device can be oriented parallel to one another, making it easier to assemble the injection device and the ignition device, in particular to facilitate the alignment of the injection device and the ignition device on the holding device and relative to one another.

Bevorzugt kann jedoch vorgesehen sein, dass jeweilige Längsachsen der Zündvorrichtung und der Einspritzvorrichtung einen Winkel miteinander einschließen oder windschief zueinander orientiert sind. Dadurch kann Kraftstoff mittels der Einspritzvorrichtung besonders gezielt in Richtung der Zündvorrichtung eingespritzt und damit eine besonders zuverlässige Entflammung des mittels des Kraftstoffs gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt werden.However, it can preferably be provided that the respective longitudinal axes of the ignition device and the injection device enclose an angle with one another or are oriented skewed with respect to one another. As a result, fuel can be injected in a particularly targeted manner by means of the injection device in the direction of the ignition device and thus a particularly reliable ignition of the means of the Fuel formed fuel-air mixture can be achieved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Verbindungselement als Gewinde ausgebildet, über welches die Haltevorrichtung zur reversibel lösbaren Verbindung mit dem Zylinderkopf verschraubbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch die Haltevorrichtung und damit die gesamte Zündeinrichtung aufwandsarm reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf verbunden werden kann. Durch die Fixierung der Zündvorrichtung und der Einspritzvorrichtung an der Haltevorrichtung können diese vor einer Montage der Haltevorrichtung (und damit der Zündeinrichtung) am Zylinderkopf vorpositioniert und insbesondere relativ zueinander ausgerichtet werden, wodurch ein aufwändiges Nachjustieren der anschließend über die Haltevorrichtung am Zylinderkopf fixierten Zündvorrichtung und der Einspritzvorrichtung entfallen kann.In an advantageous development of the invention, the at least one connecting element is designed as a thread, via which the holding device can be screwed to the cylinder head for a reversibly detachable connection. This is advantageous because the holding device and thus the entire ignition device can be reversibly and detachably connected to the cylinder head with little effort. By fixing the ignition device and the injection device on the holding device, they can be pre-positioned and in particular aligned relative to one another before the holding device (and thus the ignition device) is installed on the cylinder head, which means that the ignition device and the injection device, which are then fixed to the cylinder head via the holding device, can be readjusted in a complex manner can be omitted.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Zündvorrichtung als Zündkerze ausgebildet. Dies ist von Vorteil da eine Zündkerze wenig Bauraum beansprucht und eine zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ermöglicht.In a further advantageous development of the invention, the at least one ignition device is designed as a spark plug. This is advantageous because a spark plug takes up little space and enables the fuel-air mixture to ignite reliably.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überragt das Einspritzvorrichtungsende ein die Vorkammer begrenzendes Vorkammerende in Längserstreckungsrichtung der Zündeinrichtung. Dies ist von Vorteil, da sich hierdurch an dem Einspritzvorrichtungsende austretender Kraftstoff über einen besonders großen Bereich des Brennraums erstrecken und die Vorkammer dadurch zumindest bereichsweise durch das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraums eingehüllt werden kann. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann dann zuverlässig aus dem Brennraum durch jeweilige Durchgangsöffnungen an der Vorkammer in den Vorkammerinnenraum gelangen und anhand der Zündvorrichtung gezündet werden. Dadurch kann ein passiver Vorkammer-Betrieb erfolgen. Mit anderen Worten kann also die Vorkammer passiv betrieben werden.In a further advantageous development of the invention, the injection device end protrudes beyond a prechamber end delimiting the prechamber in the longitudinal direction of the ignition device. This is advantageous because fuel escaping at the end of the injection device can thereby extend over a particularly large area of the combustion chamber and the antechamber can thereby be encased at least in some areas by the fuel-air mixture within the combustion chamber. The fuel-air mixture can then reliably get out of the combustion chamber through respective passage openings in the prechamber into the prechamber interior and can be ignited using the ignition device. As a result, passive antechamber operation can take place. In other words, the antechamber can be operated passively.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein die Vorkammer begrenzendes Vorkammerende das Einspritzvorrichtungsende in Längserstreckungsrichtung der Zündeinrichtung überragt. Dadurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf Höhe des Einspritzvorrichtungsendes zündfähig ist. Der Kraftstoff kann sich also nach dessen Austritt an dem Einspritzvorrichtungsende in einem in der Längserstreckungsrichtung orientierten Brennraumbereich des Brennraums zwischen dem Einspritzvorrichtungsende und dem Vorkammerende unter Ausbildung dieses zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches mit der Luft vermischen.As an alternative to this, it can be provided that a prechamber end delimiting the prechamber protrudes beyond the injection device end in the direction of longitudinal extension of the ignition device. As a result, it can be achieved in a simple manner that the fuel-air mixture is ignitable at the level of the end of the injection device. After exiting the fuel at the end of the injection device, the fuel can mix with the air in a combustion chamber region of the combustion chamber oriented in the longitudinal direction between the end of the injection device and the end of the antechamber, forming this ignitable fuel-air mixture.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Zündeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Haltevorrichtung der Zündeinrichtung ist reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässigen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine. Zudem kann die Verbrennungskraftmaschine einer aufwandsarmen Wartung unterzogen werden.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine comprising an ignition device according to the first aspect of the invention. The holding device of the ignition device is reversibly detachably connected to the cylinder head of the internal combustion engine. This enables particularly reliable operation of the internal combustion engine. In addition, the internal combustion engine can be subjected to maintenance with little effort.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist Kraftstoff ausschließlich über die Einspritzvorrichtung direkt in den Brennraum einbringbar. Dies ist von Vorteil da somit auf weitere, direkt in den Brennraum einspritzende Injektoren verzichtet werden kann. Die Einspritzvorrichtung kann also als einzige, zur Versorgung des Brennraums mit Kraftstoff ausgestaltete Einspritzvorrichtung sein und derart ausgebildet sein, dass sie eine für den Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine benötigte Kraftstoffmenge in den Brennraum einspritzen kann.In an advantageous development of the invention, fuel can only be introduced directly into the combustion chamber via the injection device. This is advantageous because it means that additional injectors that inject directly into the combustion chamber can be dispensed with. The injection device can therefore be the only injection device designed to supply the combustion chamber with fuel and can be designed in such a way that it can inject a quantity of fuel into the combustion chamber that is required for full-load operation of the internal combustion engine.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine according to the second aspect of the invention. This enables particularly reliable operation of the motor vehicle.

Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.The preferred embodiments presented in relation to one of the aspects and their advantages apply correspondingly to the respective other aspects of the invention and vice versa.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Schnittdarstellung einer Zündeinrichtung, welche einer stark abstrahiert dargestellten Verbrennungskraftmaschine eines ebenfalls stark abstrahiert dargestellten Kraftfahrzeugs zugeordnet ist und welche eine als Injektor ausgebildete Einspritzvorrichtung sowie eine als Zündkerze ausgebildete Zündvorrichtung umfasst, deren distales Zündvorrichtungsende zumindest bereichsweise in einem Vorkammerinnenraum einer Vorkammer der Zündeinrichtung aufgenommen ist.The invention is explained again below using a specific exemplary embodiment. For this purpose, the only figure shows a schematic sectional illustration of an ignition device, which is assigned to an internal combustion engine, shown in a highly abstract manner, of a motor vehicle, which is also shown in a highly abstract manner, and which has an injection device designed as an injector as well as an ignition device designed as a spark plug, the distal end of the ignition device being accommodated at least in regions in an antechamber interior of an antechamber of the ignition device.

Die einzige Fig. zeigt ein abstrahiert dargestelltes Kraftfahrzeug K mit einer ebenfalls abstrahiert dargestellten Verbrennungskraftmaschine 100. Die Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst eine Zündeinrichtung 10, welche in der Fig. in schematischer Schnittdarstellung gezeigt ist.The single figure shows a motor vehicle K, shown in abstract form, with an internal combustion engine 100, also shown in abstract form. Internal combustion engine 100 includes an ignition device 10, which is shown in the figure in a schematic sectional view.

