DE60310979T2

DE60310979T2 - Methode und vorkammerzündeinrichtung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60310979T2
Application number: DE60310979T
Authority: DE
Inventors: Cyril Robinet; Nicolas Tourteaux
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: US7082920B2; WO2004036013A1; ATE350567T1; US20060005803A1; ES2280820T3; WO2004036013A8; FR2846046A1; JP2006503217A; DE60310979D1; EP1556592B1; FR2846046B1; EP1556592A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Zündvorrichtung mit Vorkammer für einen Verbrennungsmotor, die einen Kompromiss zwischen einer effizienten Verbrennung unter geringer Last und einer effizienten Verbrennung unter hoher Last liefert, ein Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsmotors und eine Zündkerze mit Vorkammer.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung umfasst eine Zündkerze mit Vorkammer, die anstelle und an den Ort einer klassischen Zündkerze eingeschraubt ist, ohne den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ändern zu müssen (Durchmesser ≤ 14 mm), und die sich von der klassischen Zündkerze unter anderem dadurch unterscheidet, dass die Zündmittel eines Verbrennung und Antrieb bewirkenden Mittels in einer Vorkammer enthalten sind, die von einem Gehäuse definiert wird, dessen Kopf mit Durchlässen versehen ist.
Damit ist die Vorkammer der Zündkerze, wenn die Zündkerze mit Vorkammer im Zylinderkopf montiert ist, von der Hauptbrennkammer des Motors durch den Kopf des Vorkammergehäuses getrennt und kommuniziert mit der Hauptbrennkammer über in diesen Kopf eingearbeitete Durchlässe.
Die Zündkerze mit Vorkammer kann eventuell mit Mittel ausgestattet sein, die es erlauben, ein Brennstoffgemisch direkt in die Vorkammer einzuführen oder dort zu bilden.
In der Druckschrift US 4,926,818 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung gepulster Strahlen beschrieben, die dazu bestimmt ist, Wirbelverbrennungskammern zu bilden. Die beschriebene Vorrichtung umfasst eine Hauptkammer, die ein Haupt-Brennstoffgemisch enthält und in der sich ein Kolben bewegt, und eine Vorkammer, die reaktive Substanzen aufnimmt und mit der Hauptkammer über in eine Wand eingearbeitete Öffnungen kommuniziert. Durch Zündung der reaktiven Substanzen in der Vorkammer werden Verbrennungsgasstrahlen erzeugt, die das in der Hauptlast, die in der Hauptkammer enthalten ist, enthaltene Hauptgemisch durch Konvektion der Flammenfront entzünden.
Die Patentanmeldung FR 2.781.840 betrifft eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die umfasst:

– eine Hauptkammer, die dazu bestimmt ist, ein Hauptbrennstoffgemisch zu enthalten, und die mit einer Einrichtung zum Verdichten dieses Gemischs versehen ist,
– eine Vorkammer, die dazu bestimmt ist, reaktive Substanzen aufzunehmen, wobei diese Vorkammer mit der Hauptkammer über mindestens einen Durchlass kommuniziert, und
– ein System zum Zünden der in der Vorkammer enthaltenen reaktiven Substanzen.

Die Durchlässe zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer verhindern den Durchlass einer Flammenfront, wobei sie den Durchlass instabiler Verbindungen, die aus der Verbrennung der in der Vorkammer enthaltenen reaktiven Substanzen herrühren, erlauben. Das Verdichtungssystem der Hauptkammer und Versetzen des Hauptgemischs mit instabilen Verbindungen erlauben eine Selbstentzündung des Hauptgemischs in der Masse.
Damit wird im Gegensatz zum Motor mit einer konventionell gesteuerten Zündung oder zu dem im US-Patent 4,926,818 beschriebenen Motor die Zündung des Hauptgemischs nicht durch Ausbreitung einer Flammenfront erreicht, sondern durch Versetzen und Verdichten des Hauptgemischs des Motors.
