WO2014094988A1 - Zündeinrichtung für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit dieser zündeinrichtung - Google Patents

Zündeinrichtung für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit dieser zündeinrichtung Download PDF

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WO2014094988A1
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ignition
ignition device
chamber
electrode
gap
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English (en)
French (fr)
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Mario Dittmann
Anko Ernst
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • F02B19/18—Transfer passages between chamber and cylinder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/54—Sparking plugs having electrodes arranged in a partly-enclosed ignition chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an ignition device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and an internal combustion engine according to the preamble of claim 12.
  • German Offenlegungsschrift DE 101 44 976 A1 discloses an ignition device in the form of a pre-chamber spark plug, which has a cylinder of a cylinder associated with a combustion chamber of a combustion chamber of a combustion chamber
  • Internal combustion engine divided, comprising a central axis ignition chamber comprises.
  • an ignition region is provided in which a present in the ignition chamber fuel / air mixture is ignited.
  • the prechamber spark plug is designed as an electric spark plug with at least two electrodes, between which an ignition spark is generated at the ignition time. Therefore, in the ignition chamber is a
  • Ignition arrangement which has a center electrode whose axis of symmetry coincides with the central axis.
  • the ignition assembly also has a
  • Mass electrode which is separated by a Zündspalt of the central electrode.
  • a high voltage is applied to the center electrode at a predetermined ignition time, so that a spark ignites in the ignition gap from the center electrode to the ground electrode, which is preferably permanently grounded or earthed.
  • the ignition region is therefore arranged in this case in the ignition gap or coincides with the Zündspalt.
  • Chamber wall has at least one bore, which provides a fluid connection between the ignition chamber and the combustion chamber.
  • a compression stroke of the cylinder is fresh gas, so unburned
  • Fuel / air mixture inserted from the combustion chamber via the at least one bore in the ignition chamber. This is ignited there to the ignition, wherein the inflamed mixture shoots on the designated as a shot channel, at least one bore into the combustion chamber of the cylinder. In this way, a safe and fast ignition and the most homogeneous possible charge conversion of the mixture is ensured in the combustion chamber. Ultimately, an ignition energy amplification is thus effected, wherein the energy of the mixture amount ignited in the ignition chamber increases the ignition energy via the at least one firing channel can reliably trigger the reaction in the combustion chamber. This is especially important when the
  • Ignition chamber prevailing flow can be well concentrated around the central axis of the ignition chamber. In this case, then the flame retardant residual gas is concentrated in the region of a center of the ignition chamber, while in the field of
  • Kammerwandurig a high fresh gas content, ie a high proportion of unburned fuel / air mixture prevails. This is advantageous if in the ignition device, a so-called near-wall spark position is realized, wherein typically the chamber wall is connected as a ground electrode.
  • Mass electrode segments may be formed, formed separately from the chamber wall, and the Zündspalt is in a region around the center electrode around intended. It is realized a so-called central spark location. Here it is very unfavorable, if due to the pressure prevailing in the compression stroke
  • Prechamber spark plugs are generally arranged and aligned so that tumble and / or swirl flows result in the compression stroke in the ignition chamber. Swirl flows are thereby largely converted into tumble flows in an upper region of an insulator base surrounding the center electrode, so that ultimately an increase in the residual gas concentration in the central region of the ignition chamber can hardly be avoided. An optimal propagation of the flame front is so significantly affected.
  • the ignition gap corresponds to the ignition region and the spark gaps of the ignition layer.
  • charge movement in the ignition chamber and thus also in the ignition area opposite a later ignition is increased.
  • charge motion refers to the strength of the gas flow in the ignition chamber.
  • the invention is based on the object, an ignition device and a
  • a flow-guiding element which is designed in such a way and arranged relative to the ignition region, that in a compression stroke of the cylinder substantially fresh gas flows in the ignition region.
  • the flow guide causes an opposing flow is avoided in the ignition, in the fresh gas flowing out of the combustion chamber in a first direction and at the same time from a volume above the ignition range coming residual gas in a second, to the first direction
  • Flow guide preferably arranged and designed so that the
  • An ignition device which is characterized in that it comprises an ignition arrangement for igniting the present in the ignition chamber fuel / air mixture in the ignition chamber, wherein the ignition assembly is a a
  • the ignition assembly further at least one through having a spark gap spaced from the center electrode ground electrode.
  • the ignition region is arranged in this case in the ignition gap, or can be equated with the Zündspalt.
  • the flow-guiding element is designed in such a way and arranged relative to the ignition arrangement that in a
  • the ignition device is in this case as an electrical ignition device for ignition caused by a between the center electrode and the ground electrode
  • Ignition gap avoided, and a fresh gas flow through the spark gap is not affected as possible, while the residual gas flow is conducted past the spark gap.
  • the ignition gap is flushed so efficiently with fresh gas, so that it is also in the
  • Ignition point has a high fresh gas concentration.
  • the flow guide is arranged and designed so that it covers the spark gap - seen in the radial direction - and preferably even protrudes beyond it.
  • the flow-guiding element is preferably arranged on a side of the ignition gap facing away from the combustion chamber or the chamber wall, wherein fresh gas can readily flow into the ignition gap from the side of the combustion chamber, ie from the opposite direction
  • the flow guide element expands along the central axis. It thus forms a kind of ascending ramp to the ignition gap, through which contrary to
  • Fresh gas flow to the ignition gap flowing residual gas - seen in the radial direction - is directed away from this.
  • an axial direction is responsive to a direction which extends along the center axis of the ignition chamber or along the axis of symmetry of the center electrode.
  • a radial direction refers to a direction perpendicular to the
  • Center axis of the ignition chamber or the axis of symmetry of the center electrode concentrically surrounds.
  • the wording "below” refers to a side facing the combustion chamber, while the wording "above” responds to a side facing away from the combustion chamber-seen along the central axis. In the compression stroke is therefore the
  • Insulator surrounding volume above the spark gap.
  • An ignition device is preferred, which is characterized in that the flow guide is arranged on the center electrode. It is possible that the flow guide is formed as a separate part which is joined to the center electrode or otherwise secured thereto. However, the flow guide element is preferably formed integrally with the center electrode and is preferably provided as a radial projection of a lateral surface thereof. It is - seen in the direction of the central axis - formed above the spark gap to those already described
  • the ignition gap preferably completely covers the ignition gap or protrudes beyond it, viewed in the radial direction.
  • the flow guide does not completely cover the spark gap. Depending on its other geometric design, it may be sufficient that the
  • Flow guide only partially covers the spark gap, while still from the top approaching residual gas efficiently and to a sufficient extent of the Flow guide - seen in the radial direction - is directed away from the spark gap.
  • a - measured in the axial direction - distance of the integrally formed with the center electrode Strömungsleitelements to the ignition gap is preferably selected so that no flashover in the region of the Strömungsleitelements adjusts when the center electrode is subjected to high voltage. Rather, the distance is preferably selected so that spark gaps occur only in the region of the ignition gap. For efficient operation of the ignition device, it is important to avoid sparks occurring outside of the ignition gap.
  • the center electrode is preferably encompassed in regions by an insulator foot.
  • the flow guide is not provided on the center electrode, but on the Isolatorfuß. It is possible that the flow guide is joined as a separate part with the Isolatorfuß or otherwise secured thereto. However, it is preferred that the flow guide is provided integrally with the insulator foot as part thereof. It is preferably designed as a radial projection of a lateral surface of the insulator foot. Also in this case, the flow guide preferably covers the spark gap - as seen in the radial direction - completely
  • An ignition device is also preferred, which is characterized in that the flow guide element is designed as a substantially conical projection of the lateral surface of the center electrode. Alternatively or additionally, it is preferred that the flow guide element is designed as a substantially conical projection of the lateral surface of the insulator foot.
  • the flow guide is - as otherwise preferably the entire ignition device - rotationally symmetrical about the central axis, wherein particularly preferably a - seen in longitudinal section - triangular projection on the center electrode and / or the Isolatorfuß is provided, wherein the triangular cut surface by rotation to the central axis gives a conical projection overall.
  • the cone preferably opens downwards, that is to say in the direction of the ignition gap, with it in the region of its base surface, ie in the region of its largest diameter, preferably covered and particularly preferably surmounted.
  • the flow-guiding element comprises more than one projection, the plurality of projections preferably -in
  • Seen circumferential direction - are arranged symmetrically about the central axis at the same angular distance.
  • the flow-guiding element is designed as a substantially conical projection, it preferably has a conical surface which slopes downwards towards the center axis and serves as a flow ramp, the boundary line of which-as seen in longitudinal section-being rectilinear. It is also an embodiment possible in which the conical surface - seen in the direction of the central axis - at least partially curved, in particular convex or concave, so that they - seen in longitudinal section - has no straight boundary, but a curved boundary line.
  • the course of the boundary line thus the shape of the lateral surface, can be tuned to a desired flow behavior, in particular of the residual gas flowing past the lateral surface, in order to effectively deflect it away from the ignition gap, as viewed in the radial direction.
  • An ignition device is preferred, which is characterized in that the conical projection is arranged on the center electrode, preferably provided integrally therewith, wherein it springs directly in the region of an axial end face of the insulator foot and - seen in the axial direction - to the
  • Mass electrode out, thus down, extended.
