DE2831452A1

DE2831452A1 - Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer in eine zuendkammer eingesetzten zuendeinrichtung

Info

Publication number: DE2831452A1
Application number: DE19782831452
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Dr Latsch; Dieter Dipl Ing Scherenberg; Hans Schlembach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: JPS621091B2; GB2025525B; FR2431602B1; GB2025525A; FR2431602A1; JPS5517689A; US4327681A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Brennkraftmaschinen ähnlicher Art besteht, wenn sie mit einem Kraftstoff-Luftgemisch betrieben werden, das fremdgezündet werden muß, der Nachteil, daß dieses Gemisch, insbesondere, wenn es kraftstoffarm gehalten wird, in der Zündkammer schlecht zündet, wodurch eine ungleichförmige Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Um eine ausreichende, sichere Zündung und Reaktion der Betriebsstoffe miteinander bei möglichst geringem Kraftstoffanteil zu erzielen, wurden verschiedene Wege begangen, die darauf hinauslaufen, durch Schichtung eine Gemischanreicherung nahe der Zündstelle in der Zündkammer zu erzielen. Durch Steigerung des Temperaturniveaus in der Zündkammer läßt sich ferner die Zündfähigkeit des mageren Kraftstoff-Luftgemisches erhöhen, wobei jedoch vermieden werden muß, daß aufgrund hoher Temperaturen SelbstZündungen auftreten.

Bei einer bekannten Einrichtung wurde dazu die Temperatur der Zündkammerwand geregelt. Das erfolgt durch Verwendung eines die Zündkammer umgebenden Wärmerohres, das, solange die Zündkammer kalt ist, verhindert, daß die dort entstehende Wärme sofort zu den gekühlten Räumen der Brennkraftmaschine abgeleitet wird und bewirkt, daß erst bei einstellbaren hohen Temperaturen eine erhöhte Wärmeleitung zu den gekühlten Wänden der Brennkraftmaschine eintritt. Bei dieser bekannten Einrichtung wurde ferner vorgeschlagen, die Zündfunkenstrecke innerhalb der Wandgrenzschicht zwischen einer Elektrode und der Wand der Zündkammer überspringen zu lassen. Eine Erhöhung der Abmagerung des Betriebsgemisches und damit die zur sicheren Zündung bedingte Erhöhung der Wandtemperatur der Zündkammer bei Verwendung von Kerzen mit hakenförmigen Elektroden führte jedoch zur starken Überhitzung der Elektroden und zu Glühzündungen mit anschließender thermischer Zerstörung der Kerze. Zudem wirkt eine eingeschraubte Zündkerze insbesondere mit dem die Keramik der Zündkerze umgebenden

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Metallgehäuse als Wärmesenke in Bezug auf die Zündkammer, so daß bei der konventionell ausgebildeten Zündkerze im Bereich der Zündelektroden das Temperaturniveau in unvorteilhafter Weise gesenkt wird. Bei der bekannten Einrichtung ist die Zündkerze diametral der Austrittscffnung des überströmkanais gegenüberliegend angeordnet. Es hat sich ergeben, daß bei einer solchen Anordnung und bei großem Verhältnis von Länge zu Querschnittsfläche der Zündkammer starke akustische Schwingungen bei der auf die Zündung hin erfolgenden Expansion auftreten.

Bei Zündkammern,die vom Hauptbrennraum her mit frischem Kraftstoff-Luftgemisch versorgt werden müssen, besteht das Problem des Gaswechsels bzw. das Problemen die Zündstelle zum Zündzeitpunkt ein frisches, vorzugsweise angereichertes restgasfreies Kraftstoff/Luftgemisches zu bringen, um eine gesicherte Zündung in allen Betriebsbereichen zu erhalten. Dazu wurden verschiedene Vorschläge gemacht, die einen Spüleffekt der Zündkammer nach erfolgter Expansion beim Eintreffen des frischen Kraftstoff/Luftgemisches bewirken sollen.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Zündfunkenstrecke direkt am Eintritt des ü^;;=rströnkanals in der. Brennraum (DE-OS 25 038 11) zu legen -, "tfs gesichert ist, daß dort zum Zündzeitpunkt ein frisches Kraftstoff/Luftgemisch vorliegt. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß wegen der langen, in den Brennraun frei verlaufenden Elektrode und der hohen Umsetzenergie an der Zündstelle diese Elektrode so hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, daß sie alsbald zerstört

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Zündung zu einer optimal erwärmten Wand hin an einer Steile möglieh ist, bei der eine ausreichende Versorgung

