WO2019110381A1 - Vorkammerzündkerze für einen brennraum einer verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs, sowie verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Vorkammerzündkerze für einen brennraum einer verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs, sowie verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention is based on a pre-chamber spark plug for a combustion chamber of a
  • Internal combustion engine in particular of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the invention is further based on a
  • the prechamber spark plug in this case has an antechamber with a plurality of openings, wherein the prechamber is fluidly connected or connected via the openings with the combustion chamber.
  • a mixture comprising at least fuel and air can flow from the combustion chamber via the openings into the prechamber.
  • the prechamber spark plug furthermore has at least two spark gaps arranged in the prechamber, via which respective ignition sparks can be formed and thereby generated.
  • sparks for example, mixtures comprising at least fuel and air which, for example, flow from the combustion chamber through the openings into the pre-chamber within respective working cycles of the internal combustion engine, are ignited so that the mixture in the combustion chamber as a whole is ignited by the respective ignition taking place in the pre-chamber can be ignited.
  • DE 10 2010 010 109 A1 discloses a pre-chamber spark plug, with a housing having at its front end a pre-chamber with a plurality of openings.
  • US 3 719 851 A discloses a spark plug having two spark gaps, a first of the spark gap along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the spark plug
  • a second spark gap is provided along the longitudinal direction.
  • DE 10 2015 204 814 B3 discloses a prechamber spark plug for a combustion chamber of an internal combustion engine with an atrium having a plurality of openings and being fluidically connectable to the combustion chamber via the openings.
  • the antechamber four spark gaps are arranged, via which respective sparks can be formed.
  • the four spark gaps are distributed in pairs symmetrically in the
  • Prechamber spark plug for a combustion chamber of an internal combustion engine with a, a plurality of openings and via the openings fluidly connectable to the combustion chamber, antechamber.
  • the antechamber several spark gaps are arranged, via which respective sparks can be formed.
  • the spark gaps are arranged symmetrically distributed in the antechamber along a direction perpendicular to a longitudinal direction of the prechamber spark plug.
  • Object of the present invention is to provide a pre-chamber spark plug and a
  • Patent claim 1 and by an internal combustion engine having the features of claim 8 solved.
  • Advantageous embodiments with appropriate
  • the spark gaps are arranged asymmetrically distributed in the antechamber.
  • the invention is based on the finding that, especially with different operating modes or operating states of the internal combustion engine, different conditions, in particular flow conditions, can occur in the pre-chamber, so that it can come to different ignition conditions, in particular in the antechamber, under which intersubstant respective, at least mixtures comprising fuel and air, which flow, for example, in particular within respective operating steps of the internal combustion engine via the openings from the combustion chamber into the prechamber, are to be ignited by means of the prechamber spark plug.
  • ignition conditions are taken into account by the asymmetrically distributed arrangement of the spark gaps in the pre-chamber, so that reliable ignition or ignition of the mixtures is also possible
  • the respective spark gap is also referred to as a spark area, for example, since at least one along the spark gap and thus in the spark area
  • Ignition spark is formed or can form, thereby ignite the respective mixture in the antechamber.
  • the respective mixture is first ignited in the antechamber.
  • the ignition causes the mixture in the pre-chamber burns or begins to burn, so that from the antechamber on the openings burning torches enter the combustion chamber, so that the mixture is ignited or ignited in the entire combustion chamber and burned in the sequence.
  • the spark gaps in the prechamber two different spark regions are realized in the prechamber by the spark gaps, as a result of which ignition conditions are greater than those of conventional methods
  • Pre-chamber spark plugs in which the spark gaps are arranged symmetrically distributed in the pre-chamber, improved.
  • Spark gap is arranged so that the second spark gap, for example, closer to or in the middle of the pre-chamber spark plug is arranged as the first spark gap.
  • Spark gap thus arranged along the direction closer than the second spark gap at an edge of the prechamber, the edge of which, for example, by a pre-chamber at least partially, in particular at least predominantly or completely,
  • the prechamber is a space which is at least almost closed with respect to the combustion chamber, in which, for example, at least one ceramic is arranged, by means of which, for example, the respective ignition spark is generated. Since the ceramic is arranged in the antechamber, fractures of the ceramic due to pressure waves in the combustion chamber, triggered by
  • the pre-chamber spark plug in an internal combustion engine, which is designed for example as a gasoline engine or gasoline engine and is equipped in particular with a direct fuel injection, however, a special design of the pre-chamber spark plug, in particular with regard to the openings and their geometry, also referred to as holes, advantageous to a desired function to ensure the pre-chamber spark plug, in particular in the entire map of the internal combustion engine.
  • the desired function of the pre-chamber spark plug which is also referred to as the pre-chamber spark plug, is in particular a stable ignition in the entire map
  • a purging of the pre-chamber with a comprehensive at least fuel and air mixture or fresh gas takes place, so that an ignitable fuel-air mixture is added to the ignition in the antechamber.
  • the fuel for operating the internal combustion engine is injected directly into the combustion chamber, so that already during the intake stroke as a result of a pulse resulting from the injection and as a result Flow in the combustion chamber is ignited at least at the ignition time ignitable fuel-air mixture from the combustion chamber via the openings in the prechamber.
  • Zündzeittician be present to ensure a sufficient ignitability of the mixture.
  • a high residual gas content and low turbulence or more residual gas and less turbulence than, for example, at the edge of the prechamber At low loads and speeds or at high residual gas contents are near or in the middle of the pre-chamber, a high residual gas content and low turbulence or more residual gas and less turbulence than, for example, at the edge of the prechamber.
  • a Zündort at which the mixture is ignited in the pre-chamber or can be ignited, in such a load range at the inner edge of the pre-chamber, where there is a higher turbulence and less residual gas over the middle.
  • the advantageous ignition location also referred to as the spark location, is close to or in the middle of the prechamber.
  • Operating condition of the internal combustion engine prevail at the one or the other Zündort advantageous conditions to ignite the mixture in the prechamber.
  • spark gaps are due to their asymmetrically distributed
  • Vorammerzündkerze can thus respective mixtures in the pre-chamber and thus in the combustion chamber in total at different modes or
  • Operating conditions of the internal combustion engine can be ensured which, for example, in the modes with low charge and / or low pressure in the combustion chamber, low charge movement or high exhaust gas recirculation rate and / or with a high charge connection and charge stratification, for example with a combustion air ratio (L) in a range of from 1, 0 to 2.2 inclusive is operated.
  • L combustion air ratio
  • advantageous ignition conditions prevail at the edge of the prechamber spark plug, while in the region of the center
  • Ignite ignition conditions in the pre-chamber so for example, the mixture in the pre-chamber can be ignited by means of the second spark gap advantageous.