  • an axial end face of the projection namely the base of the cone - seen in the axial direction - at a distance from the spark gap.
  • the axial end face of the projection is spaced from an opposite axial end face of the ground electrode, which delimits the spark gap.
  • this distance is preferably selected so that no sparkover from the projection to the ground electrode occurs when the center electrode is subjected to a high voltage becomes. This ensures that spark flashovers in the ignition always take place exclusively in the ignition gap.
  • an ignition device which is characterized in that the conical projection is arranged on the Isolatorfuß, wherein it has its largest diameter - as seen in the axial direction - preferably at the height of the axial end face of the insulator.
  • the base of the cone is flush or aligned with the axial end face of the Isolatorfußes provided.
  • the diameter of the conical projection decreases - also seen in the axial direction - pointing away from the ground electrode, ie upwards.
  • An ignition device is also preferred, which is characterized in that the ground electrode is designed as a ring electrode, which surrounds the center electrode, viewed in the circumferential direction.
  • the ignition gap is preferably as
  • Annular gap formed which surrounds the center electrode - seen in the circumferential direction - surrounds.
  • the ring electrode is held by at least one spacer element, in particular a web.
  • the spacer element or the web is preferably fastened to the main body of the prechamber spark plug or to the chamber wall.
  • the ring electrode prefferably comprises individual, separate electrode elements, which are preferably provided at the same angular distance from one another and thus distributed symmetrically around the central axis, as viewed in the circumferential direction.
  • each individual electrode segment is preferably held by at least one spacer element or web, particularly preferably formed integrally with the spacer element or the web.
  • the ring electrode is integrally formed as - not seen in the circumferential direction - openwork ring.
  • the ring is held only by a single spacer or a single web becomes. But are preferably - seen in the circumferential direction - preferably symmetrically distributed around the central axis, thus provided at the same angular distance from each other provided spacers or webs, for example, three or four such webs.
  • At least one free space results around the at least one spacer element or between the individual spacer elements, through which residual gas can flow in the direction of the combustion chamber, ie downwards. Accordingly, while fresh gas flows from below into the ignition gap, residual gas flowing in from above is directed radially outwards through the flow-guiding element away from the ignition gap, where it can flow downwards through the at least one free space.
  • the flow paths for the fresh gas on the one hand and the residual gas on the other hand are separated from each other, with only the flow path for the fresh gas through the spark gap leads. In this way, it is effectively avoided that the fresh gas flow on the one hand and the residual gas flow on the other hand encounter each other in the ignition gap, otherwise the fresh gas concentration in the ignition at the ignition
  • Ignition gap would be lowered.
  • an ignition device which is designed as a laser spark plug.
  • the fuel / air mixture is ignited in the ignition by at least one laser beam.
  • a central ignition point is provided, it is advantageous if the flow-guiding element causes substantially fresh gas to flow in the ignition region. Since no insulator base and no center electrode are available for arranging the flow guide element in a laser spark plug, at least one holding element, in particular one, is preferably in the ignition chamber
  • Holding structure provided on which the flow guide is arranged.
  • the holding element is designed as a cage structure, wherein it is in particular in its shape as a
  • Ring electrode formed mass electrode can be modeled.
  • the fuel / air mixture is through one of a corona electrode outgoing corpna discharge ignited.
  • the corona electrode is partially surrounded by an insulator foot.
  • the strörungsleitelement is preferably arranged on the Isolatorfuß; wherein preferably results in an analogous configuration as in an arrangement of the flow guide on the
  • the Strörnungsleitelement has an advantageous effect because a residual gas flow can be directed past the ignition area, while in the ignition substantially fresh gas flows.
  • the ignition chamber forms a structural unit with the spark plug, which is preferably screwed into or otherwise secured to a cylinder head of an internal combustion engine.
  • the chamber wall is preferably formed by a primer cap, which is arranged on a base body of the pre-chamber spark plug or joined to the base body or otherwise attached thereto.
  • the ignition chamber is formed as part of the cylinder head, wherein the ignition assembly is preferably provided on a spark plug which is screwed into the cylinder head or otherwise secured thereto.
  • Inflammation behavior affects. This also results in an advantage for the ignition device in comparison to an ignition device which has no Strörnungsleitelement.
  • the increased heat value has a particularly advantageous effect on the ignition behavior of inert gas-containing fuel gases.
  • the object is also achieved by providing an internal combustion engine having the features of claim 12.
  • This is characterized by an ignition device according to one of the embodiments described above. This realizes in connection with the internal combustion engine, the advantage already in the
  • An internal combustion engine which is designed as a gas engine is preferred.
  • the internal combustion engine is designed as a lean-burn gas engine. in this connection
  • Fig. 1 is a schematic partial longitudinal sectional view of a first
  • Fig. 2 is a schematic partial longitudinal sectional view of a second
  • Embodiment of an ignition device Embodiment of an ignition device.
  • Figure 1 shows a schematic partial longitudinal section of an embodiment of an ignition device 1, which is designed as an electric ignition device with spark ignition.
  • the ignition device 1 is at least in the region shown in Figure 1 substantially rotationally symmetrical about a central axis A, wherein in Figure 1, only a section of the longitudinal sectional plane is shown, which is arranged to the right of the central axis A. The corresponding left area of the longitudinal section plane is obtained by mirroring the representation to the right of the central axis A at this point.
  • the geometry of the ignition device 1 results at least in the essentially by rotation about the central axis A. Except for some elements, which will be explained below.
  • the ignition device 1 has a firing chamber 5 divided off in the mounted state on an internal combustion engine with respect to a combustion chamber of a cylinder assigned to the ignition device 1 by means of a firing chamber 5 which is divided into a kiln wall 3.
  • this eirie ignition assembly 7 which comprises a center electrode 9 and a ground electrode 11.
  • the center electrode 9 is rotationally symmetrical about the central axis A, wherein its axis of symmetry coincides with the central axis A.
  • the ground electrode 11 is formed in the illustrated embodiment as a ring electrode, which surrounds the center electrode 9 - seen in the circumferential direction. Between the center electrode 9 and the ground electrode 11 -as seen in the radial direction-an ignition gap 13 of annular design in the illustrated embodiment is arranged, which surrounds the center electrode-seen in the circumferential direction.
  • the ground electrode 1 is preferably formed as a continuous ring. However, it is also possible that it comprises at least two segments which - in
  • Seen circumferentially - are arranged at the same angular distance from each other and therefore distributed symmetrically about the central axis A.
  • the center electrode 11 is held by at least one spacer element 15, preferably at least two, more preferably a plurality of spacer elements 15 is provided, which - seen in the circumferential direction - are arranged at the same angular distance on each other and thus symmetrically distributed about the central axis A.
  • Embodiment four spacer elements 15 are each spaced apart by 90 ° - seen in the circumferential direction - so that the entire longitudinal section in the plane of Figure 1 nevertheless results by mirroring the structure shown on the central axis A with respect to the spacer elements 15. It is essential that at least one free space is formed in the region of the at least one spacer element 15, through which gas can flow, in particular in a compression stroke of the cylinder.
  • a plurality of bores are introduced into the chamber wall 3, namely a center bore 9 arranged along the center axis A and two side bores 19, 19 "disposed laterally therefrom.
  • cylindrically symmetrical particularly preferably formed with a circular cylindrical base.
  • the ignition device 1 does not result in total around the central axis A as a result of the rotation of the illustrated structure. Rather, a plurality of preferably circular cylindrical bores are preferably introduced into the chamber wall 3, which, however, preferably - viewed in the circumferential direction - are arranged at equal angular intervals, thus symmetrically about the central axis A. They are preferably arranged so that the full
  • the central bore 17 and the side bores 19, 19 ' provide a fluid connection between the ignition chamber 5 and the combustion chamber, not shown, of the cylinder, also not shown.
  • Fuel / air mixture inserted through the central bore 17 and the side holes 19, 19 'from below from the combustion chamber into the ignition chamber 5.
  • the mixture is ignited at a predetermined ignition timing in an ignition region formed here as ignition gap 13 by applying a high voltage to the center electrode 9, wherein at the same time the ground electrode 11 is grounded, preferably grounded.
  • a spark jumps from the central electrode 9 to the Massenelektfode 11 or vice versa, through which the mixture is ignited in the ignition gap 3.
  • the mixture is ignited in the entire ignition chamber 5, wherein the inflamed mixture through the wells designated as shot holes 17, 19, 13 003678
  • combustion products and unburned, inert gas fractions ie, total residual gas
  • the residual gas typically collects in a volume 21, which is arranged above the ignition gap 13 and surrounds an insulator base 23, in which the ittetelektrode 9 is partially arranged.
  • a Strömungsleitelement 25 is provided which is suitably formed and arranged in a suitable manner relative to the ignition assembly 7.
  • the flow guide 25 is provided on the central electrode 9 and in particular integrally therewith. In particular, it is formed as a radial projection 27 of a lateral surface 29 of the preferably cylindrical center electrode 9. The flow guide 25 is disposed above the spark gap 13.