Die Selbstentzündung in einem großen Volumen erlaubt einen sehr schnellen Druckanstieg, schwache Klopfgeräusche und eine gute Wiederholbarkeit.
Die Patentanmeldung FR 2.810.692 betrifft ebenfalls eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer allgemein zylindrisch geformten Vorkammer analog zu derjenigen, die in der Anmeldung FR 2.781.840 beschrieben ist, wobei die Durchlässe, die mit der Hauptbrennkammer kommunizieren, von einer kreisförmigen Kurve beschrieben werden, die durch die Mitten der äußersten Durchlässe verlaufen, wobei das Verhältnis des Durchmessers dieser kreisförmigen Kurve zum Innendurchmesser der zylindrischen Vorkammer kleiner oder gleich 1/2, vorzugsweise kleiner oder gleich 1/3, ist. Diese Anordnung erlaubt den Betrieb des Motors mit einer geringen Menge Verbrennungsluft, vor allem dann, wenn die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Hauptkammer aus Gründen der Reinigung mit einem Drei-Wege-Katalysator stöchiometrisch ist.
Auch wenn sich der Einsatz von Zündkerzen mit Vorkammer, die die Ausbreitung einer Flammenfront in die Hauptbrennkammer verhindern, zur Unterdrückung von Klopfgeräuschen bei einem Motorbetrieb unter hoher Last als wirksam erweist, sind Instabilitäten bei der Verbrennung im Motor unter geringer Last zu beobachten, vor allem, wenn der Motor im Leerlauf arbeitet.
In der vorliegenden Erfindung wird unter Motorarbeit unter geringer Last der Bereich vom Leerlauf bis zum Viertel der Volllast des Motors verstanden, vorzugsweise der Bereich vom Leerlauf bis zu 10% der Volllast bei einem Saugmotor und der Bereich vom Leerlauf bis zu 5% der Volllast bei einem Motor mit Turbolader.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine Zündvorrichtung mit Vorkammer für einen Verbrennungsmotor zu liefern, die den obigen Nachteilen abhilft, vor allem durch Gewährleistung des besten Kompromisses bei einem Motorbetrieb unter geringer und hoher Last.
Weiterhin hat die Erfindung ein Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsmotors zur Aufgabe, bei dem die Zündung des Oxydator-Brennstoff-Hauptgemischs in einer Hauptbrennkammer des Motors durch die Ausbreitung einer Flammenfront erfolgt, wenn der Motor unter geringer Last arbeitet, und durch Versetzen des Hauptgemischs mit instabilen Verbindungen und Selbstzündung in der Masse des Hauptgemischs, wenn der Motor unter hoher Last arbeitet.
Die oben genannten Ziele werden erfindungsgemäß mit einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erreicht, mit:

– einer Hauptkammer, die dazu bestimmt ist, ein Hauptbrennstoffgemisch zu enthalten, und die mit einer Einrichtung zum Verdichten des Gemischs versehen ist, und
– einer Zündkerze mit einer Vorkammer, die dazu bestimmt ist, ein Brennstoffgemisch zu enthalten, und mit einer Einrichtung zum Zünden des in der Vorkammer enthaltenen Brennstoffgemischs, wobei die Vorkammer von einem Vorkammergehäuse definiert wird, das einen Kopf mit Durchlässen aufweist, wobei der Kopf des Vorkammergehäuses die Vorkammer von der Hauptkammer trennt und die Vorkammer mit der Hauptkammer über die Durchlässe verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchläse zumindest einen Durchlass enthalten, der die Ausbreitung einer Flammenfront von der Vorkammer zur Hauptkammer gestattet, wenn der Motor unter geringer Last arbeitet, sowie zumindest einen Durchlass, der nicht der Ausbreitung einer Front von der Vorkammer zur Hauptkammer gestattet und dabei den Durchtritt von instabilen Verbindungen von der Vorkammer zur Hauptkammer gestattet, die aus der Verbrennung des Brennstoffgemischs in der Vorkammer stammen.