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mit frischem Kraftstoff/Luftgemisch gesichert ist. Die noch verbliebenen Restgasbestandteile werden durch das eindringende frische Kraftstoff/Luftgemisch in die Zündkammer an deren hinterste, von der Zündstelle entfernten Stelle verdrängt. Durch eine Einrichtung zur Ableitung der Wärmemenge von der Elektrode der Zündeinrichtung wird in vorteilhafter Weise die Überhitzung der Elektrode vermieden. Die Lage der Zündstelle verhindert ferner die Ausbildung von starken akustischen Schwingungen und mindert die Geräuschemission. Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt ferner eine sehr hohe Abmagerung des Kraftstoff/Luftgemisches.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Brennkraftmaschine möglich. Insbesondere vorteilhaft ist, daß ein Temperaturfühler in der Wand zwischen Wärmerohr und Zündkammer vorgesehen ist und der Temperaturfühler mit einer Einrichtung zur Beeinflussung des Warmlaufes der Brennkraftmaschine, der Abgasrückführung oder der Zündzeitpunktverstelleinrichtung verbunden ist. Dadurch werden alle Faktoren, die sich auf die Temperaturbildung in der Zündkammer und die einwandfreie Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches in Abhängigkeit dieser Temperatur auswirken, berücksichtigt, so daß in allen Betriebsbereichen eine gesicherte Zündung bei größtmöglicher Abmagerung erzielbar ist.

Zeichnung

Sieben Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeichnet Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer bis kurz vor der Zündstelle ummantelten Elektrode der Zündeinrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Bereich der überströmkanäle, Pig. eine Ausführungsform der Nebenkammer, die sich in einem eingeschraubten Einsatz befindet und durch einen durch Einbördelung fixierten, die Zündelektrode aufnehmenden Kerzenstein stirnseitig verschlossen ist. Fig. 3 ein drittesAusführungsbeispiel, bei dem der

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die Zündkammer aufnehmende Einsatz in eine Bohrung im Zylinderkopf eingeschoben ist und in der Lage durch ein Einschraubstück, das die Zündeinrichtung trägt, fixiert ist, Fig. 5 eine Detailausgestaltung des die Zündelektrode umgebenden Keramik-Körpers im Schnitt, Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung zur Ausführungsform nach Fig. 5, Fig. 7 eine Ausführungsform der Nebenkammer, bei der die Zündeinrichtung eine verstärkte Mittelelektrode aufweist, die einen Wärmeleitkörper enthält, Fig. 8 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig.

Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein Teilstück einer Brennraumwand 1 der Brennkraftmaschine mit von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlräumen 2. Die Brennraumwand weist an der gezeigten Stelle eine sich zum Hauptbrennraum 3 im Durchmesser verringernde Stufenbohrung 4, 5 auf, deren oberer, im Durchmesser vergrößerter Teil 5 mit einem Innengewinde versehen ist. In diese Stufenbohrung ist ein Einsatz 7 eingeschraubt, der eine Zündkammer 8 enthält, die einen langgezogenen, geschlossen Kreis-Zylinder bildet. Der Einsatz 7 ist mit seinem unteren Teil 9 in den Stufenbohrungsteil 4 eingepaßt und weist ein Schraubteil 10 auf, mit dem er in den oberen Stufungsbohrungsteil 5 eingeschraubt ist.

Der untere Teil 9 des Einsatzes 7 ragt soweit in den Hauptbrennraum 3j daß zwei unmittelbar vor deijdem Hauptbrennraum zugewandten Stirnseite 12 von der Zündkammer abgehende Überströmkanäle 14 frei in den Hauptbrennraum 3 auftreten können. Die Überströmkanäle verlaufen dabei im wesentlichen radial zur Achse der Zündkammer 3 und münden tangential in die Zündkammer 8 ein. Dies ist der Fig. 2 zu entnehmen, die einen Schnitt durch die Überströmkanäle zeigt.

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Die gegenüberliegende zweite stirnseitige Wand der Zündkammer wird durch einen Keramikkörper 15 gebildet, von dem ein kegelstumpfförmiger Teil 16 in die Zündkammer ragt und dort mit der Spitzen-Kreisfläche in einem Bereich der Zündkammer endet, der in der unteren Hälfte der axialen Erstreckung der Zündkammer 8 liegt. Der Basiskreis des kegelstumpfförmigen Teils 16 füllt dabei den Querschnitt der Nebenkammer vollständig aus.

Mit einem bundartig erweiterten Teil 19 des Keramikkörpers und einer Schraubhülse 20, die in den Schraubteil 10 eingeschraubt ist, wird der Keramikkörper 15 in dem Einsatz 7 fixiert, so daß die Zündkammer dicht verschlossen wird. Durch den Keramikkörper verläuft in der Art einer Zündkerze eine Elektrode 22 koaxial bis in den kegelstumpfförmigen Teil 16, wo sie am Rand des Spitzen-Kreises 18 seitlich zur zylindrischen Wand 23 der Zündkammer hin austritt und dort mit der zylindrischen Wand eine Funkenstrecke 24 bildet. Diese liegt in der unteren Hälfte bis unteren Drittel der Zündkammerlänge. Der Keramikkörper 15 mit der Elektrode 22 bildet die Zündeinrichtung für ein in die Zündkammer 8 eingebrachtes Kraftstoff/Luftgemisch.

