WO2021175584A1

WO2021175584A1 - Vorkammerzündkerze für einen brennraum einer verbrennungskraftmaschine, verbrennungskraftmaschine sowie kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2021175584A1
Application number: PCT/EP2021/053802
Authority: WO
Inventors: Werner HOLLY
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2021-09-10
Also published as: DE102020001381A1; US11815007B2; US20230097104A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze (10) für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer mehrere Öffnungen (16, B1, B2) aufweisenden Vorkammer (12), welche mit dem Brennraum über die Öffnungen (16, B1, B2) fluidisch verbindbar ist, über die ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer (12) einleitbar ist, wobei die jeweilige Öffnung (16, B1, B2) einen jeweiligen, von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt (Q) aufweist, und wobei bezogen auf eine gedachte, entlang einer gedachten Achse (A) verlaufende und die Vorkammer (12) in zwei gleich große Hälften (H1, H2) teilende Ebene (E) die Summe der Strömungsquerschnitte (Q) der in einer ersten der Hälften (H1, H2) angeordneten Öffnungen (B1) größer als die Summe der Strömungsquerschnitte (Q) der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) ist, und wobei die Öffnungen (16) um die Achse (A) herum rotationsasymmetrisch ausgestaltet sind.

Description

Daimler AG

Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, Verbrennungskraftmaschine sowie Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.

Die EP 2 700 796 A1 offenbart eine Vorverbrennungskammerspitze einer Vorverbrennungskammeranordnung eines Verbrennungsmotors. Des Weiteren ist aus der US 2013/0055986 A1 eine Vorverbrennungskammer bekannt. Die DE 10 2018 117726 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, mit einer Zündkerze, die einen Funkenerzeugsteil aufweist. Aus der JP 2012-211594 A ist eine Vorkammerzündkerze bekannt. Der DE 10 2018 106 213 A1 ist ein Verbrennungsmotor als bekannt zu entnehmen, mit einer Hauptbrennkammer, die zwischen einem Zylinderkopf und einem Kolben, der dem Zylinderkopf zugewandt ist, angeordnet ist. Außerdem offenbart die DE 10 2018 007093 A1 eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer solchen Vorkammerzündkerze und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Vorkammerzündkerze weist eine Vorkammer mit mehreren, beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen auf, über welche die Vorkammer mit dem Brennraum fluidisch verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Beispielsweise ist die jeweilige Öffnung als eine Bohrung ausgebildet. Insbesondere kann die Öffnung, vorzugsweise über ihre vollständige Erstreckung hinweg, gerade beziehungsweise geradlinig verlaufen. Über die jeweilige Öffnung ist ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer einleitbar. Beispielsweise kann in der Vorkammer wenigstens ein Zündfunke erzeugt werden. Hierzu umfasst die Vorkammerzündkerze beispielsweise wenigstens eine Elektrodeneinrichtung, welche zumindest teilweise in der Vorkammer angeordnet ist. Mittels der Elektrodeneinrichtung kann der zuvor genannte Zündfunke in der Vorkammer erzeugt werden. Mittels des Zündfunkens kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches über die Öffnungen in die Vorkammer eingeströmt ist, entzündet beziehungsweise gezündet und in der Folge verbrannt werden, so dass beispielsweise Flammen oder brennende Fackeln, die aus der Zündung des Gemisches resultieren, über die Öffnungen aus der Vorkammer herausströmen und in den Brennraum gelangen können. In der Folge wird das in dem Brennraum verbliebene Gemisch in dem Brennraum gezündet.