  • the flow guide 25 is also formed as a substantially conical projection 27 which springs directly in the region of an axial end face 31 of the Isolatorfußes 23 and - seen in the direction of the central axis A - expanded to the ground electrode 11 and to the spark gap 13 out ,
  • an axial end face 33 of the projection 27, which can also be considered as the base of the cone formed by the projection 27, a - measured in the axial direction - distance to the spark gap 13 and in particular to an axial end face 35 of the ground electrode 11.
  • the projection 27 is formed of the same material as the center electrode 9 and integrally therewith, it is always at the same potential as this.
  • the axial distance between the end face 33 of the projection 27 and the end face 35 of the ground electrode 11 prevents a spark from jumping over from the land 27 to the ground electrode 11.
  • the distance is thus preferably dimensioned so that no ignition spark skips, but rather that ignition always takes place in the region of the feed gap 13.
  • a lateral surface 37 of the cone is formed here in a straight line in the sectional view according to FIG. 1 and slopes upward towards the central axis A.
  • a quasi ramp for the incoming from the top of the volume 21 residual gas is formed so that it is away from the spark gap 13 - seen in the radial direction - and flows through the at least one space in the region of at least one spacer 15 further down.
  • the lateral surface 37 in the sectional view according to Figure 1 is not rectilinear, but curved, in particular concave or convex curved to the flow behavior of
  • a concave curvature of the lateral surface 37 can cause the residual gas flowing in from above to be effectively accelerated away from the ignition gap 13-radially outwards-that is, away from the central axis A.
  • Embodiment is designed as Vorschzündkerze, wherein the ignition chamber 5 forms a structural unit with the remaining spark plug, in particular with the ignition assembly 7.
  • the chamber wall 3 is arranged as a priming cap on a base body of the prechamber spark plug.
  • it is preferably formed as a bent sheet, which is penetrated by the central bore 17 and the side holes 19, 19 '.
  • Figure 2 shows a representation of Figure 1 corresponding partial longitudinal section of a second embodiment of an ignition device 1, which is also designed as an electric ignition device with Funkenzündugg. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • the embodiment shown in Figure 2 differs from the embodiment shown in Figure 1 in that the flow guide 25 is provided on the insulator 23. It is here as a radial projection 27 of a lateral surface 39 of the
  • the insulator foot 23 is preferably made of ceramic. Since the flow guide 25 is preferably formed integrally here with the Isolatorfuß 23, it comprises the same material, preferably also ceramic.
  • the flow-guiding element 25 is designed as a substantially conical projection of the lateral surface 39. It points the conical projection 27 its largest diameter - seen in the axial direction - at the height of the axial end face 31 of the insulator 23 on. It can also be seen that the axial end surface 33 of the projection 27 is arranged flush with or aligned with the end face 31, or merges into the end face 31 or even formed identically therewith. It is therefore in the illustrated embodiment, preferably at the end face 31 on the one hand and the end face 33 on the other hand to the same area. Starting from the region of its largest diameter, the diameter of the conical projection 27 decreases - as viewed in the axial direction - from the mass electrode 11
  • the lateral surface 37 in the sectional view according to FIG. 2 again forms a cutting line, which is rectilinear in this case and falls downwards in the direction of the central axis A. Accordingly, in turn, a ramp is formed, which urges from the top of the volume 21 incoming residual gas radially outward from the ignition gap 13 in the region of the spacer element 15. It is also possible in the embodiment shown in Figure 2 that the lateral surface 37 is curved, in particular concave or convex curved, if this is advantageous for the adjusting gas flow.
  • the mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 2 is identical to the mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • fresh gas flowing in from below from the firebox flows into the ignition gap 13 unhindered, while residual gas coming from above from the volume 21 flows through the
  • Flow guide 25 is directed radially outward and thus away from the spark gap 13. It then flows through the at least one free space in the region of the spacer element 15 further downwards. As a result, the corresponding streams of fresh gas on the one hand and of residual gas on the other hand separated from each other, wherein substantially fresh gas flows through the ignition gap 13. This results in the advantages already described.
  • the axial end face 33 of the projection 27 not only covers the ignition gap 13 but also projects beyond the ignition gap 13, ie in the radial direction 03678
  • the ignition gap 13 is not completely covered, if the approaching from above residual gas is effectively diverted even without this measure of the spark gap 13, so that the desired
  • an embodiment of the ignition device 1 which is designed as a laser spark plug or corona spark plug, corresponds to the operation, which in this case in connection with those shown in Figures 1 and 2
  • the ignition range corresponds to the ignition gap and the ignition position of the spark position.
  • the operation of the ignition range corresponds to the ignition gap and the ignition position of the spark position.
  • Flow guide is also in a laser spark plug and / or in a corona spark plug the same as in the embodiments according to Figures 1 and 2, so reference is made in this respect to their description. It is essential that using the Strömungsleitelements an increased residual gas concentration is avoided in the centrally arranged ignition, with the help of Strömungsleitelements corresponding streams of fresh gas on the one hand and residual gas on the other hand are separated from each other, wherein substantially fresh gas flows through the ignition.

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Abstract

Es wird eine Zündeinrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor, mit einer gegenüber einem Brennraum eines der Zündeinrichtung zugeordneten Zylinders eines Verbrennungsmotors durch eine Kammerwandung (3) abgeteilten, eine Mittelachse (A) aufweisenden Zündkammer (5), mit einem Zündbereich zur Zündung eines in der Zündkammer (5) vorliegenden Brennstoff/Luft-Gemischs, wobei die Kammerwandung (3) mindestens eine Bohrung (17,19,19') aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Zündkammer (5) und dem Brennraum bereitstellt, vorgeschlagen. Die Zündeinrichtung (1) zeichnet sich durch ein Strömungsleitelement (25) aus, das derart ausgebildet und so relativ zu dem Zündbereich angeordnet ist, dass in einem Kompressionstakt des Zylinders im Wesentlichen Frischgas in den Zündbereich strömt.

Description

ZÜNDEINRICHTUNG FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR UND
VERBRENNUNGSMOTOR MIT DIESER ZÜNDEINRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 12.
Zündeinrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 44 976 A1 geht eine als Vorkammerzündkerze ausgebildete Zündeinrichtung hervor, welche eine durch eine Kammerwandung gegenüber einem Brennraum eines der Zündeinrichtung zugeordneten Zylinders eines
Verbrennungsmotors abgeteilte, eine Mittelachse aufweisende Zündkammer umfasst. In der Zündkammer ist ein Zündbereich vorgesehen, in welchem ein in der Zündkammer vorliegendes Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet wird. Die Vorkammerzündkerze ist als elektrische Zündkerze mit mindestens zwei Elektroden ausgebildet, zwischen denen im Zündzeitpunkt ein Zündfunke erzeugt wird. Daher ist in der Zündkammer eine
Zündanordnung vorgesehen, die eine Mittelelektrode aufweist, deren Symmetrieachse mit der Mittelachse zusammenfällt. Die Zündanordnung weist außerdem eine
Massenelektrode auf, die durch einen Zündspalt von der Mittelelektröde beabständet ist. Im Betrieb der Zündeinrichtung beziehungsweise des Verbrennungsmotors wird zu einem vorherbestimmten Zündzeitpunkt an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, sodass in dem Zündspalt ein Zündfunke von der Mittelelektrode zu der vorzugsweise dauerhaft auf Massepotential liegenden beziehungsweise geerdeten Massenelektrode überspringt. Hierdurch wird ein in der Zündkammer vorliegendes Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet. Der Zündbereich ist daher in diesem Fall in dem Zündspalt angeordnet beziehungsweise fällt mit dem Zündspalt zusammen. Die
Kammerwandung weist mindestens eine Bohrung auf, die eine Fluidverbindung zwischen der Zündkammer und dem Brennraum bereitstellt. In einem Kompressionstakt des Zylinders wird Frischgas, also unverbranntes
Brennstof /Luft-Gemisch, aus dem Brennraum über die mindestens eine Bohrung in die Zündkammer eingeschoben. Dieses wird dort zu dem Zündzeitpunkt entzündet, wobei das entflammte Gemisch über die auch als Schusskanal bezeichnete, mindestens eine Bohrung in den Brennraum des Zylinders schießt. Auf diese Weise wird eine sichere und schnelle Entflammung sowie eine möglichst homogene Ladungsumsetzung des Gemischs im Brennraum gewährleistet. Letztlich wird so eine Zündenergieverstärkung bewirkt, wobei die um die Energie der in der Zündkammer entflammten Gemischmenge verstärkte Zündenergie über den mindestens einen Schusskanal die Reaktion im Brennraum sicher auslösen kann. Dies ist insbesondere wichtig, wenn der
Verbrennungsmotor mit einem stark abgemagerten Gemisch betrieben werden soll, welches in dem Brennraum allein mit der Zündenergie einer Zündkerze kaum entflammbar ist. Besonders tritt diese Problematik bei Gasmotoren, ganz bevorzugt bei Magergasmotoren auf.