Die Zündeinrichtung 10 umfasst eine als Zündkerze ausgebildete Zündvorrichtung 50, welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum 102 der Verbrennungskraftmaschine 100 ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die Zündeinrichtung 10 eine Haltevorrichtung 30, an welcher die Zündvorrichtung 50 reversibel lösbar fixiert und dabei beispielsweise verschraubt ist und welche ein Verbindungselement 32 zur reversibel lösbaren Verbindung der Haltevorrichtung 30 mit einem den Brennraum 102 zumindest bereichsweise begrenzenden Zylinderkopf 110 der Verbrennungskraftmaschine 100 aufweist. Das Verbindungselement 32 ist vorliegend als Gewinde ausgebildet, über welches die Haltevorrichtung 30 zur reversibel lösbaren Verbindung mit dem Zylinderkopf 110 verschraubt ist.Ignition device 10 includes an ignition device 50 designed as a spark plug, which is designed to ignite a fuel-air mixture in a combustion chamber 102 of internal combustion engine 100 . Ignition device 10 also includes a holding device 30, to which ignition device 50 is fixed in a reversibly detachable manner and is screwed, for example, and which has a connecting element 32 for the reversibly detachable connection of holding device 30 to a cylinder head 110 of internal combustion engine 100 that delimits combustion chamber 102 at least in certain areas. In the present case, the connecting element 32 is designed as a thread, via which the holding device 30 is screwed to the cylinder head 110 for the reversibly detachable connection.

Zudem umfasst die Zündeinrichtung 10 eine Vorkammer 70, welche einen Vorkammerinnenraum 72 umfasst. In diesen Vorkammerinnenraum 72 ist ein zur Abgabe von Zündenergie zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebildetes Zündvorrichtungsende 52 der Zündvorrichtung 50 bereichsweise eingeführt. An dem Zündvorrichtungsende 52 ist eine Mittelelektrode der als Zündkerze ausgebildeten Zündvorrichtung 50 angeordnet. Die Zündenergie kann in Form eines Zündfunkens bereitgestellt werden.In addition, ignition device 10 includes a prechamber 70 which includes a prechamber interior 72 . An ignition device end 52 of the ignition device 50 designed to emit ignition energy for igniting the fuel-air mixture is inserted in some areas into this prechamber interior 72 . A center electrode of ignition device 50 embodied as a spark plug is arranged at ignition device end 52 . The ignition energy can be provided in the form of an ignition spark.

Ein Einspritzvorrichtungsende 82 einer an der Haltevorrichtung 30 ebenfalls reversibel lösbar fixierten, beispielsweise festgeschraubten Einspritzvorrichtung 80 der Zündeinrichtung 10 ist vorliegend außerhalb des Vorkammerinnenraums 72 angeordnet und umfasst eine Mehrzahl an Austrittsöffnungen 84 zum Ausbringen von Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum 102 durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum 102.An injection device end 82 of an injection device 80 of ignition device 10, which is also reversibly and detachably fixed to holding device 30, for example screwed tight, is arranged outside of prechamber interior 72 and includes a plurality of outlet openings 84 for discharging fuel directly into combustion chamber 102 by injecting the fuel into the combustion chamber 102

Das Einspritzvorrichtungsende 82 überragt ein die Vorkammer 70 in Einbaulage der Zündeinrichtung 10 an der Verbrennungskraftmaschine 100 zum Brennraum 102 hin begrenzendes Vorkammerende 74 in einer durch einen Doppelpfeil verdeutlichten Längserstreckungsrichtung x der Zündeinrichtung 10. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das die Vorkammer 70 begrenzende Vorkammerende 74 das Einspritzvorrichtungsende 82 in Längserstreckungsrichtung x der Zündeinrichtung 10 überragt, was vorliegend jedoch nicht weiter gezeigt ist.Injector end 82 protrudes beyond prechamber end 74, which delimits prechamber 70 in the installed position of ignition device 10 on internal combustion engine 100 toward combustion chamber 102, in a longitudinal direction x of ignition device 10, indicated by a double arrow. Alternatively, it can be provided that prechamber end 74, delimiting prechamber 70 the injection device end 82 protrudes in the longitudinal direction x of the ignition device 10, which is not shown here, however.

Die Zündvorrichtung 50 weist eine Längsachse 56 auf, welche vorliegend parallel zur Längserstreckungsrichtung x orientiert ist. Die Einspritzvorrichtung 80 weist eine Längsachse 86 auf, welche vorliegend parallel zur Längsachse 56 orientiert ist. Wenngleich dies vorliegend in der einzigen Fig. nicht weiter gezeigt ist, so können die beiden Längsachsen 56, 86 dennoch auch einen Winkel miteinander einschließen oder windschief zueinander orientiert sein, sodass dementsprechend die Zündvorrichtung 50 und die Einspritzvorrichtung 80 relativ zueinander verkippt angeordnet oder windschief zueinander angeordnet und jeweils reversibel lösbar an der Haltevorrichtung 30 fixiert sein können.Ignition device 50 has a longitudinal axis 56, which in the present case is oriented parallel to the direction of longitudinal extent x. The injection device 80 has a longitudinal axis 86 which is oriented parallel to the longitudinal axis 56 in the present case. Although this is not shown in detail in the single figure, the two longitudinal axes 56, 86 can also form an angle with one another or be oriented skewed with respect to one another, so that ignition device 50 and injection device 80 are arranged tilted relative to one another or arranged skewed with respect to one another and can each be fixed in a reversibly detachable manner on the holding device 30 .

