DE102019122559A1 - Externally ignited reciprocating internal combustion engine with a prechamber ignition system - Google Patents
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Abstract
Fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Vorkammerzündsystem in einem Zylinderkopf der Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei das Vorkammerzündsystem einen Hohlraum aufweist, in dem eine Zündvorrichtung mit einer Zündelektrode angeordnet ist, wobei der Hohlraum mit einem Deckel gegenüber einem Brennraum der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel zumindest einen Durchbruch aufweist, der den Hohlraum und den Brennraum Gas führend miteinander verbindet, wobei der Deckel zumindest einen zweiten Durchbruch aufweist dessen Querschnitt kleiner ist als ein Querschnitt des ersten Durchbruchs.Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems ist das Spülen des Vorkammerzündsystems bei einem Ladungswechsel deutlich verbessert, was die Zündeigenschaften bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.Externally ignited reciprocating internal combustion engine with a prechamber ignition system in a cylinder head of the reciprocating internal combustion engine, the prechamber ignition system having a cavity in which an ignition device with an ignition electrode is arranged, the cavity being covered with a cover opposite a combustion chamber of the reciprocating internal combustion engine, wherein the cover has at least one opening that connects the cavity and the combustion chamber with each other in a gas-conducting manner, the cover having at least one second opening, the cross section of which is smaller than a cross section of the first opening Gas exchange significantly improved, which significantly improves the ignition properties at low loads and speeds of the internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Vorkammerzündsystem mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an externally ignited reciprocating internal combustion engine with a prechamber ignition system with the features from the preamble of
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
Weiter ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer
- eine Zündelektrode,
- eine elektrische Versorgungsleitung, an welche die Zündelektrode angeschlossen ist,
- einen Isolatorkörper, durch den die Versorgungsleitung hindurchgeführt ist,
- ein Gehäusekopf, der dichtend auf dem Isolatorkörper sitzt und ein Außengewinde zum Einschrauben in einen Verbrennungsmotor,
- ein Rohrgehäuse, das an dem Gehäusekopf befestigt ist, den Isolatorkörper umgibt und einen Sechskant trägt,
- wobei das Rohrgehäuse eine Isolatorkörper-Halterung umgibt, die über eine Schweißnaht mit dem Gehäusekopf verschweißt ist und den Isolatorkörper mit einer Vorspannung gegen den Gehäusekopf presst.
- an ignition electrode,
- an electrical supply line to which the ignition electrode is connected,
- an insulator body through which the supply line is passed,
- a housing head that sits sealingly on the insulator body and an external thread for screwing into an internal combustion engine,
- a tubular housing which is attached to the housing head, surrounds the insulator body and carries a hexagon,
- wherein the tubular housing surrounds an insulator body holder which is welded to the housing head via a weld seam and presses the insulator body against the housing head with a prestress.
Zum weiteren technischen Umfeld wird ferner auf die deutsche Offenlegungsschrift
Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Nachteilig an diesen bekannten Vorkammerzündsystemen ist, dass im niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine kein oder kaum ein ausreichender Gasaustausch innerhalb des Vorkammerzündsystems stattfindet, sodass in diesen Last-und/oder Drehzahlbereichen eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht immer gewährleistet ist.The disadvantage of these known prechamber ignition systems is that in the low load and / or speed range of an internal combustion engine there is little or no gas exchange within the prechamber ignition system, so that reliable ignition of the fuel-air mixture is not always guaranteed in these load and / or speed ranges is.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Zündfähigkeit eines Vorkammerzündsystems in einem niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine sichergestellt werden kann.The object of the present invention is to provide a measure with which the ignitability of a prechamber ignition system can be ensured in a low load and / or speed range of an internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems wird bei einem Ladungswechsel beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein Frischluft/Kraftstoff-Gemisch durch alle Durchbrüche direkt in den Bereich von der Zündelektrode der Zündvorrichtung gefördert und Restgas verdrängt. Somit liegt insbesondere bei niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine immer ein zündfähiges Frischluft/Kraftstoff-Gemisch im Zündbereich der Zündvorrichtung vor. Ein sicheres Zünden ist somit immer gewährleistet. Die zweiten Durchbrüche sind jedoch so klein, dass keine Zündstrahlen durch diese in den Brennraum dringen können.Due to the design of the prechamber ignition system according to the invention, a fresh air / fuel mixture is conveyed through all openings directly into the area of the ignition electrode of the ignition device and residual gas is displaced during a charge change during operation of the internal combustion engine. Thus, especially at low load and / or speed ranges of the internal combustion engine, there is always an ignitable fresh air / fuel mixture in the ignition range of the ignition device. Safe ignition is therefore always guaranteed. The second openings are so small, however, that no ignition jets can penetrate through them into the combustion chamber.