Die jeweilige Öffnung weist dabei einen jeweiligen, von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beziehungsweise von der jeweiligen Fackel durchströmbaren Strömungsquerschnitt auf. Der jeweilige Strömungsquerschnitt ist somit eine von dem Gemisch durchströmbare Fläche oder weist eine Fläche oder einen Flächeninhalt auf und ist von dem Gemisch durchströmbar.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bezogen auf eine gedachte beziehungsweise virtuelle Ebene, welche entlang einer gedachten Achse verläuft und die Vorkammer in genau zwei gleich große Hälften unterteilt, erste der Öffnungen in einer ersten der Hälften und zweite der Öffnungen in der zweiten Hälfte angeordnet sind. Die Achse ist vorzugsweise eine Gerade. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Summe der Strömungsquerschnitte der in der Hälfte angeordneten, ersten Öffnungen größer als die Summe der Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten, zweiten Öffnungen ist. Beispielsweise sind die Öffnungen entlang eines gedachten beziehungsweise virtuellen Kreises, dessen gedachter beziehungsweise virtueller Mittelpunkt auf der gedachten beziehungsweise virtuellen Achse liegt, angeordnet, so dass beispielsweise die Öffnungen um die Achse herum entlang des Kreises aufeinanderfolgend angeordnet sind. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass jeweilige Mittelpunkte oder geometrische Schwerpunkte, insbesondere Flächenschwerpunkte, der Öffnungen beziehungsweise der Strömungsquerschnitte auf dem gedachten Kreis und entlang des Kreises, insbesondere aufeinanderfolgend, angeordnet sind. Beispielsweise teilt die gedachte Ebene den Kreis in zwei gleich große Kreishälften beziehungsweise in zwei gleich große oder gleich lange Teile, wobei beispielsweise eine erste der Kreishälften, insbesondere vollständig, in der auch als erste Kammerhälfte bezeichneten, ersten Hälfte angeordnet ist, und wobei beispielsweise die zweite Kreishälfte, insbesondere vollständig, in der auch als zweite Kammerhälfte bezeichneten, zweiten Hälfte der Vorkammer angeordnet ist.

Beispielsweise sind die in der ersten Hälfte angeordneten ersten Öffnungen auf der ersten Kreishälfte angeordnet, während die in der zweiten Hälfte angeordneten zweiten Öffnungen auf der zweiten Kreishälfte angeordnet. Dabei ist vorzugsweise die Summe der Strömungsquerschnitte der auf der ersten Kreishälften angeordneten Öffnungen größer als die Summe der Strömungsquerschnitte der auf der zweiten Kreishälfte angeordneten Öffnungen.

Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Öffnungen um die Achse herum, das heißt bezüglich der Achse, rotationsasymmetrisch ausgestaltet sind.

Hierunter ist beispielsweise insbesondere zu verstehen, dass die Öffnungen um die Achse herum und somit in um die Achse verlaufender Umfangsrichtung der Vorkammer beziehungsweise der Vorkammerzündkerze insgesamt asymmetrisch, das heißt ungleichmäßig verteilt angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann unter dem Merkmal, dass die Öffnungen um die Ache herum rotationsasymmetrisch ausgestaltet oder ausgebildet sind, verstanden werden, dass sich zumindest zwei der Öffnungen in ihrer Geometrie, insbesondere in der Geometrie ihres jeweiligen Strömungsquerschnitts, voneinander unterscheiden und dabei, insbesondere um die Achse, eine rotationsasymmetrische Abfolge aufweisen. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Strömungsquerschnitte dieser zumindest zwei Öffnungen voneinander unterscheiden, insbesondere im Hinblick auf ihre Größe, das heißt Fläche oder Flächeninhalt, wobei die zumindest zwei Öffnungen oder vorzugsweise alle Öffnungen um die Achse herum eine rotationsasymmetrische Abfolge aufweisen. Dies bedeutet insbesondere, dass die zumindest zwei Öffnungen oder vorzugsweise alle Öffnungen um die Achse herum ungleichmäßig beziehungsweise ungeordnet, das heißt nicht gemäß einer regelmäßigen Reihenfolge aufeinanderfolgen. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Strömungsquerschnitte von zumindest zwei der Öffnungen (16) im Hinblick auf ihre Form voneinander unterscheiden.

Durch die unterschiedlichen Summen der Strömungsquerschnitte kann bewirkt werden beziehungsweise sind die Öffnungen dazu ausgebildet, eine tumbleförmige Strömung des über die Öffnungen in die Vorkammer einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Mit anderen Worten, bei einem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bewirken die Öffnungen, insbesondere auch durch ihre Anordnung und/oder ihre Anzahl und/oder ihre Geometrie und erfindungsgemäß dadurch, dass die Summe der beziehungsweise aller Strömungsquerschnitte der in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als die Summer der beziehungsweise aller Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen ist, eine zumindest im Wesentlichen tumbleförmige Strömung des einfach auch als Gemisch bezeichneten und die Öffnung durchströmenden und dadurch aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt prägen die beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Öffnungen dem die Öffnungen durchströmenden und dadurch aus dem Brennraum in die Vorkammer strömenden Gemisch eine auch als Tumbleströmung bezeichnete, zumindest im Wesentlichen tumbleförmige und somit walzenförmige Strömung auf, so dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Vorkammerzündkerze und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt.

