DE2916285C2

DE2916285C2 - Verfahren zur Entflammung magerer Kraftstoff/Luftgemische

Info

Publication number: DE2916285C2
Application number: DE2916285A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch; Dieter Dr. 7000 Stuttgart Scherenberg; Hans 7130 Mühlacker Schlembach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-04-21
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1984-02-23
Also published as: DE2916285A1; US4513708A; GB2047802B; FR2454520A1; JPS6250646B2; IT8021446A0; JPS55142931A; US4442807A; IT1141457B; GB2047802A; FR2454520B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind durch die DE-OS 27 15 943 Vorrichtungen zur Durcr-führung eines solchen Verfahrens bekannt. Dort besteht das Problem, bei einem möglichst stark abgemagerten Betriebsgemisch der Brennkraftmaschine aus Kraftstoff und Luft eine sichere Zündfähigkeit aufrechtzuerhalten. Es wird dort einmal die durch eine ausgeprägte PotersiiaKvirbe!- bildung beim in die Zündkammer einströmenden Frischgemisch erzielte Kraftstoffanreicherung in den Randzonen des Wirbels für die Erhöhung der Zündfähigkeit des relativ mageren Betriebsgemisches ausgenutzt wie auch die die Zündfähigkeit verbessernde Zündung innerhalb der Wandgrenzschicht dieser Wirbelströmung mit einem von einer Elektrode zur Zündkammerwand überspringenden Funken. Es wird ferner durch Regelung der Wandtemperatur auf einen hohen Wert auch eine gute Erwärmung des zu zündcndcrt Gemisches Gn~c

higkeit ebenfalls erhöht. Die genannte Einrichtung hat den Nachteil, daß die Zündung des Frischgemisches in der Zündkammer, um die Elektrode der Zündkerze thermisch nicht zu sehr zu belasten, im hinteren Ende der Zündkammer erfolgt. Dort ist jedoch mit einem erhöhten Restgasanteil von dem zuvor erfolgten Arbeitstakt zu rechnen, was die Zündfähigkeit wiederum mindert. Durch die DE-OS 27 Ol 235 bekannte Vorrichtungen, die zur Entfernung des Restgases aus der Zündkammer eine Querspülung aufweisen, bieten keine genügend starke Ausprägung des Wirbels mit den genannten Vorteilen und werden zudem stärker ausgekühlt. Die anderen Vorschläge zu entnehmende

Maßnahme, die Zündelektrode zur Erhöhung der Zündfähigkeit der Gemische in Bereiche von frischer, restgasarmer Ladung zu bringen, hat den Nachteil, daß die Elektrode einer zu starken Wärmebelastung insbesondere nach erfolgter Zündung ausgesetzt wird, -> was zu baldigem Verschleiß der Elektrode führt

Darlegung zum Stcnd der Technik

Es ist weiterhin durch die DE-OS 26 54 258 eine zylindrische Zündkainmer bekannt bei der ein erster i" Teil des in sie einzubringenden Gemisches über tangential zur Umfangswand der Zündkammer aus dem Hauptbrennraum in diesen einmündende erste Kanäle eingebracht wird und ein zweiter Te:i des G .' ;ches über einen zweiten Kanal eingebracht Wird, du parallel : > zu und außerhalb der Achse der Züadkammer verläuft Die ersten Kanäle sind dabei so if„ichtet, daß das Gemisch eine axiale und eine rad!" ; Bewegungskom-,ponente erfährt Diese erste¹" vanäle sind jedoch zur !^Lösung einer ersten Aufgabe als w^ülkanäle ausgebildet wobei zu diesem Zweck einer der Kanäle einerseits auf das Einlaßventil des Hauptbrennraumes der Brennkraft-

- maschine und andererseits auf die Übergangsstellen zwischen radialer Begrenzungswand und brennraumferher Stirnwand der Zündkammer gerichtet ist Das 2ί bedeutet daß durch die Ausrichtung des Kanals das ^eintretende Gemisch nicht in eine Rotationsbewegung entlang der radialen Zündkammerwand gebracht wird mit einer axialen Bewegungskomponente, die durch

-ändere über den zweiten Kanal eingebrachte Gemisch- jo mengen bremsbar wären, sondern daß eine Gemischströmung erzeugt wird, die die Restgase von den brennfäümiernen Wänden der Zündkammer abschält und in Innere der Zündkammer fördert. Das während des Ansaugtaktes über diesen Kanal eintretende Gemisch tritt dann wieder über den anderen ersten Kanal und den zweiten Kanal in den Brennraum durchmengt mit Restgasen aus. Beim anschließenden Kompressionnakt treten dann über alle Kanäle .Gemischmengen in die Zündkammer ein, wobei eine Bewegungsumkehr der in der Zündkammer sich bewegenden Gemischmengen erfolgen muß. Durch die Ausrichtung der Kanäle kann sich in dieser Phase keine einheitliche, gerichtete, entlang der radialen Zündkammerwand rotierende Gemischströmung ausbilden, da alle eintretenden Gemischströme unmittelbar zur brennraumfernen Stirnwand gerichtet sind und dabei eine rotierende Strömung entlang der radialen Zündkammerwand unmittelbar schneiden wurden. Stattdessen wird im Sinne der Aufgabenstellung der bekannten Einrichtung eine starke Dur^hwirbelung des Gemisches in dei Zündkammer erzeugt, um zum Zündzeitpunkt ein homogenes Gemisch zu erhalten. Solche Gemische können unter bestimmten Bedingungen optimal zündfähig sein, doch sind solchen Gemischen Grenzen bezüglich der möglichen Abmagerung gesetzt. Die Entflammung solcher Gemische kann an beliebiger Stelle der Zündkammer erfolgen, was bei der bekannten Einrichtung mit einer in die Stirnseite eingesetzten Zündkerze verwirklicht wird. bO