  • respective ignitions of the respective mixtures in the entire map of the internal combustion engine can be ensured even with different operating modes of the internal combustion engine, so that a particularly advantageous, efficient and low-emission and quiet operation of the internal combustion engine can be displayed.
  • a further embodiment is characterized in that one of the spark gaps is formed between two first electrode regions and the other spark gap is formed between two second electrode regions.
  • the respective electrode area is
  • Electrode regions have a different from the first distance, second distance from each other.
  • the respective distances are greater than zero and different from each other, whereby possibly different from each other
  • Inflammatory conditions in the pre-chamber which can occur, for example, in different modes of the internal combustion engine, particularly advantageous account can be taken.
  • At least respective tips of the electrode regions are formed from a noble metal.
  • Electrode region may be formed for example by a respective electrode.
  • the respective electrode can be embodied as a cylindrical pen or pin, wherein the pin, for example, of a metal, in particular of a
  • Precious metal may be formed.
  • the respective electrode has a main body which is provided, for example, with a tip made of precious metal, wherein the tip of noble metal forms the respective tip of the respective electrode region.
  • swirl flow advantageous turbulence can be generated, for example, in at least one of the spark regions, so that in the one spark region the mixture in the prechamber and over this in the entire combustion chamber can be ignited in an advantageous manner.
  • At least a third of the openings is formed as a central opening, wherein the at least two openings in the circumferential direction of the pre-chamber spark plug around the central opening around, in particular evenly distributed.
  • Passage direction can flow through, so that the respective opening along the respective passage direction for the mixture is continuous.
  • the respective passage direction extends at least substantially perpendicular to a respective plane in which the respective opening is arranged or formed.
  • the internal combustion engine has at least one first operating state in which respective sparks for igniting respective, recorded in the antechamber fuel-air mixtures form over a first of the spark gaps, and a formation of sparks on the second spark gap is omitted.
  • Internal combustion engine preferably at least a second operating state, in which form respective sparks for igniting respective, recorded in the pre-chamber fuel-air mixtures over the second spark gap, and does not form a spark over the first spark gap.
  • One of the operating modes is, for example, a so-called catalytic heating operation, in the context of which at least one exhaust-gas aftertreatment device designed, for example, as a catalyst or comprising at least one catalytic converter
  • At least one of the operating modes may be a cold start or a warm-up, that is to say a warm-up phase of the engine
  • the prechamber spark plug according to the invention enables safe ignition of the mixtures even at high loads and speeds of the internal combustion engine.
  • the drawing shows in the single FIGURE in fragmentary form a schematic and sectional side view of an internal combustion engine according to the invention for a motor vehicle.
  • the single FIGURE shows a detail of a schematic and sectional side view of a generally designated 10 internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle such as a
  • the internal combustion engine 10 is as
  • Reciprocating engine designed and has at least one example as
  • the internal combustion engine 10 is designed as a gasoline engine, which is also referred to as gasoline engine.
  • gasoline engine which is also referred to as gasoline engine.
  • Internal combustion engine 10 is equipped with a direct fuel injection.
  • the internal combustion engine 10 comprises at least one combustion chamber 12, in particular designed as a cylinder, which during respective working cycles of the
  • Internal combustion engine 10 is supplied at least with fuel and air.
  • the fuel is preferably a liquid fuel which, in particular in liquid form, is introduced into the combustion chamber 12, in particular directly injected.
  • the combustion chamber 12 is supplied with the fuel and the air, forms, in particular within the respective cycle of the internal combustion engine 10, in the combustion chamber 12 at least the fuel and the air comprehensive fuel-air mixture, which simply as Mixture is called.
  • respective fuel-air mixtures are formed in the combustion chamber 12.
  • the fuel is, for example, an Otto or petrol fuel and is used to carry out a fired operation of the internal combustion engine 10. During fired operation, the respective mixtures are ignited and thereby burned, whereby the output shaft is driven.
  • the combustion chamber 12 is for example at least partially, in particular at least predominantly, formed by a motor housing, not recognizable in the figure
  • the motor housing for example, as a cylinder housing, in particular as a cylinder crankcase is formed.
  • a further housing member 14 is connected, which forms, for example, a combustion chamber roof 16 of the combustion chamber 12.
  • the housing element 14 is designed in particular as a cylinder head.
  • the internal combustion engine 10 comprises at least one prechamber spark plug 18, which is assigned to the combustion chamber 12 and projects, for example, at least partially into the combustion chamber.
  • the pre-chamber spark plug 18 is held on the housing element 14, for example, in particular reversibly detachable.
  • Prechamber spark plug 18 has an antechamber 20 with a plurality of openings 22 and 24, via which the prechamber 20 can be fluidly connected or connected to the combustion chamber 12.
  • the pre-chamber 20 is, in particular to the combustion chamber 12 out, at least partially, in particular at least predominantly or completely, by a housing 26 of the pre-chamber spark plug 18, in particular by a wall 28 of the housing 26, formed or limited.
  • the prechamber spark plug 18 further includes a first electrode 30, which is also referred to as a center electrode, for example.
  • the prechamber spark plug 18 comprises at least a second one Electrode 32, which is also referred to as a ground electrode.
  • the electrode 30 is at least indirectly, in particular via an insulator 34, held on the housing 26 or connected thereto. In the illustrated in the Fig
  • the second electrode 32 is formed by the housing 26 or formed integrally therewith, so that the housing 26 acts as the ground electrode.
  • the prechamber spark plug 18 has a longitudinal direction illustrated in the figure by a dot-dash line 36, which is also referred to as the longitudinal extension direction of the prechamber spark plug 18.
  • the prechamber spark plug 18 thus has an elongated extension running along the longitudinal direction. Furthermore, it can be seen particularly clearly from the figure that the opening 24 serves as a central opening and the
  • Openings 22 are formed as secondary openings, which are arranged in the circumferential direction of the pre-chamber spark plug 18 around the central opening around, in particular evenly distributed.
  • the openings 22 have respective through-openings illustrated in the figure by dot-dashed lines 38, which run obliquely to the longitudinal direction of the prechamber spark plug 18 and thereby run toward the prechamber 20 towards each other.
  • the opening 24 (central opening) also has a
  • the prechamber spark plug 18 now also has at least two spark gaps 40 and 42 arranged in the prechamber 20, via which respective ignition sparks can be formed.
  • respective spark gaps 40 and 42 trainable sparks, the respective, within the respective working cycles in the
  • Pre-chamber 20 recorded mixtures are ignited, so that the respective mixture is burned in the pre-chamber 20.
  • burnt up in the combustion chamber 12 burned mixture, whereby the output shaft is driven.
  • spark gaps 40 and 42 Operating conditions of the internal combustion engine 10 to realize the spark gaps 40 and 42 are arranged asymmetrically distributed in the pre-chamber 20.
