WO2019068484A1 - Verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2019068484A1
WO2019068484A1 PCT/EP2018/075618 EP2018075618W WO2019068484A1 WO 2019068484 A1 WO2019068484 A1 WO 2019068484A1 EP 2018075618 W EP2018075618 W EP 2018075618W WO 2019068484 A1 WO2019068484 A1 WO 2019068484A1
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internal combustion
combustion engine
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central opening
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Dietmar Bertsch
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Daimler Ag
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an internal combustion engine for a motor vehicle can already be seen, for example, from DE 10 2014 004 943 A1 as known.
  • Internal combustion engine has at least one cylinder for receiving a piston and a Vorschzündkerze, which is associated with a combustion chamber in the cylinder.
  • the pre-chamber spark plug has an antechamber which is fluidly connected to the combustion chamber via a plurality of openings formed as passage openings.
  • at least one ignition spark can be generated by means of the prechamber spark plug, in particular by means of at least one electrode of the prechamber spark plug, in order to ignite, for example, a fuel / air mixture in the prechamber by means of the spark.
  • DE 10 2010 010 109 A1 discloses a prechamber spark plug with a housing which has a prechamber with a plurality of openings at its front end.
  • Object of the present invention is to further develop an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be realized.
  • This object is achieved by an internal combustion engine having the features of patent claim 1.
  • Internal combustion engine can be realized, it is provided according to the invention that, in particular during operation of the internal combustion engine at an intake stroke of the internal combustion engine rinsing of the pre-chamber with at least fuel and air comprehensive fresh gas takes place, so that at ignition an ignitable fuel-air mixture in the prechamber is included.
  • At the ignition time is by means of the prechamber spark plug, in particular by means of at least one at least partially disposed in the prechamber electrode of
  • Vorschündkerze that generates at least one spark in the pre-chamber to thereby at least fuel and air comprehensive fresh gas mixture in the
  • the ignitable fuel-air mixture received in the prechamber can be safely ignited and burnt by means of the at least one spark, so that it ignites in the prechamber Mixture can enter through openings in the prechamber into the combustion chamber, whereby the fuel-air mixture can be safely ignited in the combustion chamber and burn through in the sequence.
  • the internal combustion engine according to the invention is preferably designed as a gasoline engine, wherein compared to conventional internal combustion engines, in particular gasoline engines, ignition conditions in the combustion chamber can be improved.
  • the invention is based in particular on the following finding: In the development, in particular further development, of Otto engine combustion processes, it can be characterized by the fact that internal combustion engines such as gasoline engines are increasingly designed according to the downsizing principle, and in the
  • the wall regions through which the prechamber is separated from the combustion chamber have, for example, a total of a first total area, wherein, for example, the openings, via which the prechamber is connected to the combustion chamber, have in total a second total area.
  • the first total area is greater than the second total area, whereby the ceramic or the aforementioned electrode can be protected particularly advantageous.
  • Pre-chamber spark plug in particular with regard to their hole geometry, is required to a desired function of the pre-chamber spark plug in the entire map
  • Nockenhub ignition and combustion of the mixture in the combustion chamber can be ensured, since the ignition of the fuel-air mixture can be ensured in the antechamber.
  • fuel-air mixture for example, burning torches resulting from the openings from the antechamber and enter the combustion chamber.
  • the burning torches the fuel-air mixture is ignited in the combustion chamber, resulting in a desired combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber.
  • Openings is pressed into the antechamber, wherein the pressed into the prechamber combustible mixture is inflamed in at least almost dormant atmosphere and, after passing through the antechamber via the opening and into the combustion chamber there, the fuel-air mixture, in particular completely flamed.
  • the fuel-air mixture in particular completely flamed.
  • the openings also referred to as holes, in particular with regard to their position and / or geometry, are configured such that a sufficient flushing of the pre-chamber with the already mentioned suction stroke is possible
  • fresh gas which comprises at least air and fuel
  • Internal combustion engine can be ensured in particular at low loads and / or leaning, that at the time of ignition is an ignitable and thus combustible fuel-air mixture in the antechamber, so that even under such operating conditions, the mixture in the combustion chamber ignited total safe and as a result can be burned.
  • One of the openings is formed as a central opening, while the respective other openings are formed as secondary openings, in the circumferential direction of
  • Pre-chamber spark plug distributed around the central opening around, in particular evenly distributed are arranged.
  • the secondary openings which are also referred to as radial holes or radial openings, are arranged or configured symmetrically, in particular rotationally symmetrical, for example with respect to a longitudinal axis, in particular a longitudinal center axis.
  • the longitudinal axis intersects the central opening, also referred to as the central hole.
  • the central opening with respect to the longitudinal axis symmetrical, in particular
  • the side openings need not necessarily be arranged at the same height as the central opening, in particular along the longitudinal axis and thus in the longitudinal direction of the pre-chamber spark plug.
  • the openings have respective passage directions.
  • the respective passage direction is to be understood as a direction along which, for example, the abovementioned torches or the fresh gas can flow through the respective opening formed as a passage opening.
  • the respective opening is arranged in a plane, wherein the passage direction is perpendicular to the plane.
  • the passage direction of the central opening extends obliquely to the respective passage direction of the respective secondary opening.
  • the passage direction of the central opening extends obliquely to
  • the internal combustion engine it is possible to ensure that the mixture is ignited in the combustion chamber, in particular in the case of operating modes with a high exhaust gas recirculation rate and / or with high charge dilution and charge stratification, for example during operation with ⁇ in a range of 1.0 to 2.2. It has proven to be particularly advantageous if the internal combustion engine has at least one injector assigned to the combustion chamber, by means of which the fuel, designed in particular as liquid fuel, is used to operate the engine
  • the injector is preferably designed as a piezo-A nozzle or as a multi-hole nozzle, in particular with variable hole geometry, and / or with variable pressure. Furthermore, in the internal combustion engine according to the invention a particularly high resistance to pre-ignition can be realized, so that the risk that it comes to a breakage of the ceramic insulator of the pre-chamber spark plug by pressure waves, can be kept particularly low.