Da die Summe der Strömungsquerschnitte der in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als die Summe der Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beispielsweise als Bohrungen ausgebildeten Öffnungen bezüglich der genannten Achse beziehungsweise um die Achse rotationsasymmetrisch ausgestaltet sind. Diese rotationsasymmetrische Ausgestaltung kann dabei eine jeweilige Positionierung und/oder den auch als Querschnittsfläche bezeichneten oder eine Querschnittsfläche aufweisenden Strömungsquerschnitt der jeweiligen Öffnung umfassen beziehungsweise beinhalten. Im Gegensatz zu einer rotationssymmetrischen Anordnung der Öffnungen um die Achse und im Gegensatz zu einer etwaig daraus resultierenden rotationssymmetrischen Strömung, die sich beispielsweise schraubenartig oder ringartig um eine Hauptachse beziehungsweise eine Längsachse der Vorkammer erstreckt, ist die tumbleförmige Strömung eine auch als Walzenströmung bezeichnete, walzenförmige Strömung, die sich beispielsweise zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt beziehungsweise in einer Ebene verläuft, in der die Hauptachse liegt. Die zuvor genannte Hauptachse beziehungsweise Längsachse kann dabei die zuvor genannte, gedachte Achse sein.

Durch die auch als Tumbleströmung bezeichnete, tumbleförmige Strömung wird die Verbrennung in der Vorkammer auf mehreren Wegen positiv beeinflusst, wodurch ein besonders großer Arbeitsbereich in der Vorkammer realisiert werden kann. Zum einen ergibt sich eine bessere Spülung des Restgases im Bereich des Zündkerzenspalts, woraus eine stabilere Zündung resultiert. Im Vergleich zu herkömmlichen Zündkerzen ergibt sich eine günstigere Konvektion des anfänglichen Flammenkerns in Richtung der auch als Düsen bezeichneten oder als Düsen ausgebildeten Öffnungen. Durch bessere Spülung und durch die günstigere Konvektion kann eine verbrennungsgünstigere Gestaltung der einfach auch als Elektrode bezeichneten Elektrodeneinrichtung der Zündkerze erreicht werden, insbesondere im Hinblick auf eine geringere Eindringtiefe der beispielsweise als Masseelektrode ausgebildeten Elektrode. Daraus resultiert eine geringere Oberfläche, woraus wiederum geringere Wandwärmeverluste resultieren. Hierdurch kann die Vorentflammungsneigung im Vergleich zu herkömmlichen Vorkammerzündkerzen reduziert werden.

Unter dem zuvor genannten, jeweiligen Strömungsquerschnitt ist insbesondere der jeweilige, kleinste beziehungsweise geringste, von dem Gemisch durchströmbare Strömungsquerschnitt beziehungsweise Öffnungsquerschnitt der jeweiligen Öffnung zu verstehen. Bei herkömmlichen Vorkammerzündkerzen bewirken die Öffnungen, insbesondere aufgrund ihrer rotationssymmetrischen Anordnung, eine zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrische Strömung des die Öffnung durchströmenden und dadurch aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmenden Gemisches. Nachteilig dabei ist, dass der anfängliche Flammenkern nicht oder weg von den auch als Vorkammerdüsen bezeichneten Öffnungen konvektiert wird.

Um bei herkömmlichen Vorkammerzündkerzen hinreichend geringe Restgasgehalte im Bereich des Zündkerzenspalts sicherzustellen, muss eine lange Elektrode verwendet werden, die tief in die Vorkammer hineinragt. Dadurch ergibt sich eine zerklüftete Oberfläche in der Vorkammer und ein großes Schadvolumen. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können bei der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze vermieden werden.

Die Verbrennung in der Vorkammer wird durch die Tumbleströmung stabilisiert und verbessert. Dadurch wird das Arbeitsgebiet der Vorkammer vergrößert, so dass eine stabilere Entflammung bei Leerlauf und ein geringeres Vorentflammungsrisiko bei Volllast realisiert werden können. Weiterhin ergibt sich durch die bessere Verbrennung ein größerer Druckanstieg in der Vorkammer und folglich eine tiefere Fackeleindringtiefe in den Brennraum. Dadurch verbessert sich ebenfalls die Verbrennung in dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum. Unter der Fackeleindringtiefe ist eine Strecke, ein Weg oder eine Tiefe zu verstehen, die die jeweilige Fackel in die Vorkammer eindringt. Wie zuvor beschrieben, resultiert die jeweilige Fackel daraus, dass das Gemisch in der Vorkammer gezündet und in der Folge verbrannt wird.