In zweiter Aufgabenstellung sind in der Zündkammer der bekannten Einrichtung Überströmkanäle so auszurichten, daß die nach der Entflammung austretenden Flammstrahlen den Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine zur guten Entflammung des Restgemisches gleichmäßig erfassen. Von den in der bekannten Vorrichtung vorgesehenen Kanälen soll der zweite Kanal ausschließlich diesem Zweck dienen und kann unter Umständen auch entfallen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft maschine mit möglichst stark abgemagertem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben und mit Hilfe einer Zündkammer an der Zündstelle aus diesem mageren Gemisch ein Gemisch bereitzustellen, das eine erhöhte Zündfähigkeit aufweist Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmaie des Hauptanspruchs gelöst

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die weiterhin vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens haben den Vorteil, daß die in die Zündkammer eingebrachte Frischladung in zwei Teilmengen eingebracht wird, von denen eine durch die Ausbildung des Überströmkanals (oder cer Überströmkanäle) in eine rotierende Bewegung gebracht wird, wodurch der Kraftstoffanreicheruiigseffekt in der Wandgrenzschicht und die dort erhöh« Zündfähigkeit erzielt werden. In der Wandgrenzschicht erfolgt dann die Zündung durch den zur Zündkammerwand überspringenden Funken. Der andere Teil der Ladung wird direkt in den hinteren Teil der Zündkammer gebracht, um von dc.-t zurückströmend die axiale Bewegungskomponente der erstgenannten Teilladung zu hemmen. Damit wird die Verweilzeit der eingebrachten Ladung im Bereich der Zündelektrode erhöht Die im Zeitpunkt der Zündung dort befindliche Ladung ist durch die zuvor erfolgte Rotation kraftstoffangereichert und hatte Gelegenheit, sich an der warmen Wand durch die längere Verweitzeit gut ζυ erwärmen. Die reuirzierie Strömungsgeschwindigkeit fördert die gute Ausprägung des Zündfunkens. Insbesondere braucht nicht die gesamte eingebrachte Frischladung erwärmt werden, um die gewünschte Zündfähigkeit zu erzielen. Da^c erhöht die Erwärmungsgeschwindigkeit bei gegebener Wärmekapazität der Zündkammerwände. Die Zür.J-kammer selbst kann zudem klein gehalten werden. Der direkt einströmende Teil der Frischladung dient ferner in vorteilhafter Weise der Kühlung der Zündelektrode bzw. der diese tragenden Teile.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im ersten Vorrichtungsanspruch angegebenen Lösung möglich. Insbesondere ist es vorteilhaft, daß in Teilen der die Mantelfläche der Zündkammer bildenden und an gekühlte Teile der Brennkraftmaschine angrenzenden Wände zumindest im Bereich der Zündelektrode ein oder mehrere Hohlräume angeordnet sind, die mit einem verdampfbarer, d<_m Wärmetransport dienenden Medium gefüllt sind (Wärmerohr). Dadurch erhält man bereits früh nach dem Start in der Zündkammer eine ausreichend hohe Wandtemperatu. die jedoch nicht so hoch ansteigt, daß es dort zu ungewollten, frühzeitigen Selbstzündungen des eintretenden Gemisches kommt. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Zündeinrichtung eine Elektrode aufweist, die in an sich bekannter Weise in einem wärmeableitenden Isolierkörper gebettet ist, aer in die Zündkammer ragt und die Elektrode bis kurz vor der Zündstelle umschließt. Damit wird die Elektrode vor zu großer Wärmeeinwirhung geschützt.

Zeichnung

Sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgen-

den Beschreibung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Zundkammer, in deren zylindrischen Wänden Wärmerohre angeordnet sind und deren der Brennkammer zugewandten Stirnseite neben radial angeordneten Oberströmkanälen einen axialgerichteten Überstrom' kanal aufweist,

Fig.2 einen Schnitt durch die Züridkammer gemäß Fi

F i g. 3 ein zweites AusfÜhrungsbeispiel der Züridkammer, die etwa kegelstumpfförmig ausgebildet ist und in die ein die Zündelektrode führender kegeliger Isolierkörper exzentrisch hereinrag'..

Fig.4 eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig.3. wobei die Zündkammer zylindrisch geformt ist Und einen im Durchmesser erweiterten Teil anweist.

F i g. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel mit zylindrischer Zündkammer und einem Überströmkanal, der in der Wand der Zündkammer vom in den Brennraum ragenden Teil der Zündkammer zum hinteren, zum Brennraum abgewandten Teil der Zundkammer führt

Fig.6 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5,

F i g. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer thermisch isolierten, die Zundkammer zum Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine abgrenzenden Stirnwand, die ausschließlich tangential verlaufende Überströmkanäle aufweist und

Fig.8 ein sechstes Ausführungsbeispiel mit kegeistumpfförmiger Zundkammer und einem in den hinteren Teil der Zündkammer führenden Überströmkanal, der ein Rückschlagventil enthält

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Teil der Brennraumwand 1. die den Hauptbrennraum 3 einer Brennkraftmaschine begrenzt dargestellt In diesem Teil der Brennraumwand ist eine Stufenbohrung vorgesehen, bestehend aus einer ersten hauptbrennraumseitigen Bohrung 4 mit kleinerem Durchmesser und einer sich daran anschließenden Bohrung 5 mit größerem Durchmesser, deren äußerster Teil ein Gewinde 6 aufweist. In die Stufenbohrung 4, 5 ist ein der Stufenbohrung angepaßter Einsatz 7 eingesetzt, in dem e;ne Zundkammer 8 eingeschlossen wird.