In der Wand des Einsatzes 7 ist ein ringförmiges Wärmerohr 26 eingesetzt, das sich axial gesehen über die gesamte Länge der zylindrischen Wand 23 der Zündkammer 8 erstreckt.

Nur im Bereich des Durchtritts der Überströmkanäle 14 ist, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, das ringförmige Wärmerohr eingezogen. Das Wärmerohr ist in üblicher Weise mit einem Verdampferteil, einem Kondensationsteil und einem das kondensierte Verdampfungsmedium auch entgegen der Schwerkraft fördernden Transportteil, der für den Transport der Flüssigkeit sich der bekannten Kapillarwirkung bedient, versehen. Dazu sind die Wände des Wärmerohrs 26 kapillar zerklüftet, was z. B. durch ein eingelegtes wärmebeständiges Netz oder durch poröse "Aufträge auf die Wände bzw. Einarbeitung einer kapillaren Struktur erzielbar ist. Wärmerohre sind für sich bekannt und brauchen in ihrer Funktion hier nicht näher erläutert werden.

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Das Wärmerohr ist mit einem Verdampfermedium gefüllt, das so ausgewählt ist, daß die gewünschte maximale Temperatur im Hinblick auf die geometrische Auslegung der Zündkammerj die Brennverhältnisse und die Kühlverhältnisse an der zylindrischen Wand 23 der Zündkammer eingehalten werden kann.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das Wärmerohr bis auf den Bereich, in den die Überströmkanäle 14 austreten, über die gesamte Länge der zylindrischen Wand 23. Mit Hilfe des Wärmerohrs und seiner Wärmeleitcharakteristik läßt sich eine gleichmäßige Temperaturverteiluhg über die gesamte zylindrische Kammerwand erreichen. Durch das Wärmerohr wird während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine eine Isolierung erzielt, der Art, daß die in der Zündkammer bei einer Verbrennung entstehende Wärme nur in sehr geringem Maße zu den Kühlräumen 2 der Brennkraftmaschine abströmen kann. Im kalten Zustand unterhalb der Verdampfungstemperatur des Verdampfermediums ist die erhöhte Wärmeleitfähigkeit eines Wärmerohrs außer Kraft gesetzt, so daß ein Wärmerohr in diesem Zustand als Isolator wirkt. Erst bei stärkerer Aufheizung tritt das Wärmerohr in Tätigkeit und verhindert dann im betriebswarmen Zustand, daß die zylindrische Wand überhitzt wird. Man erhält somit eine sehr schnelle Aufwärmung der Zündkammerwände und schnell die Möglichkeit, auch ein stark abgemagertes Kraftstoff/ Luftgemisch zu zünden.

Das in den Hauptbrennraum 3 eingebrachte Kraftstoff/ Luftgemisch wird während des Kompressionshubs des hier

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nicht gezeigten Kolbens verdichtet und über die Überströmkanäle 14 auch in die Zündkammer 8 eingebracht. Das dort von dem zuvor erfolgten Verbrennungsvorgang zurückgebliebene Restgasgemisch nach Entspannung und Ausschub der übrigen Restgase aus dem Hauptbrennraum wird durch das eindringende Frischgemisch, das aufgrund der tangentialen Einmündung der Überstromkanäle 14 einen aufsteigenden Wirbel bildet, in den ringförmig den kegelstumpfförmigen Teil 16 umgebenden Teil der Zündkammer zurückgedrängt. Dieser ringförmige Teil kann somit als Aufnahmeraum 28 betrachtet werden, in den das Restgas von der Zündstelle im Bereich der Funkenstrecke 24 hinweg durch die Frischladung geschoben wird. Bei der Funkenstrecke 24 befindet sich somit das frische Kraftstoff/Luftgemisch, das aufgrund der starken Rotation im wandnahen Bereich mit Kraftstoff angereichert ist. Dadurch also, daß die Funkenstrecke in der unteren Hälfte der Zündkammer vorgesehen ist, wird garantiert, daß im Bereich der Funkenstrecke vor dem Zündzeitpunkt ein in hohem Maße restgasfreies Kraftstoff/Luftgemisch vorliegt. Je näher dabei die Funkenstrecke der Eintrittsstelle des Frischgemisches durch die Überstromkanäle liegt, desto besser wird die Zündfähigkeit des Gemisches, aber auch umso höher die thermische Belastung und die Anforderungen an die Wärmeableitung. Gleichzeitig geht aber auch ein Teil der vorwärmenden Wirkung der heißen Wände auf das eingeschobene Gemisch verloren. Eine vorteilhafte Lösung ist eine Funkenstreckenlage im Bereich der unteren Hälfte bis zum unteren, den Überströmkanälen zugeordneten Drittel der Zündkammerlänge· Wegen der Verlangsamung der Luftgeschwindigkeit bis auf 0 in der Wandgrenzschicht werden in diesem Bereich sehr gute