Weitere, der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnisse sind, dass Vorkammerzündkerzen nach der Strömungsstruktur in der Vorkammer unterschieden werden können. Dabei kann beispielsweise zwischen strukturlosen (chaotischen) Strömungsformen in der Vorkammer und rotationssymmetrischen Strömungsformen unterschieden werden, insbesondere gemäß dem Stand der Technik. Die Strömungsstruktur wird durch eine entsprechende Anordnung und Ausgestaltung der Öffnungen bestimmt. Die Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der Öffnungen ist für rotationssymmetrische Strömungsstrukturen gemäß dem Stand der Technik rotationssymmetrisch um die zuvor genannte Achse, welche beispielsweise eine oder die Hauptachse der Vorkammer ist. Im Gegensatz zu einer solchen, rotationssymmetrischen Ausgestaltung der Öffnungen ist erfindungsgemäß eine bezüglich der Achse rotationsasymmetrische Ausgestaltung der Öffnungen vorgesehen, so dass die tumbleförmige Strömung des Gemisches bewirkt ist beziehungsweise bewirkbar ist.

Um besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen in der Vorkammer und somit einen besonders Betrieb realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Achse in Längserstreckungsrichtung der Vorkammer verläuft. Mit anderen Worten verlaufen die Achse und somit die Ebene, in der die Achse verläuft, parallel zur Längserstreckungsrichtung der Vorkammer beziehungsweise fallen mit der Längserstreckungsrichtung der Vorkammer zusammen.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorkammer bezüglich der Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wodurch besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb gewährleistet werden können.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die beziehungsweise alle Strömungsquerschnitte der in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als die beziehungsweise alle Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen sind. Dadurch können besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb gewährleistet werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine beziehungsweise die Anzahl der beziehungsweise aller in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als eine beziehungsweise die Anzahl der beziehungsweise aller in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen ist. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise eine vorteilhaft tumbleförmige Strömung realisiert werden, so dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb realisieren lässt.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb auf besonders einfache und sichere Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die beziehungsweise alle Öffnungen kreisrund ausgebildet sind, so dass die Öffnungen einen jeweiligen Durchmesser aufweisen. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die beziehungsweise alle Strömungsquerschnitte jeweils kreisrund ausgebildet sind und somit einen jeweiligen beziehungsweise den jeweiligen Durchmesser aufweisen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die beziehungsweise alle Durchmesser der in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als die beziehungsweise alle Durchmesser der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen sind.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Mittelwert der Strömungsquerschnitte der in der ersten Hälfte angeordneten Öffnungen größer als der Mittelwert der Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen ist. Unter dem Mittelwert ist vorzugsweise der auch als arithmetisches Mittel bezeichnete, arithmetische Mittelwert zu verstehen, welcher sich beispielsweise dadurch ergibt, dass die Summe der Strömungsquerschnitte der in der jeweiligen Hälfte angeordneten Öffnungen durch die Anzahl der in der jeweiligen Hälfte angeordneten Öffnungen dividiert, das heißt geteilt wird.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen und ganz vorzugsweise als Personenkraftwagen oder aber als Nutzfahrzeug, ausgebildet sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum auf. Der Brennraum ist beispielsweise teilweise durch einen Zylinder und durch einen translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordneten Kolben der Verbrennungskraftmaschine begrenzt, wobei der Zylinder beispielsweise durch ein insbesondere als Kurbelgehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Motorgehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildet oder begrenzt ist. Außerdem ist der Brennraum beispielsweise teilweise durch ein Brennraumdach begrenzt, welches beispielsweise durch einen separat von dem Motorgehäuse ausgebildeten und mit dem Motorgehäuse verbundenen Zylinderkopf gebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens eine dem Brennraum zugeordnete Vorkammerzündkerze auf, welche beispielsweise zumindest teilweise in dem Brennraum angeordnet ist. Die Vorkammerzündkerze umfasst eine Vorkammer mit mehreren Öffnungen, über die die Vorkammer fluidisch mit dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum verbunden ist. Über die Öffnungen kann ein auch einfach als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer eingeleitet werden beziehungsweise einströmen. Mit anderen Worten wird beispielsweise in dem Brennraum das zuvor genannte Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in den Brennraum eingeleitet. Beispielsweise werden in den Brennraum Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, und Luft eingebracht. Beispielsweise wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Das zuvor genannte Gemisch umfasst dabei die Luft und den Kraftstoff, die in den Brennraum eingebracht werden. Zumindest ein Teil des Gemisches aus dem Brennraum kann die Öffnungen durchströmen und somit über die Öffnungen in die Vorkammer einströmen. In der Vorkammer kann der Teil des Gemisches gezündet und verbrannt werden, woraus die zuvor beschriebenen Fackeln resultieren. Die Fackeln können dann über die Öffnungen aus der Vorkammer ausströmen und in den Hauptbrennraum einströmen und dort das übrige Gemisch zünden. Die jeweilige Öffnung weist dabei einen jeweiligen, von dem Gemisch beziehungsweise von der jeweiligen Fackel durchströmbaren Strömungsquerschnitt auf.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bezogen auf eine gedachte, entlang einer gedachten Achse verlaufende und die Vorkammer in zwei gleich große Hälften teilende Ebene die Summe der Strömungsquerschnitte der in einer ersten der Hälften angeordneten Öffnungen größer als die Summe der Strömungsquerschnitte der in der zweiten Hälfte angeordneten Öffnungen ist. Dabei sind die Öffnungen um die Achse herum rotationsasymmetrisch ausgestaltet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts anzusehen und umgekehrt. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Strömungsquerschnitte von zumindest zwei der Öffnungen (16) im Hinblick auf ihre Form voneinander unterscheiden.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in einer Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet ist.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.