Die Zundkammer besteht aus einem zylindrischen, sich im wesentlichen über den Stufenbohrungsteil 4 erstreckenden ersten Zündkammerteil 10 und einem sich daran anschließenden ebenfalls zylindrischen hinteren Ziindkammerteil 9. der sich im Bereich der Bohrung 5 der Stufenbohrung befindet Der erste Zündkanrimerteil 10 wird brennraumseitig durch eine erste *Van& die erste Stirnseite 12, die frei in den Hauptbrennraum 3 ragt, abgeschlossen, in diesem Teil der Zundkammer sind tangential zum ersten Zündkammerteil 10 verlaufende Überströmkanäle 13 angeordnet sowie ein koaxial zur Zundkammerachse verlaufender erster Überströmkanal. Auf der Zündkammerseite weist die erste Stirnseite 12 am Eintritt des ersten Überströmkanals 14 einen Stutzen 16 auf. der die Eintrittsöffnungen der zweiten Überströmkanäle überragt und somit als Führung der über diese Überströmkanäle eintretenden Gemischmengen dient und die Ausprägung eines geordneten Wirbels begünstigt

Auf der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite 17 des Einsatzes ist eine Öffnung 18 vorgesehen, durch die ein rotationssymmetrischer Isolierkörper 20 koaxial zur Achse der Zündkammer hereinragt Dieser Isolierkörper ist Teil einer Zündeinrichtung, die im wesentlichen eine modifizierte Zündkerze darstellt Der Isolierkörper tvifd iri einem Gehäuse 22 gehalten und steht mit diesem in S Wärmeleitendem Kontakt. Das Gehäuse ist dabei in das Gewinde 6 eingeschraubt und hält mit seiner ebenen Andruckflache 23 den Einsatz 7 in der Bohrung. Zwischen der Andruckfläche 23 und der Stirnseite 17 des Einsatzes ist zur ^Wärmeisolierung eine Glimmerptatte 24 angeordnet Auf diese Weise wird der Einsatz 4 in der Brennraumwand fixiert und gleichzeitig wird der Hauptbrennraum 3 nach außen abgedichtet

Der in die Zündkammer ragende Teil 26 des Isolierkörpers ist kegelförmig ausgestaltet und ragt bis etwa in den milderen Bereich des ersten Zündkammerteits 10. Im Innern des Isolierkörpers ist eine Elektrode eingebettet die der Zuführung der Zündspannung dient. Diese Elektrode hat am äußeren verlängerten Teil des Isolierkörpers ein Anschlubsiück 27 und tritt am Ende des Teils 26 des Isolierkörpers aus diesem wieder heraus. Di<- Hort heraustretende Zündelektrode 21 ragt bis in die .N^.ie der zylindrischen Wand 28 des ersten Zündkammerteils 10 und bildet dort eine Funkenstrecke 29. die im wesentlichen in der Wandgrenzschicht der dort herrschenden Gemischströmung liegt

In der zylindrischen Wand 28 des ersten Zündkammerteils 10 ist ein ringförmiges Wärmerohr 31 angeordnet Jas der Regelung des Wärmeflusses aus der Zundkammer 8 zu &_.. .«r.örenzenden gekühlten Räumen 32 in der Brennraumwand 1 dient.

F i g. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Ausgestaltung nach F i g. 1 einen Schnitt durch den unteren, in den Hauptbrennraum 3 ragenden Teil des Einsatzes. Diesem Schnitt sind die Anordnungen der zweiten Überströmkanäle 13. im ausgeführten Beispiel deren 4, sowie die Lage des ersten Überströmkanals 14 zu entnehmen.

Die während des Ansaughubs der Bennkraftmaschine ίη den Hauptbrennraum 3 eingebrachte Ladung aus Kraftstoff und Luft wird während des darauffolgenden Kompressionshubs über den ersten Überströmkanal 14 und die ersten Überströmkanäle 13 in die Zundkammer 8 gedrängt Der über den ersten Überströmkanal 14 einströmende Gemischteil strömt direkt auf den kegeligen Teil 26 des Isolierkörpers zu. teilt sich dort und gelangt in den hinteren Teil 9 der Zundkammer 8, von wo eine Umkehrung der Strömung stattfinden kann. Gleichzeitig tritt der andere Teil des Gemisches über die tangentialen zweiten Überströmkanäle 13 ein. Durch deren Verlauf wird das eingebrachte Gemisch in eine rotierende Bewegung gebracht, so daß ein sch entlang der zylindrischen Wand 28 bewegender Potentiaiwirbei entsteht, der den über den ersten Überströmkanal 14 eintretenden Gemischstrom umgibt Der Stutzen 16 fördert dabei die Ausbildung des geordneten Wirbels. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit der mageren Gemischmengen kommt es im wandnahen Bereich za einer Anreicherung mit Kraftstoff. Das angereicherte Gemisch erwärmt sich an der zylindrischen Wand 28, wodurch seine Zündfähigkeit weiterhin erhöht wird. Die axiale Komponente des Potentialwirbels wird jedoch umso mehr gedämpft je näher diese Gemischmengen der Zündelektrode 21 kommen, da hier der Einfluß der über den ersten Überströmkanal 14 eingeströmten und wieder zurückdrängenden Gemischinengen wirksam wird. Im Bereich des Zündfunkens tritt letztlich nur noch eine Drehbewegung der über die zweiten Überströmkanäle 13 eingeflossenen Gemischmengen auf. Dieses durch

Zentrifugalkraft angereicherte Gemisch bleibt im Bereich des von dem Wärmerohr 31 kontrollierten Wandteils, der zylindrischen Wand 28, der Zündkammer,

_, Das eingebaute Wärmerohr bietet die hervorragende ,'Möglichkeit, im noch kalten Zustand der Zündkammef den Wärmeabtransport zu den gekühlten Brennraumwanden τ"·, verhindern und bei aufgewärmter Zündkammer ab der Temperatur, ab der * das Wärmerohr -"wärmeleitend arbeitet, eine" Überhitzung der Zündkammerwände zu vermeiden. Durch das Wärmerohr wird eine cptimale höchste Temperatur eingehalten. Würmerohre sind an sich bekannt und arbeiten nach dem Prin/ip, daß ab einer bestimmten Temperatur die flüssige Füllung des Wärmerohrs in dampfförmigen Zustand übergeht, wobei sich der Dampf an den kühleren Teilen des Wärmerohres wieder kondensiert. Das Kondensat wird über einen Wärmerohreinsatz, der eine Vielzahl von kapillaren Spalten bzw. öffnungen aufweist, wieder an die Verdampfungsstelle zurücktransportien.