  • the spark gap 40 is disposed along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the Vorschzündkerze 18 and in the figure by a double arrow 44 illustrated direction farther out than the second spark gap 42, so that the spark gap 40 along the direction closer at an edge 46 formed by the wall 28, for example
  • Prechamber spark plug 18 is arranged as the spark gap 42. This means that the spark gap 42 along the direction illustrated by the double arrow 44 is located closer to or in the center of the pre-chamber 20 than the spark gap 40th
  • the asymmetrically distributed arrangement of the spark gaps 40 and 42 is realized in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in that the electrode 30 has a first subregion 48 and a second subregion 50 formed integrally therewith, which in the form of an arm of the electrode 30, for example obliquely or present perpendicular to the longitudinal direction of the
  • Vorschzündkerze 18 and thus, for example, along the direction illustrated by the double arrow 44 direction of the portion 48 away in the direction of the wall 28 and the edge 46 extends.
  • the spark gap 40 is thus between a first electrode region 52 formed by the electrode 30, in particular by the partial region 50, and by the housing 26, in particular by the
  • Wall 28 formed second electrode region 54 formed, which are arranged for example at a first distance A1 from each other.
  • the electrode 32 has, for example, a third portion 56 and a fourth portion 58 which, for example, as a second arm of the electrode 32 obliquely or presently perpendicular to the longitudinal direction of the Vorschzündkerze 18 and thus along the direction shown by the double arrow 44 direction from the portion 56 toward Electrode 30, in particular to the portion 48 runs.
  • the spark gap 42 is between one through the electrode 32, in particular by the arm
  • the electrode region 54 is formed by the electrode 32 and thus, for example, by the housing 26, wherein the electrode region 54 is formed in particular by the partial region 56 of the electrode 32 is.
  • the electrode region 52 is formed by the electrode 30, in particular by the partial region 50.
  • the electrode regions 60 and 62 are arranged at a second distance A2 from one another, wherein the distances A1 and A2 extend, for example, perpendicular to the longitudinal direction of the prechamber spark plug 18 and thus, for example, along the direction illustrated by the double arrow 44.
  • Distances A1 and A2 are greater than zero and different from each other, for example, the distances A1 and A2 in a range of inclusive
  • Tip of the electrode portions 52, 54, 60 and 62 of a metal, in particular of a noble metal, are formed.
  • Electrodes are formed, for example, as pins, wherein the respective pin is formed, for example, from a metal, in particular from a noble metal, or the respective pin is formed, for example, from a metal different from a noble metal and provided with a noble metal tip.
  • the openings 22 characterized in that the passage directions of the openings 22 extend obliquely to the longitudinal direction, the openings 22 cause, for example, in the Fig. By an arrow 64 illustrated, at least substantially swirl-shaped flow of the from the combustion chamber 12 via the openings 22 and 24 into the prechamber 20 incoming Mixture, so that advantageous flaming conditions can be ensured.
  • the openings 22 are also referred to as tangential employees, radial holes.
  • tangential employees radial holes.
  • different modes of operation or operating states of the internal combustion engine 10 will be explained:
  • In the antechamber 20 forms by the design of the tangentially radial holes (openings 22) also referred to as a swirl flow, at least substantially swirl-like flow, which has the property on the one hand in the area of the edge 46 of the
  • Prechamber 20 to produce a higher flow velocity than in the region of the center M of the pre-chamber 20 and on the other hand existing or remaining in the pre-chamber 20 residual gas or exhaust rather in the center M of the pre-chamber 20 to concentrate around the center electrode (electrode 30 and portion 48). It is advantageous at low loads and / or speeds of the internal combustion engine 10, in which due to the low pressure in the combustion chamber 12, a lower flow velocity in the pre-chamber 20 is generated during the compression phase and thus particularly difficult boundary conditions for an ignition in the spark gap 42 in the region of the center M of the pre-chamber 20 prevail, a spark area in which the mixture is ignited in the pre-chamber 20, to the edge 46 and thus to use the spark gap 40 to ignite the mixture. Dominates, for example, at high loads and / or
  • the distance A1 is smaller than the distance A2, which at low loads and speeds or at lower pressure in the combustion chamber 12 and thus in absolute terms lower flow velocities in the chamber and thus lower differences in the flow velocity or turbulence between the Spark gaps 40 and 42 at a lower
  • Ignition voltage required in the spark gap 40 leads. This will be the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze (18) für einen Brennraum (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit einer mehrere Öffnungen (22, 24) aufweisenden und über die Öffnungen (22, 24) fluidisch mit dem Brennraum (12) verbindbaren Vorkammer (20) aufweist, und mit zwei in der Vorkammer (20) angeordneten Funkenstrecken (40, 42), über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind, wobei die Funkenstrecken (40, 42) asymmetrisch verteilt in der Vorkammer (20) angeordnet sind und eine erste der Funkenstrecken (40, 42) entlang einer senkrecht zur Längsrichtung (36) der Vorkammerzündkerze (18) verlaufenden Richtung (44) weiter außen als die zweite Funkenstrecke (42) angeordnet ist.

Description

Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verbrennungskraftmaschine für ein
Kraftfahrzeug
Die Erfindung geht von einer Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 aus. Die Erfindung geht ferner von einer
Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 8 aus.
Eine solche Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2005 005 851 A1 bekannt. Die Vorkammerzündkerze weist dabei eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen auf, wobei die Vorkammer über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Hierdurch kann beispielsweise ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer einströmen. Die Vorkammerzündkerze weist ferner wenigstens zwei in der Vorkammer angeordnete Funkenstrecken auf, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar und dadurch erzeugbar sind. Mittels der Zündfunken können beispielsweise jeweilige, zumindest Kraftstoff und Luft umfassende Gemische, die beispielsweise innerhalb jeweiliger Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer strömen, gezündet werden, sodass durch die jeweilige, in der Vorkammer stattfindende Zündung das Gemisch im Brennraum insgesamt gezündet werden kann. 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.
Die US 3 719 851 A offenbart eine Zündkerze mit zwei Funkenstrecken, wobei eine erste der Funkenstrecke entlang einer senkrecht zur Längsrichtung der Zündkerze
verlaufenden Richtung vorgesehen ist und eine zweite Funkenstrecke entlang der Längsrichtung vorgesehen ist.
Die DE 10 2015 204 814 B3 offenbart eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer, mehrere Öffnungen aufweisenden und über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbaren, Vorkammer. In der Vorkammer sind vier Funkenstrecken angeordnet, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Die vier Funkenstrecken sind zueinander paarweise symmetrisch verteilt in der
Vorkammer angeordnet.
