DE3025896A1

DE3025896A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine mit wenigstens einem hauptbrennraum und einer diesem zugeordneten zuendkammer

Info

Publication number: DE3025896A1
Application number: DE19803025896
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. Latsch; Helmut 7143 Vaihingen Maurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1982-02-11

Description

R. 638 7

23.5.80 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Premdgezündete Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Hauptbrennraum und einer diesem zugeordneten Zündkammer

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei solchen Brennkraftmaschinen (DE-OS 28 31 ^52) soll es ermöglicht werden, bei einem möglichst stark abgemagerten Betriebsgemisch der Brennkraftmaschine aus Kraftstoff und Luft eine sichere Zündfähigkeit des Gemisches aufrechtzuerhalten. Dazu sind Überströmkanäle vorgesehen, die tangential in die Zündkammer einmünden und eine ausgeprägte Wirbelströmung erzeugen, so daß bei dem einströmenden Frischgemisch eine die Zündfähigkeit erhöhende Kraftstoffanreicherung in den Randzonen des Wirbels erzielt wird. Weiterhin erfolgt die Zündung innerhalb der die Zündfähigkeit verbessernden beruhigten Strömung in der Wandgrenzschicht dieser Wirbelströmung, Weiterhin wird in diesem Bereich durch ein konstant geregeltes hohes Temperaturniveau eine gute Vorwärmung des Gemischanteils erzielt, der dort entzündet werden soll. Dies erhöht weiterhin die Zündfähigkeit. Die Temperaturregelung erfolgt mit Hilfe eines ringförmigen Wärmerohrs, das in der zylindrischen Wand der Zündkammer angeordnet ist. Zur Verbesserung der Standfestigkeit der Elektrode ist bei dieser bekannten Einrichtung die Elektrode

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mit wärmeabführenden Mitteln versehen, indem entweder die Elektrode als Wärmerohr ausgebildet ist oder mit einem verstärkten kegelförmigen Isolierkörper bis kurz vor der Zündstelle umschlossen wird. Dieser Isolierkörper füllt im wesentlichen den hinteren Teil der Zündkammer aus. Die Einrichtung hat dabei den Nachteil, daß als Zündeinrichtung eine Sonderelektrode benötigt wird, die andererseits in nachteiliger Weise das Volumen vermindert, in das in der Einschubphase des Frischgemisches in die Zündkammer der Restgasanteil verdrängt werden kann, mit dem Ziel im Zündbereich ein möglichst restgasfreies Gemisch zu erhalten. Weiterhin sind zur Verwirklichung eines in die Brennraumwand der Brennkraftmaschine einzusetzenden Zündkammereinsatzes mit einer solchermaßen ausgestalteten Zündung relativ große Durchmesser und Baulängen des Einsatzes notwendig, was die Verwendbarkeit der Zündkammereinsätze stark einschränkt. Dies deshalb, da bekanntermaßen es bei modernen Serienbrennkraftmaschinen nur noch in sehr beschränktem Umfang problemlos möglich ist, von außen her einen zusätzlichen Zugang zum Hauptbrennraum zu schaffen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei Einhaltung aller Forderungen zur Aufbereitung des relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches einen Zündkammereinsatz zu verwenden ist, dessen Abmessungen innerhalb der Grenzmaße von Zündkerzen liegen. Dabei kann in vorteilhafter Weise ein üblicher bei Zündkerzen verwendeter, rotationssymmetrischer Kerzenstein mit Mittelelektrode verwendet werden. Das sonst übliche Gehäuse der Zündkerze wird erfindungsgemäß modifiziert, wobei Schraubgewinde und Einschraublänge der üblichen Zündkerze beibehalten werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch bzw. im Nebenanspruch gegebenen Lösung möglich.

