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DE102008015744A1 - Internal combustion engine and method for operating the same - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Gasmotor, für Brenngas, mit einer Hauptbrennkammer (2) und einer von der Hauptbrennkammer (2) abgeteilten Vorkammer (4), wobei die Vorkammer (4) über mindestens eine Öffnung (5) mit der Hauptbrennkammer (2) verbunden ist, wobei in die Vorkammer (4) eine an eine Hochdruck-Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse (7) mündet, um Brenngas in die Vorkammer (4) unter hohem Druck einzubringen und mit einem in der Vorkammer (4) befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, und mit einer in die Vorkammer (4) hineinragenden Zündeinrichtung (6), um das so angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch zu entzünden. Erfindungsgemäß mündet in die Vorkammer (4) mindestens eine Düse (9, 10), um Luft und/oder Abgas in die Vorkammer (4) vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) derart einzubringen und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, dass vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch und erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse (7) ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer (4) vorliegt.The invention relates to an internal combustion engine, in particular an Otto gas engine, for fuel gas, with a main combustion chamber (2) and one of the main combustion chamber (2) divided prechamber (4), wherein the prechamber (4) via at least one opening (5) with the Main combustion chamber (2) is connected, wherein in the antechamber (4) connected to a high pressure fuel gas line fuel gas nozzle (7) opens to introduce fuel gas into the prechamber (4) under high pressure and with a in the prechamber (4) to be mixed, located lean combustion gas-air mixture, and with a in the antechamber (4) projecting ignition device (6) to ignite the thus enriched fuel gas-air mixture. According to the invention, at least one nozzle (9, 10) opens into the prechamber (4) in such a way as to introduce air and / or exhaust gas into the prechamber (4) before introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle (7) and with one located in the prechamber, To mix lean fuel gas and air mixture that before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle (7) a defined non-igniting fuel gas-air mixture and only after the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle (7) a defined igniting fuel gas air Mixture in the pre-chamber (4) is present.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of the claim 5th

Aus der DE 102 17 996 A1 ist eine Brennkraftmaschine für einen gasförmigen Brennstoff bekannt, die eine Hauptbrennkammer und eine von der Hauptbrennkammer abgeteilte Vorkammer umfasst. Die Vorkammer ist über mindestens eine Öffnung mit der Haupttrennkammer verbunden. In die Vorkammer mündet eine an eine Hochdruck-Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse, um Brenngas unter hohem Druck in die Vorkammer einzubringen. Hierbei wird das Brenngas mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch unter Anreicherung desselben vermischt. In die Vorkammer ragt eine Zündeinrichtung hinein, um das angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch zu entzünden und so letztendlich für eine Zündung des in der Hauptbrennkammer befindlichen Brenngas-Luft-Gemischs zu sorgen.From the DE 102 17 996 A1 For example, there is known a gaseous fuel internal combustion engine comprising a main combustion chamber and an antechamber partitioned from the main combustion chamber. The pre-chamber is connected via at least one opening with the main separation chamber. In the antechamber opens a connected to a high pressure fuel gas line fuel gas nozzle to introduce fuel gas under high pressure in the prechamber. In this case, the fuel gas is mixed with an in the antechamber, lean fuel gas-air mixture while enriching the same. An ignition device protrudes into the pre-chamber in order to ignite the enriched fuel gas-air mixture and thus ultimately ensure ignition of the fuel gas-air mixture in the main combustion chamber.

Unter gewissen Betriebsbedingungen kann sich, insbesondere bei Verwendung von Methan als Brenngas, in der Vorkammer eine unkontrollierte Frühzündung ausbilden. Dies ist von Nachteil. Es besteht daher ein Bedarf an einer Brennkraftmaschine und an einem Verfahren zum Betreiben derselben, mit welcher bzw. mit welchem Frühzündungen in der Vorkammer sicher vermieden werden können.Under certain operating conditions may be, especially when using of methane as fuel gas, in the antechamber an uncontrolled pre-ignition form. This is a disadvantage. There is therefore a need for an internal combustion engine and a method for operating the same, with which or with which pre-ignition in the antechamber can be safely avoided.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem is based a novel internal combustion engine and a method of operation to create the same.

Dieses Problem wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß mündet in die Vorkammer mindestens eine Düse, um Luft und/oder Abgas in die Vorkammer vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse derart einzubringen und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, dass vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch und erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer vorliegt.This Problem is solved by an internal combustion engine according to claim 1 solved. According to the invention opens in the antechamber at least one nozzle to air and / or Exhaust gas in the prechamber before the introduction of the fuel gas over to introduce the fuel gas nozzle in such a way and with a in the Pre-chamber located to mix lean fuel gas and air mixture, that before introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle a defined non-igniting fuel gas-air mixture and only after the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle defines igniting fuel gas-air mixture in the antechamber is present.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird Luft und/oder Abgas definiert in die Vorkammer eingeleitet, und zwar vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse, um so in der Vorkammer vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch bereitzustellen. Erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse liegt in der Vorkammer ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch vor. Hierdurch können Fehlzündungen in der Vorkammer sicher vermieden werden. Weitere Vorteile liegen darin, dass die Lebensdauer der Zündeinrichtung sowie eine höhere Lastaufschaltung gewährleistet werden kann.at the internal combustion engine according to the invention is Air and / or exhaust defined in the antechamber, and although before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle, so in the antechamber before the introduction of the fuel gas over the Fuel gas nozzle a defined non-igniting fuel gas-air mixture provide. Only after the introduction of the fuel gas over the fuel gas nozzle is in the antechamber a defined igniting fuel gas-air mixture in front. This can cause misfires in the antechamber safely avoided. Other advantages are that the Lifespan of the ignition device and a higher load connection can be guaranteed.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ist in Anspruch 5 definiert.The inventive method for operating a Internal combustion engine is defined in claim 5.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the Invention are provided without being limited thereto explained in detail the drawing. Showing:

1: einen stark schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. 1 : a highly schematic section of an internal combustion engine according to the invention.