Im Allgemeinen beträgt die Anzahl an Durchlässen, welche die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten und in den Kopf des Vorkammergehäuses eingebracht sind, 1 bis 5 und vorzugsweise 1, wobei die Anzahl an Durchlässen, die nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, von 1 bis 20 variiert, vorzugsweise von 3 bis 15.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Leitungen mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm höher als die Anzahl der Leitungen mit einem Durchmesser größer als 1 mm.
Die Durchlässe sind vorzugsweise zylindrische Durchlässe.
Vorzugsweise haben die Durchlässe, welche die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, einen Durchmesser größer als 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise bis 1,5 mm, und die Durchlässe, die nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, ha ben einen Durchmesser von 1 mm oder darunter, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm.
Selbstverständlich hat das Verhältnis zwischen der Anzahl und den Abmessungen der Durchlässe, welche die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, und der Anzahl der Durchlässe, die nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, derart zu sein, dass bei Betrieb des Motors unter hoher Last zwischen der Vorkammer der Zündkerze und der Hauptbrennkammer ein Druckdifferential aufrecht erhalten bleibt, das die Ausbreitung einer Flammenfront von der Vorkammer in die Hauptkammer verhindert.
Die Durchlässe können angeordnet sein, wie in der Patentanmeldung FR 2.810.692 beschrieben.
Das Vorkammergehäuse kann aus jedem geeigneten Material gefertigt werden, wie Stahl 35 CD4, Inconel, Messing usw.
In einer besonderen Ausführungsform ist das Vorkammergehäuse aus einer Metallverbindung mit einer Wärmeleitfähig keit bei 20°C größer als 10 W/K/m, vorzugsweise größer als 30 W/K/m, die 350 W/K/m erreichen kann, gefertigt, insbesondere aus einer Kupferlegierung. Eine Legierung mit einer geeigneten hohen Wärmeleitfähigkeit ist die Legierung CuCr1Zr, deren Wärmeleitfähigkeit bei 20°C 320 W/K/m beträgt. Diese Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit eignen sich insbesondere für Zündkerzen mit Vorkammer, die dazu bestimmt sind, mit Verbrennungsmotoren mit hoher Vorverdichtung eingesetzt zu werden, das heißt, mit einem mittleren Arbeitsdruck von ≥ 13 bar.
In einer anderen Ausführungsform sind die Innenwand des Vorkammergehäuses und/oder die Außenwand des Kopfs des Vorkammergehäuses sowie eventuell die Wände der Durchlässe mit einer feuerfesten Beschichtung beschichtet, wie Beschichtungen aus Al₂O₃, ZrY (nicht unbedingt stöchiometrisch) und TiB₂. Die Dicke dieser Beschichtungen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 100 μm, vorzugsweise 1 bis 50 μm.
Damit werden die Effizienz der Verbrennung in der Vorkammer erhöht und die Motorarbeit unter geringer Last verbes sert, vor allem bei Motoren mit hoher Vorverdichtung.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsmotors, wobei

– ein Hauptbrennstoffgemisch in eine Hauptkammer und ein Brennstoffgemisch in eine Vorkammer eingebracht wird, die mit der Hauptkammer über zumindest einen Durchlass verbunden ist, der die Ausbreitung einer Flammenfront gestattet, sowie über zumindest einen Durchlass, der nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestattet,
– das in der Vorkammer enthaltene Brennstoffgemisch verbrannt wird, und
a) bei einem Motorbetrieb unter geringer Last
• zumindest eine Flammenfront von der Vorkammer zur Hauptkammer über den Durchlass durchgelassen wird, der die Ausbreitung einer Flammenfront gestattet, und die Entzündung des Hauptbrennstoffgemischs mittels der Flammenfront hervorgerufen wird,
b) bei einem Motorbetrieb unter hoher Last
• instabile Verbindungen, die aus der Verbrennung des Brennstoffgemischs der Vorkammer stammen, unter Verhinderung jeglicher Ausbreitung einer Flammenfront von der Vorkammer zur Hauptkammer über Durchlässe durchgelassen werden und eine Selbstzündung des Hauptbrennstoffgemischs in der Masse hervorgerufen wird, das mit den instabilen Verbindungen aus der Hauptkammer versetzt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Vorkammer, die von einem Vorkammergehäuse definiert wird, der einen Kopf mit Durchlässen aufweist, wobei die Vorkammer dazu bestimmt ist, ein Brennstoffgemisch zu enthalten, und mit einer Einrichtung zum Zünden des in der Vorkammer enthaltenen Brennstoffgemischs, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkammerkopf zumindest einen Durchlass mit einem Durchmesser größer als 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise bis 1,5 mm, und zumindest einen Durchlass mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm, aufweist.