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Voraussetztungen für eine Entflammung des Gemisches geschaffen, da der Funken nur noch in sehr geringem Maße durch das strömende Gemisch abgelenkt wird. Aufgrund der obenbeschriebenen Ausgestaltung ist es möglich, sehr stark abgemagerte Kraftstoff/Luftgemische noch einwandfrei bei geringstem Aufwand an Zündenergie zu zünden.

Die während der Verbrennung in der Zündkammer auf die Elektrode 22 übergehende Wärme wird sehr schnell von dem kegelstumpfförmigen Teil 16 des Keramikkörpers

15 aufgenommen und von diesem an die gekühlten Wände der Brennkraftmaschine abgeleitet. Vorteilhaft ist dazu der kegelstumpfförmige Teil bis kurz an die Zündstelle hingeführt und insbesondere kegelstumpfförmig ausgebildet, damit ein Wärmetransport durch diesen Keramikkörperteil ohne Bildung von Wärmestaus oder-Nestern erfolgen, kann. Durch diese Form wird ein Minimum an wärmeaufnehmender Oberfläche im Verhältnis zum wärmeableitenden Querschnitt erzielt. Vorteilhafte Ausmessungen sind eine Verhältniszahl von 1 für die Länge des kegelstumpfförmigen Teils

16 zu seinem Durchmesser am Fuß oder eine Verhältniszahl von 0,5 für die Fläche des Spitzen-Kreises zur Fläche des Fußkreises.

Die etwa unter einen Winkel von 45° zur Achse der Zündkammer 8 verlaufende Elektrode ist in vorteilhafter Weise an ihrem Ende leicht abgebogen, so daß ein Abbrand der Elektrode sich nicht wesentlich auf die Länge der verbleibenden Funkenstrecke auswirkt.

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Neben der gesicherten Versorgung der Zündstelle mit frischem Kraftstoff/Luftgemisch hat die Ausgestaltung weiterhin den Vorteil, daß warme Restgase in dem Aufnahmeraum 28 bleiben, und somit insbesondere in der Warmlaufphase zur schnellen Erwärmung der zylindrischen Wand der Zündkammer 8 beitragen. Die dort an die zylindrische Wand abgegebene Wärme wird mit Hilfe des Wärmerohres in fortgeschrittener Aufheizphase gleichmäßig verteilt, so daß es zu keinen örtlichen Überhitzungen der zylindrischen Wand kommen kann.

Durch die Ausgestaltung wird weiterhin vermieden, daß die Zündstelle an der, den Eintrittsöffnungen der Überströmkanäle gegenüberliegenden Wand der Zündkammer liegt. Bei derartigen Anordnungen treten je nach Größe des Zündkammervolumens mehr oder weniger starke akustische Schwingungen auf, die einen erheblichen Anteil an der Geräuschemission der Brennkraftmaschine haben. Die Nähe der Schußkanäle zur Zündstelle wirkt sich weiterhin vorteilhaft dahin aus, daß die von der Zündstelle ausgehende Flammenfront schnell zu den Überströmkanälen transportiert wird, so daß ein großer Teil des in die Zündkammer eingebrachten Gemisches in dieser verbrennt, was zu einer besonders guten Aufheizung der Wände der Zündkammer bei Leerlauf- und Teillastbetrieb führt. Die Verbrennung wird danach im Hauptbrennraum fortgesetzt, wo durch Ausrichtung der Schußkanäle eine Optimierung im Sinne eines gleichmäßigen Umsatzes der Restladung im Hauptbrennraum erzielt werden kann. Diese Optimierung ist ferner dadurch erreichbar, daß das Zündkammervolumen möglichst klein gehalten wird. Es sollte zwischen 1 und 5 % des Kompressionsendvolumens des Gesamtbrennraums betragen, das Volumen des Aufnahmeraums 28 für das Restgas dagegen ca. 30 - 40 % des Volumens der Zündkammer aufweisen.

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Die Ausgestaltung nach Fig. 1 bietet weiterhin den Vorteil, daß die Elektrode 22 in Bezug auf die Winkellage der eintretenden Überströmkanäle 14 eingestellt werden kann und in dieser Stellung durch Pestdrehen der Schraubhülse 20 fixiert wird. Hiermit kann eine günstigste Lage der Zündstelle bzw. der Funkenstrecke 24 in Bezug auf die Lage der überströmkanäle 14 eingestellt werden.