Zur Temperaturerhöhung bestimmter Teile der zylinrischen Wand 28 kann zudem noch am Außenmantel des Einsatzes 7 ein Isolierspalt 33 vorgesehen werden, der den Wärmerohrteil des Einsatzes von der angrenzenden gekühlten Brennraumwand 1 trennt. In diesem Bereich der zylindrischen Wand kommt es wegen des Wärmestaus zu einer erhöhten Temperatur, die jedoch durch die Anwendung des Wärmerohrs kontro'lierbar ist.

Die Zündelektrode 21 bildet etwa im mittleren Teil der Zündkammer zu deren zylindrischer Wand 28 die Funkenstrecke 29.

Der Rauminhalt der Zündkarrmer oberhalb der Querschnittsebene in Höhe der Funkenstrecke 29 ist etwa doppelt so groß wie der unterhalb dieser Teilungsebene liegende Rauminhalt. Die Elektrode liegt dabei nur eine kurze Strecke frei in der Zündkammer. Auf der übrigen Länge wird sie von dem wärmeleitenden Isolierkörper 20 bzw. dem kegeligen Teil 26 desselben umschlossen. Durch die kegelige Ausbildung wird ein guter Wärmeabtransport von der Zündelektrode 21 zum Gehäuse 22 und von dort zu dert gekühlten Brennraumwänden 1 gewährleistet Auf diese Weise kann die thermische Belastung der Zündelektrode 21 sehr niedrig gehalten werden. Der Isolierkörper dient gleichzeitig der gleichmäßigen Verteilung der über den ersten Oberströmkanal 14 einströmenden Gemischmenge, die dabei sich einerseits am Isolierkörper aufwärmt und gleichzeitig diesen während der Einströmphase kühlt.

Durch die Dimensionierung der Querschnitte der zweiten Überströmkanäle 13 und des ersten Überströmkanals t4 läßt sich eine gewünschte Volumenaufteilung bzw. ein gewünschtes Verhältnis von direkt eingebrachtem Gemisch zum in Rotationsbewegung gebrachten Gemisch erzielen. Nur das in Rotationsbewegung gebrachte Gemisch dient der ersten Zündung. Nur für diesen relativ kleinen Teil ist es auch nötig, daß er möglichst gut aufgewärmt an die Stelle gelangt, an dem der Zündfunken zur Wand überspringt. Der restliche Teil der in die Zündkammer eingebrachten Ladung dient dazu, dem Gesamtgemisch den für die Zündung im Hauptbrennraum notwendigen Energieinhalt zu geben.

Begünstigt wird die Zündung auch dadurch, daß der Zündfunke innerhalb der .Wandgrenzschicht überspringt, in der die Gasgeschwindigkeit sich bis auf 0 reduziert und somit eine geringere mittlere Geschwindigkeit aufweist, als das Gemisch in den angrenzenden Volumenteilen. Es besteht somit nicht die Gefahr, daß der Zündfunke aufgrund einer hohen Gemischbewegung wieder abreißt bevor es zur Entzündung des Gemisches gekommen ist.

Die Zündkammer bzw. der Einsatz kann insbesondere sehr klein ausgeführt werden und insbesondere auch der Durchmesser des ersten Zündkammerteils 10, da durch den im Durchmesser erweiterten,hinteren Teil 9 der

10-Zündkammer das notwendige Volumen aufgenommen wird. Durch den relativ kleinen Durchmesser des ersten Zündkammerteils 10 läßt sich der Zündkammereinsatz leichter in der den Zylinderkopf bildenden Brennraumwand unterbringen. Die Platzverhältnisse sind bei modernen Brennkraftmaschinen eben dort sehr beengt, da die Ein- und Auslaßventile schon den größten Teil der Oberfläche für sich in Anspruch nehmen. Je nach Einbaulage des Einsatzes wird dann die Anordnung der zweiten Überströmkanäle entsprechend angepaßt, so daß die ausströmenden Fackeln nach Entzündung des Gemisches in die Zündkammer optimal den Ladungsinhalt des Hauptbrennraumes erfassen. Der beschriebene Zündkammereinsatz ist leicht auswechselbar und bietet durch die zusätzlichen Isolierungen, den Isolierspalt 33 und die Glimmerplatte 24, auch bei kleiner Last die Möglichkeit, das eintretende Gemisch ausreichend vorzuwärmen.

Fig.3 zeigt eine abgewandelte Form des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1. Auch hier ist ein Zündkammereinsatz 37 vorgesehen, der durch das Gehäuse 38 einer Zündvorrichtung in einer Stufenbohrung 39 gehalten wird. Der Zündkammereinsatz 37 schließt abweichend vom vorigen Ausführungsbeispiel eine kegelstumpfförmige Zündkammer 40 ein. Gleicherma-Ben ist auch die äußere Form des Zündkammereinsatzes 37 kegelstumpfförmig, wobei der sich verjüngende Teil ίη den Hauptbrennraum 3 ragt. Dort ist an der ersten Stirnseite 41 ein zentraler erster Überströmkanal 42 vorgesehen, der auf die gegenüberliegende Stirnseite 43, die die Basis des kegelstumpfförmigen Körpers bildet, gerichtet ist. Senkrecht zur Achse des kegelstumpfförmigen Körpers sind seitlich zweite Überströmkanäle 44 vorgesehen, die tangential in die Zündkammer 40 einmünden und das durch sie eintretende Gemisch in eine Rotationsbewegung versetzen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel umkreist das über die beiden Überströmkanäle 44 eintretende Gemisch den über den ersten Überströmkanal 42 eintretenden Gemischstrahl.