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 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 eine weitere schematische und geschnittene Seitenansicht der

Vorkammerzündkerze; und

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Vorkammerzündkerze entlang einer in Fig.

2 mit B bezeichneten Blickrichtung. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 und 2 zeigen jeweils in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine Vorkammerzündkerze 10 für einen beispielsweise durch einen Zylinder gebildeten oder als Zylinder ausgebildeten oder durch einen Zylinder begrenzten Brennraum einer beispielsweise als Flubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, wie beispielsweise eines Personenkraftwagens oder Nutzfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Vorkammerzündkerze 10 weist wenigstens oder genau eine Vorkammer 12 auf, deren Kontur in Fig. 1 mit 14 bezeichnet ist. Die Vorkammer 12 weist mehrere, auch als Düsen bezeichnete und als Durchgangsöffnungen ausgebildete Öffnungen 16 auf, über welche die Vorkammer 12 fluidisch mit dem Brennraum verbindbar oder verbunden ist. In ihrem vollständig hergestellten Zustand weist die Verbrennungskraftmaschine den zuvor genannten Brennraum und die Vorkammerzündkerze 10 auf, so dass im vollständig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine die Vorkammer 12 über die Öffnungen 16 fluidisch mit dem Brennraum verbunden ist. Hierdurch kann ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum zumindest teilweise durch die Öffnungen 16 hindurchströmen und dadurch in die Vorkammer 12 strömen, so dass zumindest ein Teil des einfach auch als Gemisch bezeichneten Kraftstoff-Luft-Gemisches aus dem Brennraum die Öffnungen 16 hindurchströmen und somit über die Öffnungen 16 in die Vorkammer 12 strömen kann beziehungsweise strömt.

Die Vorkammerzündkerze 10 weist dabei wenigstens eine oder mehrere Elektroden auf, wobei in Fig. 1 eine mit 18 bezeichnete der Elektroden der Vorkammerzündkerze 10 erkennbar ist. Die Elektrode 18 ist beispielsweise eine Mittelelektrode und zumindest teilweise in der Vorkammer 12 angeordnet. Die Vorkammerzündkerze 10 weist außerdem eine zweite Elektrode 19 auf, welche beispielsweise eine Masseelektrode und zumindest teilweise in der Vorkammer 12 angeordnet ist. Mittels der Elektroden 18 und 19 kann, insbesondere innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine, wenigstens ein Zündfunke in der Vorkammer 12 erzeugt werden. Mittels des Zündfunkens kann das Gemisch, welches in die Vorkammer 12 eingeströmt ist und demzufolge in der Vorkammer 12 aufgenommen ist, gezündet werden. Dabei grenzen die Elektroden 18 und 19 einen Zündort für den Zündfunken ein. Beispielsweise wird der Zündfunke an oder in dem Zündort erzeugt. Mit anderen Worten kann mittels der Elektroden 18 und 19 der Zündfunke am Zündort in der Vorkammer 12 erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden. Durch Zünden des Gemisches in der Vorkammer

12 wird das Gemisch in der Vorkammer 12 verbrannt. Daraus resultieren brennende Fackeln, die die Öffnungen 16 durchströmen und somit über die Öffnungen 16 aus der Vorkammer 12 in den Brennraum strömen können. Dadurch wird beispielsweise das übrige, im Brennraum verbliebene Gemisch gezündet.