Es zeigt sich, dass in der Zündkammer stets ein nicht unerheblicher Anteil an Restgas aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus verbleibt. Dieser kann mittels einer gelungenen Abstimmung eines Volumens der Zündkammer oberhalb des Zündspalts inklusive eines einen Isolatorfuß der Mittelelektrode umgebenden Volumens sowie einem mithilfe der Ausbildung und Anordnung der wenigstens einen Bohrung eingestellten, definierten Drall- und/oder Tumbleverhältnis der im Kompressionstakt in der
Zündkammer herrschenden Strömung gut um die Mittelachse der Zündkammer konzentriert werden. In diesem Fall ist dann das schwer entflammbare Restgas im Bereich eines Zentrums der Zündkammer konzentriert, während im Bereich der
Kammerwandurig ein hoher Frischgasanteil, also ein hoher Anteil unverbrannten Brennstoff/Luft-Gemischs vorherrscht. Dies ist vorteilhaft, wenn in der Zündeinrichtung eine so genannte wandnahe Funkenlage verwirklicht ist, wobei typischerweise die Kammerwandung als Massenelektrode geschaltet ist.
Bei Vorkammerzündkerzen, wie sie beispielsweise aus der DE 101 44 976 A1 hervorgehen, ist jedoch die Massenelektrode, die auch aus mehreren
Massenelektrodensegmenten gebildet sein kann, separat von der Kammerwandung ausgebildet, und der Zündspalt ist in einem Bereich um die Mittelelektrode herum vorgesehen. Es wird eine sogenannte zentrale Funkenlage realisiert. Hierbei ist es sehr ungünstig, wenn aufgrund der im Kompressionstakt herrschenden
Strömungsverhältnisse ein Restgasanteil im zentralen Bereich der Zündkammer, mithin im Bereich des Zündspalts konzentriert wird, Während der FriSöhgasanteil im Bereich der Kammerwandung erhöht ist. So kann eine sichere Zündung des Gemischs im Zündspalt kaum gewährleistet werden.
Dabei zeigt sich auch, dass die Bohrungen oder Schusskanäle bekannter
Vorkammerzündkerzen im Allgemeinen so angeordnet und ausgerichtet sich, dass sich im Kompressionstakt in der Zündkammer Tumble- und/oder Drallströmungen ergeben. Drallströmungen werden dabei in einem oberen Bereich eines die Mittelelektrode umgebenden Isolatorfußes zu einem großen Teil in Tumbleströmungen umgewandelt, sodass sich letztlich eine Erhöhung der Restgaskonzentration in dem zentralen Bereich der Zündkammer kaum vermeiden lässt. Eine optimale Ausbreitung der Flammenfront ist so erheblich beeinträchtigt.
Dieses Problem ergibt sich nicht nur in Zusammenhang mit elektrischen
Vorkammerzündkerzen. Auch bei anderen Zündeinrichtungen, beispielsweise bei Laser- Zündkerzen oder Korona-Zündkerzen; bei denen eine zentrale Zündiage, also eine Anordnung des Zündbereichs im Bereich der Mittelachse vorgesehen ist, ist eine hohe Restgaskonzentration in dem zentralen Bereich nachteilig. Im Folgenden entspricht bei einer elektrischen Zündeinrichtung der eingangs genannten Art der Zündspalt dem Zündbereich und die Funkenläge der Zündlage.
Wird eine solche Zündkerze mit zentraler Zünd- oder Funkenlage bei einem
Verbrennungsmotor eingesetzt, der mit Sondergas, nämlich mit einem stark
inertgashaltigen Brenngas betrieben wird, verschärft sich dieses Problem dadurch, dass der Zündzeitpunkt aufgrund der hohen Inertgasanterle im Brenngas hin zu einem früheren Zeitpunkt vorverlegt werden muss. Damit steht jedoch im Kompressionstakt weniger Zeit zur Verfügung, um Restgasanteile in der Zündkammer zu reduzieren, sodass diese nochmals größer sind als bei einem späteren Zündzeitpunkt. Ungünstig für das Zündverhalten ist auch, dass bei einem frühen Zündzeitpunkt eine
Ladungsbewegung in der Zündkammer und damit auch im Zündbereich gegenüber einem späteren Zündzeitpunkt erhöht ist. Der Begriff„Ladungsbewegung" spricht dabei die Stärke der Gasströmung in der Zündkammer an.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung und einen
Verbrennungsmotor zu schaffen, bei welchem eine zentrale Zündlage mit zugleich sicherer Entflammung und höherem Frischgasanteil im Zündbereich gewährleistet ist. Auf diese Welse soll der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert werden, weil eine sichere und effiziente Zündung eines Gemischs mit hohem Frischgasanteil im Zündbereich erfolgt.
Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Zündeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
Diese zeichnet sich aus durch ein Strömungsleitelement, das derart ausgebildet und so relativ zu dem Zündbereich angeordnet ist, dass in einem Kompressionstakt des Zylinders im Wesentlichen Frischgas in dem Zündbereich strömt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Strömungsleitelement bewirkt, dass eine gegenläufige Strömung in dem Zündbereich vermieden wird, bei der aus dem Brennraum heranströmendes Frischgas in einer ersten Richtung und zugleich aus einem Volumen oberhalb des Zündbereichs kommendes Restgas in einer zweiten, zu der ersten Richtung
entgegengesetzten Richtung, durch den Zündbereich strömt. Vielmehr ist das
Strömungsleitelement vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, dass die
Frischgasströmung durch den Zündbereich möglichst nicht beeinträchtigt wird, während zugleich die Restgasströmung an dem Zündbereich vorbeigeleitet wird. Auf diese Weise wird der Zündbereich sehr effizient mit Frischgas gespült und weist auch im
Zündzeitpunkt eine hohe Frischgaskonzentration auf. Hierdurch ist eine effiziente, den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors steigernde Zündung im Zündbereich
gewährleistet.
Es wird eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Zündanordnung zur Zündung des in der Zündkammer vorliegenden Brennstoff/Luft- Gemischs in der Zündkammer umfasst, wobei die Zündanordnung eine eine
Symmetrieachse aufweisende Mittelelektrode aufweist, deren Symmetrieachse mit der Mittelachse zusammenfällt, wobei die Zündanordnung weiterhin mindestens eine durch einen Zündspalt von der Mittelelektrode beabstandete Massenelektrode aufweist. Der Zündbereich ist in diesem Fall in dem Zündspalt angeordnet, beziehungsweise kann mit dem Zündspalt gleichgesetzt werden. Dabei ist das Strömungsleitelement derart ausgebildet und so relativ zu der Zündanordnung angeordnet, dass in einem
Kompressionstakt des Zylinders im Wesentlichen Frischgas in dem Zündspalt strömt. Die Zündeinrichtung ist in diesem Fall als elektrische Zündeinrichtung zur Zündung durch einen zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode bewirkten
Funkenüberschlag ausgebildet. Dabei wird eine gegenläufige Strömung in dem
Zündspalt vermieden, und eine Frischgasströmung durch den Zündspalt wird möglichst nicht beeinträchtigt, während die Restgasströmung an dem Zündspalt vorbeigeleitet wird. Der Zündspalt wird so sehr effizient mit Frischgas gespült, sodass er auch im
Zündzeitpunkt eine hohe Frischgaskonzentration aufweist. Eine effiziente, den
Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors steigernde Zündung im Zündspalt wird gewähleistet.
Besonders bevorzugt ist das Strömungsleitelement so angeordnet und ausgebildet, dass es den Zündspalt - in radialer Richtung gesehen - abdeckt und vorzugsweise sogar über ihn hinausragt. Dabei ist das Strömungsleitelement vorzugsweise auf einer dem Brennraum beziehungsweise der Kammerwandung abgewandten Seite des Zündspalts angeordnet, wobei Frischgas ohne Weiteres von der Seite des Brennraums her in den Zündspalt einströmen kann, ährend aus der entgegengesetzten Richtung
heranströmendes Restgas von dem Strömungsleitelement am Einströmen in den Zündspalt gehindert beziehungsweise von diesem weggelenkt wird.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich das Strömungsleitelement - in radialer Richtung gesehen - entlang der Mittelachse gesehen erweitert. Es bildet also zu dem Zündspalt hin quasi eine Art ansteigender Rampe aus, durch die entgegen der
Frischgasströmung zum Zündspalt hinströmendes Restgas - in radialer Richtung gesehen - von diesem weggeleitet wird.
Dabei spricht eine axiale Richtung eine Richtung an, die sich entlang der Mittelachse der Zündkammer beziehungsweise entlang der Symmetrieachse der Mittelelektrode erstreckt. Eine radiale Richtung spricht eine Richtung an, die senkrecht auf der
Mittelachse steht. Eine Umfangsrichtung spricht eine Richtung an, welche die 6
Mittelachse der Zündkammer beziehungsweise die Symmetrieachse der Mittelelektrode konzentrisch umgibt.
Es wird also mithilfe des Strömungsleitelements verhindert, dass sich in dem Zündspalt zwei gegenläufige Strömungen in dem Kompressionstakt ausbilden, nämlich eirie von unten heranströmende Frischgasströmung einerseits, und eine von oben
heranströmende Restgasströmung andererseits. Vielmehr wird die Restgasströmung durch das Strömungsleitelement - in radialer Richtung gesehen - abgelenkt, sodass sie nicht durch den Zündspalt verläuft.