Die Vorkammer 70 kann beim Betrieb der Zündeinrichtung 10 passiv betrieben werden, also mit anderen Worten als passive Vorkammer 70 eingesetzt werden. Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 kann ausschließlich über die Einspritzvorrichtung 80 Kraftstoff über die Austrittsöffnungen 84 direkt in den Brennraum 102 eingebracht (eingespritzt) werden und der Kraftstoff zusammen mit Luft anschließend über jeweilige Durchgangsöffnungen 76 der Vorkammer 70 in den Vorkammerinnenraum 72 gelangen.The antechamber 70 can be operated passively when the ignition device 10 is in operation, in other words it can be used as a passive antechamber 70 . During operation of internal combustion engine 100, fuel can be introduced (injected) directly into combustion chamber 102 via outlet openings 84 exclusively via injection device 80, and the fuel, together with air, can then pass through respective through-openings 76 of prechamber 70 into prechamber interior 72.

Anhand der Zündeinrichtung 10 kann insgesamt eine Vorkammer-Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgen und damit mögliche Schwerpunktlagen der Verbrennung (jeweilige Lage des Verbrennungsschwerpunktes) des Kraftstoff-Luft-Gemisches nach früh, also hin zu einem früheren Kurbelwinkelbetrag, idealerweise in Richtung eines oberen Totpunktes bis 5-8 Grad Kurbelwinkel nach Zünd-OT (oberer Totpunkt, in dessen Bereich die Zündung erfolgt), eines dem Brennraum 102 zugeordneten (nicht gezeigten) Kolbens der Verbrennungskraftmaschine 100 verlagert werden. Hierdurch kann die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches beschleunigt werden, sodass eine hohe Leistung bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis, also bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ=1, erzielt werden kann. Die Leistung bei dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis kann auch als λ1-Leistung bezeichnet werden.Ignition device 10 can be used to ignite the fuel-air mixture in the pre-chamber, and thus the possible focal points of combustion (respective position of the focal point of combustion) of the fuel-air mixture to be advanced, i.e. towards an earlier crank angle amount, ideally in the direction of an upper one Dead center to 5-8 degrees crank angle after ignition TDC (top dead center, in which area the ignition takes place), of a combustion chamber 102 associated (not shown) piston of the internal combustion engine 100 are shifted. As a result, the combustion of the fuel-air mixture can be accelerated, so that a high output can be achieved with a stoichiometric air-fuel ratio, ie with an air-fuel ratio of λ=1. The power at the stoichiometric combustion air ratio can also be referred to as λ1 power.

Die Zündeinrichtung 10 ermöglicht sowohl die hohe λ1-Leistung bei guter Verbrennungsschwerpunktlage als auch einen effizienten Niedriglastbetrieb sowie einen effizienten Katalysator-Heizbetrieb, kurz Kat-Heizbetrieb genannt, wobei durch Letzteren eine Betriebstemperatur (Light-Off-Temperatur) eines zur Abgasnachbehandlung von durch die Verbrennungskraftmaschine 100 emittierten Abgasen eingesetzten Katalysators (nicht gezeigt) besonders zügig erreicht werden kann. Die Aufgabe einer Zündung beim Katalysator-Heizbetrieb oder bei niedriger Last der Verbrennungskraftmaschine 100 kann zusätzlich oder alternativ auch eine (nicht gezeigte) zweite, ebenfalls beispielsweise als Zündkerze ausgebildete Zündvorrichtung der Verbrennungskraftmaschine 100 übernehmen. Diese zweite Zündvorrichtung kann an einer anderen Stelle als die Zündvorrichtung 50 in den Brennraum 102 ragen und mit dem Zylinderkopf 110 verschraubt sein. In diesem Falle wären für die beiden Zündvorrichtungen und die Einspritzvorrichtung insgesamt lediglich zwei Fixierstellen, insbesondere Steck-Plätze oder Schraub-Plätze, ausreichend.The ignition device 10 enables both the high λ1 output with a good combustion center position and efficient low-load operation as well as efficient catalytic converter heating operation, called catalytic converter heating operation for short, with the latter increasing an operating temperature (Light-Off-Tem temperature) of a catalytic converter (not shown) used for exhaust gas aftertreatment of exhaust gases emitted by internal combustion engine 100 can be achieved particularly quickly. The task of ignition during catalytic converter heating operation or at low load of internal combustion engine 100 can additionally or alternatively also be performed by a second ignition device (not shown) of internal combustion engine 100, also designed as a spark plug, for example. This second ignition device can protrude into the combustion chamber 102 at a different point than the ignition device 50 and can be screwed to the cylinder head 110 . In this case, only two fixing locations, in particular plug-in locations or screw locations, would be sufficient for the two ignition devices and the injection device.