  • the central opening on the combustion chamber side that is at one point or on one side, on or on the
  • Central opening opens into the combustion chamber, in the direction of the spray formed by the means of the injector directly injected into the combustion chamber fuel and also referred to as fuel spray sprays.
  • the respective secondary opening and the central opening have different diameters from each other. This can be realized in a particularly advantageous manner an ignitable fuel-air mixture in the prechamber.
  • the central opening and the respective secondary opening have the same diameter.
  • the diameter of the central opening is greater than the respective diameter of the respective auxiliary opening, whereby a flammable fuel-air mixture can be generated in the pre-chamber in a particularly advantageous manner.
  • a further embodiment is characterized in that the secondary openings each have a diameter which is in a range of 0.7 mm to 1.4 mm inclusive inclusive.
  • the central opening has a diameter which is in a range of from 0.8 mm to 1, including 6 mm.
  • the prechamber can be rinsed particularly advantageously with fresh gas.
  • the secondary openings cause a rotational flow of the fresh gas in the pre-chamber, whereby a particularly advantageous ignitability of the fuel-air mixture in the pre-chamber can be ensured.
  • Fig. 1 a detail of a schematic sectional view of a
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a generally designated 10 and preferably designed as a gasoline engine internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle such as a passenger car.
  • the internal combustion engine 10 is designed as a reciprocating piston engine and has at least one combustion chamber 12 in a cylinder 16.
  • the internal combustion engine 10 has a cylinder 16 associated piston 14, which is received translationally movable in the cylinder 16.
  • the Combustion chamber 12 is in the cylinder 16 from the piston 14 and a cylinder
  • the cylinder 16 is at least partially formed by, for example, a cylinder housing, in particular as a cylinder crankcase, not shown in detail engine housing of the internal combustion engine 10.
  • the piston 14 may move in the cylinder 16 between a top dead center and a bottom dead center.
  • the internal combustion engine 10 is designed as a 4-stroke engine, so that exactly one cycle of the internal combustion engine 10 comprises exactly four cycles. Exactly one cycle of the internal combustion engine 10 extends over 720 degrees crank angle formed as a crankshaft output shaft, which is connected via a connecting rod, not shown in FIGS. Articulated with the piston 14. By this articulated coupling, the translational movements of the piston 14 in a rotational movement of the crankshaft
  • the working game includes exactly two complete ones
  • a first of the clocks is, for example, also called a suction phase
  • Intake stroke in the context of which the piston 14 moves from its top dead center to its bottom dead center and thereby, for example, at least air via at least one cylinder 16 associated with the intake passage 18 sucks into the combustion chamber 12.
  • a second of the cycles is a compression stroke which follows the intake stroke and is also referred to as the compression phase, during which the piston 14 moves from its bottom dead center into its top dead center, thereby compressing or compressing the air previously drawn into the combustion chamber 12.
  • the internal combustion engine 10 further includes a cylinder 16 associated Vorschündkerze 20, by means of which at least one ignition spark is generated or generated at an ignition time. By means of the spark is a recorded in the combustion chamber of the cylinder 16 mixture, which the sucked air and a particular liquid fuel for operating the
  • Internal combustion engine 10 includes ignited and burned in the sequence.
  • the fuel is injected, for example, by means of a cylinder 16 associated injector 22 of the internal combustion engine 10, in particular directly into the combustion chamber 12 of the cylinder 16, in particular to form a so-called spray 24.
  • This means that also referred to as fuel spray spray 24 by the fuel is formed, which is injected by means of the injector 22 directly into the combustion chamber 12. Due to the ignition and the resulting combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber 12, the mixture expands, whereby the piston 14 is moved from its top dead center to its bottom dead center and thereby driven during a third of the clocks. As a result, the crankshaft is driven.
  • the third clock is also called the working clock. He is working on the clock
  • exhaust stroke in the context of which exhaust gas, which results from the combustion of the mixture, is expelled by means of the piston 14 via an outlet channel 26 from the combustion chamber 12.
  • an arrow 28 illustrates a charge movement and thus, for example, a flow of the air flowing into the combustion chamber 12.
  • the inlet channel 18 is associated with an inlet valve 30 which is movable relative to the cylinder head 1 1 between at least one closed position and at least one open position, in particular translationally.
  • the outlet channel 26 is associated with an outlet valve 32, which is also movable in translation between at least one closed position and at least one open position relative to the cylinder head 1 1. 1 shows the
  • Intake stroke in the context of which the piston 14 moves downward.
  • the arrow 28 illustrates the global charge movement in the combustion chamber 12, wherein a tumble-shaped charge movement is provided.
  • the inlet valve 30 is opened and releases the inlet channel 18 while the outlet valve 32 is closed and blocks the outlet channel 26.
  • Prechamber spark plug 20 has an antechamber 34 which is fluidly connected to the combustion chamber 12 via openings 36 and 38.
  • the prechamber 34 is bounded or formed by respective wall regions 40 of the prechamber spark plug 20, wherein the openings 36 and 38 formed as passage openings are formed in the wall regions 40.
  • the antechamber 34 for example, at least one in the figure unrecognizable and, for example, at least partially embedded in an insulator electrode is disposed, wherein the insulator may consist of a ceramic and is part of the Vorschaueründkerze 20.
  • the electrode By means of the electrode, at least one ignition spark is generated at the ignition time.
  • the opening 38 is formed as a central opening, while the openings 36 are formed as side openings.