Wie beispielsweise aus Fig. 2 am Beispiel einer der Öffnungen 16 erkennbar ist, weist die jeweilige Öffnung 16 beziehungsweise weisen alle Öffnungen 16 einen jeweiligen, von dem Gemisch beziehungsweise von der jeweiligen Fackel durchströmbaren Strömungsquerschnitt Q auf. Der Strömungsquerschnitt Q ist eine Fläche oder hat eine Fläche oder einen Flächeninhalt, wobei die Fläche von dem Gemisch beziehungsweise von der Fackel durchströmbar ist.

Aus Fig. 1 und 2ist erkennbar, dass eine gedachte Ebene E entlang einer Achse A verläuft, welche in der Ebene E verläuft. Dabei verlaufen die Achse A und somit die Ebene E in Längserstreckungsrichtung der Vorkammer 12 und somit der Vorkammerzündkerze 12, wobei die Längserstreckungsrichtung durch einen Doppelpfeil

13 veranschaulicht ist. Mit anderen Worten verlaufen die Achsen A und die Ebene E parallel zur Längserstreckungsrichtung der Vorkammer 12 beziehungsweise die Längserstreckungsrichtung der Vorkammer 12 fällt mit der Achse A und mit der Ebene E zusammen. Dabei teilt die gedachte Ebene E die Vorkammer 12 in genau zwei gleich große Hälften H1 und H2. Erste, mit B1 bezeichnete der Öffnungen 16 sind nun in der ersten Hälfte H1 angeordnet, und zweite, mit B2 bezeichnete der Öffnungen 16 sind in der zweiten Hälfte H2 angeordnet. Q

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Vorkammerzündkerze 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren zu können, ist die Summe der Strömungsquerschnitte Q der in der ersten Hälfte H1 angeordneten, ersten Öffnungen B1 größer als die Summe der Strömungsquerschnitte Q der in der zweiten Hälfte H2 angeordneten, zweiten Öffnungen B2 ist.

Beispielsweise sind die beziehungsweise alle Öffnungen 16 der Vorkammer 12 - wie besonders gut aus Fig. 3 erkennbar ist - entlang eines gedachten Kreises K, dessen Mittelpunkt M auf der gedachten Achse A liegt, angeordnet. Die Ebene E teilt dabei beispielsweise den gedachten Kreis K in genau zwei gleich große Kreishälften, wobei beispielsweise eine erste der Kreishälften, insbesondere vollständig, in der ersten Hälfte H1 angeordnet ist, und die zweite Kreishälfte ist beispielsweise, insbesondere vollständig, in der zweiten Hälfte H2 angeordnet. Dabei ist es denkbar, dass die Summe der Strömungsquerschnitte Q der auf der ersten Kreishälfte angeordneten ersten Öffnungen B1 größer als die Summe der Strömungsquerschnitte Q der auf der zweiten Kreishälfte angeordneten zweiten Öffnungen B2 ist.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Achse A in Längserstreckungsrichtung der Vorkammer 12, wobei die Achse A eine oder die auch als Längsachse oder Längsmittelachse bezeichnete Hauptachse der Vorkammer 12 ist.

Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorkammer 12 an sich bezüglich der Achse A rotationssymmetrisch ausgestaltet ist.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl der auf oder in der ersten Hälfte H1 angeordneten Öffnungen B1 größer als eine Anzahl der auf oder in der zweiten Hälfte H2 angeordneten Öffnungen B2. Dabei beträgt die Anzahl der Öffnungen B1 drei, während die Anzahl der Öffnungen B2 zwei beträgt. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass alle Strömungsquerschnitte Q aller Öffnungen B1 größer als alle Strömungsquerschnitte Q aller Öffnungen B2 sind. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Mittelwert der Strömungsquerschnitte Q der Öffnungen B1 größer als der Mittelwert der Strömungsquerschnitte Q der Öffnungen B2 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der mittlere Querschnitt der Öffnung B1 größer als der mittlere Querschnitt der Öffnung B2 ist. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beziehungsweise alle Öffnungen kreisrund ausgebildet, so dass die beziehungsweise alle Öffnungen einen jeweiligen Durchmesser aufweisen.