Die Größenordnungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 sind besonders bevorzugte Größenordnungen für runde Durchbrüche. Der Überlappungsbereich kommt zustande, da die Durchbrüche abhängig von den herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen in ihrer Größe an die jeweilige Brennkraftmaschine angepasst werden müssen.The orders of magnitude according to
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 verbessert das Austreten der Zündstrahlen aus dem ersten Durchbruch im Deckel des Vorkammerzündsystems.The configuration according to
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 verhindert das Austreten der Zündstrahlen aus dem zweiten Durchbruch im Deckel des Vorkammerzündsystems.The configuration according to
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 wird ein Verkoken des ersten und des zweiten Durchbruchs im Deckel des Vorkammerzündsystems vermieden.The embodiment according to
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Vorkam merzü ndsystem. -
2 zeigt in einem Diagramm den Einfluss der Durchbruchsgröße.
-
1 shows schematically a section through an antechamber according to the invention. -
2 shows in a diagram the influence of the opening size.
Erfindungsgemäß ist ein Querschnitt
Bevorzugt weist der erste Querschnitt
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erste Durchbruch
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Durchbruch
Besonders bevorzugt weist der Deckel
Die Ausflusszahl
Über eine X-Achse ist eine Reynolds-Zahl
Die Reynolds-Zahl ist eine nach dem Physiker Reynolds benannte dimensionslose Kennzahl. Sie wird in der Strömungslehre verwendet und kann als das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften verstanden werden. Das Turbulenzverhalten geometrisch ähnlicher Körper ist bei gleicher Reynolds-Zahl identisch. Diese Eigenschaft erlaubt z. B. realitätsnahe Modellversuche im Wasser- oder Windkanal.The Reynolds number is a dimensionless number named after the physicist Reynolds. It is used in fluid dynamics and can be understood as the ratio of inertia to viscosity forces. The turbulence behavior of geometrically similar bodies is identical with the same Reynolds number. This property allows z. B. realistic model tests in water or wind tunnels.
Ziel der Erfindung ist ein Vorkammerzündsystem
Der Massenstrom durch die Durchbrüche
Bei ausreichend hohem Druckverhältnis (kritisches Druckverhältnis) wird in den Durchbrüchen
Die Ausflusszahl
If the pressure ratio is high enough (critical pressure ratio), the openings
The discharge number
Vorteilhaft ist ein Design des Vorkammerzündsystems
Andererseits sollten die zusätzlichen zweiten Durchbrüche
Möglich wären daher Designs mit:
- •
Ersten Durchbrüchen 8 , den Zündstrahlbohrungen,mit typisch 0,5 - 2,5 mm Durchmesser, optional und optimal in Form einer Laval-Düse. - • Sowie mit zweiten
Durchbrüchen 9 , den Spülöffnungen - • Mit
0,1 und 1 mm, optimal kleiner oder deutlich kleiner 0,1 mm, geometrisch strömungsungünstig, z. B. scharfkantig ausgebildet.typischen Durchmesser zwischen
- •
Ausformung des Deckels 6 porös und gasdurchlässig mit Porengrößen bis maximal der oben genannten Größenordnung.
- • First breakthroughs
8th , the pilot bores, typically 0.5 - 2.5 mm in diameter, optionally and optimally in the form of a Laval nozzle. - • As well as with
second breakthroughs 9 , the irrigation openings - • With a typical diameter between 0.1 and 1 mm, optimally smaller or significantly smaller 0.1 mm, geometrically unfavorable for flow, e.g. B. sharp-edged.
- • Shape of the lid
6th porous and gas-permeable with pore sizes up to a maximum of the size mentioned above.
Ein gasdurchlässiger Deckel
In einer weiteren Ausführungsform bei Nicht-Sinterfilter-Materialien können die zweiten Durchbrüche
Weiter bietet es sich an, mit einer katalytisch aktiven Schicht (z. B. Platin) auf dem Deckel
Abschließend sei noch gesagt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1.1.
- VorkammerzündsystemPre-chamber ignition system
- 2.2.
- ZylinderkopfCylinder head
- 3.3.
- Hohlraumcavity
- 4.4th
- ZündvorrichtungIgnition device
- 5.5.
- ZündelektrodeIgnition electrode
- 6.6th
- Deckelcover
- 7.7th
- BrennraumCombustion chamber
- 8.8th.
- Erster DurchbruchFirst breakthrough
- 9.9.
- Zweiter Durchbruch Second breakthrough
- Q1Q1
- Querschnitt erster DurchbruchCross-section of the first breakthrough
- Q2Q2
- Querschnitt zweiter DurchbruchCross-section of the second breakthrough
- µµ
- AusflusszahlDischarge number
- Rere
- ReynoldszahlReynolds number
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- WO 2008/031482 A2 [0003]WO 2008/031482 A2 [0003]
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- DE 102016206992 A1 [0005]DE 102016206992 A1 [0005]
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