  • the side openings are also referred to as radial openings or radial bores, wherein the opening 38 is also referred to as a central bore. At least the
  • Vorschündkerze 20 formed longitudinal axis 42 of the pre-chamber spark plug 20 symmetrically, in particular rotationally symmetrical, arranged or configured, wherein the side openings in the circumferential direction of
  • Pre-chamber spark plug 20 distributed around the central opening around, in particular evenly distributed, are arranged.
  • the opening 38 is thus formed as an oblique central bore, which is preferably aligned in the direction of the injector 22 and the spray 24 and thus rotational position oriented.
  • the central opening is preferably aligned in the direction of the injector 22 and the spray 24 and thus rotational position oriented.
  • the central opening is arranged on the side of the combustion chamber 12 closer to the injector 22 and the spray 24 than on the side of the prechamber 34.
  • the respective opening 36 and the central opening have the same diameter, in particular inner diameter.
  • the pre-chamber spark plug 20 is, in particular with regard to its hole geometry, preferably configured such that a sufficient number of secondary openings is provided in order to achieve a rotary position independence in the combustion chamber 12. This is advantageous for a series application due to installation tolerances.
  • Central opening serves for an advantageous gas exchange between the combustion chamber 12 and the pre-chamber 34.
  • Respective sizes, diameters or of the fresh gas flow-through flow cross-sections of the openings 36 and 38 are, for example, chosen so that on the one hand ensures adequate shielding of the prechamber 34 and thus an insulator of the electrode of Vorschzündkerze 20 from pressure waves from the combustion chamber 12 and on the other hand a sufficient flushing of the prechamber 34 is ensured with the fresh gas. If the openings 36 and 38 are too large, flame propagation from the prechamber 34 into the combustion chamber 12 will be degraded, and pressure waves may be more likely to enter the prechamber 34. If the openings 36 and 38 are too small, the flushing of the pre-chamber 34 and thus the running limit in the direction of small loads and the lean running limit decreases. Above the prechamber 34 is the
  • Vorschündkerze 20 designed for example as a standard spark plug without prechamber.
  • the pre-chamber spark plug 20 is arranged as far as possible on the edge 46 of the combustion chamber 12 in order not to disturb the flow in the combustion chamber 12 at least almost and as little as possible attack surface for spray or
  • the mixture initially located in the combustion chamber 12 should already flow into the pre-chamber 34 through the openings 36 and 38 in order to treat the prechamber 34, which is filled with exhaust gas, for example, due to the exhaust stroke or exhaust stroke, already in the intake phase with fresh gas to flush and introduce a combustible fuel-air mixture in the antechamber 34.
  • the pre-chamber 34 protrudes sufficiently far into the combustion chamber 12.
  • an inlet flow illustrates, of which, for example, the introduced into the combustion chamber 12 spray 24 is taken so that already in the intake fresh gas or a fuel-air mixture in the direction of the Vorschzündkerze 20 and thus in the pre-chamber 34th flows, in particular from the combustion chamber 12 via the openings 36 and 38.
  • a corresponding positioning of the prechamber 34 is advantageous.
  • the radial openings or secondary openings are designed to be sufficiently large and, for example, have a diameter, in particular an inner diameter, which lies in a range of 0.7 mm to 1.7 mm inclusive.
  • a sufficiently large number of the radial holes is advantageous, wherein the number of radial holes preferably in a range of four to 12, inclusive. In other words, preferably at least four and in particular at most 12 secondary openings are provided.
  • a sufficiently large diameter, in particular Inn trimmesser, the central opening is advantageous.
  • the diameter of the central opening is for example equal to or larger than the diameter of the respective
  • the central opening is in a range of from 0.8 mm to 1, including 6 mm.
  • the radial openings are preferably set in such a way that a tangential flow of the fresh gas into the prechamber 34, in particular in its interior, results, in particular that a rotational flow, in particular of the fresh gas flowing into the prechamber, arises in the interior of the prechamber 34.
  • Central opening is preferably designed so that it shows the combustion chamber side to the injector 22 and thus to the spray 24, during an injection process, in which the fuel is injected by means of the injector 22 to form the spray 24 directly into the combustion chamber 12, the highest possible Amount of the fuel-air mixture or the fresh gas by a through the
  • the pre-chamber spark plug 20 is preferably installed rotational position oriented, in particular screwed in order to ensure an advantageous alignment of the central opening to the injector 22.
  • the spray design of the injector 22 embodied as a multi-hole injector, for example, and the injection timing, that is to say an injection time at which the fuel is injected directly into the combustion chamber 12, are selected such that during the greatest possible proportion of time
  • Fresh phase ie fuel-air mixture, in particular from the combustion chamber 12 via the openings 36 and 38, can flow into the pre-chamber 34.
  • Daimler AG Fresh phase, ie fuel-air mixture, in particular from the combustion chamber 12 via the openings 36 and 38, can flow into the pre-chamber 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zylinder (16) zum Aufnehmen eines Kolbens (14), und mit wenigstens einer einem Brennraum (12) des Zylinders (16) zugeordneten Vorkammerzündkerze (20), welche eine über mehrere Öffnungen (36, 38) fluidisch mit dem Brennraum (12) verbundene Vorkammer (34) aufweist, in welcher mittels der Vorkammerzündkerze (20) zumindest ein Zündfunke erzeugbar ist, wobei bereits beim Ansaugtakt der Verbrennungskraftmaschine (10) eine Spülung der Vorkammer (34) mit zumindest Kraftstoff und Luft umfassendem Frischgas erfolgt, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer (34) aufgenommen ist.