Auf der Stirnseite 43 ist außermittig eine Öffnung 45 vorgesehen, die von einer kegelförmigen und in Innere der Zündkammer 40 sich verjüngenden Manschette 46 umgeben ist. Durch diese Öffnung 45 ragt die ebenfalls kegelförmig ausgebildete Spitze 48 eines Isolierkörpers 49, der eine gerade Mittelelektrode 50 umgibt, die an der Spitze des Isolierköprers austritt. Der Isolierkörper, vorzugsweise aus Zündkerzenkeramik, ist in das Gehäuse 3S eingesetzt und steht mit diesem in wärmeleitenden Kontakt Es kann sich dabei um den bei üblichen Zündkerzen vorgesehenen Keramikkörpereinsatz mit Elektrode handeln. Die Mittelelektrode reicht durch die exzentrische Anordnung des Isolierkörpers bis nahe an die einen Kegelkörper beschreibende Wand 51 der Zündkammer und bildet dort eine Funkenstrecke 52. Die Wand 51 weist an dieser Stelle eine ringförmig umlaufende Wulst 53 auf. Die Wand 51 enthält ferner in analoger Ausgestaltung zu F i g. 1 ein Wärmerohr 54, das natürlich auch aus mehreren einzelnen Rohren bestehen kann.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Keramik

einer üblichen Zündkerze zur Verwirklichung der Zündeinrichtung verwendet werden kann. Ferner ist in

vorteilhafter Weise die Manschette 46 vorgesehen, die den unteren Fußteil der Spitze 48 des Isolierkörpers gegen Erwärmung schützt Der Kegelwinkel der Manschette 46 ist dabei gleich dem Kegelwinkel der

,'Spitze 48. Zwischen Manschette und Spitze 48 ist ein

,gegenüber del' Zündkammer abgeschlossener Luftspalt " 47 vorhanden.

Die Achsrichtung des ersten Oberströmkanals 42 ist nicht ganz koaxial zur Achse des Zündkammereinsatzes

37, sondern so gerichtet, daß der zentrale Gemischstrahl in die Mitte des hinteren Volumenteils 55 des Zündkammereinsatzes 37 gerichtet ist. Durch die sich kegelförmig von der Einströmstelle der zweiten Überströmkanäle 44 hinweg erweiternden Gestalt der Zündkammer 40 tritt nach anfänglich schneller Rotationsbewegung des tangential eingebrachten Gemischanteils eine Verlangsamung dieser Rotationsbewegung auf, die weiterhin durch das vom hinteren Teil 55 der Zündkammer zurückströmende Gemisch gebremst wird. Bei dieser Ausgestaltung ist der direkt einströmende Gemischanteil größer als der über die zweiten Überströmkanäle 44 rotierend eintretende Gemischanteil. Dieser erwärmt sich intensiv an der kegelmantelförmigen Wand 5ί, deren Temperatur durch das Wärmerohr 54 geregelt ist. Insbesondere ragt ein Teil der kegelmantelförmigen Wand noch in dem Hauptbrennraum 3, so daß die Wärmeabgabe dieses Wandteils an die gekühlten Wände 56 des Hauptbrennraums 3 vermindert ist. Die umlaufende Wulst 53 bewirkt eine intensive Umspüluiig des Wandbereichs im Bereich der Zündstelle, wodurch dort die Wand eine relativ hohe Temperatur annimmt.

Diese Ausgestaltung weist gegenüber den im vorstehenden Beispiel bereits genannten Vorteile den Vorteil eines noch kleineren Platzbedarfes für den in den Hauptbrennraum ragenden Teil der Zündkammer auf. Nur ein sehr kleiner für die erste Entflammung bestimmter Teil der eingebrachten Ladung wird intensiv erwärmt und im Wandbereich durch Rotation mit Kraftstoff angereichert, so daß bei gegebenen Verhältnissen in ausreichend kurzer Zeit das Gemisch den Zustand einer optimalen Entflammbarkeit erreicht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 weist wie das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 einen exzentrisch eingesetzten Isolierkörper 49 auf, der in einem Gehäuse

38, das in die Stufenbohrung 39 eingeschraubt wird, gehalten ist Das Gehäuse 38 fixiert einen Zündkammereinsatz 59 in der Stufenbohrung 39. Der Zündkammereinsatz 59 ist ähnlich aufgebaut wie der Zündkammereinsatz 7 nach F i g. t und schließt eine Ziindkammer ein, die aus einem ersten zylindrischen Zündkammerteil 60 von kleinerem Durchmesser und einem sich daran anschließenden hinteren Zündkammerteil 61 besteht, dzr ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist Der den ersten zylindrischen Zündkammerteil 60 enthaltene Teil des Zündkammereinsatzes 59 ragt mit seiner Stirnseite 62 und einem ersten Teil seiner zylindrischen Wände in den Hauptbrennraum 3.

