DE3531570A1 - IGNITION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

IGNITION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

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Abstract

An ignition device (4) is disclosed for internal combustion engines comprising a precombustion chamber (7) near the spark plug (5) and a connection (8) serving as a throttle (9) between the precombustion chamber and combustion chamber (6) of the engine. The purpose of the invention is to provide an ignition device which allows the use of normal spark plugs with only minimal structural modifications. To achieve this, the throttle line (8) is at least as long as the distance (14) between the ignition electrode and the start of the throttle line. It is thus possible to use inexpensive spark plugs which are mass-produced. Flowing through several gas lines, the mixture reaches the central electrode of the plug; or a large duct becomes narrow in the region of the central electrode and in the outflow direction a high speed is achieved in the direction of flow by the Laval nozzle effect, with the result that the ignited gas leads to quick and complete combustion of the main gas mixture.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Vorkammer an der Zündkerze und einer als Drosselstrecke ausgebildeten Verbindung an der Vorkammer zur Brennkammer des Motors.The invention relates to an ignition device for Internal combustion engines with a prechamber on the spark plug and a connection designed as a throttle section the pre-chamber to the combustion chamber of the engine.

Bei derartigen Ausführungen, wie sie z.B. in der DE-OS 25 03 811 beschrieben sind, sind Spezialzündkerzen erforder­ lich, weil eine Zündeinrichtung notwendig ist, die eine Mindestenergie von 50 Millÿouls und eine Mindeststromstär­ kenspitze vom 150 Milliamper erforderlich ist. Derartige Zünd-Anlagen erfordern Spezialzündkerzen, und spezielle Stromerzeuger. Beides ist aufwendig und teuer.In such designs as e.g. in DE-OS 25 03 811, special spark plugs are required Lich, because an ignition device is necessary, the one Minimum energy of 50 millÿouls and a minimum current 150 milliamper tip is required. Such Ignition systems require special spark plugs, and special ones Power generator. Both are complex and expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zündeinrichtung so auszu­ bilden, daß normale Zündkerzen verwandt werden können, und nur geringe, konstruktive Änderungen notwendig sind. So kann z.B. die neue Zündeinrichtung mit der normalen Zündker­ ze einfach in vorhandene Motoren eingeschraubt werden, ohne daß der Zylinderkopf geändert werden muß.The object of the invention is to design the ignition device in this way form that normal spark plugs can be used, and only minor, constructive changes are necessary. So can e.g. the new ignition device with the normal spark plug ze simply screwed into existing engines without that the cylinder head must be changed.

Die Zündeinrichtung geht aus von einer Brennkraftmaschine mit einer Vorkammer an der Zündkerze und einer als Drossel­ strecke ausgebildeten Verbindung von der Vorkammer zur Brennkammer des Motors. Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-OS 25 03 811 beschrieben.The ignition device is based on an internal combustion engine with a prechamber on the spark plug and one as a throttle route formed connection from the antechamber to Engine combustion chamber. Such a device is in DE-OS 25 03 811 described.

Nachteile dieser Ausführung werden dadurch vermieden, daß die Drosselstrecke mindestens so lang ist, wie der Abstand zwischen Zündelektrode und Beginn der Drosselstrecke.Disadvantages of this embodiment are avoided in that the throttle section is at least as long as the distance between the ignition electrode and the beginning of the throttle section.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß mit normalen Zünd­ kerzen, d.h. auch normalem Zündstrom extreme Magergemische zündfähig gemacht werden. Hier liegt die Erkenntnis zugrun­ de, daß die Zündkerze in ein Gehäuse gesetzt wird mit einer kleinen Vorkammer an der Kerze und Durchströmungskanälen zu der Brennkammer des Motors. Diese Durchströmungskanäle sind aufgrund ihrer Länge im Verhältnis zur Höhe der Vor­ kammer so ausgebildet, daß das Gemisch aus einem größeren Teil des Gesamtgemisches zur Zündkerze gebracht wird und andererseits ein sehr großer Strahl oder mehrere Strahle, gezündetes, brennendes Gemisch, das Hauptgemisch der Brenn­ kammer mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit gebracht wird, und dort eine schnelle und totale Verbrennung bewirkt. Diese schnelle Verbrennung ermöglicht einen späteren Zünd­ zeitpunkt, was zusätzlich zur Senkung der NOx beiträgt. Die totale Verbrennung verringert noch höher die CH und den Ver­ brauch.This measure ensures that extreme lean mixtures are made ignitable with normal spark plugs, ie even normal ignition current. Here lies the knowledge that the spark plug is placed in a housing with a small prechamber on the plug and flow channels to the combustion chamber of the engine. This flow channels are designed due to their length in relation to the height of the chamber before that the mixture is brought from a larger part of the total mixture to the spark plug and on the other hand a very large jet or several jets, ignited, burning mixture, the main mixture of the combustion chamber with brought high pressure and high speed, and there causes a quick and total combustion. This rapid combustion enables a later ignition point, which also contributes to the reduction of the NO x . Total combustion reduces CH and consumption even more.