Die Anzahl der Durchlässe mit einem Durchmesser über 1 mm schwankt generell von 1 bis 5 und beträgt vorzugsweise 1, und die Anzahl der Durchlässe mit einem Durchmesser von 1 mm oder kleiner beträgt generell 3 bis 20, vorzugsweise 3 bis 15.
Die Fortsetzung der Beschreibung bezieht sich auf die Figuren in der Anlage, die jeweils darstellen:
1, eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Zündvorrichtung mit erfindungsgemäßer Zündkerze mit Vorkammer,
2, eine Sicht von unten auf den Kopf eines Vorkammergehäuses einer erfindungsgemäßen Zündkerze,
3a und 3b, schematische Darstellungen, welche die Zündung des Hauptbrennstoffgemischs durch Ausbreitung einer Flammenfront bei einem Motorbetrieb unter geringer Last veranschaulichen,
4a bis 4d, welche die Selbstzündung des Hauptbrennstoffgemischs durch Versetzen mit instabilen Bestandteilen bei einem Motorbetrieb unter hoher Last veranschaulichen.
Ein Zylinder eines Verbrennungsmotors, der auf der 1 dargestellt ist, umfasst eine Hauptkammer 1, die von einer Wand abgeschlossen (hier nicht dargestellt) und oben von einem Zylinderkopf 10 begrenzt wird. Die Hauptkammer 1 enthält in klassischer Weise einen Kolben (nicht dargestellt), der von einem Pleuel (nicht dargestellt) verschiebend angetrieben wird.
Eine erfindungsgemäße Zündkerze mit Vorkammer 11 ist in dem Zylinderkopf 10 derart befestigt, dass sie an die Hauptkammer 1 angrenzt, zum Beispiel durch Einschrauben in ein Gewinde 10a im Zylinderkopf 10.
Die Zündkerze 11 umfasst ein allgemein röhrenförmiges Vorkammergehäuse 12 mit einem allgemein konvex geformten Kopf 12a, der vorzugsweise die Form einer kugelförmigen Kalotte hat und eine Vorkammer 2 definiert.
Der Kopf 12a des Vorkammergehäuses 12 bildet eine Trennwand zwischen der Hauptbrennkammer 1 und der Vorkammer 2. Das Volumen der Vorkammer kann 200 bis 2000 mm³ betragen und beträgt vorzugsweise 500 bis 1500 mm³.
Typischerweise hat die Vorkammer 2 ein Volumen von weniger als 1,5 cm³, im allgemeinen von 0,5 cm³ bis 1,5 cm³. Im allgemeinen schwankt das Verhältnis zwischen dem Volumen der Vorkammer 2 und dem Totvolumen der Hauptkammer 1 von 0,1 bis 5%, vorzugsweise von 0,1 bis 2%.
Fakultativ kann die Zündkerze 1 außerdem eine Zuführung umfassen (nicht dargestellt), die es erlaubt, die Vorkammer 2 mit einem stromaufwärts gebildeten Brennstoffgemisch zu versorgen oder Kraftstoff einzuführen, wobei die Luft dem Brennstoff in der Vorkammer 2 beigemischt wird.