Diese Stirnseite weist wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 in der Mitte einen ersten Überströmkanal 63 auf₇ dessen Achse nur geringfügig von der Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Zündkammereinsatzes abweicht Im Bereich des ersten Überströmkanals ist die Stirnseite 62 auf der Innenseite zur Zündkammer hin mit einem Stutzen 64 versehen.

der ähnlich wie i/o Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 der Führung von Gemischteilen dient, die über zweite

Überströmkanäle 65 in den ersten zylindrischen

Zündkammerteil 60 gelangen. Die zweiten Überström-

kanäle 65 sind in der den ersten zylindrischen Kammerteil 60 begrenzenden zylindrischen Wand 66 so angeordnet, daß sie tangential zur Zündkammer und im

' Wesentlichen radial verlaufen, sie befinden sich dabei am

. '!äußersten Ende der zylindrischen Wand unmittelbar im -|j

ίο ^Anschluß an die Stirnseite 62; In der zylindrischen Wand

66 ist wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ein Wärmerohr 67 vorgesehen, das sich über die gesamte Länge der zylindrischen Wand 66 erstreckt.

Der hintere Zündkammerteil 61 wird durch eine Stirnseite 68 begrenzt, die eine exzentrisch zur Zündkammerachse liegende Öffnung 69 aufweist. Diese ist von einer in den hinteren Zündkammerteil 61 ragenden, sich kegelig verjüngenden Manschette 70 umgeben, die zur Aufnahme der Spitze 48 des Isolierkörpers 49 dient. Dieser Isolierkörper ist glcichmermaßen ausgebildet wie der entsprechende im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und weisl eine gerade Mittelelektrode 50 auf, die zwischen sich und der zylindrischen Wand 66 eine Funkenstrecke 52 bildet.

Die Funkenstrecke liegt dabei am der Stirnseite 62 gegenüberliegenden Ende der zylindrischen Wand 66. Diese ragt im Bereich der Funkenstrecke 52 frei in den hinteren Zündkammerteil 61, der dort eine Ausnehmung 71 aufweist, die sich etwa auf dem halben Außenumfang der zylindrischen Wand 66 erstreckt

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Teil der Frischgemischladung über den ersten Überströmkanal 63 eingebracht, wobei ein Gemischstrahl entsteht, der etwa in den Mittelpunkt des Volumens des hinteren Zündkammerteils 61 gerichtet ist Der zweire Teil der Frischgemischladung tritt über die Überströmkanäle 65 ein und wird durch deren Führung in eine rotierende Bewegung gebracht, so daß ein Potentialwirbel entsteht, gleichermaßen wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 beschrieben. Durch das vorgesehene Wärmerohr

67 in der zylindrischen Zündkammerwand '.vird das Gemisch intensiv erwärmt, ohne daß eine Überhitzung auftritt Dieses Ausführungsbeispiel bietet eine höhere Wärmeabgabeleistung der zylindrischen Wand im Bereich des Zündfunkens 52, da hier die zylindrische Wand frei in den hinteren Zündkammerteil 61 ragt. Es entstehen hiermit an einer Stelle von höherer Verweildauer des eintretenden Frischgemisches geringere Vvärmeveriuste, was die Intensität der Erwärmung des Gemisches vergrößert. Auch diese Ausgestaltung ist sehr kompakt mit einem relativ kleinen Durchmesser des in den Hauptbrennraum ragenden Zündkammereinsatzteiles. Es ist ferner die Möglichkeit geboten, die Keramik einer üblichen Zündkerze als Zündeinrichtung zu verwenden. Die Keramik kann dabei bis unmittelbar an die Zündstelle zwischen Elektrode und ZündliSITiiTicrwSnti gciüurt Wciucü, 5ö uäu die thermische Belastung der Zündelektrode aufgrund der guten Wärmeabfuhr des sich kegelig erweiternden Isoüerkörpers niedrig gehalten werden kann. Die Erwärmung des Isolierkörpers wird weiterhin dadurch vermindert, daß die dem Kegelwinkel der Spitze 58 angepaßte Manschette 70 vorgesehen ist, die große Teile der Spitze abdeckt und vor Wärmeaufnahme schützt so daß die Keramik des Isolierkörpers lediglich die an der Spitze im Bereich der Elektrode entstehende Wärme abtransportieren muß.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist ähnlich

aufgebaut, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Hier ist auf der Stirnseite 17 im Bereich der Öffnung 18 ebenfalls eine sich ins Innere des hinteren Zündkammertfc s 9 kegelig verjüngende Manschette 73 vorgesehen, die den Fußteil der Spitze 26 des Isolierkörper! 20 abdeckt und vor Wärmeeinstrahlung schützt. Weiterhin sind in der zylindrischen Wand 28' ein oder zwei weitere Überströmkanäle 74 vorgesehen, die parallel zur Symmetrieachse des Zündkammereinsatzes T verlaufen und frei in den hinteren Zündkammerteii 9 austreten. Am gegenüberliegenden Ende weisen die Überströmkanäle 74 eine Austrittsöffnung 75 in den Hauptbrennraum 3 auf. Wie dem Schnitt in Fig.6 zu entnehmen ist, besteht dann dab Wärmerohr 3V ζ. B. aus zwei Hälften, die durch die zwei Überströmkanäle 74 voneinander getrennt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Frischladung beim Kompressionshub der Brennkraftmaschine über die erste.! Überströmkanäle 74 direkt in den hinteren Zündkammerteii 9 gebracht, von wo .iiese Frischladung zui ersten zylindrischen Zündkammerteil 10 hin zurückströmt. Gleichzeitig wird der andere Frischgemischladungsteil über die zweiten Überströmkanäle 13 am brennraumseitigen Ende des ersten zylindrischen Zündkammerteil 10 so eingebracht, daß es in Rotationsbewegung versetzt wird. Die einander entgegengesetzten axialen Bewegungskomponenten der beiden Gemischteile heben sich im Bereich der Zündelektrode 21 auf, so daß es hier zu einer erhöhten Verweildauer, insbesondere des in Rotationsbewegung versetzten Gemisches kommt. Die Zündung zur zylindrischen Wand 28 erfolgt wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen im Grenzschichtbereich, in dem das Gemisch aufgrund der Drehung im Kraftstoff angereichert ist, eine geringe mittlere Strömungsgeschwindigkeit aufweist und zudem optimal erwärmt ist. Durch die Dimensionierung der Querschnitte der Überströmkanäle läßt sich die Grenze zwischen rotierendem Gemisch und dem aus dem hinteren Zündkammerteil 9 zurückflutendem Gemisch einstellen, so daß die Zündung immer im Bereich eines Gemisches erfolgt, das durch die Drehbewegung mit Kraftstoff angereichert ist und nahezu frei von Restgasen von dem vorausgehenden Verbrennungsvorgang ist, so daß sich optimale Zündbedingungen ergeben.