Description

Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits aus der DE 10 2014 004 943 A1 als bekannt zu entnehmen. Die
Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Zylinder zum Aufnehmen eines Kolbens und eine Vorkammerzündkerze auf, welche einem Brennraum im Zylinder zugeordnet ist. Die Vorkammerzündkerze weist eine Vorkammer auf, die über mehrere, als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbunden ist. In der Vorkammer ist mittels der Vorkammerzündkerze, insbesondere mittels wenigstens einer Elektrode der Vorkammerzündkerze, zumindest ein Zündfunke erzeugbar, um mittels des Zündfunkens beispielsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer zu zünden.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2010 010 109 A1 eine Vorkammerzündkerze mit einem Gehäuse, das an seinem vorderen Ende eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen aufweist.
Aus der DE 197 23 182 A1 ist ein Verfahren zur Zündung und Verbrennung bei der Brennkraftmaschine bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und emissionsarmer Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass, insbesondere während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine bereits bei einem Ansaugtakt der Verbrennungskraftmaschine eine Spülung der Vorkammer mit zumindest Kraftstoff und Luft umfassendem Frischgas erfolgt, so dass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Zu dem Zündzeitpunkt wird mittels der Vorkammerzündkerze, insbesondere mittels wenigstens einer zumindest teilweise in der Vorkammer angeordneten Elektrode der
Vorkammerzündkerze, der wenigstens eine Zündfunke in der Vorkammer erzeugt, um dadurch ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Frischgas-Gemisch im
Brennraum zu zünden. Da zum Zündzeitpunkt das zuvor genannte, zündfähige Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist, kann mittels des wenigstens einen Zündfunkens das zündfähige, in der Vorkammer aufgenommene Kraftstoff-Luft-Gemisch sicher gezündet werden und durchbrennen, so dass das in der Vorkammer entzündete Gemisch über Öffnungen in der Vorkammer in den Brennraum eintreten kann, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum sicher gezündet werden und in der Folge durchbrennen kann.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise als Ottomotor ausgebildet, wobei im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, Entflammungsbedingungen im Brennraum verbessert werden können. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bei der Entwicklung, insbesondere Weiterentwicklung, von ottomotorischen Brennverfahren kann es dadurch, dass Verbrennungskraftmaschinen wie beispielsweise Ottomotoren zunehmend gemäß dem Downsizing-Prinzip ausgestaltet werden, und bei der
Verwendung von sogenannten Schlecht-Kraftstoffen, welche eine nur mindere Qualität aufweisen, zu einer Vorentflammung im Brennraum kommen, insbesondere verbunden mit extremen Druckwellen, wie beispielsweise einen in den Brennraum ragende Isolator aus Keramik einer herkömmlichen, nicht als Vorkammerzündkerze ausgebildeten Standard-Zündkerze durch eine hohe indizierte Querkraft brechen können. Dies kann durch den Einsatz der Vorkammerzündkerze vermieden werden, da die Vorkammer ein nahezu geschlossener Raum ist, in dem beispielsweise der zuvor genannte Isolator aufgenommen ist. Insbesondere in Bereichen, in welchen die Öffnungen nicht vorgesehen sind, ist die Vorkammer von dem Brennraum fluidisch getrennt, insbesondere mittels jeweiliger, die Öffnungen begrenzender Wandungsbereiche der
Vorkammerzündkerze. Die Wandungsbereiche, durch welche die Vorkammer von dem Brennraum getrennt ist, weisen beispielsweise in Summe eine erste Gesamtfläche auf, wobei beispielsweise die Öffnungen, über welche die Vorkammer mit dem Brennraum verbunden ist, in Summe eine zweite Gesamtfläche aufweisen. Dabei ist beispielsweise die erste Gesamtfläche größer als die zweite Gesamtfläche, wodurch die Keramik beziehungsweise die zuvor genannte Elektrode besonders vorteilhaft geschützt werden kann.
Es wurde jedoch gefunden, dass eine entsprechende Auslegung der
Vorkammerzündkerze, insbesondere hinsichtlich ihrer Lochgeometrie, erforderlich ist, um eine gewünschte Funktion der Vorkammerzündkerze im gesamten Kennfeld
beziehungsweise in allen Betriebsbereichen zu ermöglichen beziehungsweise
sicherzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, im gesamten Kennfeld
beziehungsweise bei allen Betriebsarten, mittels welchen die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, ein sicheres Zünden und Verbrennen des Gemisches im Brennraum zu bewirken, was bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann.
Insbesondere bei Betriebsart mit geringer Füllung beziehungsweise geringem Druck im Brennraum kann bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine Zündung und Verbrennung des Gemisches im Brennraum sichergestellt werden, ebenso bei niedriger Last durch Androsselung oder bei kleinem Nockenhub. Auch Betriebsarten mit geringer Ladungsbewegung, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und kleinem
Nockenhub, kann eine Zündung und Verbrennung des Gemisches im Brennraum sichergestellt werden, da die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer sichergestellt werden kann. Aus der Zündung des in der Vorkammer aufgenommenen Kraftstoff-Luft-Gemisches resultieren beispielsweise brennende Fackeln, welche über die Öffnungen aus der Vorkammer aus- und in den Brennraum eintreten. Mittels der brennenden Fackeln wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum gezündet, woraus eine gewünschte Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum resultiert.