Dabei sind die oder alle Durchmesser der Öffnungen B1 größer als die beziehungsweise alle Durchmesser der Öffnungen B2.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Anzahl und die Durchmesser der Öffnungen B1 größer als die Anzahl und die Durchmesser der Öffnung B2 sind. Die jeweilige Öffnung 16 ist vorliegend als eine Bohrung ausgebildet. Außerdem verläuft die jeweilige Öffnung 16 über ihre gesamte Erstreckung gerade beziehungsweise geradlinig. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Öffnungen 16 sind die Öffnungen 16 dazu ausgebildet, eine in Fig. 1 durch Pfeile dargestellte und auch als walzenförmige Strömung oder Walzenströmung bezeichnete, tumbleförmige Strömung des über die Öffnungen 16 in die Vorkammer 12 einströmenden Gemisches zu bewirken. Insbesondere veranschaulichen die in Fig. 1 gezeigten Pfeile eine auch als Strömungskontur bezeichnete Kontur der tumbleförmigen Strömung. Die vorliegend als Hauptachse ausgebildete Achse A verläuft in einer auch als Walzenebene bezeichneten Ebene, um deren Ebenennormale die tumbleförmige Strömung herum verläuft. Beispielsweise verläuft zu dieser Walzenebene die mit E bezeichnete Ebene senkrecht. Durch die tumbleförmige Strömung kann ein auch als Schadvolumen bezeichnetes Volumen V der Vorkammer 12 besonders geringgehalten werden, so dass ein besonders großer Arbeitsbereich der Vorkammerzündkerze 10 gewährleistet werden kann. In Fig. 2 sind jeweilige Achsen der jeweiligen Öffnungen 16 mit 20 bezeichnet. Beispielsweise ist die jeweilige Öffnung 16 bezüglich ihrer jeweiligen Achse 20 rotationssymmetrisch und dabei beispielsweise kreisrund ausgebildet, so dass beispielsweise die jeweilige Achse 20 in Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Öffnung 16 verläuft. Die jeweilige Achse 20 fällt mit einer Durchtrittsrichtung zusammen, entlang welcher das Gemisch aus dem Brennraum durch die jeweilige Öffnung 16 hindurchströmen und somit in die Vorkammer 12 einströmen kann. Außerdem kann die jeweilige Fackel, welche aus dem Zünden des Teils des Gemisches in der Vorkammer 12 resultiert, durch die jeweilige Öffnung 16 durchströmen und somit aus der Vorkammer 12 in den Brennraum strömen. Insbesondere dann, wenn die Öffnungen 16 beispielsweise als oder durch zylindrische Bohrungen ausgeführt sind, kann der jeweilige, auch als Querschnitt bezeichnete Strömungsquerschnitt Q der jeweiligen Bohrung durch deren Durchmesser charakterisiert werden. Insbesondere ist aus Fig. 3 erkennbar, dass die Öffnungen 16 rotationsasymmetrisch um die Achse A ausgestaltet und dabei insbesondere angeordnet sind, sodass die Öffnungen insbesondere um die Achse A herum ungleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die tumbleförmige Strömung wird somit beispielsweise durch die unterschiedlichen Strömungsquerschnitte Q und/oder durch eine insbesondere unterschiedliche Verteilung der Öffnungen 16 um die Achse A herum und/oder durch die entsprechende Anzahl der Öffnungen 16 bewirkt.

Die Vorkammer 12 kann durch die Ebene E und eine zweite Ebene E2 in vier Quadranten unterteilt werden. Dabei verlaufen die Ebenen E und E2 senkrecht zueinander, und die Ebenen E und E2 schneiden sich in der Achse A, welche somit in beiden Ebenen E und E2 verläuft. Außerdem ist ein Elektrodenbereich EB erkennbar, in welchem die Elektroden 18 und 19, insbesondere ihre freien Enden, in der Vorkammer 12 angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Ebene E2 die zuvor genannte Walzenebene.