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Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel und Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Teil der Brennraumwand 1, die den Hauptbrennraum 3 einer Brennkraftmaschine begrenzt, dargestellt. In diesem Teil der Brennraumwand ist eine durchgehende, mit einem Innengewinde versehene Bohrung 4 vorgesehen, in die ein Zündkammereinsatz 5 eingeschraubt ist. Ein zylindrischer Teil 6 des Zündkammereinsatzes weist dabei ein Außengewinde 8 auf, an das anschließend der Zündkammereinsatz einen sich zum Hauptbrennraum hin verjüngenden kegelstumpfförmigen Teil 9 anschließt, dessen Ende in den Hauptbrennraum 3 ragt. Die dort befindliche erste Stirnwand 10 grenzt eine im Innern des kreiszylindrischen Teils 6 angeordneten Zündkammer zum Hauptbrennraum ab. Die Zündkammer besteht dabei aus einem vorderen Teil 11 und einem hinteren Teil 12. Der vordere Teil 11 hat die Form eines schiefen Kreiszylinders, dessen Basisstirnkreis konzentrisch zur Symmetrieachse des Zündkammereinsatzes liegt und von der ersten Stirnwand 10 gebildet wird. Der vordere Teil 11 mündet in den hinteren Teil 12, der ebenfalls Kreiszylinderform hat und koaxial zur Symmetrieachse des Zündkammereinsatzes angeordnet ist. Die Längserstreckung des hinteren Teils ist dabei etwas geringer als die des vorderen Teils, während der Durchmesser des hinteren Teils größer ist, als der des vorderen Teils. Auf der anderen Stirnseite 14 der Zündkammer, die Stirnseite, die den hinteren Teil begrenzt, ist ein konzentrischer Durchbruch 15 vorgesehen, der sich zu einer Bohrung 16 anschließend erweitert, in die ein Isolator 18 dicht eingepaßt ist.

Der Isolator 18 weist einen Isolatorfuß 19 auf, der kegelstumpfförmig ausgebildet ist und in den hinteren Teil 12 der Zündkammer

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hineinragt und umfaßt in seiner Längsachse eine Mittelelektrode 20, Der Isolator 18 mit seiner Mittelelektrode 20 ist dabei im wesentlichen gleich ausgebildet, wie der Kerzenstein einer üblichen Zündkerze mit einem äußeren Anschluß für die Verbindung mit der Zündspannungsquelle.

Der Isolator 18 weist eine Schulter 30 auf, auf die mit Hilfe eines Schraubrings 31 axiale Halterungskräfte übertragen werden können. Der Schraubring 31 ist dabei in einer sich an die Bohrung 16 anschließenden Gewindebohrung 32 eingeschraubt.

Der Zündkammereinsatζ weist außen ein Sechskant 33 auf, über das der Zündkammereinsatζ 5 in die Gewindebohrung 4 eingeschraubt v/erden kann.

Die Mittelelektrode 20 ragt durch den hinteren Teil 12 der Zündkammer hindurch bis in den angrenzenden vorderen Teil hinein. Am übergang zwischen dem vorderen Teil 11 und dem hinteren Teil 12 der Zündkammer besteht die größte radiale Annäherung der Zündkammerwand zur Mittelelektrode 20. Diese Stelle stellt die Zündfunkenstrecke 22 dar.

Der vordere Zündkammerteil ist mit dem Hauptbrennraum durch erste Überströmkanäle 25 verbunden, die in der ersten Stirnwand 10 angeordnet sind und im wesentlichen tangential zur zylindersehen Wand des vorderen Zündkammerteils 11 einmünden, wobei die Kanäle leicht steigend angeordnet sind. Weiterhin ist in der ersten Stirnwand ein zweiter überströmkanal 26 vorgesehen, der koaxial zur Achse des Zündkammereinsatzes bzw, des hinteren Zündkammerteils 12 liegt und in den hinteren Zündkammerteil 12 gerichtet ist.

Der hintere Teil 12 weist ferner radiale Durchbrüche 35 auf, die in einen Ringraum 36 führen, der aus einer an der Einschraubstelle in der Brennraumwand 1 vorgesehenen Ringnut und der Mantelfläche des eingeschraubten Zündkammereinsatzes 5 gebildet wird. Die Durchbrüche können vorteilhaft äquidistante Bohrungen sein. Anschließend an die Ringnut 36 verjüngt si£h die Bohrung H in der Brennraumwand in Richtung Hauptbrennraum kegelförmig und bildet dabei einen Kegelsitz 37 für den kegelstumpfförmigen Teil 9 des Zündkammereinsatzes. Auf

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diese Weise wird der Ringraum 36 gegenüber dem Hauptbrennraum 3 abgedichtet. Weiterhin hat der Kegelseitz 37 in vorteilhafter Weise die Eigenschaft, die Wärmeabfuhr von der Stirnseite bzw. vom kegelstumpfförmigen Teil zu verbessern.