Bei einem Betrieb einer herkömmlichen, insbesondere als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine mit einer Vorkammerzündkerze ist es vorgesehen, dass während des auch als Kompressionsphase bezeichneten Verdichtungstaktes der Verbrennungskraftmaschine brennbares Gemisch aus dem Brennraum über die
Öffnungen in die Vorkammer gedrückt wird, wobei das in die Vorkammer gedrückte brennbare Gemisch in zumindest nahezu ruhender Atmosphäre entflammt wird und nach einem Durchtritt von der Vorkammer über die Öffnung und in den Brennraum das dort befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere komplett, entflammt. Es wurde jedoch gefunden, dass bei niedrigen Lasten und/oder bei Abmagerung eine Menge des
Gemisches, das auf die beschriebene Weise aus dem Brennraum in die Vorkammer gedrückt wird, nicht ausreichend, um in der Vorkammer, insbesondere an einer
Funkenstrecke der Zündkerze, ein brennbares Gemisch insgesamt zu erzeugen.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass die auch als Löcher bezeichneten Öffnungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Position und/oder Geometrie, derart ausgestaltet sind, dass bereits in dem auch als Ansaugphase bezeichneten Ansaugtakt eine hinreichende Durchspülung der Vorkammer mit dem genannten
Frischgas erfolgt, wobei die Durchspülung zu einem zündfähigen Kraftstoff-Luift-Gemisch zum Zündzeitpunkt führt. Da bereits während des Ansaugtakts und nicht erst während des Verdichtungstakts die Vorkammer mit Frischgas, welches zumindest Luft und Kraftstoff umfasst, gespült wird, kann sichergestellt werden, dass sich zum Zündzeitpunkt in der Vorkammer und insbesondere in einer Funkenstrecke ein zündfähiges und somit brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch befindet. Bei der erfindungsgemäßen
Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere auch bei niedrigen Lasten und/oder bei Abmagerung sichergestellt werden, dass sich zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges und somit brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer befindet, sodass auch bei solchen Betriebsbedingungen das Gemisch im Brennraum insgesamt sicher gezündet und in der Folge verbrannt werden kann.
Eine der Öffnungen ist als Zentralöffnung ausgebildet, während die jeweils anderen Öffnungen als Nebenöffnungen ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung der
Vorkammerzündkerze um die Zentralöffnung herum verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Die auch als Radiallöcher oder Radialöffnungen bezeichneten Nebenöffnungen sind beispielsweise bezüglich einer Längsachse, insbesondere einer Längsmittelachse, der Zündkerze symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgestaltet, wobei beispielsweise die Längsachse die auch als Zentralloch bezeichnete Zentralöffnung schneidet. Dabei ist beispielsweise die Zentralöffnung bezüglich der Längsachse symmetrisch, insbesondere
rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Die Nebenöffnungen müssen nicht notwendigerweise auf gleicher Höhe wie die Zentralöffnung angeordnet sein, insbesondere entlang der Längsachse und somit in Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze.
Dabei weisen die Öffnungen jeweilige Durchgangsrichtungen auf. Unter der jeweiligen Durchgangsrichtung ist eine Richtung zu verstehen, entlang welcher beispielsweise die zuvor genannten Fackeln beziehungsweise das Frischgas durch die jeweilige, als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung hindurchströmen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt ist beispielsweise die jeweilige Öffnung in einer Ebene angeordnet, wobei die Durchgangsrichtung senkrecht zu der Ebene verläuft.
Es ist vorgesehen, dass die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung schräg zur jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Nebenöffnung verläuft. Hierdurch kann eine hinreichende Spülung der Vorkammer mit einer hinreichenden Menge an Frischgas gewährleistet werden. Unter der Spülung ist insbesondere zu verstehen, dass das genannte Frischgas, insbesondere in hinreichender Menge, aus dem Brennraum über die jeweiligen Öffnungen in die Vorkammer strömen kann, und das bereits während des Ansaugtakts. Im Rahmen der Spülung verbleibt dabei eine vorteilhafte Menge an
Frischgas in der Vorkammer, sodass zum Zündzeitpunkt ein mittels der Zündkerze, insbesondere mittels des Zündfunkens, zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Dadurch, dass die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung schräg zur jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Nebenöffnung verläuft, kann eine besonders vorteilhafte Spülung beziehungsweise Durchspülung der Vorkammer gewährleistet werden.
Die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung verläuft schräg zur
Längserstreckungsrichtung und somit schräg zur Längsachse der Vorkammerzündkerze. Hierdurch kann beispielsweise eine besonders hohe Menge an Frischgas aus dem Brennraum über die Zentralöffnung und somit über die Öffnungen insgesamt in die Vorkammer einströmen, sodass zum Zündzeitpunkt eine besonders hohe Menge des zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer aufgenommen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere bei Betriebsarten mit hoher Abgasrückführrate und/oder bei hoher Ladungsverdünnung und Ladungsschichtung, beispielsweise bei einem Betrieb mit λ in einem Bereich von 1 ,0 bis 2,2, sichergestellt werden, dass das Gemisch im Brennraum gezündet wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen dem Brennraum zugeordneten Injektor aufweist, mittels welchem der insbesondere als flüssiger Kraftstoff ausgebildete Kraftstoff zum Betreiben der
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unter Ausbildung eines sogenannten Sprays, direkt in den Brennraum einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Dabei ist der Injektor vorzugsweise als Piezo-A-Düse oder als Mehrlochdüse, insbesondere mit variabler Lochgeometrie, und/oder mit variablem Druck ausgebildet. Ferner können bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine besonders hohe Robustheit gegen Vorentflammung realisiert werden, sodass die Gefahr, dass es zu einem Bruch des Keramik-Isolators der Vorkammerzündkerze durch Druckwellen kommt, besonders gering gehalten werden kann.
Um eine besonders vorteilhafte Spülung der Vorkammer zu realisieren, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zentralöffnung brennraumseitig, das heißt an einer Stelle beziehungsweise auf einer Seite, an beziehungsweise auf der die
Zentralöffnung in den Brennraum mündet, in Richtung des durch den mittels des Injektors direkt in den Brennraums eingespritzten Kraftstoff gebildeten und auch als Kraftstoffspray bezeichneten Sprays geneigt ist.
Um eine besonders vorteilhafte Ladungsbewegung in der Vorkammer zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Nebenöffnung und die Zentralöffnung voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise ein zündfähiges Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Vorkammer realisiert werden.