Dabei spricht die Formulierung„unten" eine dem Brennraum zugewandte Seite an, während die Formulierung„oben" eine dem Brennraum abgewandte Seite - entlang der Mittelachse gesehen - anspricht. In dem Kompressionstakt kommt daher die
Frischgasströmung„von unten", nämlich aus dem Brennraum, während sich die Restgasströmung im Wesentlichen„von oben" ergibt, nämlich aus einem einen
Isolatorfuß umgebenden Volumen oberhalb des Zündspalts.
Es wird eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Strömungsleitelement an der Mittelelektrode angeordnet ist. Es ist möglich, dass das Strömungsleitelement als separates Teil ausgebildet ist, welches mit der Mittelelektrode gefügt oder anderweitig an dieser befestigt ist. Bevorzugt ist das Strömungsleitelement allerdings einstückig mit der Mittelelektrode ausgebildet und vorzugsweise als radialer Vorsprung einer Mantelfläche derselben vorgesehen. Es ist - in Richtung der Mittelachse gesehen - oberhalb des Zündspalts ausgebildet, um die bereits beschriebenen
Strömungsverhältnisse gewährleisten zu können. Wie bereits angesprochen, überdeckt es den Zündspalt vorzugsweise vollständig beziehungsweise ragt - in radialer Richtung gesehen - über diesen hinaus.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es allerdings auch möglich, dass das Strömungsleitelement den Zündspalt nicht vollständig überdeckt. Je nach dessen sonstiger geometrischer Ausbildung kann es nämlich genügen, dass das
Strömungsleitelement den Zündspalt nur teilweise überdeckt, wobei gleichwohl von oben heranströmendes Restgas effizient und in ausreichendem Umfang von dem Strömungsleitelement - in radialer Richtung gesehen - von dem Zündspalt weggeleitet wird.
Ein - in axialer Richtung gemessener - Abstand des mit der Mittelelektrode einstückig ausgebildeten Strömungsleitelements zu dem Zündspalt ist vorzugsweise so gewählt, dass sich kein Überschlag im Bereich des Strömungsleitelements einstellt, wenn die Mittelelektrode mit Hochspannung beaufschlagt wird. Vielmehr ist der Abstand vorzugsweise so gewählt, dass nur im Bereich des Zündspalts Funkenüberschläge auftreten. Für einen effizienten Betrieb der Zündeinrichtung ist es wichtig zu vermeiden, dass Funkenüberschläge außerhalb des Zündspalts auftreten.
Die Mittelelektrode ist vorzugsweise bereichsweise von einem Isolatorfuß umgriffen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Zündeinrichtung ist nun vorgesehen, dass das Strömungsleitelement nicht an der Mittelelektrode, sondern an dem Isolatorfuß vorgesehen ist. Dabei ist es möglich, dass das Strömungsleitelement als separates Teil mit dem Isolatorfuß gefügt beziehungsweise an diesem anderweitig befestigt ist. Es wird allerdings bevorzugt, dass das Strömungsleitelement einstückig mit dem Isolatorfuß als Teil desselben vorgesehen ist. Bevorzugt ist es als radialer Vorsprung einer Mantelfläche des Isolatorfußes ausgebildet. Auch in diesem Fall überdeckt das Strömungsleitelement vorzugsweise den Zündspalt - in radialer Richtung gesehen - vollständig
beziehungsweise Uberragt diesen besonders bevorzugt.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Strömungsleitelement als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung der Mantelfläche der Mittelelektrode ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ird bevorzugt, dass das Strömungsleitelement als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung der Mantelfläche des Isolatorfußes ausgebildet ist. In diesem Fall ist das Strömungsleitelement - wie im Übrigen vorzugsweise die gesamte Zündeinrichtung - rotationssymmetrisch um die Mittelachse ausgebildet, wobei besonders bevorzugt ein - im Längsschnitt gesehen - dreieckförmiger Vorsprung an der Mittelelektrode und/oder dem Isolatorfuß vorgesehen ist, wobei die dreieckförmige Schnittfläche durch Rotation um die Mittelachse insgesamt einen kegelförmigen Vorsprung ergibt. Der Kegel öffnet siöh vorzugsweise nach unten, also in Richtung auf den Zündspalt, wobei er diesen im Bereich seiner Grundfläche, also im Bereich seines größten Durchmessers, vorzugsweise überdeckt und besonders bevorzugt überragt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das
Strömungsleitelement selbst nicht rotationssymmetrisch um die Mittelachse ausgebildet ist, Insbesondere ist es möglich, dass das Strömungsleitelement mehr als einen Vorsprung umfasst, wobei die Mehrzahl von VorSprüngen vorzugsweise - in
Umfangsrichtung gesehen - in gleichem Winkelabstand zueinander symmetrisch um die Mittelachse angeordnet sind.
Ist das Strömungsleitelement als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung ausgebildet, weist es vorzugsweise eine als Strömungsrampe dienende nach oben zu der Mittelachse hin abfallende Kegelmantelfläche auf, deren Begrenzungslinie - im Längsschnitt gesehen - geradlinig ausgebildet ist. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem die Kegelmantelfläche - in Richtung der Mittelachse gesehen - zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere konvex oder konkav ausgebildet ist, sodass sie - im Längsschnitt gesehen - keine geradlinige Begrenzung, sondern eine gekrümmte Begrenzungslinie aufweist. Dabei kann der Verlauf der Begrenzungslinie, mithin die Form der Mantelfläche, auf ein gewünschtes Strömungsverhalten insbesondere des an der Mantelfläche vorbeiströmenden Restgases abgestimmt werden, um dieses effektiv - in radialer Richtung gesehen - von dem Zündspalt weg zu lenken.
Es wird eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der kegelförmige Vorsprung an der Mittelelektrode angeordnet, vorzugsweise einstückig mit dieser vorgesehen ist, wobei er unmittelbar im Bereich einer axialen Stirnfläche des Isolatorfußes entspringt und sich - in axialer Richtung gesehen - zu der
Massenelektrode hin, mithin nach unten, erweitert. Dabei weist eine axiale Endfläche des Vorsprungs, nämlich die Grundfläche des Kegels - in axialer Richtung gesehen - einen Abstand zu dem Zündspalt auf. Dies bedeutet insbesondere, dass die axiale Endfläche des Vorsprungs von einer dieser gegenüberliegenden axialen Endfläche der Massenelektrode, die den Zündspalt begrenzt, beabstandet ist. Dabei wird dieser Abstand bevorzugt so gewählt, dass kein Funkenüberschlag von dem Vorsprung zu der Massenelektrode auftritt, wenn die Mittelelektrode mit einer Hochspannung beaufschlagt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass Funkenüberschläge im Zündzeitpunkt stets ausschließlich in dem Zündspalt erfolgen.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der kegelförmige Vorsprung an dem Isolatorfuß angeordnet ist, wobei er seinen größten Durchmesser - in axialer Richtung gesehen - vorzugsweise auf der Höhe der axialen Stirnfläche des Isolatorfußes aufweist. Mithin ist die Grundfläche des Kegels bündig beziehungsweise fluchtend mit der axialen Stirnfläche des Isolatorfußes vorgesehen. Der Durchmesser des kegelförmigen Vorsprungs verringert sich - ebenfalls in axialer Richtung gesehen - von der Massenelektrode wegweisend, also nach oben.
Damit zeigt sich insgesamt, dass sich der kegelförmige Vorsprung unabhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel bevorzugt nach unten, also zu dem Zündspalt hin, erweitert, sodass die Kegelmantelfläche entsprechend eine Rampe für das von oben heranströmende Restgas ausbildet, um dieses radial von dem Zündspalt weg zu lenken.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Massenelektrode als Ringelektrode ausgebildet ist, welche die Mittelelektrode - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift. Dabei ist der Zündspalt vorzugsweise als
Ringspalt ausgebildet, welcher die Mittelelektrode - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift. Die Ringelektrode ist durch mindestens ein Abstandselement, insbesondere einen Steg, gehalten. Das Abstandselement oder der Steg ist vorzugsweise an dem Grundkörper der Vorkammerzündkerze oder an der Kammerwandung befestigt.
Es ist möglich, dass die Ringelektrode einzelne, separate Elektrodenelemente umfasst, die vorzugsweise - in Umfangsrichtung gesehen - in gleichem Winkelabstand voneinander und somit symmetrisch um die Mittelachse verteilt vorgesehen sind. In diesem Fall ist bevorzugt jedes einzelne Elektrodensegment durch mindestens ein Abstandselement oder einen Steg gehalten, besonders bevorzugt einstückig mit dem Abstandselement oder dem Steg ausgebildet.
Es ist auch möglich, dass die Ringelektrode einstückig als - in Umfangsrichtung gesehen - nicht durchbrochener Ring ausgebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, dass der Ring nur durch ein einziges Abstandselement oder einen einzigen Steg gehalten wird. Vorzugsweise sind aber - in Umfangsrichtung gesehen - bevorzugt symmetrisch um die Mittelachse verteilte, mithin im gleichen Winkelabstand voneinander vorgesehene Abstandselemente oder Stege vorgesehen, beispielsweise drei oder vier solcher Stege.