Die während des Ansaughubs der Brennkraftmaschine in den Hauptbrennraum 3 eingebrachte Ladung aus Kraftstoff und Luft wird während des darauffolgenden Kompressionshubs über die Überströmkanäle 25 bzw. 26 in die Zündkammer gedrängt. Der über den zweiten überströmkanal 26 einströmende Gemischanteil strömt dabei direkt in den hinteren Teil 12 der Zündkammer. Dort erfolgt eine Umkehrung der Strömung. Gleichzeitig tritt der andere Teil des Gemisches über die tangential verlaufenden ersten Überströmkanäle 25 in den ersten Teil 11 der Zündkammer ein. Durch die Führung der ersten Überströmkanäle wird das eingebrachte Gemisch in eine rotierende und schraubenförmig ansteigende Bewegung feebracht, so daß ein sich entlang der zylindrischen Wand des vorderen Zündkammerteils 11 beweger-äer

.Wirbel entsteht, der den über den zweiten überströmkanal 26 eintretenden Gemischstrom umgibt. Durch die hohe Drehgeschwindigkeit der mageren Gemischmengen kommt es im wandnahen Bereich zu einer Anreicherung mit Kraftstoff. Das angereicherte Gemisch erwämrt sich ferner in der beruhigten Wandgrenzschicht an der zylindrischen Wand des vorderen Zündkammerteils 11, wodurch die Zündfähigkeit des Gemisches weiterhin erhöht wird. In vorteilhafter Weise wird durch diese Ausgestaltung die axiale Bewegungskomponente der rotierenden Gemischmassen um so mehr gedämpft, je näher diese Gemischmengen der Zündelektrode 20 bzw. der Funkenstrecke kommen, da hier der Einfluß der über den zweiten überströmkanal 26 eingeströmten und wieder zurückdrängenden Gemischmengen wirksam wird. Im Bereich der Funkenstrecke 22 tritt gegen Ende des Kompressionshubes letztlich nur noch eine Drehbewegung der über die ersten Überströmkanäle 25 eingeflossenen Gemischmengen auf, so daß eine hohe Verweildauer an der warmen Zündkammerwand die Aufbereitung2u einem zündfähigen Gemisch fördert,

Bei kleiner Bauweise des Zündkammereinsatzes ist es durch den erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Raum (36), der

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keinesfalls nur beim beschriebenen Ausführungsbeispiel anwendbar ist, möglich, genügend große Gemischmengen hinter der Zündstelle, d. h. im hinteren Teil 12' und im Ringraum 36 zu speichern. Es kann auf diese Weise vorteilhaft die Energie der aus Überströmkanälen 25 bzw. 26 in den Hauptbrennraum 3 ausströmenden Zündfackeln oder Flammstrahlen erhöht werden. Die Verbindung zwischen Zündkammer und zusätzlichem Raum kann auch an anderer als der beschriebenen Stelle erfolgen. Der Raum muß dabei nicht notwendigerweise ein Ringraum sein.

Eine solche Anordnung zeigt Fig. 2, bei der bei sonst gleichartiger Ausgestaltung des Zündkammereinsatzes 5 die in Fig. 1 vorgeshenen Durchbrüche 35 als Durchbrüche 35' ausgehend von vorderen Zündkammern 11' ausgebildet sind und in den Ringraum 36' führen. Die nach dem Zünden bei dieser Ausführungsform aus den Durchbrüchen 35' austretenden Flammen verwirbeln das aus dem hinteren Zündkammerteil 12' stammende brennende Gemisch im vorderen Teil 11' und führen zu einer intensiven Verbrennung, was wiederum zu einer verstärkten Fackelbildung in den Überströmkanälen 25 bzw. 26 führt.