Die Vorkammer 2 ist mit einem Zündsystem ausgestattet, das eine mittige Elektrode 13 und eine Massenelektrode 14 umfasst.
Der Kopf 12a, der die Trennwand zwischen der Hauptkammer 1 und der Vorkammer 2 bildet und beispielsweise die Form einer kugelförmigen Kalotte hat, ist mit verschiedenen Durchlässen 15 ausgestattet, die detaillierter auf der 2 dargestellt sind.
Die im allgemeinen zylindrisch geformten Durchlässe 15 umfassen einen Durchlass 15a mit einem großen Durchmesser von über 1 mm, im allgemeinen von über 1 mm bis 3 mm, und eine Reihe von Durchlässen 15b bis 15i (7 in der Ausführung von 2) mit einem kleinen Durchmesser ≤ 1 mm. Die Länge dieser Durchlässe ist im allgemeinen kleiner als 1 mm, und sie sind vorzugsweise nach den Radien des halbkugelförmigen Kopfes 12a ausgerichtet.
Obwohl nur ein Durchgang 15a mit einem Durchmesser von über 1 mm dargestellt wurde (bevorzugte Ausführungsform), kann der Kopf 12a mehrere Durchlässe mit großem Durchmesser aufweisen, wobei, wenn das der Fall ist, die Anzahl und die Abmessung dieser Durchlässe mit großem Durchmesser derart sein müssen, dass im allgemeinen keine Flammenfront von der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 ausbreiten kann, wenn der Motor unter hoher Last arbeitet, das heißt ab einem Viertel der maximalen Last bis zur maximalen Last, wie später zu sehen sein wird.
Es ist gut zu verstehen, dass, im Rahmen der Erfindung, wenn man vom Wiederholungscharakter der Arbeit eines Motors und der Tatsache ausgeht, dass seine Betriebsparameter nicht alle mit absoluter Präzision überwacht werden können, die Tatsache, dass die Vorrichtung die Ausbreitung einer Flammenfront unter hoher Last verhindert, eine statistische Größe ist. Im allgemeinen wird sie es verhindern, aber es kann selten, zufällig oder unter ganz bestimmten Bedingungen vorkommen, dass sich selbst bei hoher Last eine Flammenfront ausbreitet. Allerdings ist die Vorrichtung allgemein derart konfiguriert, dass bei einem Betrieb unter hoher Last vorzugsweise keine Zündung durch Ausbreitung einer Flammenfront erfolgt, sondern eher durch instabile Verbindungen. Es wurde nachgewiesen, dass die Initiation durch Versetzen mit instabilen Verbindungen an mehreren Stellen eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit gewährleistet als die Ausbreitung einer einzigen Flammenfront, bei in diesem Sinne einem höheren Potential zur Unterdrückung von Klopferscheinungen. Vorzugsweise ist eine Leitung mit einem Durchmesser von über 1 mm ausreichend, um die Zündung durch Ausbreitung von Flammenfronten unter geringer Last zu gewährleisten. Das Blockieren der Flamme in den Leitungen ist auf das Druckdifferential Vorkammer – Brennkammer zurückzuführen. Bei identischem Volumen wird die Dynamik des Druckaufbaus in der Vorkammer im Verhältnis 1 vom effizienten Kommunikationssegment zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer bestimmt.
Wie bereits ausgeführt, liegt die Anzahl der Leitungen mit einem Durchmesser unter 1 mm vorzugsweise über der Anzahl der Leitungen mit einem Durchmesser über 1 mm. Im allgemeinen erfolgt die Optimierung der Anzahl der Leitungen und des Durchmessers (unter 1 mm) bei einem konstanten Verhältnis S/V in der Art, die zu einem Verhältnis Leitungen mit kleinem Durchmesser/Leitungssegmente mit großem Durchmesser führt, das so groß wie möglich ist.