Es ist denkbar, dass die Zentralöffnung und die jeweilige Nebenöffnung den gleichen Durchmesser aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der Durchmesser der Zentralöffnung größer als der jeweilige Durchmesser der jeweiligen Nebenöffnung ist, wodurch auf besonders vorteilhafte Weise ein zündfähiges Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Vorkammer erzeugt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Nebenöffnungen jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,7 Millimeter bis einschließlich 1 ,4 Millimeter liegt. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Spülung der Vorkammer dargestellt werden. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zentralöffnung einen Durchmesser aufweist, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,8 Millimeter bis einschließlich 1 ,6 Millimeter liegt. Hierdurch kann die Vorkammer besonders vorteilhaft mit Frischgas gespült werden. Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Nebenöffnungen eine Rotationsströmung des Frischgases in der Vorkammer bewirken, wodurch eine besonders vorteilhafte Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer gewährleistet werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer
erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der
Verbrennungskraftmaschine.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnete und vorzugsweise als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum 12 in einem Zylinder 16 auf.
Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen dem Zylinder 16 zugeordneten Kolben 14 auf, welcher translatorisch bewegbar im Zylinder 16 aufgenommen ist. Der Brennraum 12 wird im Zylinder 16 vom Kolben 14 und einen den Zylinder
verschließenden Zylinderkopf 1 1 eingeschlossen. Der Zylinder 16 ist zumindest teilweise durch ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes nicht näher dargestelltes Motorgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Der Kolben 14 kann sich im Zylinder 16 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als 4-Takt- Motor ausgebildet, sodass genau ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 genau vier Takte umfasst. Genau ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 erstreckt sich dabei über 720 Grad Kurbelwinkel einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle, welche über ein in den Fig. nicht dargestelltes Pleuel gelenkig mit dem Kolben 14 verbunden ist. Durch diese gelenkige Kopplung können die translatorischen Bewegungen des Kolbens 14 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle
umgewandelt werden. Dabei umfasst das Arbeitsspiel genau zwei vollständige
Umdrehungen und somit 720 Grad Kurbelwinkel der Kurbelwelle.
Ein erster der Takte ist beispielsweise ein auch als Ansaugphase bezeichneter
Ansaugstakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt und dabei beispielsweise zumindest Luft über wenigstens einen dem Zylinder 16 zugeordneten Einlasskanal 18 in den Brennraum 12 einsaugt. Ein zweiter der Takte ist ein sich an den Ansaugtakt anschließender und auch als Kompressionsphase bezeichneter Verdichtungstakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt und dabei die zuvor in den Brennraum 12 eingesaugte Luft verdichtet beziehungsweise komprimiert.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ferner eine dem Zylinder 16 zugeordnete Vorkammerzündkerze 20 auf, mittels welcher zu einem Zündzeitpunkt wenigstens ein Zündfunke erzeugbar ist beziehungsweise erzeugt wird. Mittels des Zündfunkens wird ein im Brennraum des Zylinders 16 aufgenommenes Gemisch, welches die angesaugte Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff zum Betreiben der
Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst, gezündet und in der Folge verbrannt. Der Kraftstoff wird beispielsweise mittels eines dem Zylinder 16 zugeordneten Injektors 22 der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere direkt, in den Brennraum 12 des Zylinders 16 eingespritzt, insbesondere unter Ausbildung eines sogenannten Sprays 24. Dies bedeutet, dass das auch als Kraftstoffspray bezeichnete Spray 24 durch den Kraftstoff gebildet ist, welcher mittels des Injektors 22 direkt in den Brennraum 12 eingespritzt wird. Durch die Zündung und die daraus resultierende Verbrennung des Kraftstoff-Luft- Gemisches im Brennraum 12 dehnt sich das Gemisch aus, wodurch der Kolben 14 im Rahmen eines dritten der Takte aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt und dabei angetrieben wird. In der Folge wird die Kurbelwelle angetrieben. Der dritte Takt wird auch als Arbeitstakt bezeichnet. Der sich an den Arbeitstakt
anschließende vierte Takt wird auch als Ausstoßtakt bezeichnet, in dessen Rahmen Abgas, welches aus der Verbrennung des Gemisches resultiert, mittels des Kolbens 14 über einen Auslasskanal 26 aus dem Brennraum 12 ausgeschoben wird.
In Fig. 1 veranschaulicht ein Pfeil 28 eine Ladungsbewegung und somit beispielsweise eine Strömung der in den Brennraum 12 einströmenden Luft. Dem Einlasskanal 18 ist ein Einlassventil 30 zugeordnet, welches zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere translatorisch, relativ zum Zylinderkopf 1 1 bewegbar ist. Ferner ist dem Auslasskanal 26 ein Auslassventil 32 zugeordnet, welches ebenfalls zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zum Zylinderkopf 1 1 translatorisch bewegbar ist. Dabei zeigt Fig. 1 den
Ansaugtakt, in dessen Rahmen sich der Kolben 14 nach unten bewegt. Insbesondere veranschaulicht dabei der Pfeil 28 die globale Ladungsbewegung im Brennraum 12, wobei eine tumbleförmige Ladungsbewegung vorgesehen ist. Dabei ist das Einlassventil 30 geöffnet und gibt den Einlasskanal 18 frei, während das Auslassventil 32 geschlossen ist und den Auslasskanal 26 versperrt.
Besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 2 ist erkennbar, dass die
Vorkammerzündkerze 20 eine Vorkammer 34 aufweist, welche über Öffnungen 36 und 38 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbunden ist. Die Vorkammer 34 ist dabei durch jeweilige Wandungsbereiche 40 der Vorkammerzündkerze 20 begrenzt beziehungsweise gebildet, wobei die als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen 36 und 38 in den Wandungsbereichen 40 ausgebildet sind. In der Vorkammer 34 ist beispielsweise wenigstens eine in den Fig. nicht erkennbare und beispielsweise zumindest teilweise in einem Isolator eingebettete Elektrode angeordnet, wobei der Isolator aus einer Keramik bestehen kann und Bestandteil der Vorkammerzündkerze 20 ist. Mittels der Elektrode wird zu dem Zündzeitpunkt der wenigstens ein Zündfunke erzeugt.
