DE3017948C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. In der Druckschrift zum Hauptpatent 29 16 285 ist eine Brennkraftmaschine mit einer solchermaßen ausgebildeten Zündkam­ mer beschrieben. Diese Zündkammer hat in der Stirnwand einen kurzen Rohrstutzen, um den herum sich ein kurzer Ringkanal befindet, in den der zweite Überstromkanal einmündet. Der erste Überströmkanal leitet einströmendes Brennstoff-Luft-Gemisch in der Längsachse der Zündkammer in deren von dem Rohrstutzen fernes Ende zur Pufferung der axialen Be­ wegungskomponente des sich im Wirbel befindenden Brennstoff-Luft-Ge­ misches zu dem Zweck, daß dieses bis zur Zündung lange genug Kontakt mit der temperierten axialen Zündkammerwand hat. Als nachteilig in­ folge der kurzen Ausbildung des Rohrstutzens kann angesehen werden, daß innerhalb der Zündkammer unkontrollierbare Turbulenzen auftreten, die die Ausbildung des Wirbels stören und dadurch die Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisches behindern oder gar teilweise zunichte machen. In diesem Bereich aber liegt auch die Funkenstrecke, so daß die Zündsicherheit hier nicht genügend gesichert ist.

Eine durch die DE-OS 28 31 452 bekannte zylindrische Zündkammer mit einer temperierten axialen Zündkammerwand hat angrenzend an eine hauptbrennraumseitige Stirnwand ebenfalls Überströmkanäle, die im we­ sentlichen tangential in die Zündkammer einmünden zur Erzeugung eines um die Längsachse der Zündkammer sich drehenden Wirbels aus einströ­ menden Brennstoff-Luft-Gemisch mit dem Ziel, dieses Brennstoff-Luft- Gemisch auf dem Weg zur Zündfunkenstrecke aufzubereiten und zündfähig zu machen. Die Zündung erfolgt dabei in einem Abstand von der haupt­ brennraumseitigen Stirnwand, wobei dieser Abstand etwa ein Drittel der Höhe der Zündkammer ausmacht. Wegen des Fehlens eines axialen Über­ strömkanals von der im Hauptpatent 29 16 285 beschriebenen Art sind die Geschwindigkeitskomponten des Brennstoff-Luft-Gemisches in axialer Richtung insbesondere auch im Bereich der Zündfunkenstrecke hoch. Da­ bei werden Rückströmungen induziert, die vom genannten Zündkammerende ausgehen und im wesentlichen in Richtung zur hauptbrennraumseitigen Stirnwand verlaufen und starke Turbulenzen aufweisen. Diese Rückströ­ mungen und Turbulenzen stören die Ausbildung des sich zur Zündfunken­ strecke ausdehnenden Wirbels und damit auch die Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisches. Hieraus resultiert eine schlechte Zünd­ fähigkeit.