Die Tumbleströmung besitzt ein Strömungszentrum das orthogonal zur Hauptachse (Achse A) der Vorkammer 12 ist. Das Strömungszentrum ist eine Walzenachse, um die die Tumbleströmung walzenförmig verläuft. Entsprechend Fig. 3 liegt die auch als Tumbleströmungsachse bezeichnete Walzenachse orthogonal zur Ebene E2 und verläuft beispielsweise in der Ebene E. Mit anderen Worten kann die Tumbleströmung definiert werden als Strömungsstruktur, bei der die Strömung in der Hälfte H2 von den Bohrungen in Richtung des Elektordenbereiches EB strömt, was auch als Aufwärtsströmung bezeichnet wird, dann den Elektrodenbereich EB durchströmt und in der ersten Hälfte H1 vom Elektrodenbereich EB in Richtung der Bohrungen strömt, was als Abwärtsströmung bezeichnet wird. Dadurch ist die Tumbleströmung eine strukturierte Strömungsform, die allerdings nicht rotationssymmetrisch um die auch als Vorkammerhauptachse bezeichnete Hauptachse ist.

Bezugszeichenliste

10 Vorkammerzündkerze

12 Vorkammer

13 Doppelpfeil

14 Kontur 16 Öffnung 18 Elektrode

19 Elektrode

20 Achse A Achse B Blickrichtung B1 Öffnung B2 Öffnung E Ebene

EB Elektrodenbereich

E2 Ebene

H1 erste Hälfte

H2 zweite Hälfte

M Mittelpunkt

Q Strömungsquerschnitt

Claims

Daimler AG Patentansprüche

1 . Vorkammerzündkerze (10) für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer mehrere Öffnungen (16, B1 , B2) aufweisenden Vorkammer (12), welche mit dem Brennraum über die Öffnungen (16, B1 , B2) fluidisch verbindbar ist, über die ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer (12) einleitbar ist, wobei die jeweilige Öffnung (16, B1 , B2) einen jeweiligen, von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt (Q) aufweist, wobei bezogen auf eine gedachte, entlang einer gedachten Achse (A) verlaufende und die Vorkammer (12) in zwei gleich große Hälften (H1 , H2) teilende Ebene (E) die Summe der Strömungsquerschnitte (Q) der in einer ersten der Hälften (H1 , H2) angeordneten Öffnungen (B1) größer als die Summe der Strömungsquerschnitte (Q) der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) ist, und wobei die Öffnungen (16) um die Achse (A) herum rotationsasymmetrisch ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungsquerschnitte von zumindest zwei der Öffnungen (16) im Hinblick auf ihre Form voneinander unterscheiden.

2. Vorkammerzündkerze (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (20) in Längserstreckungsrichtung (13) der Vorkammer (12) verläuft.

3. Vorkammerzündkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (12) bezüglich der Achse (A) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

4. Vorkammerzündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnitte (Q) der in der ersten Hälfte (H1) angeordneten Öffnungen (B1) größer als die Strömungsquerschnitte (Q) der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) sind.

5. Vorkammerzündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der in der ersten Hälfte (H1) angeordneten Öffnungen (B1) größer als eine Anzahl der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) ist.

6. Vorkammerzündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (16, B1 , B2) kreisrund ausgebildet sind, sodass die Öffnungen (16,

B1 , B2) einen jeweiligen Durchmesser aufweisen, wobei die Durchmesser der in der ersten Hälfte (H1) angeordneten Öffnungen (B1) größer als die Durchmesser der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) sind.

7. Vorkammerzündkerze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert der Strömungsquerschnitte (0) der in der ersten Hälfte (H1) angeordneten Öffnungen (B1) größer als der Mittelwert der Strömungsquerschnitte (0) der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) ist.

8. Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum, und mit einer dem Brennraum zugeordneten Vorkammerzündkerze (10), welche eine mehrere Öffnungen (16, B1 , B2) aufweisende Vorkammer (12) aufweist, welche mit dem Brennraum über die Öffnungen (16, B1 , B2) fluidisch verbunden ist, über die ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer (12) einleitbar ist, wobei die jeweilige Öffnung (16, B1 , B2) einen jeweiligen, von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmbaren Strömungsquerschnitt (0) aufweist, wobei bezogen auf eine gedachte, entlang einer gedachten Achse (A) verlaufende und die Vorkammer (12) in zwei gleich große Hälften (H1 , H2) teilende Ebene (E) die Summe der Strömungsquerschnitte (0) der in einer ersten der Hälften (H1 , H2) angeordneten Öffnungen (B1) größer als die Summe der Strömungsquerschnitte (0) der in der zweiten Hälfte (H2) angeordneten Öffnungen (B2) ist, und wobei die Öffnungen (16) um die Achse (A) herum rotationsasymmetrisch ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungsquerschnitte von zumindest zwei der Öffnungen (16) im Hinblick auf ihre Form voneinander unterscheiden.

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet ist.

10. Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9.