Die Ausgestaltung nach Fig. 3 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Es wird daher auf die obige Beschreibung-verwiesen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist hier jedoch der Einsatz 7¹' als insgesamt zylindrischer Teil ausgebildet und weist am Außenumfang ein Gewinde 29 auf, mit dem er in eine entsprechende Gewindebohrung 4', die durch die Zylinderkopfwand 1 geht, eingeschraubt ist. Statt mit der Schraubhülse 20 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist hier der Keramikkörper 5 durch eine Bördelung 30 am außenliegenden Ende des Einsatzes 7^! fixiert. Eine Ausrichtung der Überströmkanäle 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einfacher Weise von außen vornehmbar, indem der Einsatz 7' verdreht wird und in der Lage durch eine außerhalb auf das Gewinde 29 aufgeschraubte Kontermutter fixiert wird. Für die Ausrichtung kann außerhalb eine Markierung angebracht werden. Man kann so in sehr einfacher Weise die Richtung der Überströmkanäle und der daraus austretenden Flammstrahlen, die die Restladung im Hauptbrennraum 3 entzünden sollen_a so ausrichten, daß im Hauptbrennraum eine sehr günstige vollständige Verbrennung unter Vermeidung des Klopfens auftrennt. Die Überströmkanäle sind dabei so in Bezug auf die angrenzende Brennraumwand ausgerichtet, daß die daraus

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austretenden Flammstrahlen etwa parallel zu den angrenzenden Wänden und nahe dieser Wände verlaufen. Auf diese Weise erhält man durch -eine langsame und kontinuierliche Verbrennung unter Vermeidung von Temperaturspitzen im wandnahen Bereich ein Abgas, das relativ wenig NO -Bestandteile enthält. Dies ist'insofern sehr vorteilhaft, als gerade diese ΝΟχ-Bestandteile nur unter erschwerten Bedingungen aus dem Abgas entfernbar sind

und da dennoch der Gesetzgeber bei den Vorschriften über die Reinhaltung der Abgase von Schadstoffen sehr strenge Grenzen für den NO -Gehalt gesetzt hat.

Die Zahl der Überströmkanäle 14 richtet sich letztendlich nach der Form der Brennräume, denen die Zündkammer zugeordnet ist. Bei starker Zerklüftung werden mehrere solcher Kanäle für eine gleichmäßige Entflammung notwendig sein. Um dabei noch gute Ergebnisse für. die Entflammung zu erzielen, sollte die Austrittsfläche aller Überströmkanäle zusammen geteilt durch das Volumen der Zündkammer etwa 0,1 cm "^ betragen. Ist jedoch nur ein einziger Überströmkanal vorgesehen, so ist die günstigste Ausrichtung des Kanals die, daß der austretende Flammstrahl auf das Auslaßventil gerichtet ist. Dies führt zu einer Verminderung der Klopfneigung der Brenn^kraftmaschine. Dies Vorstehende gilt in gleicher Weise für das zuvor beschriebene Beispiel nach Fig. 1 sowie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele. Wie bei Fig. 1 kann hier eine Verminderung der akustischen Schwingungen in der Zündkammer dadurch erzielt werden, daß das Verhältnis von Höhe zu Länge der Zündkamnier. angenähert 1 ist und das Volumen der Zündkammer in Bezug auf das Kompressionsendvolumen des Hauptbrennkraumes sehr klein (1-5 %) gehalten wird.Weiterhin wirkt sich günstig für die Verminderung der Geräuschemission die Tatsache aus, daß bei der vorliegenden Ausgestaltung die Flammenausbreitung von der Zündstelle zu den Überströmkanälen hin beschleunigt wird, was auf die Lage der Zündstelle in Verbindung mit der Ausbildung eines Aufnahmeraums 23 zurückzuführen ist.

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Als zusätziiche Ausgestaitung kann bei soichen mit Wärmerohr ausgestatteten Zündkammern der Art, wie sie in dieser Anmeidung beschrieben sind, an der die Zündkammer von dem Wärmerohr trennenden Wand ein Temperaturmeßfühler 33 angebracht werden, dessen AnschuLuß 34 nach außen geführt wird und mit einer Regel·- einrichtung 35 verbunden wird. Die Regeieinrichtung verarbeitet das Temperatur signal· al·s Steuergröße zur Regeiung bzw. zur Beeinfiussung des Kraftstoff/Luftgemisches (z.B. während des Warmiaufes), der Abgasrückführung oder der Zündeinrichtung. Ist die Wandtemperatur noch zu niedrig, so muß zur einwandfreien Durchzündung während des Warmlaufes das Kraftstoff/Luftgemisch mit Kraftstoff angereichert werden oder zunächst auf eine Abgasrückführung verzichtet werden. Andererseits läßt sich bei gleichbie ibenden Bedingungen die Äufwärmung der Zündkammer schne^er durch Veränderung des Zündwinkeis nach "früh" erreichen. Durch die genannten Maßnahmen iassen sich die an sich schon extrem guten Eigenschaften des Systems nach dem Motor start weiter verbessern.