Eine durch die US-PS 28 84 913 vorbekannte Zündkammer einer fremdge­ zündeten Brennkraftmaschine ist im wesentlichen als birnenförmiger Hohlraum gestaltet, durch dessen halsartigen Bereich sich ein rohr­ artiger Stutzen, der vom Hauptbrennraum ausgeht, erstreckt und im we­ sentlichen im Schwerpunkt des Volumens des birnenförmigen Hohlraums endet. Zwischen den Rohrstutzen und einer Umfangswand der Zündkammer befindet sich ein Ringraum mit einem bei den Überströmkanälen sehr engen Querschnitt, der sich in einen sehr weiten Querschnitt beim freien Ende des Rohrstutzens erweitert. Die Querschnittserweiterung hat zur Folge, daß sich Turbulenzen unbehindert ausbilden und ausbrei­ ten können. Eine Zündfunkenstrecke wird gebildet von den Elektroden einer normalen Zündkerze, die zwischen dem freien Ende des Rohrstut­ zens und dem vom Hauptbrennraum fern liegenden Ende der Zündkammer in deren Wand eingeschraubt ist. Die Elektroden und auch Begrenzungskan­ ten der Normalzündkerze bilden Turbulenzerzeuger, wenn sie von Brenn­ stoff-Luft-Gemisch angeströmt werden. Die Zündkammer besitzt ein eige­ nes Einlaßventil, dem eine Brennstoffeinspritzvorrichtung fur zusätz­ lichen Brennstoff vorgeordnet ist. Nachteilig ist der hohe technische Aufwand für das Einlaßventil und die vorgeordnete Brennstoffeinspritz­ vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Brenn­ kraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs diese so weiterzu­ bilden, daß mit wenig technischem Aufwand ein mageres Brennstoff- Luft-Gemisch besser aufbereitet und die Zündsicherheit erhöht wird, um Brennstoff-Luft-Gemische insgesamt sehr brennstoffarm bei ausreichen­ der Betriebssicherheit einstellen zu können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zündkammer mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat die Vorteile, daß die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches dort erfolgt, wo der Rohrstutzen für ei­ ne ungestörte Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches sorgt. Es stellen sich ferner durch die Strömungsführung entlang dem äußeren Ümfang des Rohrstutzens und entlang der benachbarten Wandung der Zündkammer unge­ störte, turbulenzarme und dadurch zündwillige Grenzschichten ein, und es ist vorteilhafterweise zum Zeitpunkt der Zündung der Bereich um die Zündfunkenstrecke weitgehend frei von Restgasen gespült, was wiederum das Entzünden des Brennstoff-Luft-Gemisches fördert. Weil dabei die sich zur Zündstelle bewegende Gemisch-Strömung von zwei temperierten Wänden, nämlich der Wand des Rohrstutzens und der benachbarten axialen Zündkammerwand erwärmt wird, wird die Aufbereitung und demzufolge die Zündwilligkeit weiter verbessert. Diese Vorteile ermöglichen es, Brennstoff-Luft-Gemische insgesamt sehr brennstoffarm einzustellen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angege­ benen Lösung möglich. Die Ausgestaltung der übrigen Wandteile der Zündkammer aus Keramik erhöht die Standfestigkeit der Zündkammer ge­ genüber Wärmeeinfluß.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und Fig. 2 das Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einer zum Teil wiedergegebenen Brennraumwand 1 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine ist eine mit einem Innengewinde ver­ sehene Bohrung 2 vorgesehen, in die ein nach Art eines auswechselbaren Bauteils ausgebildeter Zündkammereinsatz 4 eingeschraubt ist, dessen erste Stirnwand 5 in den Brennraum 6 der Brennkraftmaschine ragt. Die Brennkammerwand kann z.B. die Wand des Zylinderkopfs sein und kann mit Kühlräumen 7 versehen sein, die mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind.

Der Zündkammereinsatz 4 weist ein Metallgehäuse 9 auf, das im wesent­ lichen zylindrisch ist und an der äußeren Mantelfläche das Einschraub­ gewinde für die Gewindebohrung 2 trägt. Auf der der ersten Stirnwand 5 gegenüberliegenden Seite weist der Zündkammereinsatz eine Fassung für einen zündkerzenähnlichen Isolator 10 auf, in dessen Inneren eine zen­ trale gerade Elektrode 11 verläuft. Diese weist außerhalb eine An­ schlußmöglichkeit an eine elektrische Spannungsquelle auf und endet am anderen Ende stirnseitig über eine Bohrung 12 in die im Innern des Zündkammereinsatzes 4 angeordnete Zündkammer 14.

Die erste Stirnwand 5, die die Zündkammer 14 zum Hauptbrennraum hin abgrenzt, weist koaxial zur Längsachse des Zündkammereinsatzes 4 einen Rohrstutzen 15 auf, der in seinem Inneren einen zentralen ersten Über­ strömkanal 16 bildet und bis etwa in die Mitte der axialen Erstreckung der Zündkammer ins Innere derselben hineinragt. Zwischen dem Rohrstut­ zen 15 und der Zündkammerwand wird dabei ein Ringraum 18 gebildet, in den tangentiale und im wesentlichen in einer radialen Ebene zur Zünd­ kammerachse liegende zweite Überströmkanäle 19 münden. Diese münden dabei am äußersten brennraumseitigen Ende des Ringraumes 18 ein. Eine Aufteilung dieser Kanäle ist dem Schnitt gemäß Fig. 2 zu entnehmen, wo diese Kanäle gestrichelt eingezeichnet sind. Vorteilhaft werden mehrere mit gleichem Winkelabstand am Umfang verteilte Kanäle 19 vor­ gesehen.