Die gattungsbildende Patentschrift JP 2009 - 36 157 A offenbart eine
Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer, mehrere Öffnungen aufweisenden und über die Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbindbaren, Vorkammer. In der Vorkammer sind mehrere Funkenstrecken angeordnet, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Die Funkenstrecken sind zueinander entlang einer senkrecht zu einer Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufenden Richtung symmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze und eine
Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Vorkammerzündkerze der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine insbesondere auch bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funkenstrecken asymmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass, insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine, unterschiedliche Bedingungen, insbesondere Strömungsbedingungen, in der Vorkammer auftreten können, sodass es, insbesondere in der Vorkammer, zu unterschiedlichen Entflammungsbedingungen kommen kann, unter denen intergrund jeweilige, zumindest Kraftstoff und Luft umfassende Gemische, die beispielsweise insbesondere innerhalb jeweiliger Arbeitsschritte der Verbrennungskraftmaschine über die Öffnungen aus dem Brennraum in die Vorkammer strömen, mittels der Vorkammerzündkerze zu zünden sind. Diesen unterschiedlichen Strömungsbedingungen beziehungsweise
Entflammungsbedingungen wird erfindungsgemäß durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken in der Vorkammer Rechnung getragen, sodass eine sichere Zündung beziehungsweise Entflammung der Gemische auch bei
unterschiedlichen Strömungsbedingungen und somit beispielsweise bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann.
Die jeweilige Funkenstrecke wird beispielsweise auch als Funkenbereich bezeichnet, da sich entlang der Funkenstrecke und somit in dem Funkenbereich wenigstens ein
Zündfunken ausbildet beziehungsweise ausbilden kann, um hierdurch in der Vorkammer das jeweilige Gemisch zu zünden. Hierdurch wird das jeweilige Gemisch zunächst in der Vorkammer entzündet. Durch die Zündung wird bewirkt, dass das Gemisch in der Vorkammer verbrennt beziehungsweise zu brennen beginnt, sodass aus der Vorkammer über die Öffnungen brennende Fackeln in den Brennraum treten, sodass das Gemisch im Brennraum insgesamt entflammt beziehungsweise gezündet und in der Folge verbrannt wird. Durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken in der Vorkammer sind durch die Funkenstrecken zwei unterschiedliche Funkenbereiche in der Vorkammer realisiert, wodurch Entflammungsbedingungen im Vergleich zu herkömmlichen
Vorkammerzündkerzen, bei denen die Funkenstrecken symmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind, verbessert.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine erste der Funkenstrecken entlang einer senkrecht zur Längsrichtung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufenden Richtung weiter außen als die zweite
Funkenstrecke angeordnet ist, sodass die zweite Funken strecke beispielsweise näher an oder in der Mitte der Vorkammerzündkerze angeordnet ist als die erste Funkenstrecke.
Da die erste Funkenstrecke entlang der senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung weiter außen als die zweite Funkenstrecke angeordnet ist, ist die erste
Funkenstrecke somit entlang der Richtung näher als die zweite Funkenstrecke an einem Rand der Vorkammer angeordnet, deren Rand beispielsweise durch ein die Vorkammer zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig,
begrenzendes Gehäuse der Vorkammerzündkerze, insbesondere durch eine Wandung des Gehäuses, gebildet ist. Dieser Ausführungsform liegen die folgenden, insbesondere durch Versuche gewonnenen Erkenntnisse zugrunde: Die Vorkammer ist ein gegenüber dem Brennraum zumindest nahezu geschlossener Raum, in welchem beispielsweise wenigstens eine Keramik angeordnet ist, mittels welcher beispielsweise der jeweilige Zündfunke erzeugt wird. Da die Keramik in der Vorkammer angeordnet ist, können Brüche der Keramik infolge von Druckwellen im Brennraum, ausgelöst durch
Fremdentflammung, vermieden werden. Für eine Anwendung der Vorkammerzündkerze bei einer Verbrennungskraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor beziehungsweise Benzinmotor ausgebildet und insbesondere mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgestatte ist, ist jedoch eine spezielle Auslegung der Vorkammerzündkerze, insbesondere hinsichtlich der auch als Löcher bezeichneten Öffnungen und deren Geometrie, vorteilhaft, um eine gewünschte Funktion der Vorkammerzündkerze insbesondere im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen. Die gewünschte Funktion der auch als Vorkammerkerze bezeichneten Vorkammerzündkerze liegt insbesondere darin, im gesamten Kennfeld eine stabile Entflammung
beziehungsweise Zündung des jeweiligen Gemisches im Brennraum zu gewährleisten. Dabei ist es vorteilhaft, dass durch die Öffnungen für die Darstellung eines zündfähigen Gemisches im jeweiligen Funkenbereich vor allem bei niedrigen Lasten der
Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff beziehungsweise ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch gespült wird. Für eine stabile Durchmischung sollte hierzu in der Vorkammer, insbesondere in deren Inneren, ein entsprechendes Strömungsfeld erzeugt werden.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass bereits beim Ansaugtakt des Brennraums eine Spülung der Vorkammer mit einem zumindest Kraftstoff und Luft umfassenden Gemisch beziehungsweise Frischgas erfolgt, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff- Luft-Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist. Hierzu wird beispielsweise während des Ansaugtakts der Verbrennungskraftmaschine mittels eines dem Brennraum zugeordneten Injektors der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine kennfeldbasiert direkt in den Brennraum eingespritzt, sodass bereits während des Ansaugtakts infolge eines aus dem Einspritzen resultierenden Pulses und infolge einer Strömung im Brennraum ein zumindest zum Zündzeitpunkt zündfähiges Kraftstoff-Luft- Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen in die Vorkammer gespült wird.
Um das beispielsweise auf die zuvor genannte Weise in der Vorkammer erzeugte, brennbare und auch einfach als Gemisch bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer zu zünden, ist es vorteilhaft, wenn in der jeweiligen Funkenstrecke zum Zündzeitpunkt eine vorteilhafte beziehungsweise ideale mittlere Turbulenz herrscht. Ebenso sollte in der Funkenstrecke kein übermäßig hoher Restgasgehalt zum
Zündzeitpunkt vorhanden sein, um eine hinreichende Zündfähigkeit des Gemisches zu gewährleisten. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen oder bei hohen Restgasgehalten befinden sich nahe oder in der Mitte der Vorkammer ein hoher Restgasgehalt und eine nur geringe Turbulenz beziehungsweise mehr Restgas und weniger Turbulenz als beispielsweise am Rand der Vorkammer. Vorteilhafterweise befindet sich dann ein Zündort, an welchem das Gemisch in der Vorkammer gezündet wird beziehungsweise gezündet werden kann, in einem solchen Lastbereich am inneren Rand der Vorkammer, wo gegenüber der Mitte eine höhere Turbulenz und weniger Restgas vorliegen. Bei demgegenüber höheren Lasten jedoch liegt der vorteilhafte, auch als Funkenort bezeichnete Zündort dagegen nahe oder in der Mitte der Vorkammer. Durch die
Funkenstrecken und ihre erfindungsgemäß vorgesehene asymmetrisch verteilte
Anordnung in der Vorkammer sind nun die zuvor genannten, voneinander
unterschiedlichen Funkenbereiche und somit unterschiedliche Funken- beziehungsweise Zündorte geschaffen, wobei insbesondere je nach Betriebsart beziehungsweise
Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine an dem einen oder dem anderen Zündort vorteilhafte Bedingungen herrschen, um das Gemisch in der Vorkammer zu zünden.