Bei dieser Ausführungsform kann auch der erste Überströmkanal 14 wegfallen.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 5, wobei hier auf den zentralen, in der ersten Wand 12 beim Ausführungsbeispiel nach Fig.5 angeordneten ersten Überströmkanal 18 verzichtet wurde. Die erste Wand 12' im Ausführungsbeispie! nach F i g. 7 ist ais Einsatz ausgebildet, der etwa napfförmige Gestalt hat und lediglich tangential verlaufende zweite Überströmkanäie XS aufweist Die napfförmige Wand Yl' ist dabei der einzige Teil des Zündkammereinsatzes, der in den Hauptbrennraum ragt Der napfförmige, die erste Wand 12' bildende Teil ist in den Innendurchmesser der zylindrischen Wand 28' eingesetzt, so daß die Wandstärke zwischen Innenoberfläche des napfförmigen Teils 12' und dem Wärmerohr 31' in der zylindrischen Wand 28' vergrößert ist Der napfförmige Teil 12' wird demzufolge stärker erwärmt, so daß das eintretende Frischgemisch hier gleich beim Eintritt über die zweiten Überströmkanäle 3Γ schnell aufgewärmt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.8 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 3. Auch hier hat der Zündkammereinsatz die Form eiries Kegelstumpfes, dessen dünneres Ende in den Hauptbrennraum 3 ragt. Abweichend vom Ausführungsbei-

spiel nach F i g. 3 ist hier statt dem ersten Überströmkanal! 42 auf der Stirnseite 41 des Zündkammereinsatzes ein erster Überströmkanal 78 vorgesehen, det in der zumindest auf der Innenseite kegelmantelförmigen t-^and 79 verläuft und direkt in den hinteren

ίο Zündkammerteil 80 mündet. Brennraumseitig weist der erste Überströmkanal 78 eine Öffnung 81 auf, so daß der hintere Zündkammerteil, der in den Hauptbrennraum ragenden Stirnseite 82 gegenüberliegt, über den ersten Überströmkanal mit dem Hauptbrennraum verbunden ist. Unmittelbar angrenzend an die Stirnseite 82 weift der Zündkammereinsatz tangential zur kegelstumpfförmigen, im Zündkainmereinsatz 77 eingeschlossenen Zündkammer 83 verlaufende zweile Überströmkanal 84 auf. Die der Stirnseite 82 gegenüberliegende Stirnseite 85 grenzt an ein Gehäuse 86 an, das der Aufnahme eines Isolierkörpers 87 dient, der wie der Isolierkörper 20 gemäß F i g. i eine Elektrode 88 umgibt, d^:e aus der kegeligen Spitze 89 heraus zur kegelförmigen Wand 79 ragt und dort eine Funkenstrekke 90 bildet Für die Lage der Funkenstrecke in bezug auf die axiale Erstreckung des rotationssymmetrischen Zündkammereinsatzes bzw. der Zündkammer 83 ist das gleiche zu sagen, wie bereits bei den vorstehenden Ausführungsbeispieien ausgeführt. Der Zündkammereinsatz 77 wird auch hier duich das eingeschraubte Gehäuse 86 in der Aufnahmebohrung 91 der Brennraumwand 1 gehalten, wobei gleichzeitig für einen dichten Abschluß des Brennraumes gesorgt ist. Dies kann vorteilhaft mit einer kegeligen Dichtfläche 92 am Außenumfang des Zündkammereinsatzes 77 im Bereich der Bohrung 91 erfolgen.

Der Isolierkörper 87 ist abweichend vom Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 koaxial zum Zündkammereinsatz 77 eingesetzt und weist einen sich rückwärts an d^;e kegelige Spitze 89 anschließenden zylindrischer. Teil 93 auf, der die zentrale Öffnung 94 in der Stirnseite 85 durchdringt und von einer sich von der Öffnung nach innen erstreckenden zylindrischen Manschette 95 umgeben ist. Diese Manschette 95 dient wiederum der Abschirmung des Isolierkörpers gegenüber der -p. der Zündkammer 83 entstehenden Wärme. Die si</h von der Zündelektrode 88 aus im Durchmesser erweiternde Form des Isolierkörpers begünstigt den Wärmeabtransport von der in die Zündkammer 83 ragenden freien

so Oberfläche des Isolierkörpers.

Analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig.5 wird während des Kompressionshubs der Brennkraftmaschine ein Teil der Frischladung über den „.,ten Überströmkanal 78 direkt in den hinteren Zündkammerteil 80 gebracht während gleichzeitig der andere Frischladungsteil über die zweiten Überströmkanäle 84 in die Zündkammer 83 gelangt Dieser Frischtadungsteil wird wie bereits beschrieben, in Rotationsbewegung versetzt, die sich aufgrund des erweiternden Durchmessers allmählich verlangsamt und deren Axialkomnonente durch das aus dein hinteren Zündkammerteii 80 rückströmende Gemisch ebenfalls verlangsamt wird.