In der den Rohrstutzen und die erste Stirnwand bildenden Wandung sowie in der den Rohrstutzen ringförmig umgebenden axialen Wand der Zündkam­ mer ist ein Wärmerohr 20 bekannter Bauart angeordnet. Dieses grenzt, soweit es die äußere Zündkammerwand bildet, unmittelbar an das Metall­ gehäuse des Zündkammereinsatzes an und hat über dieses einen wärmelei­ tenden Kontakt zu den Kühlräumen 7. Die übrigen Wände der Zündkammer werden durch einen Keramikkörper 22 gebildet, der in das Metallgehäuse 9 eingesetzt ist und die zentrale Bohrung 12 zur Durchführung der zen­ tralen Elektrode 11 auf der dem Hauptbrennraum abgewandten Stirnseite 23 aufweist. Die Zündkammer 14 hat im wesentlichen eine rotationssym­ metrische Form bezogen auf die Längsachse des Zündkammereinsatzes und verjüngt sich im Durchmesser in Richtung zur Stirnseite 23 hin.

Auf dieser Stirnseite 23 ist ein federndes an der Elektrode 11 anlie­ gendes und die Bohrung 12 verschließendes Plättchen 24 aus elektrisch leitendem Material angeordnet, das mit einer Leiterbahn 25 verbunden ist. Diese ist auf den Keramikkörper 22 aufgedampft und führt in einer Mantellinie bis zu einer Stelle, die radial gegenüber dem äußersten Ende des Stutzens 15 liegt. Dort steht die Leiterbahn mit einer Elek­ trode 26 in Verbindung, zwischen der und dem Stutzen 15 bei Spannungs­ beaufschlagung der Elektroden ein Zündfunke gebildet wird. Die leiten­ de Verbindung zwischen dem Plättchen 24 und der Elektrode 11 kann auch durch Verlöten oder Verschweißen sichergestellt werden.

Die während des Ansaughubs der Brennkraftmaschine in den Hauptbrenn­ raum 6 eingebrachte Ladung aus Kraftstoff und Luft wird während des darauffolgenden Kompressionshubs über den ersten Überströmkanal 16 und die zweiten Überströmkanäle 19 in die Zündkammer 14 gedrängt. Der über den ersten Überströmkanal 16 einströmende Gemischteil strömt dabei direkt in den hinteren, sich konisch verjüngenden Teil der Zündkammer ein und bildet nach dessen Auffüllung eine Rückströmung in Richtung zum brennraumseitigen Teil der Zündkammer 14. Gleichzeitig tritt der andere Teil des Gemisches über die tangential einmündenden zweiten Überströmkanäle 19 ein, durch deren Verlauf das eingebrachte Gemisch in eine rotierende Bewegung gebracht wird, so daß sich entlang der axialen Wand der Zündkammer im Ringraum 18 ein Wirbel ausbildet. Durch den Rohrstutzen wird dabei gewährleistet, daß dieser Wirbel nicht durch den zentral einströmenden Gemischteil gestört wird. Auch die Ausführung der Zündeinrichtung begünstigt die Bildung einer nichttur­ bulenten Strömung wegen fehlender, bei anderen Ausführungsformen von Zundkammern aber vorhandener, in die Zündkammer ragender Elektroden oder die Zündkammerwand zerklüftender Bohrungen, die der Aufnahme von Zündeinrichtungen dienen. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit der mage­ ren Brennstoff-Luft-Gemischmengen kommt es im wandnahen Bereich zu ei­ ner Anreicherung mit Kraftstoff. Ferner erwärmt sich das angereicherte Gemisch an der Zündkammerwand durch die hohe Verweilzeit der rotieren­ den und mit einer geringen Axialkomponente versehenen Gemischmasse. Dadurch wird die Zündfähigkeit des Gemisches im wandnahen Bereich bzw. in der Wandgrenzschicht weiterhin erhöht. Die Rückströmung des über den ersten Überströmkanal 16 eingeströmten Gemisches bewirkt diese ge­ ringe Axialkomponente und die demzufolge verlängerte Verweilzeit. Im Bereich des Zündfunkens tritt letztlich im wesentlichen nur noch eine Drehbewegung der Gemischmengen auf. Weiterhin wird durch das durch die zweiten Überströmkanäle eintretende Gemisch das in der Zündkammer noch vorhandene Restgas von der Zündstelle verdrängt.