Eine bevorzugte Ausführung besteht darin, daß mehrere Durch­ strömungskanäle, die der Drosselstrecke schräg angeordnet sind, derart, daß die Eingänge an der Brennkammer weiter auseinanderliegen und die Ausgänge zur Vorkammer der Zünd­ kerze enger zusammen sind. Wichtig ist auch noch, daß die Kanäle so angeordnet sind, daß die verlängerte Richtung der Kanäle zur Zündkerze auf die Mittelelektrode stößt.A preferred embodiment is that several through flow channels, the throttle section arranged obliquely are such that the inputs to the combustion chamber continue apart and the exits to the prechamber of the ignition candle are closer together. It is also important that the Channels are arranged so that the extended direction of the Channels to the spark plug hit the center electrode.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß ein Durch­ strömungskanal zur Zündkerze angeordnet ist, der sich zur Kerze hin verringert und in Gegenstromrichtung eine Lavall­ düse oder Art Lavalldüse bildet. Wichtig ist auch, daß ein Durchströmungskanal der Zündkerze angeordnet ist, der sich zur Kerze hin verkleinert und nahe der engsten Stelle die mittlere Elektrode der Zündkerze angeordnet ist. Eine Aus­ führungsform, die sehr wesentlich ist, besteht darin, daß die Zündeinrichtung mit einer Vorkammer an der Zündkerze und einem oder mehreren Durchströmungskanälen aus einem Teil besteht, in den serienmäßige Zündkerzen mit kürzeren oder etwas längeren Mittelelektroden eingesetzt werden.Another embodiment is that a through Flow channel to the spark plug is arranged, which is to Reduced the candle and a Lavall in the opposite direction nozzle or type of Lavall nozzle. It is also important that a Flow channel of the spark plug is arranged, which is reduced to the candle and close to the narrowest point middle electrode of the spark plug is arranged. An out leadership form, which is very essential, is that the ignition device with a prechamber on the spark plug and one or more flow channels from one Part exists in the standard spark plugs with shorter ones  or slightly longer center electrodes are used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt. Dabei gehen aus den Zeichen der Beschreibung wei­ tere Erfindungsmerkmale hervor.Embodiments of the invention are shown in the drawing posed. Here go from the characters in the description other inventive features.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung der Zündeinrichtung im Zylin­ derkopf einer Brennkraftmaschine. Fig. 1 shows a representation of the ignition device in the cylinder head of an internal combustion engine.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Zündeinrichtung. Fig. 2 shows another embodiment of the ignition device.

Im Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine mit Zylinder 2 und Kolben 3 ist eine Zündeinrichtung 4 mit Zündkerze 5 an­ geordnet. Die Zündkammer 4 enthält eine Vorkammer 7 im Be­ reich der Zündkerze 5 und hat mehrere Strömungskanäle 8 von der Vorkammer 7 zu der Hauptbrennkammer 6 des Motors. Die Strömungskanäle 8 sind so angeordnet, daß sie in Richtung Brennkammer 6 etwas auseinander gehen und in Richtung der Brennkammer 7 mehr zusammen laufen. Es werden zwei, drei o­ der vorzugsweise vier Kanäle vorgesehen. Sie laufen in Rich­ tung der Vorkammer 7 aufeinander zu, so daß das durchströmen­ de Gas in Richtung Zündkerze 5 auf die Mittelelektrode 9 der Zündkerze geleitet wird.In the cylinder head 1 of an internal combustion engine with cylinder 2 and piston 3 , an ignition device 4 with spark plug 5 is arranged. The ignition chamber 4 contains a prechamber 7 in the area of the spark plug 5 and has a plurality of flow channels 8 from the prechamber 7 to the main combustion chamber 6 of the engine. The flow channels 8 are arranged such that they diverge somewhat in the direction of the combustion chamber 6 and converge more in the direction of the combustion chamber 7 . Two, three or preferably four channels are provided. They run towards each other in the direction of the prechamber 7 , so that the gas flowing through is directed in the direction of the spark plug 5 onto the center electrode 9 of the spark plug.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung. Hier ist ein Kanal 10 angeordnet, der sich etwa in der Mitte der Zünd­ kammer 4 zu einem Durchströmungsteil 11 verengt. Die Zündker­ ze 5 hat eine längere Mittelelektrode 12, die bis nahe an den Durchströmungskanal 11 reicht. Fig. 2 shows another embodiment of the invention. Here, a channel 10 is arranged, which narrows approximately in the middle of the ignition chamber 4 to a flow-through part 11 . The spark plug ze 5 has a longer center electrode 12 which extends close to the flow channel 11 .