Die folgende Tabelle zeigt für drei Vorkammervolumen (400, 750, 1500 mm³) wobei 400 und 1500 mm³ bevorzugte untere und obere Werte sind) Leitungsarrangements, die in quantitativer Hinsicht für Durchmesserkategorien <= 1 mm und Durchmesser > 1 mm bevorzugt werden. Die verschiedenen Beispiele für Aufschlüsselungen von Durchmessern und Leitungsanzahl sind bei einem identischen Verhältnis S/V dargestellt, so dass für die verschiedenen genannten Fälle eine identische Verbrennungsdynamik in der Vorkammer herrscht. Tabelle: Darstellung der bevorzugten Abmessungskonfigurationen von Leitungen mit gleichem Verhältnis S/V für verschiedene Volumina
Es folgt eine Beschreibung der Funktionsweise der Zündkerze und der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung unter Bezugnahme auf die 3a und 3b (geringe Last) und 4a bis 4d (hohe Last).
Wie bereits zuvor festgestellt, wurde bei Verwendung einer Zündkerze mit Vorkammer mit ausschließlich Durchlässen mit kleinem Durchmesser (0,9 mm) bei einem Motorbetrieb unter geringer Last, vor allem im Leerlauf, eine instabile Verbrennung festgestellt. Es wurde ermittelt, dass dieses Problem auf die Höhen von Druck und Temperatur zurückzuführen ist, die in der Verdichtungsphase des Motors erreicht werden und nicht ausreichend sind, um eine Selbstzündung in der mit instabilen Verbindungen versetzten Hauptkammer hervorzurufen.
Die erfindungsgemäße Zündkerze hilft diesem Nachteil ab.
Aufgrund der geringen Luft-Kraftstoff-Gemischmenge in der Vorkammer 2 unter geringer Last ist der Druckanstieg in der Vorkammer deutlich geringer als bei hoher Last, und die Flammenfront 16, die durch Verbrennung des Gemischs in der Vorkammer 2 erzeugt wird, kann sich dank des Durchlasses mit großem Durchmesser 15a in der Hauptkammer 1 ausbreiten und dort eine Verbrennungstasche 17 ausbilden.
Diese Kontinuität bei der Ausbreitung der Flammenfront zwischen Vorkammer 2 und Hauptkammer 1 gewährleistet eine Stabilität unter geringer Last, die dem herkömmlichen Fall von Motoren mit Fremdzündung ähnelt.
Unter hoher Last ist die Menge des mit Kraftstoff versetzten Gemischs in der Vorkammer 2 drei- bis siebenmal höher als bei geringer Last.
Bei Verbrennung des Gemischs in der Vorkammer ist der Druckanstieg deutlich höher. Das Druckdifferential zwischen der Vorkammer 2 und der Hauptkammer 1 verhindert die Ausbreitung der Flammenfront 16 von der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1.
Allerdings lassen die Durchlässe 15a bis 15i den Strom 18 instabiler Verbindungen aus der Vorkammer 2 in die Hauptkammer 1 passieren.
Beim Hub des Kolbens 3 führt der Druck zu einer Selbstzündung in der Masse des Hauptgemischs in Form von Verbrennungstaschen 19.