In vorteilhafter zusätzlicher Ausgestaltung ist in der den vorderen Zündkammerteil umgebenden Wand ein Wärmerohr 38 angeordnet, durch das die Zündkammerwand schnell auf eine geregelte hohe Temperatur gebracht werden kann, so daß sich der zu entflammende Gemischanteil schnell erwärmen kann.

Die Ausgestaltung erlaubt es, mit Hilfe einer üblichen Zündkerzenelektrode, das in der Zündkammer enthaltene Gemisch in der beruhigten Zone der Wandgrenzschicht zu zünden, wo das Gemisch optimal aufbereitet ist. Es ist ferner möglich, einen Zündkammereinsätζ zu verwirklichen, der im wesentlichen die äußere Form des Gehäuses einer üblichen Zündkerze hat, wobei also das übliche Kerzengewinde in der Brennraumwand einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Damit ist es möglich, einen solchen Zündkammereinsatz als Zündeinrichtung für magere Luftgemische bei Brennkraftmaschinen nachzurüsten. Die Wirkung solcher sehr kleinen Zündkammern beruht auf der Erkenntnis, daß bereits kleinste Gemischmengen ausreichen, um nach einer Ent-

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flammung, insbesondere mit Hilfe der über die Überströmkanäle in den Hauptbrennraum ausströmenden Plammstrahlen große, kraftstoffarme Gemischmengen zu entflammen. Weiterhin ist innerhalb der Zündkammer wiederum nur ein kleiner Gemischanteil notwendig, um die in der Zündkammer befindliche Ladung zu entflammen, wobei bei Wahl einer erfindungsgemäß optimalen Zündstelle auch Restgasanteile in der Zündkammer in Kauf genommen werden können. Mit Hilfe einer solchen Zündkammer sind über die verzögerte Verbrennung sehr gleichmäßige Druckverläufe bei einem Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem Betriebsgemisch, aber auch während des Warmlaufes und des Leerlaufes der Brennkraftmaschine möglich. Die Anordnung weist eine sehr geringe Klopfneigung auf und hat den Vorteil, daß der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission merklich gesenkt v/erden können.

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Claims

Bö/Ba ROBERT BOSCH GMBH5 7000 STUTTGART 1 Ansprüche

1.)Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Hauptbrennraum und einer diesem zugeordneten Zündkammer, die mit dem Hauptbrennraum durch mehrere Überströmkanäle verbunden ist und eine Zündeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer in einem in die Wand des Hauptbrennraums einsetzbaren Zündkammereinsatz (5) angeordnet ist und über wenigstens einen Durchbruch (35) in der Zündkammerwand mit einem zwischen Zündkammereinsatz und Brennraumwand dicht eingeschlossenen Raum (36) verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zündkammer aus einem hinteren, dem Brennraum abgewandten Zündkammerteil (12) und einem vorderen, dem Brennraum zugewandten Zündkammerteil (117 besteht, daß die Zündkammer eine Zündeinrichtung aufweist, die am Übergang zwischen dem hinteren und dem vorderen Zündkammerteil eine Funkenstrecke (22) bildet und daß der hintere Zündkammerteil (12) über wenigstens einen

Durchbruch (35) mit dem Raum (36) verbunden ist.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer aus einem hinteren, dem Brennraum abgewandten Zündkammerteil (12') und einem vorderen, dem Brennraum zugewandten Zündkammer teil (H') besteht, daß die Zündkammer eine Zündeinrichtung aufweist, die am Übergang zwischen dem hinteren und dem vorderen Zündkammerteil eine Funkenstrecke (22) bildet und daß der vordere Zündkammerteil (H¹) über wenigstens einem Durchbruch (35') mit dem Raum (36') verbunden ist.

H. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum als Ringraum ausgebildet ist.

5, Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum über mehrere äquidistante Bohrungen in der Zündkammerwand mit der Zündkammer verbunden ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der den vorderen Zündkammerteil bildenden Wand wenigstens ein Wärmerohr (38) angeordnet ist.

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