Die Arbeitsweise und der Zündvorgang sind wie folgt:The mode of operation and the ignition process are as follows:

Beim Verdichtungstakt des Motors preßt der Kolben 3 Magerge­ misch in die Brennkammer 6. Dabei wird auch Gemisch über die Strömungskanäle 8 in die Vorkammer 7 der Zündkammer 4 mit ho­ hem Druck und hoher Geschwindigkeit gepreßt. Dieses Gemisch wird im wesentlichen zuerst zur Elektrode 9 geführt und ver­ drängt dort das noch vorhandene verbrannte Gas in den Seiten­ raum der Vorkammer 7. Da die Eingänge der Durchströmungska­ näle 8 auf der Seite der Brennkammer 6 weiter auseinander lie­ gen, strömt aus vier verschiedenen Teilen des Hauptgemisches 5 Gemisch zu der Elektrode 9 der Zündkerze 5. Dieses Gemisch strömt dann seitwärts von der Elektrode in den übrigen Raum der Vorkammer 7, so daß eine laufende Strömung von vier Ge­ mischteilen zur Elektrode 9 der Zündkerze 5 und von dort in den übrigen Raum der Vorkammer 7 stattfindet. Durch diesen Vorgang ist gewährleistet, daß zündfähiges Gemisch zur Kerze kommt und dort gezündet wird.During the compression stroke of the engine, the piston presses 3 lean mixture into the combustion chamber 6 . Mixture is also pressed through the flow channels 8 into the prechamber 7 of the ignition chamber 4 at high pressure and high speed. This mixture is essentially first led to the electrode 9 and there displaces the combustion gas still present in the side space of the prechamber 7 . Since the inputs of the throughflow channels 8 on the side of the combustion chamber 6 lie further apart, mixture flows from four different parts of the main mixture 5 to the electrode 9 of the spark plug 5 . This mixture then flows sideways from the electrode into the rest of the prechamber 7 , so that a current flow of four Ge mixing parts to the electrode 9 of the spark plug 5 and from there into the rest of the prechamber 7 takes place. This process ensures that the ignitable mixture comes to the candle and is ignited there.

Das gezündete Gemisch Strömt mit hohem Druck durch die vier Kanäle 8 in die Brennkammer 6 und zündet gleichzeitig an vier verschiedenen Stellen das Hauptgemisch in der Brennkammer. Dieses einströmende brennende Gas ist in der Lage, auch sehr magere Gemischanteile zu zünden und zu einer raschen Verbren­ nung zu bringen. So verläuft die Verbrennung in der Brennkam­ mer 6 rascher und kompletter als sonst üblich. Dies ermöglicht eine spätere Zündung des Hauptgemisches, was zusätzlich eine Verringerung in der NOx-Bildung bringt und auch die CH senkt.The ignited mixture flows at high pressure through the four channels 8 into the combustion chamber 6 and simultaneously ignites the main mixture in the combustion chamber at four different locations. This inflowing burning gas is able to ignite even very lean mixture components and bring them to a rapid combustion. The combustion in the Brennkam mer 6 is faster and more complete than usual. This enables the main mixture to be ignited later, which additionally brings about a reduction in the NO x formation and also lowers the CH.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführung der Zündeinrichtung ge­ zeigt. Dort ist ein Durchströmungskanal 10 angeordnet, der sich in Richtung Zündkerze 5 zu einem engen Durchgang 11 ver­ kleinert. Die Mittelelektrode 12 ist so lang, daß sie fast an den Durchgang 11 heran reicht. Die Vorkammer 13 ist so ge­ staltet, daß sie mit den Durchgängen 11 und 10 eine Lavall­ düse bildet.In Fig. 2, another embodiment of the ignition device is shown ge. There is a flow channel 10 is arranged, which shrinks in the direction of spark plug 5 to a narrow passage 11 ver. The center electrode 12 is so long that it almost reaches the passage 11 . The pre-chamber 13 is so designed that it forms a Lavall nozzle with the passages 11 and 10 .