Als Besonderheit weist der erste Überströmkanal 78 ein in Form eines Flatterventils ausgebildetes Rückschlagventil 96 auf, das sich in Strömungsrichtung in die Zündkammer öffnet und in umgekehrter Richtung schließt Flatterventile sind allgemein bekannt und können hier in konstruktiv angepaßter Lösung ausge-

führt werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß nach der Entzündung des aufgewärmten Gemisches Flammstrahlen nur über die zweiten Überströmkanal 84 in den Brennraum austreten, so daß hier die gesamte Ladung der Zündkammer optimal zur Entflammung de im Hauptbrennraum 3 befindlichen Gemisches ausgenutzt werden kann. Die Entflammungsdauer kann auf diese Weise im Verhältnis zur Fülldauer der Zündkammer 83 verlängert werden. Diese Ausführungsform mit dem zentral eingesetzten Isolierkörper 87 bietet den Vorteil, daß sich der Wirbel aus dem über die zweiten Oberströmkanäle 84 eintretenden Gemisches ungestört ausbilden kann, da das Volumen der Zündkammer insgesamt eine rotationssymmetrische Form aufweist Vorteilhaft ist der Kegelwinkel der kegeligen Spitze 89 gleich dem Kegelwinkel der kegelförmigen Wand 79.

Das bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete Prinzip ermöglicht es, mit sehr kleinen Zündkammereinsätzen auszukommen und insbesondere mit einer geringen axialen Erstreckung. Durch die Verlangsamung der axialen Bewegungstomponente des rotierend eintretenden Gemisches in die Zündkammer kann die Wärmetauscherfläche klein gehalten werden, wfcs diese Bauform begünstigt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entflammung magerer Kraftstoff-Luft-Gemische mit einer mi«, einem Hauptbrennraum einer Brennkraftmaschine verbundenen, im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse geformten Zündkammer, die länger als ihr mittlerer Durchmesser ist und deren Gemischversorgung ausschließlich während des Kompressionstakts der Brannkraftmaschine über gerichtete, am hauptbrennraumseitigen Ende der Zündkammer angeordnete Oberströmkanäle aus dem Hauptbrennraum derart erfo'/gt, daß vor der Entflammung das eintretende Gemisch entlang der Umfangswand der Zündkammer in Rotation gebracht wird und mit Entflammung des Gemisches durch Zündfunken innerhalb einer an der Umfangfwand der Zündkam- _;tmer entstehenden Wandgrenzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Teil des Gemisches bein. Kompressionstakt der Brennkraf maschine direkt dem brennraumfemen Teil der -Zündkammer zugeleitet wird zur Pufferung der "axialen Bewegungskomponente des rotierenden fersten Teils des Gemisches und daß die Entflam- ~mung innerhalb des ersten Teils im Grenzbereich zum zweiten Teil erfolgt

-" Z Vorrichtung zur Entflammung magerer Kraftstoff-Luft-Gemische mit einer im wesentlichen zu einer Längsachse rotationssymmetrischen Zündkammer (8), die länger ist als ihr mittlerer Durchmesser und mit einem Hauptbrennraum (3) einer Brennkraftmaschine durch mehrere in einer die Zündkammer gegenüber dem Hauptbrennraum abgrenzenden Wand (12) angeo.dnete Überströmkanäle verbindbar ist, die im wesentlichen tangential zur am Eintritt der Qberströmkanäle in die Zündkammer angrenzenden Umfangswand und bezogen auf eine zur Längsache der Zündkammer senkrechten ivrhnittebene verlaufen zur Erzeugung einer entlang der Umfangswand um die Längsachse rotierenden aufsteigenden Gernischströmung und mit einer zur Zündkammerwand (28) zündenden Zündeinrichtung (21), dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den tangeniiaien Übersiröfiikänäien (13) wenigstens ein zusätzlicher Gemisch leitender Überströmkanal (14) vorgesehen ist, der senkrecht zur ihn aufnehmenden Zündka-nmerwand (12) in die Zündkammer einmündet und auf den der brennraumseitigen Zündkammerwand (12) gegenüberliegenden hinteren Tei! (9) der Zündkammerwand gerichtet ist und daß die Zündeinrichtung eine Elektrode (21) aufweist, die im mittleren Bereich der in bezug auf die Längsachse der Zündkammer axialen Erstreckung zur Zündkammerwand (28) eine funkenstrecke (29) biidei. wobei das Verhältnis üe:> sich an den mittleren Bereich anschließenden Volumens des hinteren, brennraumfernen Teils (9) der Zündkammer zum Volumen des verbleibenden brennraumnahen Teils der Zündkammer größer oder gleich ist dem Verhältnis der durch den zusätzlichen Überströmkanal (14) einströmenden Gemischmenge zur durch die tangentialen Überströmkanäle (13) einströmenden Gemischmenge, wobei der zusätzliche Überströmkanal so einmündet, daß der damit gerichtete Gemischstrahl bei Eintritt des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Zündkammer außerhalb des der Umfangswand benachbarten rotierenden Gemischstromes zwischen Eintrittsstelle durch die radialen Überströmkanäle und Zündstelle verläuft

3. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Überströmkanal (14) koaxial zur Längsachse der Zündkammer in der brennraumseitigen Zündkammerwaiid angeordnet st

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Überströmkanal ^74) Lnmittelbar in den hinteren Teil (9) der Zündkammei einmündet

5. Vorrichtung nach einem der vorsiehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Funkenstrecke in einer zur Achse der Zündkammer senkrechten Ebene liegt die das Volumen der Zindkammer so teüt daß in dem hauptbrennraumseitigen Zündkammerteil ein Volumen ist das kleiner oder gleich der Hälfte des gesamten Zündkammervolumens ist

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Durchmesser der Zündkammer im hinteren, der Wand gegenüberliegenden Teil vergrößert ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zündkammer im wesentlichen kegelig und insbesondere kegelstumpfförmig ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Wand der Zündkammer im Bereich der Funkenstrecke (52) eine wulstartige Verdickung (53) aufweist (Fig. 3).