Durch die Zündeinrichtung 10 können die Zündvorrichtung 50, die Einspritzvorrichtung 80 sowie die Vorkammer 70 gemeinsam auch bei geringem verfügbarem Bauraum reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf 110 verbunden werden.The ignition device 10 allows the ignition device 50, the injection device 80 and the antechamber 70 to be reversibly and detachably connected to the cylinder head 110 together, even when there is little installation space available.

Durch die Zündeinrichtung 10 ist eine kombinierte Nutzung der Zündvorrichtung 50 zusammen mit der Vorkammer 70 als sogenannte Vorkammerzündkerze sowie der Einspritzvorrichtung 80 als unmittelbar dem Brennraum 102 zugewandten und damit direkt in den Brennraum 102 einspritzenden Injektor ermöglicht, wobei die Zündvorrichtung 50, die Einspritzvorrichtung 80 und die Vorkammer 70 anhand der Haltevorrichtung 30 gemeinsam reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf 110 verbunden werden können und somit besonders wenig Bauraum beanspruchen.Ignition device 10 enables combined use of ignition device 50 together with prechamber 70 as what is known as a prechamber spark plug, and of injection device 80 as an injector that faces directly towards combustion chamber 102 and thus injects directly into combustion chamber 102, with ignition device 50, injection device 80 and the Antechamber 70 can be reversibly connected to the cylinder head 110 by means of the holding device 30 and thus take up very little space.

Neben der beschriebenen Verschraubung der Haltevorrichtung 30 über das Verbindungselement 32, welches vorliegend als Außengewinde ausgebildet ist, ist auch eine Steckverbindung zwischen der Haltevorrichtung 30 und dem Zylinderkopf 110 denkbar. Anhand der Steckverbindung kann ebenfalls eine besonders vorteilhafte, einfach herzustellende reversibel lösbare Verbindung geschaffen werden.In addition to the described screw connection of the holding device 30 via the connecting element 32, which in the present case is designed as an external thread, a plug-in connection between the holding device 30 and the cylinder head 110 is also conceivable. The plug-in connection can also be used to create a particularly advantageous, reversibly detachable connection that is easy to produce.

Durch die Haltevorrichtung 30 kann sichergestellt werden, dass die Zündvorrichtung 50, die Einspritzvorrichtung 80 sowie die Vorkammer 70 gemeinsam und damit gleichzeitig in einer jeweils korrekten Position und damit Ausrichtung relativ zueinander beim Verbinden der Zündeinrichtung 10 über die Haltevorrichtung 30 reversibel lösbar an dem Zylinderkopf 110 fixiert werden können.Holding device 30 can be used to ensure that ignition device 50, injection device 80 and prechamber 70 are fixed to cylinder head 110 in a reversibly detachable manner together and thus simultaneously in a respective correct position and thus alignment relative to one another when connecting ignition device 10 via holding device 30 can become.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Zündeinrichtungignition device
3030
Haltevorrichtungholding device
3232
Verbindungselementfastener
5050
Zündvorrichtungignition device
5252
Zündvorrichtungsendeignitor end
5656
Längsachselongitudinal axis
7070
Vorkammerantechamber
7272
Vorkammerinnenraumantechamber interior
7474
Vorkammerendeantechamber end
8080
Einspritzvorrichtunginjection device
8282
Einspritzvorrichtungsendeinjector end
8484
Austrittsöffnungexit port
8686
Längsachselongitudinal axis
100100
Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
102102
Brennraumcombustion chamber
110110
Zylinderkopfcylinder head
KK
Kraftfahrzeugmotor vehicle
xx
Längserstreckungsrichtunglongitudinal direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 112011103649 T5 [0003]DE 112011103649 T5 [0003]