Beim Verdichtungstakt des Motors wird über die große Öffnung des Durchströmungskanals 10 viel Gemisch gepreßt, welches im Durchgang 11 eine hohe Geschwindigkeit erreicht. So strömt viel Gemisch mit hoher Geschwindigkeit zur Elektrode 12 der Zündkerze 5 und füllt unter seitlicher Verdrängung der ver­ brannten Restgase die Brennkammer 13. Nach Zündung dieses Ge­ misches strömt dies mit hohem Druck und hoher Geschwindig­ keit (Lavalldüseneffekt) in die Brennkammer 6 des Motors, entzündet dort einwandfrei auch sehr magere Gemische, die rasch vollständig verbrennen.During the compression stroke of the engine, a large amount of mixture is pressed through the large opening of the flow channel 10 , which mixture reaches a high speed in the passage 11 . So much mixture flows at high speed to the electrode 12 of the spark plug 5 and fills the combustion chamber 13 with lateral displacement of the burnt residual gases. After ignition of this mixture, this flows at high pressure and high speed (Lavall nozzle effect) into the combustion chamber 6 of the engine, ignites flawlessly there even very lean mixtures that quickly burn completely.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß man serienmäßig preis­ werte Zündkerzen verwenden kann und die Strömung mehrerer Gaskanäle das Gemisch an die Mittelelektrode der Kerze führt, oder ein breiter Durchgangskanal 10 sich in der Nähe der Mit­ telelektrode 12 zu einem Durchgang 11 verengt, und in Aus­ gangsströmungsrichtung hohe Geschwindigkeit durch Lavalldü­ seneffekt erreicht wird, wodurch das gezündete Gas zu einer schnellen kompletten Verbrennung des Hauptgemisches führt.By the invention it is achieved that inexpensive spark plugs can be used as standard and the flow of several gas channels leads the mixture to the center electrode of the candle, or a wide through channel 10 narrows near the center of the electrode 12 to a passage 11 , and in off high velocity is achieved by the Lavall nozzle effect, whereby the ignited gas leads to a rapid complete combustion of the main mixture.

Claims (6)

1. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Vorkam­ mer (7, 13) an der Zündkerze (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstrecke (8, 10, 11) mindestens so lang ist, wie der Abstand (14) zwischen Zünd­ kerze (5) und Beginn der Drosselstrecke.1. Ignition device for internal combustion engines with a prechamber mer ( 7 , 13 ) on the spark plug ( 5 ), characterized in that the throttle section ( 8 , 10 , 11 ) is at least as long as the distance ( 14 ) between the spark plug ( 5 ) and start of the throttle section. 2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchströmungskanä­ le (8) in der Drosselstrecke schräg angeordnet sind derart, daß die Eingänge an der Brennkammer (6) weiter auseinander­ liegen und die Ausgänge zur Vorkammer (7) an der Zündkerze (5) enger zusammen sind.2. Ignition device according to claim 1, characterized in that several Durchströmungskanä le ( 8 ) are arranged obliquely in the throttle section such that the inputs to the combustion chamber ( 6 ) are further apart and the outputs to the prechamber ( 7 ) on the spark plug ( 5 ) are closer together. 3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (8) so angeordnet sind, daß die verlängerte Richtung der Kanäle zur Zündkerze (5) auf die Mittelektrode (9) stoßen. 3. Ignition device according to claim 1, characterized in that the channels ( 8 ) are arranged so that the elongated direction of the channels to the spark plug ( 5 ) meet the center electrode ( 9 ). 4. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchströmungskanal (10) zur Zündkerze angeordnet ist, der sich zur Zündkerze hin ver­ kleinert und in Gegenströmungsrichtung eine Lavalldüse oder Art Lavalldüse bildet.4. Ignition device according to claim 1, characterized in that a flow channel ( 10 ) is arranged to the spark plug, which ver reduces to the spark plug and forms a Lavall nozzle or type Lavall nozzle in the counterflow direction. 5. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchströmungskanal (10) zur Zündkerze (5) angeordnet ist, der sich zur Zündkerze hin verkleinert und nahe der engsten Stelle (11) der Mittelelektro­ de (12) der Zündkerze (5) angeordnet ist.5. Ignition device according to claim 1, characterized in that a flow channel ( 10 ) to the spark plug ( 5 ) is arranged, which is reduced to the spark plug and near the narrowest point ( 11 ) of the central electric de ( 12 ) of the spark plug ( 5 ) is. 6. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung mit ei­ ner Vorkammer (7) an der Zündkerze (5) und einem oder mehreren Durchströmungskanälen (10, 8) aus einem Teil (4) besteht, in den serienmäßige Zündkerzen mit kürzerer oder etwas längerer Mittelelektrode einsatzbar sind.6. Ignition device according to claim 1, characterized in that the ignition device with egg ner prechamber ( 7 ) on the spark plug ( 5 ) and one or more flow channels ( 10 , 8 ) consists of a part ( 4 ), in the standard spark plugs with shorter or a slightly longer center electrode can be used.
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