Mit anderen Worten sind die Funkenstrecken durch ihre asymmetrisch verteilte
Anordnung an solchen Stellen beziehungsweise Orten in der Vorkammer angeordnet, an denen, insbesondere je nach Betriebsart beziehungsweise Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine, jeweils vorteilhafte Entflammungsbedingungen herrschen, um das Gemisch in der Vorkammer zu zünden. Mittels der erfindungsgemäßen
Vorkammerzündkerze können somit jeweilige Gemische in der Vorkammer und somit in dem Brennraum insgesamt bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise
Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden, welche beispielsweise bei den Betriebsarten mit geringer Füllung und/oder geringem Druck im Brennraum, geringer Ladungsbewegung oder mit einer hohen Abgasrückführrate und/oder mit einer hohen Ladungsverbindung und Ladungsschichtung, beispielsweise mit einem Verbrennungsluftverhältnis (l) in einem Bereich von einschließlich 1 ,0 bis einschließlich 2,2, betrieben wird.
Herrschen beispielsweise bei einer ersten Betriebsart beziehungsweise in einem ersten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine an dem Rand der Vorkammerzündkerze vorteilhafte Entflammungsbedingungen, während im Bereich der Mitte der
Vorkammerzündkerze ungünstige Entflammungsbedingungen herrschen, so kann das Gemisch in der Vorkammer mittels der ersten Funkenstrecke gezündet werden.
Herrschen beispielsweise bei einer zweiten Betriebsart beziehungsweise in einem zweiten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine im Bereich der Mitte vorteilhafte Entflammungsbedingungen, während an dem Rand ungünstige
Entflammungsbedingungen in der Vorkammer herrschen, so kann beispielsweise das Gemisch in der Vorkammer mittels der zweiten Funkenstrecke vorteilhaft gezündet werden. Hierdurch können jeweilige Zündungen der jeweiligen Gemische im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine auch bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden, sodass ein besonders vorteilhafter, effizienter und emissionsarmer sowie laufruhiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine der Funkenstrecken zwischen zwei ersten Elektrodenbereichen und die andere Funkenstrecke zwischen zwei zweiten Elektrodenbereichen gebildet ist. Der jeweilige Elektrodenbereich ist
beispielsweise durch wenigstens eine Elektrode der Vorkammerzündkerze gebildet, mittels welcher der jeweilige Zündfunke erzeugbar ist. Dabei weisen die ersten
Elektrodenbereiche einen ersten Abstand voneinander auf, wobei die zweiten
Elektrodenbereiche einen von dem ersten Abstand unterschiedlichen, zweiten Abstand voneinander aufweisen. Die jeweiligen Abstände sind größer als Null und voneinander unterschiedlich, wodurch etwaig voneinander unterschiedlichen
Entflammungsbedingungen in der Vorkammer, zu denen es beispielsweise bei unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine kommen kann, besonders vorteilhaft Rechnung getragen werden kann.
Dabei wurde gefunden, dass im gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine sichere Zündungen und somit Entflammungen der Gemische insbesondere dadurch realisiert werden können, wenn sich die Abstände in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,3 Millimetern, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,15 Millimetern, voneinander unterscheiden.
Um die Gemische auch bei unterschiedlichen Betriebsarten und somit unterschiedlichen Strömungs- beziehungsweise Entflammungsbedingungen sicher zünden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest jeweilige Spitzen der Elektrodenbereiche aus einem Edelmetall gebildet sind. Der jeweilige
Elektrodenbereich kann beispielsweise durch eine jeweilige Elektrode gebildet sein. Die jeweilige Elektrode kann dabei als zylindrischer Pen beziehungsweise Stift ausgeführt sein, wobei der Stift beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem
Edelmetall, gebildet sein kann. Ferner ist es denkbar, dass die jeweilige Elektrode einen Grundkörper aufweist, der beispielsweise mit einer Spitze aus Edelmetall versehen ist, wobei die Spitze aus Edelmetall die jeweilige Spitze des jeweiligen Elektrodenbereiches bildet.
Um besonders vorteilhafte Entflammungsbedingungen in der Vorkammer realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jeweilige Durchgangsrichtungen von wenigstens zwei der Öffnungen schräg zur Längsrichtung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufen.