Fig. 4 zeigt eine weiterhin modifizierte Lösung des Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3. Hier ist statt eines mit einem Gewinde versehenen Einsatzes 7 iedigiich ein Einsatz 7¹¹ vorgesehen, der in den unteren Stufenbohrungsteil· 4 eingesetzt ist. Der Einsatz 7^!t umfaßt dabei iedigiich den Teil· des Einsatzes 7 von Fig. 1, der den zyiindrischen Raum der Zündkammer und das Wärmerohr 26 enthält. In dem oberen Stufenbohrungsteil 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel· nach Fig. 1 ist hier ein Einschraubstück 37 vorgesehen, das in das Gewinde des oberen Stufenbohrungsteiis 5 eingreift und die Drehwinkellage des Einsatzes 7'' fixiert. Das Einschraubstück 37 ist gleichzeitig Träger des Keramikträgers 15, der dort in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel· nach Fig. 1 oder nach Fig. 3 fixiert werden kann. Auf eine entsprechende Darstellung wurde bei Fig. 4 verzichtet.

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Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 3 füllt hier der Keramikkörper 15 den Durchmesser der Zündkammer 8 am Fuße des kegelförmigen Teils 16 vollständig aus. In alternativer Ausgestaltung wurde die Elektrode 22 koaxial durch den rotationssymmetrisch gestalteten Keramikkörper durchgeführt und in der Stirnfläche an der Spitze des kegelstumpfförmigen Teils 16 eine Nut 39 vorgesehen, in die hinein die seitlich abgebogene Mittelelektrode 22 gebettet wird, so daß nur noch der etwa im Winkel von 45 zur Keramikkörperachse wegstehende und zur zylindrischen Wand hinragende Teil der Elektrode 22 die Kontur des kegelstrumpfförmigen Teils 16 überragt. Auf diese Weise wird einerseits die Herstellung der Zündeinrichtung vereinfacht, andererseits aber auch die Elektrode im Bereich der Nut 39 gegen Wärmeaufnahme geschützt und die Wirbelausbildung in der Zündkammer so wenig wie möglich gestört. ■

In Fig. 6 zeigt anhand einer Draufsicht die soeben beschriebene Elektrodenform. Fig. 5 hingegen zeigt die bei den Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 3 verwirklichte Ausführungsform.

Weiterhin ist bei der Ausführung nach Fig. 4 der kegelst ump ff ö'rmige Teil 16 des Keramikkörpers mit einem stegförmigen Teil 40 versehen, der sich vom Fußkreis des kegelstumpfförmigen Teils 16 bis zum Spitzenkreis erstreckt und den ringförmigen Aufnahmeraum 28 in eine ringsegmentförmige Kammer umformt, da sich der stegförmige Teil 40 bis hin zur zylindrischen Wand der Zündkammer 8 erstreckt. Bei der Ausgestaltung; nach Fig. 4 ist dieser Steg; auf den Keramikkörper 16 aufgesetzt, wie das auch im Schnitt nach Fig. 5 erkennbar ist. In technisch äquivalenter Weise kann andererseits auch ein Steg 40' auf die zylindrische Wand 23 aufgesetzt werden, der sich dann bis hin zu dem kegelstumpfförmigen Teil 16 erstreckt. Diese Ausgestaltung ist im Schnitt der Fig. 6 zu entnehmen.