Wesentlich hierbei ist, dass sich um das mindestens eine Abstandselement herum beziehungsweise zwischen den einzelnen Abstandselementen mindestens ein Freiraum ergibt, durch den Restgas in Richtung des Brennräums, also nach unten strömen kann. Während demnach Frischgas von unten in den Zündspalt einströmt, wird von oben heranströmendes Restgas durch das Strömungsleitelement von dem Zündspalt weg radial nach außen geleitet, wo es durch den mindestens einen Freiraum nach unten strömen kann. Damit werden die Strömungspfade für das Frischgas einerseits und das Restgas andererseits voneinander separiert, wobei nur der Strömungspfad für das Frischgas durch den Zündspalt führt. Hierdurch wird effizient vermieden, dass die Frischgasströmung einerseits und die Restgasströmung andererseits sich im Zündspalt begegnen, wodurch andernfalls im Zündzeitpunkt die Frischgaskonzentration im
Zündspalt erniedrigt wäre.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die als Laser-Zündkerze ausgebildet ist. Hierbei wird das Brennstoff/Luft-Gemisch in dem Zündbereich durch mindestens einen Laserstrahl entzündet. Ist dabei eine zentrale Zündfage vorgesehen, ist es vorteilhaft, wenn durch das Strömungsleitelement bewirkt wird, dass im Wesentlichen Frischgas in dem Zündbereich strömt. Da in einer Laser-Zündkerze kein Isolatorfuß und keine Mittelelektrode zur Anordnung des Strömungsleitelements zur Verfügung stehen, ist bevorzugt in der Zündkammer mindestens ein Halteelement, insbesondere eine
Haltestruktur, vorgesehen, an welcher das Strömungsleitelement angeordnet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Halteelement als Käfigstruktuf ausgebildet ist, wobei es in seiner Form insbesondere einer als
Ringelektrode ausgebildeten Massenelektrode nachgebildet sein kann. Jedenfalls ist es mithilfe des mindestens einen Halteelements möglich, das Strömungsleitelement derart in der Zündkammer anzuordnen, dass eine Restgasströmung von dem Zündbereich weggeleitet wird, während in dem Zündbereich im Wesentlichen Frischgas strömt.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die als Korona-Zündkerze ausgebildet ist. Hierbei wird das Brennstoff/Luft-Gemisch durch eine von einer Korona-Elektrode ausgehenden Korpna-Entladung gezündet. Vorzugsweise ist die Korona-Elektrode bereichsweise von einem Isolatorfuß umgriffen. Das Strörnungsleitelement ist vorzugsweise an dem Isolatorfuß angeordnet; wobei sich bevorzugt eine analoge Konfiguration ergibt wie bei einer Anordnung des Strömungsleitelements an dem
Isolatorfuß der Mittelelektrode einer elektrischen Zündeinrichtung mit Funkenzündung. Bei einer Korona-Zündkerze, bei welcher eine zentrale Zündlage verwirklicht wird, wirkt sich das Strörnungsleitelement vorteilhaft aus, weil eine Restgasströmung an dem Zündbereich vorbeigelenkt werden kann, während in dem Zündbereich im Wesentlichen Frischgas strömt.
Es wird auch eine Zündeinrichtung bevorzugt, die als Vorkammerzündkerze ausgebildet ist. Dies spricht an, dass die Zündkammer eine bauliche Einheit mit der Zündkerze bildet, die vorzugsweise in einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eingeschraubt oder anderweitig an diesem befestigt wird. Die Kammerwandung ist vorzugsweise durch eine Zündkappe gebildet, die an einem Grundkörper der Vorkammerzündkerze angeordnet beziehungsweise mit dem Grundkörper gefügt öder anderweitig an diesem befestigt ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Zündkammer als Teil des Zylinderkopfes ausgebildet ist, wobei die Zündanordnung vorzugsweise an einer Zündkerze vorgesehen ist, die in den Zylinderkopf eingeschraubt öder anderweitig an diesem befestigt ist.
Es zeigt sich noch, dass sich durch das Strörnungsleitelement der Wärmewert der Zündeinrichtung erhöht. Ein Teil der von der Zündeinrichtung aufgenommenen Wärme wird wiederum an das Frischgas abgegeben, was sich positiv auf dessen
Entflammungsverhalten auswirkt. Auch hierdurch ergibt sich für die Zündeinrichtung ein Vorteil im Vergleich zu einer Zündeinrichtung, welche kein Strörnungsleitelement aufweist. Der erhöhte Wärmewert wirkt sich insbesondere auch vorteilhaft auf das Entflammungsverhalten inertgashaltiger Brenngase aus.
Wird das Strörnungsleitelement im Bereich der Mittelelektrode angeordnet
beziehungsweise einstückig mit dieser und insbesondere als radialer Vorsprung von deren Mantelfläche ausgebildet, kann so auch ein Zielkonflikt zwischen einem
geringeren Energieverlust durch eine dünne Mittelelektrode einerseits und einer maximalen Umfangsfläche mittels einer dicken Mittelelektrode andererseits gelöst werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Dieser zeichnet sich durch eine Zündeinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Hierdurch verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Verbrennungsmotor die Vorteil die bereits im
Zusammenhang mit der Zündeinrichtung erläutert wurden.
Es wird ein Verbrennungsmotor bevorzugt, der als Gasmotor ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Verbrennungsmotor als Magergasmotor ausgebildet. Hierbei
Verwirklichen sich die Vorteile in Zusammenhang mit der Zündeinrichtung in besonderer Weise, da sich eine erniedrigte Frischgaskonzentration im Zündspalt und sich dort begegnende Gasströmungen gerade durch den Inertgasgehalt von Magergasen, insbesondere Sondergasen und einem entsprechend vorverlegten Zündzeitpunkt in besonderer Weise negativ auswirken. Dementsprechend ist der mithilfe der
Zündeinrichtung erreichte Vorteil hier besonders ausgeprägt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Teil-Längsschnittdarstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer Zündeinrichtung, und
Fig. 2 eine schematische Teil-Längsschnittdarstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Zündeinrichtung.
Figur 1 zeigt eine schematische Teil-Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Zündeinrichtung 1 , die als elektrische Zündeinrichtung mit Funkenzündung ausgebildet ist. Dabei ist die Zündeinrichtung 1 zumindest in dem in Figur 1 dargestellten Bereich im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse A ausgebildet, wobei in Figur 1 nur ein Ausschnitt der Längsschnittsebene dargestellt ist, der rechts der Mittelachse A angeordnet ist. Der entsprechende linke Bereich der Längsschnittsebene ergibt sich durch Spiegelung der Darstellung rechts der Mittelachse A an dieser.
Insgesamt ergibt sich die Geometrie der Zündeinrichtung 1 zumindest in dem dargestellten Bereich im Wesentlichen - bis auf einige Elemente, die im Folgenden noch erläutert werden - durch Rotation um die Mittelachse A.
Die Zündeinrichtung 1 weist eine in montiertem Zustand an einem Verbrennungsmotor gegenüber einem Brennraiim eines der Zündeinrichtung 1 zugeordneten Zylinders durch eine Kannmerwandurig 3 abgeteilte Zündkammer 5 auf. In dieser ist eirie Zündanordnung 7 vorgesehen, die eine Mittelelektrode 9 und eine Massenelektrode 11 umfasst. Die Mittelelektrode 9 ist dabei rotationssymmetrisch um die Mittelachse A ausgebildet, wobei ihre Symmetrieachse mit der Mittelachse A zusammenfällt. Die Massenelektrode 11 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringelektrode ausgebildet, welche die Mittelelektrode 9 - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift. Zwischen der Mittelelektrode 9 und der Massenelektrode 11 - in radialer Richtung gesehen - ist ein bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildeter Zündspalt 13 angeordnet, der die Mittelelektrode - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift.
Die Massenelektrode 1 ist vorzugsweise als durchgängiger Ring ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass sie mindestens zwei Segmente umfasst, die - in
Umfangsrichtung gesehen - in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet und mithin symmetrisch um die Mittelachse A verteilt sind. Jedenfalls ist die Mittelelektrode 11 durch mindestens ein Abstandselement 15 gehalten, wobei bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Abstandselementen 15 vorgesehen ist, die - in Umfangsrichtung gesehen - in gleichem Winkelabstand oneinander und mithin symmetrisch um die Mittelachse A verteilt angeordnet sind.
Damit zeigt sich Folgendes: Die Aussage, dass sich die Qeometrie der Zündeinrichtung 1 durch Rotation der dargestellten Struktur um die Mittelachse A ergibt, gilt nicht für das Abstandselement 15 und nur gegebenenfalls für die Massenelektrode 11, nämlich wenn diese als durchgängiger Ring einstückig ausgebildet ist. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind vier Abstandselemente 15 jeweils um 90° - in Umfangsrichtung gesehen - voneinander beabstandet, sodass sich der gesamte Längsschnitt in der Ebene von Figur 1 gleichwohl durch Spiegelung der dargestellten Struktur an der Mittelachse A auch in Bezug auf die Abstandselemente 15 ergibt. Wesentlich ist, dass im Bereich des mindestens einen Abstandselements 15 mindestens ein Freiraum ausgebildet ist, durch den insbesondere in einem Kompressionstakt des Zylinders Gas strömen kann.