Hierdurch wird mittels der wenigstens zwei Öffnungen beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des jeweiligen, über die wenigstens zwei Öffnungen aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmenden Gemisches bewirkt
beziehungsweise erzeugt, wobei die drallförmige Strömung auch als Drallströmung bezeichnet wird. Durch die Drallströmung kann beispielsweise in wenigstens einem der Funkenbereiche eine vorteilhafte Turbulenz erzeugt werden, sodass in dem einen Funkenbereich das Gemisch in der Vorkammer und über diese im gesamten Brennraum vorteilhaft gezündet werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine dritte der Öffnungen als eine Zentralöffnung ausgebildet, wobei die wenigstens zwei Öffnungen in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze um die Zentralöffnung herum, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Beispielsweise weist die
Zentralöffnung eine Durchgangsrichtung auf, welche insbesondere parallel zur
Längsrichtung der Vorkammerzündkerze verlaufen beziehungsweise mit der
Längsrichtung der Vorkammerzündkerze zusammenfallen kann. Unter der jeweiligen Durchgangsrichtung der jeweiligen Öffnung ist insbesondere zu verstehen, dass das jeweilige Gemisch aus dem Brennraum durch die jeweilige Öffnung entlang der
Durchgangsrichtung hindurchströmen kann, sodass die jeweilige Öffnung entlang der jeweiligen Durchgangsrichtung für das Gemisch durchgängig ist. Insbesondere verläuft beispielsweise die jeweilige Durchgangsrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Ebene, in welcher die jeweilige Öffnung angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funkenstrecken asymmetrisch verteilt in der Vorkammer angeordnet sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze sind als Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
Durch die unterschiedlichen Betriebsarten der Verbrennungskraftmaschine kann diese besonders effizient und somit kraftstoffverbrauchsarm sowie emissionsarm betrieben werden. Jedoch kann es aufgrund der unterschiedlichen Betriebszustände zu
unterschiedlichen Strömungs- und somit Entflammungsbedingungen in der Vorkammer kommen. Diesen unterschiedlichen Strömungs- und Entflammungsbedingungen in der Vorkammer wird durch die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken Rechnung getragen, sodass dann beispielsweise, wenn aufgrund der jeweiligen
Strömungs- beziehungsweise Entflammungsbedingungen mittels einer der
Funkenstrecken eine Zündung des jeweiligen Gemischs in der Vorkammer nicht möglich ist, stets mittels der jeweils anderen Funkenstrecke eine Zündung des jeweiligen
Gemischs in der Vorkammer bewirkt und somit gewährleistet werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem sich jeweilige Zündfunken zum Zünden von jeweiligen, in der Vorkammer aufgenommenen Kraftstoff-Luft- Gemischen über eine erste der Funkenstrecken ausbilden, und ein Ausbilden von Zündfunken über die zweite Funkenstrecke unterbleibt. Ferner weist die
erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem sich jeweilige Zündfunken zum Zünden von jeweiligen, in der Vorkammer aufgenommene Kraftstoff-Luft-Gemischen über die zweite Funkenstrecke ausbilden, und ein Ausbilden von Zündfunken über die erste Funkenstrecke unterbleibt. Hierdurch kann ein Verbrauchs- und emissionsarmer sowie laufruhiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, da im gesamten Kennfeld auch bei den unterschiedlichen Betriebszuständen die Gemische in der Vorkammer und somit in dem Brennraum sicher gezündet werden können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zuvor genannte Injektor, mittels welchem der Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum eingebracht,
insbesondere eingespritzt, wird, als Piezoaktor beziehungsweise Piezodüse,
insbesondere als Piezo-A-Düse, oder aber als Mehrlochdüse, insbesondere mit variabler Lochgeometrie und/oder variablem Druck, ausgebildet ist. Bei einer der Betriebsarten handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Katheizbetrieb, in dessen Rahmen wenigstens eine beispielsweise als Katalysator ausgebildete oder zumindest einen Katalysator umfassende Abgasnachbehandlungseinrichtung der
Verbrennungskraftmaschine gezielt erwärmt wird. Ferner kann es sich bei wenigstens einer der Betriebsarten um einen Kaltstart beziehungsweise um einen Warmlauf, das heißt um eine Warmlaufphase der auch als Motor bezeichneten
Verbrennungskraftmaschine handeln. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze ein sicheres Zünden der Gemische auch bei hohen Lasten und Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen
Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei als
Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens eine beispielsweise als
Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Insbesondere ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als Benzinmotor ausgebildet, welcher auch als Ottomotor bezeichnet wird. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die
Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgestattet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst wenigstens einen insbesondere als Zylinder ausgebildeten Brennraum 12, welcher während jeweiliger Arbeitsspiele der
Verbrennungskraftmaschine 10 zumindest mit Kraftstoff und Luft versorgt wird. Der Kraftstoff ist vorzugsweise ein flüssiger Kraftstoff, welcher, insbesondere in flüssiger Form, in den Brennraum 12 eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird. Dadurch, dass der Brennraum 12 mit dem Kraftstoff und mit der Luft versorgt wird, bildet sich, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10, in dem Brennraum 12 ein zumindest den Kraftstoff und die Luft umfassendes Kraftstoff- Luft-Gemisch, welches einfach auch als Gemisch bezeichnet wird. Somit bilden sich innerhalb jeweiliger, aufeinanderfolgender Arbeitsspiele jeweilige Kraftstoff-Luft- Gemische in dem Brennraum 12. Der Kraftstoff ist beispielsweise ein Otto- beziehungsweise Benzinkraftstoff und wird zum Durchführen eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 genutzt. Während des befeuerten Betriebs werden die jeweiligen Gemische gezündet und dadurch verbrannt, wodurch die Abtriebswelle angetrieben wird.
Der Brennraum 12 ist beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durch ein in der Fig. nicht erkennbares Motorgehäuse gebildet
beziehungsweise begrenzt, wobei das Motorgehäuse beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildet ist. Mit dem Motorgehäuse ist beispielsweise ein weiteres Gehäuseelement 14 verbunden, welches beispielsweise ein Brennraumdach 16 des Brennraums 12 bildet. Das Gehäuseelement 14 ist insbesondere als Zylinderkopf ausgebildet.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst dabei wenigstens eine Vorkammerzündkerze 18, welche dem Brennraum 12 zugeordnet ist und beispielsweise zumindest teilweise in den Brennraum hineinragt. Die Vorkammerzündkerze 18 ist dabei beispielsweise, insbesondere reversibel lösbar, an dem Gehäuseelement 14 gehalten. Die
Vorkammerzündkerze 18 weist eine Vorkammer 20 mit mehreren Öffnungen 22 und 24 auf, über welche die Vorkammer 20 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Die Vorkammer 20 ist, insbesondere zum Brennraum 12 hin, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch ein Gehäuse 26 der Vorkammerzündkerze 18, insbesondere durch eine Wandung 28 des Gehäuses 26, gebildet beziehungsweise begrenzt. Die Vorkammerzündkerze 18 umfasst ferner eine erste Elektrode 30, welche beispielsweise auch als Mittelelektrode bezeichnet wird. Des Weiteren umfasst die Vorkammerzündkerze 18 wenigstens eine zweite Elektrode 32, welche auch als Masseelektrode bezeichnet wird. Die Elektrode 30 ist zumindest mittelbar, insbesondere über einen Isolator 34, an dem Gehäuse 26 gehalten beziehungsweise mit diesem verbunden. Bei dem in der Fig. veranschaulichten
Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrode 32 durch das Gehäuse 26 gebildet beziehungsweise einstückig mit diesem ausgebildet, sodass das Gehäuse 26 als die Masseelektrode fungiert.
Die Vorkammerzündkerze 18 weist eine in der Fig. durch eine strichpunktierte Linie 36 veranschaulichte Längsrichtung auf, welche auch als Längserstreckungsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 bezeichnet wird. Die Vorkammerzündkerze 18 weist somit eine entlang der Längsrichtung verlaufende längliche Erstreckung auf. Ferner ist besonders gut aus der Fig. erkennbar, dass die Öffnung 24 als eine Zentralöffnung und die
Öffnungen 22 als Nebenöffnungen ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 um die Zentralöffnung herum, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Außerdem weisen die Öffnungen 22 jeweilige, in der Fig. durch strichpunktierte Linien 38 veranschaulichte Durchgangsrichtungen auf, welche schräg zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 verlaufen und dabei zur Vorkammer 20 hin aufeinander zu verlaufen. Die Öffnung 24 (Zentralöffnung) weist ebenfalls eine
Durchgangsrichtung auf, welche mit der Längsrichtung zusammenfällt. Das jeweilige, sich im Brennraum 12 bildende Gemisch strömt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 22 und 24 entlang der jeweiligen
Durchgangsrichtungen in die Vorkammer 20 ein, sodass sich innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auch in der Vorkammer 20 ein zumindest Kraftstoff und Luft umfassendes Gemisch bildet.