Um nun das Gemisch im Brennraum 12 besonders sicher im gesamten Kennfeld sowie bei allen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine zünden und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, erfolgt bereits beim Ansaugtakt des Zylinders 16 eine Spülung der Vorkammer 34 mit zumindest den Kraftstoff und die Luft umfassendem Frischgas, sodass zum
Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer 34
aufgenommen ist.
Aus Fig. 1 und 2 ist besonders gut erkennbar, dass die Öffnung 38 als Zentralöffnung ausgebildet ist, während die Öffnungen 36 als Nebenöffnungen ausgebildet sind. Die Nebenöffnungen werden auch als Radialöffnungen oder Radialbohrungen bezeichnet, wobei die Öffnung 38 auch als Zentralbohrung bezeichnet wird. Zumindest die
Nebenöffnungen sind bezüglich einer insbesondere als Längsmittelachse der
Vorkammerzündkerze 20 ausgebildeten Längsachse 42 der Vorkammerzündkerze 20 symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, angeordnet beziehungsweise ausgestaltet, wobei sich die Nebenöffnungen in Umfangsrichtung der
Vorkammerzündkerze 20 um die Zentralöffnung herum verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
Aus Fig. 2 ist anhand einer der Nebenöffnungen erkennbar, dass die jeweilige Öffnung 36 beziehungsweise 38 eine in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 44 veranschaulichte
Durchgangsrichtung aufweist, entlang welcher beispielsweise das Frischgas aus dem Brennraum 12 durch die jeweilige Öffnung 36 beziehungsweise 38 hindurch in die Vorkammer 34 strömen kann. Dabei verlaufen die Durchgangsrichtungen der
Nebenöffnungen schräg zur Längsachse 42 und schräg zur Durchgangsrichtung der Öffnung 38, wobei die Durchgangsrichtung der Öffnung 38 schräg zur Längsachse 42 verläuft. Die Öffnung 38 ist somit als schräge zentrale Bohrung ausgebildet, welche vorzugsweise in Richtung des Injektors 22 beziehungsweise des Sprays 24 ausgerichtet und somit drehlagenorientiert ist. Mit anderen Worten ist die Zentralöffnung
brennraumseitig in Richtung des Sprays 24 beziehungsweise in Richtung des Injektors 22 geneigt, sodass die Zentralöffnung auf Seiten des Brennraums 12 näher an dem Injektor 22 beziehungsweise an dem Spray 24 angeordnet ist als auf Seiten der Vorkammer 34. Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweilige Öffnung 36 und die Zentralöffnung gleiche Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, aufweisen.
Die Vorkammerzündkerze 20 ist, insbesondere hinsichtlich ihrer Lochgeometrie, vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine hinreichende Anzahl an Nebenöffnungen vorgesehen ist, um eine Drehlagenunabhängigkeit im Brennraum 12 zu erreichen. Dies ist vorteilhaft für eine Serienanwendung aufgrund von Einbautoleranzen. Die
Zentralöffnung dient einem vorteilhaften Gasaustausch zwischen dem Brennraum 12 und der Vorkammer 34. Jeweilige Größen, Durchmesser beziehungsweise von dem Frischgas durchströmbare Strömungsquerschnitte der Öffnungen 36 und 38 werden beispielsweise so gewählt, dass einerseits eine hinreichende Abschirmung der Vorkammer 34 und damit eines Isolators der Elektrode der Vorkammerzündkerze 20 vor Druckwellen aus dem Brennraum 12 gewährleistet und andererseits eine hinreichende Spülung der Vorkammer 34 mit dem Frischgas sichergestellt ist. Sind die Öffnungen 36 und 38 zu groß, ist eine Flammenausbreitung aus der Vorkammer 34 in den Brennraum 12 verschlechtert, und Druckwellen könnten eher in die Vorkammer 34 eindringen. Sind die Öffnungen 36 und 38 zu klein, nimmt die Spülung der Vorkammer 34 und damit die Laufgrenze in Richtung kleiner Lasten und die Magerlaufgrenze ab. Oberhalb der Vorkammer 34 ist die
Vorkammerzündkerze 20 beispielsweise wie eine Standard-Zündkerze ohne Vorkammer ausgestaltet.
Vorzugsweise ist die Vorkammerzündkerze 20 so weit wie möglich am Rand 46 des Brennraums 12 angeordnet, um die Strömung im Brennraum 12 zumindest nahezu nicht zu stören und möglichst wenig Angriffsfläche für Spray beziehungsweise
Ladungsbewegung zu bieten. Dabei ist insbesondere eine Überhitzung der Vorkammer 34 im Brennraum 12 bei hoher Last zu vermeiden, um Glühzündungen vermeiden zu können. Vor diesem Hintergrund soll das zunächst im Brennraum 12 befindliche Gemisch bereits in der Ansaugphase durch die Öffnungen 36 und 38 in die Vorkammer 34 strömen, um die Vorkammer 34, welche beispielsweise aufgrund des Ausschiebetakts beziehungsweise Ausstoßtakts mit Abgas gefüllt ist, bereits in der Ansaugphase mit Frischgas zu spülen und ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 34 einzubringen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Vorkammer 34 hinreichend weit in den Brennraum 12 hineinragt.
Ferner ist durch den Pfeil 28 beispielsweise eine Einlassströmung veranschaulicht, von welcher beispielsweise das in den Brennraum 12 eingebrachte Spray 24 derart mitgenommen wird, dass bereits in der Ansaugphase Frischgas beziehungsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Richtung der Vorkammerzündkerze 20 und damit in die Vorkammer 34 strömt, insbesondere aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 36 und 38. Hierzu ist eine entsprechende Positionierung der Vorkammer 34 vorteilhaft.