Claims (7)

Zündeinrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100), mit wenigstens einer Zündvorrichtung (50), welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum (102) der Verbrennungskraftmaschine (100) ausgebildet ist, sowie mit einer Haltevorrichtung (30), an welcher die wenigstens eine Zündvorrichtung (50) fixiert ist und welche zumindest ein Verbindungselement (32) zur reversibel lösbaren Verbindung der Haltevorrichtung (30) mit einem den Brennraum (102) zumindest bereichsweise begrenzenden Zylinderkopf (110) der Verbrennungskraftmaschine (100) aufweist, und mit zumindest einer Vorkammer (70), welche einen Vorkammerinnenraum (72) umfasst, in welchen ein zur Abgabe von Zündenergie zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebildetes Zündvorrichtungsende (52) der Zündvorrichtung (50) wenigstens bereichsweise eingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (10) eine an der Haltevorrichtung (30) fixierte Einspritzvorrichtung (80) umfasst, welche ein außerhalb des Vorkammerinnenraums (72) angeordnetes Einspritzvorrichtungsende (82) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (84) zum Ausbringen von Kraftstoff in den Brennraum (102) aufweist.Ignition device (10) for an internal combustion engine (100), with at least one ignition device (50) which is designed to ignite a fuel-air mixture in a combustion chamber (102) of the internal combustion engine (100), and with a holding device (30), on which the at least one ignition device (50) is fixed and which has at least one connecting element (32) for the reversibly detachable connection of the holding device (30) to a cylinder head (110) of the internal combustion engine (100) that at least partially delimits the combustion chamber (102), and with at least one prechamber (70) which comprises a prechamber interior (72) into which an ignition device end (52) of the ignition device (50) designed to release ignition energy for igniting the fuel-air mixture is inserted at least in regions, characterized in that the ignition device (10) on the holding device (30) fixed injection device (80) comprises, which a outside of the antechamber interior (72) arranged injection device end (82) having at least one outlet opening (84) for discharging fuel into the combustion chamber (102). Zündeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (32) als Gewinde ausgebildet ist, über welches die Haltevorrichtung (30) zur reversibel lösbaren Verbindung mit dem Zylinderkopf (110) verschraubbar ist.Ignition device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connecting element (32) is designed as a thread, via which the holding device (30) can be screwed to the cylinder head (110) for the reversibly detachable connection. Zündeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zündvorrichtung (50) als Zündkerze ausgebildet ist.Ignition device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one ignition device (50) is designed as a spark plug. Zündeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzvorrichtungsende (82) ein die Vorkammer (70) begrenzendes Vorkammerende (74) in Längserstreckungsrichtung (x) der Zündeinrichtung (10) überragt oder ein die Vorkammer (70) begrenzendes Vorkammerende (74) das Einspritzvorrichtungsende (82) in Längserstreckungsrichtung (x) der Zündeinrichtung (10) überragt.Ignition device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the injection device end (82) protrudes beyond a prechamber end (74) delimiting the prechamber (70) in the longitudinal direction (x) of the ignition device (10) or a prechamber end delimiting the prechamber (70). (74) protrudes beyond the injection device end (82) in the longitudinal direction (x) of the ignition device (10). Verbrennungskraftmaschine (100), umfassend eine Zündeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Haltevorrichtung (30) reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf (110) der Verbrennungskraftmaschine (100) verbunden ist.Internal combustion engine (100), comprising an ignition device (10) according to one of Claims 1 until 4 , whose holding device (30) is reversibly detachably connected to the cylinder head (110) of the internal combustion engine (100). Verbrennungskraftmaschine (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff ausschließlich über die Einspritzvorrichtung (80) direkt in den Brennraum (102) einbringbar ist.Internal combustion engine (100) after claim 5 , characterized in that fuel can be introduced directly into the combustion chamber (102) exclusively via the injection device (80). Kraftfahrzeug (K) mit einer Verbrennungskraftmaschine (100) nach Anspruch 5 oder 6.Motor vehicle (K) with an internal combustion engine (100). claim 5 or 6 .
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20010050069A1 (en) 2000-06-07 2001-12-13 Radu Oprea Direct fuel injection and ignition system for internal combustion engines
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US9964023B1 (en) 2015-05-01 2018-05-08 Darius Teslovich Prechamber for internal combustion engine

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