Die Vorkammerzündkerze 18 weist nun ferner wenigstens zwei in der Vorkammer 20 angeordnete Funkenstrecken 40 und 42 auf, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind. Mittels der jeweiligen, über die Funkenstrecken 40 und 42 ausbildbaren Zündfunken können die jeweiligen, innerhalb der jeweiligen Arbeitsspiele in der
Vorkammer 20 aufgenommenen Gemische gezündet werden, sodass das jeweilige Gemisch in der Vorkammer 20 verbrannt wird. Daraus resultieren brennende Fackeln, die über die Öffnungen 22 und 24 aus der Vorkammer 20 in den Brennraum 12 strömen und in dem Brennraum 12 das dort aufgenommene Gemisch zünden. In der Folge verbrennt das im Brennraum 12 aufgenommene Gemisch, wodurch die Abtriebswelle angetrieben wird. Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 insbesondere auch bei unterschiedlichen Betriebsarten beziehungsweise
Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren zu können, sind die Funkenstrecken 40 und 42 asymmetrisch verteilt in der Vorkammer 20 angeordnet. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Funken strecke 40 entlang einer senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 verlaufenden und in der Fig. durch einen Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung weiter außen als die zweite Funkenstrecke 42 angeordnet, sodass die Funkenstrecke 40 entlang der Richtung näher an einem beispielsweise durch die Wandung 28 gebildeten Rand 46 der
Vorkammerzündkerze 18 angeordnet ist als die Funkenstrecke 42. Dies bedeutet, dass die Funkenstrecke 42 entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung näher an oder in der Mitte der Vorkammer 20 angeordnet ist als die Funkenstrecke 40.
Die asymmetrisch verteilte Anordnung der Funkenstrecken 40 und 42 ist bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch realisiert, dass die Elektrode 30 einen ersten Teilbereich 48 und einen insbesondere einstückig damit ausgebildeten zweiten Teilbereich 50 aufweist, welcher beispielsweise in Form eines Arms der Elektrode 30 schräg oder vorliegend senkrecht zur Längsrichtung der
Vorkammerzündkerze 18 und somit beispielsweise entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung von dem Teilbereich 48 weg in Richtung der Wandung 28 beziehungsweise des Randes 46 verläuft. Die Funkenstrecke 40 ist somit zwischen einem durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 50, gebildeten ersten Elektrodenbereich 52 und einem durch das Gehäuse 26, insbesondere durch die
Wandung 28, gebildeten zweiten Elektrodenbereich 54 gebildet, welche beispielsweise in einem ersten Abstand A1 voneinander angeordnet sind.
Die Elektrode 32 weist beispielsweise einen dritten Teilbereich 56 und einen vierten Teilbereich 58 auf, welcher beispielsweise als ein zweiter Arm der Elektrode 32 schräg oder vorliegend senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 und somit entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung von dem Teilbereich 56 hin zur Elektrode 30, insbesondere zu dem Teilbereich 48, verläuft. Die Funkenstrecke 42 ist dabei zwischen einem durch die Elektrode 32, insbesondere durch den Arm
(Teilbereich 58), gebildeten dritten Elektrodenbereich und einem durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 48, gebildeten vierten Elektrodenbereich 62 gebildet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass beispielsweise der Elektrodenbereich 54 durch die Elektrode 32 und somit beispielsweise durch das Gehäuse 26 gebildet ist, wobei der Elektrodenbereich 54 insbesondere durch den Teilbereich 56 der Elektrode 32 gebildet ist. Der Elektrodenbereich 52 ist dabei durch die Elektrode 30, insbesondere durch den Teilbereich 50, gebildet. Die Elektrodenbereich 60 und 62 sind dabei in einem zweiten Abstand A2 voneinander angeordnet, wobei die Abstände A1 und A2 beispielsweise senkrecht zur Längsrichtung der Vorkammerzündkerze 18 und somit beispielsweise entlang der durch den Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung verlaufen. Die
Abstände A1 und A2 sind dabei größer als Null und voneinander unterschiedlich, wobei sich beispielsweise die Abstände A1 und A2 in einem Bereich von einschließlich
0,05 Millimetern bis einschließlich 0,3 Millimetern, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,15 Millimetern, voneinander unterscheiden. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige, auch als
Elektrodenspitzen bezeichnete Spitzen S der Elektrodenbereiche 52, 54, 60 und 62 aus einem Metall, insbesondere aus einem Edelmetall, gebildet sind. Die jeweiligen
Elektroden sind beispielsweise als Stifte ausgebildet, wobei der jeweilige Stift beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Edelmetall, gebildet ist, oder der jeweilige Stift ist beispielsweise aus einem von einem Edelmetall unterschiedlichen Metall gebildet und mit einer Edelmetallspitze versehen.
Dadurch, dass die Durchgangsrichtungen der Öffnungen 22 schräg zur Längsrichtung verlaufen, bewirken die Öffnungen 22 beispielsweise eine in der Fig. durch einen Pfeil 64 veranschaulichte, zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des aus dem Brennraum 12 über die Öffnungen 22 und 24 in die Vorkammer 20 einströmenden Gemisches, sodass vorteilhafte Entflammungsbedingungen gewährleistet werden können.