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Durch diesen stegförmigen Teil 40 kommt es zu einer Beruhigung der Drehbewegung der in den Aufnahmeraum 28 eintretenden Restgase. Damit wird eine rückflutende Verwirbelung mit den im unteren Teil der Zündkammer befindlichen Frischgemischanteilen verhindert und ferner auch erreicht, daß der Wärmaustausch zur zylindrischen Wand gesenkt wird. Insbesondere erfolgt dies im Bereich des Steges 40 bzw. 40', der sich diametral gegenüber der Lage der Funkenstrecke 24 befindet. In den restlichen Bereichen ist der Wärmeübergang zur zylindrischen Wand aufgrund größerer Restbewegung größer, so daß die Aufheizung dieser Wandteile insbesondere bis hin zu der Stelle, an der der Funken überspringt, begünstigt wird. Damit erhält man wiederum eine schnellere Erwärmung der Zündkammerwand und des diese umspülenden Gemisches bei insgesamt verringerter Wärmebelastung der übrigen Teile.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 7 ist ein Einsatz J¹ ' vorgesehen, der, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in eine Stufenbohrung 4, 5 dicht eingesetzt wird und ein flanschartig ausgebildetes Oberteil 4l besitzt, das mit Hilfe von beispielsweise Stehbolzen, die hier nicht dargestellt wurden, gesichert ist. Der Einsatz besitzt in gleicher Weise wie der Einsatz 7 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein ringförmiges Wärmerohr 26 und einen Überströmkanal 14, der den Hauptbrennraum 3 mit der Zündkammer 8 im Innern des Einsatzes verbindet. Abweichend von der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist als Mittelelektrode eine stark verdickte Elektrode 44 vorgesehen, die jedoch ebenfalls in einem Keramikkörper 45 gehalten wird, der in einem mit dem flanschartigen Oberteil 41 verbundenen Kühlkörper 47 eingebettet ist. Der Kühlkörper weist Kühlrippen 48 auf zur Verbesserung der Wärmeabgabe an die Umgebungsluft.

Die Elektrode 44 hat in ihrem Inneren eine wärmeleitende Zone 49j die einen verbesserten Wärmetransport von wärmeaufnehmenden Teilen der Elektrode zu wärmeabgebende Teile der Elektrode in Bereichen des Kühlkörpers 47 gewährleistet. Als wärmeleitende Zone wird in vorteilhafter Weise ein Wärmerohr verwendet, mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften. Im übrigen besitzt

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die dicke Elektrode 44 an ihren in die Zündkammer reichenden Ende eine Durchmessererweiterung 50, die sich zur zylindrischen Wand 23 der Zündkammer hin erstreckt und die Größe der Funkenstrecke 24 bestimmt. Die Funkenstrecke liegt dabei wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Bereich zwischen der Hälfte der Zündkammerlängsstreckung und den Eintrittsöffnungen der Überströmkanäle 14. Vorteilhaft ist die Lage zwischen den Werten halbe Zündkammerlänge und ein Drittel der Zündkammerlänge ausgehend von den Eintrittsöffnungen der Überströmkanäle.

Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist hier der Keramikkörper in Form eines Steges 4 2 bis nahezu zum Ende der Elektrode "44 heruntergezogen. Dort ist der Steg halbringförmig vergrößert, so daß nahe dem Ende der Elektrode der Keramikkörper diese mit einem solchermaßen gebildeten haibringförmigen Bund 43 so umfaßt, daß nur noch etwa in einem Winkelbereich von 60 eine freie Verbindung zwischen dem unteren Teil der Zündkammer und dem somit abgegrenzten Aufnahmeraum 51 im oberen Teil der Zündkammer 8 verbleibt. Diese freie Verbindung kann als Verbindungskanal 46 zwischen Aufnahmeraum 51 und der verbleibenden Zündkammer 8 angesehen werden. Dabei liegt die Funkenstrecke 24 in der Mitte eines aus dem Aufnahmeraum 51 über den Verbindungskanal 46 austretenden Gasstromes. ■

Durch diese Ausgestaltung wird eine gute Spülung der Zündstelle von zunächst noch in der Zündkammer befindlichen verbrannten Gasen erreicht, die größtenteils in den Raum 51 geschoben werden. Gleichzeitig erhält man eine gute Erwärmung der Zündkammerwand im Bereich der Zündstelle.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch die Ausgestaltung nach Fig. 7 im Bereich des halbringförmigen Bundes.

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Claims

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29-5.1978 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

(I). Brennkraftmaschine mit einer mit einem Hauptbrennraum durch wenigstens einen übertrömkanal verbundenen Zündkammer, die einen geschlossenen Kreis-Zylinder bildet, dessen Wand auf der einen Seite zum Teil in den Hauptbrennraum ragt und dort wenigstens einen, zur Achse des Zylinders im wesentlichen radial und zum Zylinderumfang tangential am unteren Ende des Zylinders abgehenden Überströmkanal aufweist und daß auf der gegenüberliegenden Stirnseite eine zur zylindrischen Wand der Zündkammer als zweite Elektrode zündende Zündeinrichtung in die Zündkammer ragt, deren zylindrische Wand wenigstens teilweise durch ein ringförmiges Wärmerohr von gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine getrennt ist und die Wandtemperatur durch die temperaturabhängig änderbare Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres geregelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung eine Elektrode (22) aufweist, die im Bereich zwischen Mitte der axialen Erstreckung der Zündkammer und der Einmündung des Überströmkanals (14) zur zylindrischen Zündkammerwand die Funkenstrecke (24) bildet, und die Elektrode mit einer Einrichtung zur Ableitung der Wärmemenge versehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeableitung die Elektrode einen relativ großen Durchmesser hat und am zündkammerseitigen Ende eine Durchmessererweiterung (50) aufweist, deren Abstand zur Zündkammerwand die Länge der Funkenstrecke (24) bestimmt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode als ringförmiger, überstehender Bund ausgeführt ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Elektrode (44) eine gut wärmeleitende Zone (49) vorgesehen ist.

5· Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Zone eine Wärmerohr (49) ist, das zu gekühlten, außerhalb der Zündeinrichtung liegenden Teilen führt,

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (22) von einem kegelstumpfförmigen ,in die Zündkammer (8) ragenden Keramikkörper (15) gehalten wird, der der Wärmeabfuhr dient.

7- Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (22) koaxial durch den Keramikkörper (15) geführt ist und innerhalb des Spitzen-Kreises (18) abgebogen zur äußersten Kante des kegelstumpförmigen Teils (16) des

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Keramikkörpers (18) geführt ist und von dort zur Zündkammerwand hin absteht.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einer Nut (39) innerhalb der Spitzen-Kreis-Stirnfläche des Keramikkörpers eingebettet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Teil (16) des Keramikkörpers (15) an der Eintrittsstelle in die Zündkammer (8) einen etwa gleich gr: oen Durchmesser wie die Zündkammer aufweist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußersten Ende der Elektrode (22, 44) und der durch den Keramikkörper (15) gebildeten Stirnseite der Zündkammer ein Aufnahmeraum (28, 51) für das Restgas gebildet wird.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen sich auf die Länge des Aufnahmeraums für das Restgas (28, 51) in Achsrichtung erstreckenden stegförmigen Teil (40, 40', 52) zwischen Elektrode (22, 44) und zylindrischer Wand (23) der Zündkammer der Aufnahmeraum im Schnitt die Form eines offenen Rings aufweist, wobei der stegförmige Teil diametral gegenüber der Funkenstrecke (24) liegt,

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12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der stegförmige Teil radial gesehen als ein sich an die Elektrode (22) angrenzender Körper aus Keramik gebildet ist, der sich bis kurz vor das Ende der Elektrode, dieser diametral gegenüberliegend erstreckt.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der stegförmige Teil (4 2) an seinem Ende in Umfangsrichtung verlängert ist und dort einen teilringförmigen Bund (4 3) bildet.

14. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Wärmerohr (26) in der Wand, eines die Zündkammer (3) aufnehmenden Einsatzes (7, 7', 7''j 7''¹) angeordnet ist und sich mit Ausnahme der Bereiche, an denen die Überströmkanäle (14) vorgesehen sind, über die gesamte axiale Länge der Zündkammer (8) erstreckt.

15· Brennkraftrias chine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (8) sich in einem, in die den Hauptbrennraum (3) der Brennkraftmaschine begrenzende, gekühlte Wand einsetzbaren Einsatz (7, 7', 7'¹, 7^ItT) befindet, dessen Drehstellung und damit die Richtung der Überströmkanäie (14) änderbar ist.

Ic. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß der Einsatz einschraubbar ist und die Drehstellung durch

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eine Kontermutter (31) fixierbar ist.

17- Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7^t!) durch ein die Zündeinrichtung aufnehmendes Einschraubstück (37) fixierbar ist und die dem Einschraubstück (37) zugewandte Stirnseite der Zündkammer durch den die El- ktrode (22) umgebenden Keramikkörper (15) gebildet wird.

18. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche l6 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal

(14) etwa parallel zu einer an den Austritt des Kanals angrenzende Brennraumwand verläuft.

19. Brennkraftmaschine nach Anpruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Überströmkanal (17) vorgesehen ist, der zum Auslaßventil des Hauptbrennraumes hingerichtet ist.

20. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Austrittsfläche aller Überströmkanäle zum Volumen der Zündkammer etwa 0,1 en beträgt.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (8) 1 bis 5 % des Kompressions-Endvolumens des Gesamt-Brennraums aufweist.

22. Brennkraftmaschine nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dai. die Elektrode '22_} -i4) ier Zündeinrichtung suniiiaest ansciiiu^seitig i::\ ei::er; Keramik:·::'irr;er

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eingebettet ist, der in den Einsatz (7, 7', 7¹', 7^ITI) eingesetzt ist.

23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (15) durch eine Schraubhülse (20, 47) gehalten wird, die den Keramikkörper und die Elektrode (22) in einer einstellbaren Lage fixiert.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubhülse als Kühlkörper (47) ausgebildet ist.

25. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (33) in der Wand zwischen Wärmerohr (26) und der Zündkammer (3) vorgesehen ist und der Temperaturfühler mit einer Einrichtung (35) zur Beeinflussung des Warmlaufes der Brennkraftmaschine, der Abgasrückführung oder der Zündung verbunden ist.

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