In die Kammerwandung 3 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Bohrungen eingebracht, nämlich eine - entlang der Mittelachse A gesehen - der Mittelelektrode 9 gegenüberliegend angeordnete Mittelbohrung 17 sowie zwei seitlich davon angeordnete Seitenbohrungen 19, 19". Vorzugsweise sind die Bohrungen 7, 19, 19' zylindersymmetrisch, besonders bevorzugt mit kreiszylindrischer Grundfläche ausgebildet.
Auch bezüglich der Seitenbohrungen 19, 19' zeigt sich, dass die Zündeinrichtung 1 sich insgesamt nicht durch Rotation der dargestellten Struktur um die Mittelachse A ergibt. Vielmehr sind vorzugsweise eine Vielzahl bevorzugt kreiszylindrischer Bohrungen in die Kammerwandung 3 eingebracht, die allerdings bevorzugt - in Umfangsrichtung gesehen - mit gleichen Winkelabständen, mithin symmetrisch um die Mittelachse A angeordnet sind. Dabei sind sie bevorzugt so angeordnet, dass sich die volle
Längsschnittdarstellung in der Ebene von Figur 1 durch Spiegelung der dargestellten Struktur an der Mittelachse A ergibt.
Die Mittelbohrung 17 sowie die Seitenbohrungen 19, 19' stellen eine Fluidverbindung zwischen der Zündkammer 5 und dem nicht dargestellten Brennraum des ebenfalls nicht dargestellten Zylinders dar.
In einem Kompressionstakt des Zylinders wird Frischgas, also unverbranntes
Brennstoff/Luft-Gemisch, durch die Mittelbohrung 17 und die Seitenbohrungen 19, 19' von unten aus dem Brennraum in die Zündkammer 5 eingeschoben. Das Gemisch wird zu einem vorherbestimmten Zündzeitpunkt in einem hier als Zündspalt 13 ausgebildeten Zündbereich entzündet, indem eine Hochspannung an die Mittelelektrode 9 angelegt wird, wobei zugleich die Massenelektrode 11 auf Massepotential liegt, vorzugsweise geerdet ist. Es springt ein Funke von der Mittelelektrode 9 auf die Massenelektfode 11 oder umgekehrt über, durch den das Gemisch in dem Zündspalt 3 entzündet wird. Hierdurch wird das Gemisch in der gesamten Zündkammer 5 entflammt, wobei das entflammte Gemisch durch die auch als Schusskanäle bezeichneten Bohrungen 17, 19, 13 003678
15
19' aus der Zündkammer 5 in den Brennraum schießt und das dort angeordnete
Brennstoff/Luft-Gemisch sicher entflammt.
Es zeigt sich, dass insbesondere Verbrennungsprodukte und unverbrannte, inerte Gasanteile, insgesamt also Restgas, nach der Zündung in der Zündkammer 5 verbleiben. Insbesondere sammelt sich das Restgas typischerweise in einem Volumen 21 , welches oberhalb des Zündspaltes 13 angeordnet ist und einen Isolatorfuß 23, in dem die ittetelektrode 9 teilweise angeordnet ist, umgibt.
Wesentlich für eine Effizienz der Zündung ist nun, dass der Zündbereich, hier der Züpdspalt 13 während des Kömpressionstakts möglichst effizient mit Frischgas gespült und von Restgas befreit wird, und dass aufgrund der sich im Kompressionstakt ausbildenden Strömung kein oder kaum Restgas in den Zündspalt 13 gelangt. Für eine effiziente Zündung bedarf es nämlich einer möglichst hohen Frischgaskonzentration im Zündspalt 13. Dabei zeigt sich, dass bei bekannten Vorkammer-Zündkerzen mit zentraler Funkenlage insbesondere durch in dem Volumen 21 in Tumbleströmüngen
umgewandelte Drallströmungen dafür sorgen, dass sich das Restgas zentral in der Zündkammer 5 und damit insbesondere auch in dem Zündbereich konzentriert. Dies steht jedoch einer effektiven Zündung im Wege.
Um das Zündverhalten der Zündeinrichtung 1 zu verbessern und zu bewirken, dass in dem Kompressionstakt des Zylinders im Wesentlichen Frischgas in dem Zündbereich, hier dem Zündspalt 13 strömt, wobei insbesondere zwei gegenläufige Strömungen von Frischgas einerseits und Restgas andererseits in dem Zündspalt 13 vermieden werden, ist ein Strömungsleitelement 25 vorgesehen, das geeignet ausgebildet und in geeigneter Weise relativ zu der Zündanordnung 7 angeordnet ist.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 25 an der Mittelelektrode 9 und insbesondere einstückig mit dieser vorgesehen. Insbesondere ist es als radialer Vorsprung 27 einer Mantelfläche 29 der vorzugsweise zylindrischen Mittelelektrode 9 ausgebildet. Das Strömungsleitelement 25 ist oberhalb des Zündspalts 13 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 25 außerdem als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung 27 ausgebildet, der unmittelbar im Bereich einer axialen Stirnfläche 31 des Isolatorfußes 23 entspringt und sich - in Richtung der Mittelachse A gesehen - zu der Massenelektrode 11 beziehungsweise zu dem Zündspalt 13 hin erweitert. Dabei weist eine axiale Endfläche 33 des Vorsprungs 27, die auch als Grundfläche des durch den Vorsprung 27 gebildeten Kegels angesehen werden kann, einen - in axialer Richtung gemessenen - Abstand zu dem Zündspalt 13 und insbesondere zu einer axialen Endfläche 35 der Massenelektrode 11 auf.
Da der Vörsprung 27 aus demselben Material wie die Mittelelektrode 9 und einstückig mit dieser ausgebildet ist, liegt er auch stets auf dem gleichen Potential wie diese. Durch den axialen Abstand zwischen der Endfläche 33 des Vorsprungs 27 und der Endfläche 35 der Massenelektrode 11 wird verhindert, dass ein Zündfunke von dem Vörsprung 27 zu der Massenelektrode 11 überspringt. Der Abstand ist also vorzugsweise so bemessen, dass hier kein Zündfunke überspringt, sondern dass eine Zündung vielmehr stets im Bereich des Zühdspalts 13 erfolgt.
Eine Mantelfläche 37 des Kegels ist hier in der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 geradlinig ausgebildet und fällt nach oben zur Mittelachse A hin ab. Hierdurch ist quasi eine Rampe für das von oben aus dem Volumen 21 heranströmende Restgas ausgebildet, sodass dieses von dem Zündspalt 13 - in radialer Richtung gesehen - weggeleitet wird und durch den mindestens einen Freiraum im Bereich des wenigstens einen Abstandselements 15 weiter nach unten strömt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Mantelfläche 37 in der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 nicht geradlinig, sondern gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet ist, um das Strömungsverhalten des
Restgases in geeigneter Weise zu beeinflussen. Insbesondere eine konkave Krümmung der Mantelfläche 37 kann bewirken, dass das von oben heranströmende Restgas effektiv von dem Zündspalt 13 - radial nach außen -, also von der Mittelachse A weg, beschleunigt wird.
Während des Kompressionstaktes von unten in die Zündkammer 5 einströmendes Frischgas gelangt dagegen ungehindert zu dem Zündspalt 13 und kann diesen auf 3 003678
17 seinem Weg nach oben durchströmen. Somit werden die in entgegengesetzte
Richtungen gerichteten Strömungen des Frischgases einerseits und des Restgases andererseits voneinander durch das Strömungsleitelement 25 separiert, wobei im Wesentlichen Frischgas von unten nach oben durch den Zöndspalt 13 strömt, während das von oben nach unten strömende Restgas durch das Strömungsleitelement 25 radial nach außen von dem Zündspalt 13 weggelenkt wird, so dass es in größerem Abstand von der Mittelachse A im Bereich des mindestens einen Abstandselements 15 nach unten strömt.
Demnach liegt zu dem Zündzeitpunkt eine hohe Frisehgaskonzentration in dem
Zündspalt 13 vor, sodass eine effektive Zündung erfolgt.
Es zeigt sich noch, dass die Zündeinrichtung bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als Vorkammerzündkerze ausgebildet ist, wobei die Zündkammer 5 eine bauliche Einheit mit der restlichen Zündkerze, insbesondere mit der Zündanordnung 7 bildet. Bevorzugt ist die Kammerwandung 3 als Zündkappe an einem Grundkörper der Vorkammerzündkerze angeordnet. Insbesondere ist sie vorzugsweise als gebogenes Blech ausgebildet, welches durch die Mittelbohrung 17 und die Seitenbohrungen 19, 19' durchsetzt ist.