Die Öffnungen 22 werden auch als tangential angestellte, radiale Löcher bezeichnet. Im Folgenden werden beispielsweise unterschiedliche Betriebsarten beziehungsweise Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 10 erläutert: In der Vorkammer 20 bildet sich durch die Gestaltung der tangential angestellten, radialen Löcher (Öffnungen 22) eine auch als Drallströmung bezeichnete, zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung aus, die die Eigenschaft hat, einerseits im Bereich des Rands 46 der
Vorkammer 20 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen als im Bereich der Mitte M der Vorkammer 20 und andererseits vorhandenes beziehungsweise in der Vorkammer 20 verbleibendes Restgas beziehungsweise Abgas eher in der Mitte M der Vorkammer 20 um die Mittelelektrode (Elektrode 30 beziehungsweise Teilbereich 48) zu konzentrieren. Dabei ist es von Vorteil, bei niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 10, bei denen aufgrund des niedrigen Drucks im Brennraum 12 auch eine geringere Strömungsgeschwindigkeit in der Vorkammer 20 während der Kompressionsphase erzeugt wird und dadurch besonders schwierige Randbedingungen für eine Zündung in der Funkenstrecke 42 im Bereich der Mitte M der Vorkammer 20 herrschen, einen Funkenbereich, in welchem das Gemisch in der Vorkammer 20 gezündet wird, an den Rand 46 zu legen und somit die Funkenstrecke 40 zum Zünden des Gemisches zu nutzen. Herrscht beispielsweise bei hohen Lasten und/oder
Drehzahlen aufgrund der starken Einströmung in die auch als Kammer bezeichnete Vorkammer 20 infolge des hohen Drucks im Brennraum 12 jedoch eine hohe Turbulenz durch den hohen Drall zum Zündzeitpunkt in der Kammer, so kann eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Funkenstrecke 40 im Bereich des Rands 46 der Kammer zu erschwerten Zündbedingungen führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Gemisch in der Vorkammer 20 mittels der Funkenstrecke 42 im Bereich der Mitte M der Kammer zu zünden. Um zu gewährleisten, dass für die genannten Fälle der jeweils optimale Zündort gewählt wird beziehungsweise der jeweilige Zündfunke automatisch am für die Entflammung vorteilhaften Ort zwischen den Elektroden durchbricht, sind die unterschiedlichen, auch als Elektrodenabstände bezeichneten Abstände A1 und A2 vorgesehen.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Abstand A1 kleiner als der Abstand A2 ist, was bei geringen Lasten und Drehzahlen beziehungsweise bei geringerem Druck im Brennraum 12 und damit absolut gesehen geringeren Strömungsgeschwindigkeiten in der Kammer und damit geringeren Unterschieden in der Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise Turbulenz zwischen den Funkenstrecken 40 und 42 zu einem geringeren
Zündspannungsbedarf in der Funkenstrecke 40 führt. Dadurch wird die
Durchbruchspannung bezogen auf die Funkenstrecken 40 und 42 zuerst an
beziehungsweise in der Funkenstrecke 40 erreicht, sodass sich der Zündfunke entlang der Funkenstrecke 40, nicht jedoch entlang der Funkenstrecke 42, ausbildet.
Herrscht jedoch bei hohen Lasten und Drehzahlen aufgrund der starken Einströmung des Gemisches in die Kammer infolge des hohen Drucks im Brennraum 12 eine hohe Turbulenz durch den hohen Drall zum Zündzeitpunkt in der Kammer, so wird an der Funkenstrecke 40 im Bereich des Rands 46 der Kammer durch eine deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeit als in beziehungsweise an der Funkenstrecke 42 ein deutlich erhöhter Zündspannungsbedarf für einen Funkendurchbruch notwendig. In diesem Fall wird aufgrund des geringeren Zündspannungsbedarfs an beziehungsweise in der Funkenstrecke 42 der Zündfunke an beziehungsweise in dieser für die Entflammung vorteilhaften Funkenstrecke 42 zwischen den Elektroden überspringen und dadurch eine Zündung des Gemischs in der Kammer bewirken. Bezugszeichenliste
Verbrennungskraftmaschine
Brennraum
Gehäuseelement
Brennraumdach
Vorkammerzündkerze
Vorkammer
Öffnung
Öffnung
Gehäuse
Wandung
Elektrode
Elektrode
Isolator
strichpunktierte Linie strichpunktierte Linie
Funkenstrecke
Funkenstrecke
Doppelpfeil
Rand
Teilbereich
Teilbereich
Elektrodenbereich
Elektrodenbereich
Teilbereich
Teilbereich
Elektrodenbereich
Elektrodenbereich
Pfeil A1 erster Abstand
A2 zweiter Abstand
S Spitze
M Mitte

Claims

Patentansprüche
1. Vorkammerzündkerze (18) für einen Brennraum (12) einer
Verbrennungskraftmaschine (10), mit einer mehrere Öffnungen (22, 24) aufweisenden und über die Öffnungen (22, 24) fluidisch mit dem Brennraum (12) verbindbaren Vorkammer (20), und mit zwei in der Vorkammer (20) angeordneten Funkenstrecken (40, 42), über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Funkenstrecken (40, 42) asymmetrisch verteilt in der Vorkammer (20) angeordnet sind und eine erste der Funkenstrecken (40, 42) entlang einer senkrecht zur Längsrichtung (36) der Vorkammerzündkerze (18) verlaufenden Richtung (44) weiter außen als die zweite Funkenstrecke (42) angeordnet ist.
2. Vorkammerzündkerze (18) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Funkenstrecken (40, 42) zwischen zwei ersten Elektrodenbereichen (52, 54) und die andere Funkenstrecke (42) zwischen zwei zweiten Elektrodenbereichen (60, 62) gebildet ist, wobei die ersten Elektrodenbereiche (52, 54) einen ersten Abstand (A1 ) voneinander und die zweiten Elektrodenbereiche (60, 62) einen von dem ersten Abstand (A1 ) unterschiedlichen zweiten Abstand (A2) voneinander aufweisen.
3. Vorkammerzündkerze (18) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Abstände (A1 , A2) in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,3 Millimetern voneinander unterscheiden.
4. Vorkammerzündkerze (18) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Abstände (A1 , A2) in einem Bereich von einschließlich 0,05 Millimetern bis einschließlich 0,15 Millimetern voneinander unterscheiden.
5. Vorkammerzündkerze (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest jeweilige Spitzen (S) der Elektrodenbereiche (52, 54, 60, 62) aus einem Edelmetall gebildet sind.
6. Vorkammerzündkerze (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeweilige Durchgangsrichtungen (38) von wenigstens zwei der Öffnungen (22, 24) schräg zur Längsrichtung (36) der Vorkammerzündkerze (18) verlaufen.
7. Vorkammerzündkerze (18) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine dritte der Öffnungen (22, 24) als eine Zentralöffnung ausgebildet ist, wobei die wenigstens zwei Öffnungen (22) in Umfangsrichtung der
Vorkammerzündkerze (18) um die Zentralöffnung herum verteilt angeordnet sind.
8. Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem
Brennraum (12), und mit wenigstens einer dem Brennraum (12) zugeordneten Vorkammerzündkerze (18), welche eine über mehrere Öffnungen (22, 24) fluidisch mit dem Brennraum (12) verbundene Vorkammer (20) und zwei in der Vorkammer (20) angeordneten Funkenstrecken (40, 42) aufweist, über welche jeweilige Zündfunken ausbildbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Funkenstrecken (40, 42) asymmetrisch verteilt in der Vorkammer (20) angeordnet sind und eine erste der Funkenstrecken (40, 42) entlang einer senkrecht zur Längsrichtung (36) der Vorkammerzündkerze (18) verlaufenden Richtung (44) weiter außen als die zweite Funkenstrecke (42) angeordnet ist.
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