Das stirnseitig eingebaute Wärmerohr bietet die hervorragende Möglich­ keit, im noch kalten Zustand der Zündkammer den Wärmeabtransport zu den gekühlten Brennraumwänden zu verhindern. Es wirkt in diesem Be­ reich als Wärmeisolator. Bei erwärmter Zündkammer jedoch wird die ins­ besondere im Bereich der ersten Stirnwand 5 auftretende Wärme besser als bei der einfachen Wärmeleitung durch Metalle an die gekühlten Brennraumwände abgeführt. Es kann damit eine optimale höchste Tempera­ tur eingehalten werden, ohne daß es zur Zerstörung der Oberfläche bzw. zu Glühzündungen an der heißen Wand kommen würde.

Die Ausgestaltung der Zündkammerwand als Keramikkörper beim übrigen Teil der Zündkammer erhöht die Wärmestandfestigkeit.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist die Zündkammer in einem Zündkammereinsatz vorgesehen, der in die Brennraumwand ein­ schraubbar ist. Natürlich sind auch andere technisch sinnvolle und äquivalente Befestigungsmöglichkeiten durchführbar. Auch ist die er­ findungsgemäße Ausgestaltung nicht darauf hin eingeschränkt, daß ein auswechselbarer Zündkammereinsatz vorgesehen sein muß. Die in Fig. 1 dargestellte Leiterbahn 25 kann weiterhin statt aufgedampft auch in einer Nut eingelegt sein.

Claims (5)

1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine für arme Brennstoff-Luft-Gemische, mit einer jeweils dem Hauptbrennraum zugeordneten Zündkammer, die durch eine Stirnwand vom Hauptbrennraum abgetrennt ist, mit einem ersten Überströmkanal in Form eines Rohrstutzens, welcher den Hauptbrennraum mit dem Inneren der Zündkammer verbindet, axial zur Zündkammerachse verläuft und einen Ringkanal in der Zündkammer zwischen der umgebenden, axialen Zündkammerwand bildet, mit wenigstens einem zweiten Überström­ kanal in der axialen Zündkammerwand, der im wesentlichen tangential in den Ringraum mündet, mit einer Zündkerze, deren Elektrode etwa auf hal­ ber Höhe der Zündkammer eine Funkenstrecke bildet, und mit einem Wärme­ rohr in der Zündkammerwand, welches einen Wärmetransport von den heißen Teilen der Zündkammer zu gekühlten Wänden des Zylinderkopfs ermög­ licht, nach Patent DE 29 16 285, dadurch gekennzeichnet, daß die Fun­ kenstrecke zwischen der axialen Zündkammerwand und dem Rohrstutzen (15) erzeugt wird, daß der Rohrstutzen (15) etwa auf halber Höhe der Zünd­ kammer (14) endet und dort mit der Elektrode (26) die Funkenstrecke bildet, und daß das Wärmerohr (20) den Rohrstutzen (15) über die Stirn­ wand (5) mit den gekühlten Teilen der axialen Zündkammerwand verbindet.

2. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündkammer ein auswechselbares Bauteil darstellt.

3. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (26) in der axialen Zündkammerwand angeordnet und über eine isolierte, elektrische Leiterbahn bis zum der Stirnwand (5) gegenüberliegenden Teil geführt ist.

4. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil der axialen Zündkammerwand aus Keramik besteht, und daß die Leiterbahn auf die Keramikoberfläche der Zündkammerwand aufgedampft ist.

5. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiterbahn in einer Nut der axialen Zündkammerwand eingesetzt ist.