Claims

Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: – einer Hauptkammer (1), die dazu bestimmt ist, ein Hauptbrennstoffgemisch zu enthalten, und die mit einer Einrichtung zum Verdichten des Gemischs versehen ist, und – einer Zündkerze (11) mit einer Vorkammer (2), die dazu bestimmt ist, ein Brennstoffgemisch zu enthalten, und mit einer Einrichtung (13, 14) zum Zünden des in der Vorkammer (2) enthaltenen Brennstoffgemischs, wobei die Vorkammer von einem Vorkammergehäuse (12) definiert wird, das einen Kopf (12a) mit Durchlässen (15a–15i) aufweist, wobei der Kopf (12a) des Vorkammergehäuses (12) die Vorkammer (2) von der Hauptkammer (1) trennt und die Vorkammer (2) mit der Hauptkammer (1) über die Durchlässe (15a–15i) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe zumindest einen Durchlass (15a) enthalten, der die Ausbreitung einer Flammenfront von der Vorkammer (2) zur Hauptkammer (1) gestattet, wenn der Motor unter geringer Last arbeitet, sowie zumindest einen Durchlass, der nicht die Ausbreitung einer Front von der Vorkammer (2) zur Hauptkammer (1) gestattet und dabei den Durchtritt von instabilen Verbindungen von der Vorkammer (2) zur Hauptkammer (1) gestattet, die aus der Verbrennung des Brennstoffgemischs in der Vorkammer (2) stammen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Durchlässen, welche die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten und in den Kopf (12a) des Vorkammergehäuses (12) eingebracht sind 1 bis 5, vorzugsweise 1 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Durchlässen, die nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 15 beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Durchlässe, welche die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, einen Durchmesser größer als 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise bis 1,5 mm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe, die nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestatten, einen Durchmesser ≤ 1 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (12a) des Vorkammergehäuses (12) die Form einer kugelförmigen Kalotte hat.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe (15a –15i) nach den Radien der kugelförmigen Kalotte ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkammergehäuse (12) eine Metalllegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis 20°C von mindestens 10 W/K/m, vorzugsweise von mindestens 30 W/K/m ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Kupferlegierung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung die Legierung Cu Cr 1 Zr ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Vorkammergehäuses (12) und/oder die Außenwand des Kopfs (12a) des Vorkammergehäuses (12) und/oder die Wände der Durchlässe (15a–15i) mit einer feuerfesten Beschichtung beschichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Beschichtung ausgewählt ist aus Al₂O₃, ZrY und TiB₂.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Beschichtung eine Dicke von 0,5 bis 100 μm, vorzugsweise von 1 bis 50 μm hat.
Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsmotors, wobei – ein Hauptbrennstoffgemisch in eine Hauptkammer und ein Brennstoffgemisch in eine Vorkammer eingebracht wird, die mit der Hauptkammer über zumindest einen Durchlass verbunden ist, der die Ausbreitung einer Flammenfront gestattet, sowie über zumindest einen Durchlass, der nicht die Ausbreitung einer Flammenfront gestattet, – das in der Vorkammer enthaltene Brennstoffgemisch verbrannt wird, und c) bei einem Motorbetrieb unter geringer Last • zumindest eine Flammenfront von der Vorkammer zur Hauptkammer über den Durchlass durchgelassen wird, der die Ausbreitung einer Flammenfont gestattet, und die Entzündung des Hauptbrennstoffgemischs mittels der Flammenfront hervorgerufen wird, d) bei einem Motorbetrieb unter hoher Last • instabile Verbindungen, die aus der Verbrennung des Brennstoffgemischs der Vorkammer stammen, unter Verhinderung jeglicher Ausbreitung einer Flammenfront von der Vorkammer zur Hauptkammer über Durchlässe durchgelassen werden und eine Selbstentzündung des Hauptbrennstoffgemischs in Masse hervorgerufen wird, das mit den instabilen Verbindungen aus der Hauptkammer versetzt ist.
Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Vorkammer, die von einem Vorkammergehäuse definiert wird, der einen Kopf mit Durchlässen aufweist, wobei die Vorkammer dazu bestimmt ist, ein Brennstoffgemisch zu enthalten, und mit einer Einrichtung zum Zünden des in der Vorkammer enthaltenen Brennstoffgemischs, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkammerkopf zumindest einen Durchlass mit einem Durchmesser größer als 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise bis 1,5 mm und zumindest einen Durchlass mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkammerkopf 1 bis 5 Durchlässe mit einem Durchmesser größer als 1 mm, vorzugsweise 1 Durchlass aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkammerkopf 1 bis 20 Durchlässe mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als 1 mm, vorzugsweise 3 bis 15 Durchlässe aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkammerkopf eine kugelförmige Kalotte ist.
Zündkerze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe nach den Radien der kugelförmigen Kalotte ausgerichtet sind.