Ferner ist es hierzu vorteilhaft, wenn die Radialöffnungen bzw. Nebenöffnungen hinreichend groß ausgestaltet sind und dabei beispielsweise einen Durchmesser, insbesondere einen Innendurchmesser, aufweisen, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,7 Millimeter bis einschließlich 1 ,4 Millimeter liegt. Ferner ist eine hinreichend große Anzahl der Radiallöcher vorteilhaft, wobei die Anzahl an Radiallöchern vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich vier bis einschließlich 12 liegt. Mit anderen Worten sind vorzugsweise mindestens vier und insbesondere höchstens 12 Nebenöffnungen vorgesehen. Auch ein hinreichend großer Durchmesser, insbesondere Inndurchmesser, der Zentralöffnung ist vorteilhaft. Der Durchmesser der Zentralöffnung ist beispielsweise gleich groß oder größer als der Durchmesser der jeweiligen
Nebenöffnung, wobei vorzugsweise der Durchmesser, insbesondere der
Innendurchmesser, der Zentralöffnung in einem Bereich von einschließlich 0,8 Millimeter bis einschließlich 1 ,6 Millimeter liegt. Durch Strömungseffekte um die Vorkammer 34 und in der Vorkammer 34 selbst kann es zu einem Gasaustausch in der Ansaugphase des Arbeitsspiels kommen.
Vorzugsweise sind die Radialöffnungen so angestellt, dass durch eine tangentiale Strömung des Frischgases in die Vorkammer 34, insbesondere in deren Inneres, entsteht, insbesondere dass im Inneren der Vorkammer 34 eine Rotationsströmung, insbesondere des in die Vorkammer einströmenden Frischgases, entsteht. Die
Zentralöffnung ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sie brennraumseitig zum Injektor 22 und somit zum Spray 24 zeigt, um während eines Einspritzvorgangs, in dessen Rahmen der Kraftstoff mittels des Injektors 22 unter Ausbildung des Sprays 24 direkt in den Brennraum 12 eingespritzt wird, eine möglichst hohe Menge des Kraftstoff- Luft-Gemisches beziehungsweise des Frischgases durch einen durch die
Strömungsrichtung entstehenden Staudruck in die Vorkammer 34 zu leiten. Hierzu ist die Vorkammerzündkerze 20 vorzugsweise drehlagenorientiert eingebaut, insbesondere eingeschraubt, um eine vorteilhafte Ausrichtung der Zentralöffnung zum Injektor 22 zu gewährleisten. Vorzugsweise wird dabei die Sprayauslegung des beispielsweise als Mehrloch-Injektor ausgebildeten Injektors 22 sowie das Einspritztiming, das heißt ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff in den Brennraum 12 direkt eingespritzt wird, so gewählt, dass während eines möglichst großen zeitlichen Anteils der
Ansaugphase Frischgas, das heißt Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 36 und 38, in die Vorkammer 34 einströmen kann. Daimler AG
Bezugszeichenliste
10 Verbrennungskraftmaschine
1 1 Zylinderkopf
12 Brennraum
14 Kolben
16 Zylinder
18 Einlasskanal
20 Vorkammerzündkerze
22 Injektor
24 Spray
26 Auslasskanal
28 Pfeil
30 Einlassventil
32 Auslassventil
34 Vorkammer
36 Öffnungen
38 Öffnung
40 Wandungsbereich
42 Längsachse
44 Doppelpfeil
46 Rand

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1 . Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem
Zylinder (16) zum Aufnehmen eines Kolbens (14), und mit wenigstens einer einem Brennraum (12) des Zylinders (16) zugeordneten Vorkammerzündkerze (20), welche eine über mehrere Öffnungen (36, 38) fluidisch mit dem Brennraum (12) verbundene Vorkammer (34) aufweist, in welcher mittels der Vorkammerzündkerze (20) zumindest ein Zündfunke erzeugbar ist und bereits beim Ansaugtakt der Verbrennungskraftmaschine (10) eine Spülung der Vorkammer (34) mit zumindest Kraftstoff und Luft umfassendem Frischgas erfolgt, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer (34) aufgenommen ist und eine der Öffnungen (36, 38) als Zentralöffnung und die anderen Öffnungen (36) als Nebenöffnungen ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung der
Vorkammerzündkerze (34) um die Zentralöffnung (38) herum verteilt angeordnet sind und die Öffnungen (36, 38) jeweilige Durchgangsrichtungen (44) aufweisen, wobei die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung (38) schräg zur jeweiligen Durchgangsrichtung (44) der jeweiligen Nebenöffnung (36) verläuft und die Durchgangsrichtung der Zentralöffnung (38) schräg zur Längserstreckungsrichtung (42) der Vorkammerzündkerze (20) verläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentralöffnung (38) brennraumseitig in Richtung eines durch mittels eines Injektors (22) direkt in den Brennraum (12) eingespritzten Kraftstoff gebildeten Kraftstoffsprays (24) geneigt ist.
2. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Nebenöffnung (36) und die Zentralöffnung (38) voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser der Zentralöffnung (38) größer als der jeweilige Durchmesser der jeweiligen Nebenöffnung (36) ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nebenöffnungen (36) jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,7 Millimetern bis einschließlich 1 ,4 Millimetern liegt.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentralöffnung (38) einen Durchmesser aufweist, welcher in einem Bereich von einschließlich 0,8 Millimetern bis einschließlich 1 ,6 Millimetern liegt.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nebenöffnungen (36) eine Rotationsströmung des Frischgases in der
Vorkammer (34) bewirken.
PCT/EP2018/075618 2017-10-04 2018-09-21 Verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug WO2019068484A1 (de)

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WO (1) WO2019068484A1 (de)

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