Figur 2 zeigt eine der Darstellung gemäß Figur 1 entsprechende Teil- Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Zündeinrichtung 1 , die ebenfalls als elektrische Zündeinrichtung mit Funkenzünduhg ausgebildet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Strömungsleitelement 25 an dem Isolatorfuß 23 vorgesehen ist. Es ist hier als radialer Vorsprung 27 einer Mantelfläche 39 des
Isolatorfußes 23 ausgebildet. Der Isolatorfuß 23 besteht vorzugsweise aus Keramik. Da das Strömungsleitelement 25 hier bevorzugt einstückig mit dem Isolatorfuß 23 ausgebildet ist, umfasst es das gleiche Material, vorzugsweise ebenfalls Keramik.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist das Strömungsleitelement 25 als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung der Mantelfläche 39 ausgebildet. Dabei weist der kegelförmige Vorsprung 27 seinen größten Durchmesser - in axialer Richtung gesehen - auf der Höhe der axialen Stirnfläche 31 des Isolatorfußes 23 auf. Es zeigt sich auch, dass die axiale Endfläche 33 des Vorsprungs 27 bündig beziehungsweise fluchtend mit der Stirnfläche 31 angeordnet ist, beziehungsweise in die Stirnfläche 31 übergeht oder sogar identisch mit dieser ausgebildet ist. Es handelt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel also vorzugsweise bei der Stirnfläche 31 einerseits und der Endfläche 33 andererseits um dieselbe Fläche. Ausgehend von dem Bereich seines größten Durchmessers verringert sich der Durchmesser des kegelförmigen Vorsprungs 27 - in axialer Richtung gesehen - von der Massenelektrode 11
wegweisend, in Figur 2 also nach oben.
Dies bedeutet letztlich, dass die Mantelfläche 37 in der Schnittdarstellung gemäß Figur 2 wiederum eine Schnittlinie bildet, die hier geradlinig ausgebildet ist und nach oben in Richtung auf die Mittelachse A hin abfällt. Demnach ist wiederum eine Rampe ausgebildet, die von oben aus dem Volumen 21 heranströmendes Restgas radial nach außen von dem Zündspalt 13 weg in den Bereich des Abstandselements 15 drängt. Dabei ist es auch bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, dass die Mantelfläche 37 gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet ist, falls dies für die sich einstellende Gasströmung vorteilhaft ist.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 ist im Übrigen identisch zu der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Auch hier strömt von unten aus dem Brenhraum heranströmendes Frischgas ungehindert in den Zündspalt 13 ein, während von oben aus dem Volumen 21 kommendes Restgas durch das
Strömungsleitelement 25 radial nach außen gelenkt und somit von dem Zündspalt 13 weggeleitet wird. Es strömt dann durch den mindestens einen Freiraum im Bereich des Abstandselements 15 weiter nach unten^ Hierdurch werden die entsprechenden Ströme von Frischgas einerseits und von Restgas andererseits voneinander separiert, wobei im Wesentlichen Frischgas durch den Zündspalt 13 strömt. Daraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile.
Es zeigt sich, dass bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 die axiale Endfläche 33 des Vorsprungs 27 den Zündspalt 13 - in radialer Richtung gesehen - nicht nur überdeckt, sondern überragt, also in radialer Richtung über den Zündspalt 13 03678
19 vorsteht. Auf diese Weise wird besonders effizient verhindert, das von oben
heranströmendes Restgas in den Zündspalt 13 einströmen kann.
Insbesondere abhängig von der Ausbildung der Mantelfläche 37 kann aber auch vorgesehen sein, dass die axiale Endfläche 33 den Zündspalt 13 nicht vollständig überdeckt, falls das von oben heranströmende Restgas auch ohne diese Maßnahme von dem Zündspalt 13 effektiv weggeleitet wird, sodass sich das gewünschte
Strömungsverhalten einstellt.
Die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Zündeinrichtung 1 , die als Laser- Zündkerze oder Korona-Zündkerze ausgebildet ist, entspricht der Funktionsweise, die hier in Zusammenhang mit den in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert wurde. Dabei eritspricht der Zündbereich dem Zündspalt und die Zündlage der Funkenlage. Insbesondere die Funktionsweise des
Strömungsleitelements ist auch bei einer Laser-Zündkerze und/oder bei einer Korona- Zündkerze die gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2, sodass insoweit auf deren Beschreibung verwiesen wird. Wesentlich ist, dass mithilfe des Strömungsleitelements eine erhöhte Restgaskonzentration in dem zentral angeordneten Zündbereich vermieden wird, wobei mithilfe des Strömungsleitelements entsprechende Ströme von Frischgas einerseits und von Restgas andererseits voneinander separiert werden, wobei im Wesentlichen Frischgas durch den Zündbereich strömt.
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe der Zündeinrichtung 1 und des
Verbrennungsmotors möglich ist, eine effiziente Zündung in dem Zündbereich auch bei zentraler Zündlage sicherzustellen, indem das Strömungsverhalten in der Zündkammer 5 mithilfe des Strömungsleitelements 25 in geeigneter Weise beeinflusst wird.

Claims

Patentansprüche
1. Zündeinrichtung (1 ) für einen Verbrennungsmotor, mit einer gegenüber einem Brennraum eines der Zündeinrichtung zugeordneten Zylinders eines
Verbrennungsmotors durch eine Kammerwandung (3) abgeteilten, eine Mittelachse (A) aufweisenden Zündkammer (5) mit einem Zündbereich zur Zündung eines in der Zündkammer (5) vorliegenden Brennstoff/Luft-Gemischs , wobei die
Kammerwandung (3) mindestens eine Bohrung (17,19,19') aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Zündkämmer (5) und dem Brennraum bereitstellt, gekennzeichnet durch ein Strömungsieitelement (25), das derart ausgebildet und so relativ zu dem Zündbereich angeordnet ist, dass in einem Kompressionstakt des Zylinders im Wesentlichen Frischgas in den Zündbereich strömt.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Zündanordnung (7) in der Zündkammer (5) vorgesehen ist, wobei die
Zündanordnung (7) eine eine Symmetrieachse aufweisende Mittelelektrode (9) aufweist, deren Symmetrieachse mit der Mittelachse (A) zusammenfällt, wobei die Zündanordnung (7) weiterhin mindestens eine durch einen Zündspalt ( 3) von der Mittelelektrode (9) beabstandete Massenelektrode (1 1) aufweist, wobei der Zündbereich in dem Zündspalt (13) angeordnet ist, und wobei das
Strömungsieitelement (25) derart ausgebildet und so relativ zu der Zündanordnung (7) angeordnet ist, dass in einem Kompressionstrakt des Zylinders im
Wesentlichen Frischgas in den Zündspalt (13) strömt.
3. Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Strömungsieitelement (25) an der Mittelelektrode (9) angeordnet ist, wobei es vorzugsweise als radialer Vorsprung einer Mantelfläche (29) der Mittelelektrode (9) - in Richtung der Mittelachse (A) gesehen— oberhalb des Zündspalts (13) ausgebildet ist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (9) bereichsweise von einem Isolatorfuß (23) umgriffen ist, wobei das Strömurigsleitelement (25) an dem Isolatorfuß (23) vorgesehen ist, und wobei das Strömungsleitelement (25) vorzugsweise als radialer Vorsprung (27) einer Mantelfläche (39) des Isolatorfußes (23) ausgebildet ist.
Zündeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (25) als im Wesentlichen kegelförmiger Vorsprung (27) der Mantelfläche (29) der Mittelelektrode (9) und/oder der Mantelfläche (39) des Isolatorfußes (23) ausgebildet ist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Vorsprung (27) an der Mittelelektrode (9) angeordnet ist, wobei er unmittelbar im Bereich einer axialen Stirnfläche (31) des Isolatorfußes (23) entspringt und sich - in axialer Richtung gesehen - zu der Massenelektrode (11) hin erweitert, wobei eine axiale Endfläche (33) des Vorsprungs - in axialer Richtung gesehen - einen Abstand zu dem Zündspalt (13) aufweist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Vorsprung (27) an dem Isolatorfuß (23) angeordnet ist, wobei er seinen größten Durchmesser - in axialer Richtung gesehen - auf der Höhe einer axialen Stirnfläche (31) des Isolatorfußes (23) aufweist, wobei sich der
Durchmesser - ebenfalls in axialer Richtung - von der Massenelektrode ( 1) weg weisend verringert.
Zündeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenelektrode (11) als Ringelektrode ausgebildet ist, welche die Mittelelektrode (9) - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift, wobei der Zündspalt (13) vorzugsweise als die Mittelelektrode (9) - in Umfangsrichtung gesehen - umgreifender Ringspalt ausgebildet ist, und wobei die Ringelektrode durch mindestens ein Abstandselement (15) gehalten ist.
9. Zündeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Zündeinrichtung (1) als Laserzündkerze ausgebildet ist, wobei das Brennstoff/Luft- Gemisch in dem Zündbereich durch mindestens einen Laserstrahl zündbar ist, und wobei das Strömungsleitelement (25) bevorzugt an einem in der Zündkammer (5) vorgesehenen Halteelement angeordnet ist. 0. Zündeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Zündeinrichtung (1 ) als Korona-Zündkerze ausgebildet ist, wobei das
Strömungsleitelement (25) bevorzugt an einem Isolatorfuß einer Korona-Elektrode angeordnet ist.
1 1. Zündeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (1) als Vorkammerzündkerze ausgebildet ist, wobei die Kammerwandung (3) vorzugsweise durch eine an einem Grundkörper der Vorkammerzündkerze angeordnete Zündkappe gebildet wird.
12. Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine Zündeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verbrennungsmotor als Gasmotor, insbesondere als Magergasmotor ausgebildet ist.
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