1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die vorzugsweise als Otto-Gasmotor ausgeführt ist, nämlich im Bereich eines Zylinderkopfs 1 der Brennkraftmaschine, der einen Hauptbrennraum 2 derselben begrenzt. Am Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine greift gemäß 1 ein Einsatz 3 an, der in den Zylinderkopf 1 vorzugsweise eingeschraubt ist, wobei der Einsatz 3 eine Vorkammer 4 definiert, die von der Hauptbrennkammer 2 abgetrennt ist und mit derselben über mindestens eine Öffnung 5 verbunden ist. 1 shows a schematic section of an internal combustion engine according to the invention, which is preferably designed as a gasoline engine, namely in the region of a cylinder head 1 the internal combustion engine, which has a main combustion chamber 2 limited. At the cylinder head 1 the internal combustion engine engages according 1 an insert 3 on, in the cylinder head 1 preferably screwed in, wherein the insert 3 an antechamber 4 defined by the main combustion chamber 2 is separated and with the same over at least one opening 5 connected is.

In die Vorkammer 4 ragt eine Zündeinrichtung 6 hinein, die vorzugsweise geschirmt ist. Über eine Brenngasdüse 7, die an eine Hochdruck-Brenngas-Leitung angeschlossen ist, kann in die Vorkammer 4 Brenngas unter hohem Druck eingespritzt werden, wobei das über die Brenngasdüse 7 in die Vorkammer 4 unter hohem Druck eingespritzte Brenngas sich mit einem ein der Vorkammer 4 befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch unter Anreicherung desselben vermischt.In the antechamber 4 protrudes an ignition device 6 into it, which is preferably shielded. About a fuel gas nozzle 7 , which is connected to a high-pressure fuel gas line, can enter the antechamber 4 Fuel gas to be injected under high pressure, the via the fuel gas nozzle 7 in the antechamber 4 Fuel gas injected under high pressure contracts with one of the prechambers 4 located, mixed lean fuel gas and air mixture while enriching the same.

Das so angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch kann dann, wenn sich dasselbe in einem Bereich 8 in der Umgebung der Zündeinrichtung 6 befindet, von der Zündeinrichtung 6 gezündet werden. Bei der Zündeinrichtung 6 kann es sich um einen Glühstift oder eine Zündkerze handeln.The fuel gas-air mixture enriched in this way can, if it is in one area 8th in the vicinity of the ignition device 6 located by the ignition device 6 to be detonated. At the ignition device 6 it can be a glow plug or a spark plug.

Erfindungsgemäß mündet in die Vorkammer 4 mindestens eine weitere Düse 9 und/oder 10, um Luft und/oder Abgas in die Vorkammer 4 vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse 7 derart einzubringen und mit dem in der Vorkammer 4 befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, dass vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse 7 ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer 4 vorliegt, und dass sich erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse 7 ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer 4 befindet.According to the invention opens into the antechamber 4 at least one other nozzle 9 and or 10 to get air and / or exhaust into the antechamber 4 before introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle 7 to introduce such and with the in the antechamber 4 be sensitive, lean fuel gas-air mixture to mix that before introducing the fuel gas through the fuel gas nozzle 7 a defined non-igniting fuel gas-air mixture in the antechamber 4 is present, and that only after the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle 7 a defined igniting fuel gas-air mixture in the antechamber 4 located.

Durch das definierte Einbringen von Luft und/oder Abgas in die Vorkammer 4 vor dem Einbringen des Brenngases unter hohem Druck mit Hilfe der Brenngasdüse 7 können Zündinstabilitäten und Frühzündungen in der Vorkammer 4 vermieden werden, insbesondere dann, wenn methanhaltige Brenngase verwendet werden. Hierdurch verlängert sich auch die Lebensdauer der Zündeinrichtung. Weiterhin kann eine höhere Lastaufschaltung für die Brennkraftmaschine realisiert werden.By the defined introduction of air and / or exhaust gas in the antechamber 4 before introducing the fuel gas under high pressure by means of the fuel gas nozzle 7 can ignition instabilities and pre-ignition in the antechamber 4 be avoided, especially if methane-containing fuel gases are used. This also extends the life of the ignition device. Furthermore, a higher load connection for the internal combustion engine can be realized.

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mündet in die Vorkammer 4 mindestens eine Düse 9, um Luft in die Vorkammer 4 vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse 7 einzubringen. Weiterhin kann mindestens eine zweite Düse 10 in die Vorkammer 4 münden, um Abgas vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse 7 in die Vorkammer 4 einzubringen.According to a first advantageous embodiment of the invention opens into the prechamber 4 at least one nozzle 9 to air in the antechamber 4 before introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle 7 contribute. Furthermore, at least one second nozzle 10 in the antechamber 4 lead to exhaust gas before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle 7 in the antechamber 4 contribute.

Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, für das Einleiten von Luft oder Abgas oder eines Abgas-Luft-Gemischs in die Vorkammer 4 ausschließlich eine Düse vorzusehen, die in die Vorkammer 4 mündet. Über diese Düse kann dann entweder Luft oder Abgas oder ein Abgas-Luftgemisch in die Vorkammer 4 eingebracht werden, und zwar vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse 7.In contrast, it is also possible for the introduction of air or exhaust gas or an exhaust gas-air mixture in the antechamber 4 to provide only one nozzle into the prechamber 4 empties. About this nozzle can then either air or exhaust gas or an exhaust gas-air mixture in the antechamber 4 are introduced, before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle 7 ,

Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung Luft und/oder Abgas in die Vorkammer 4 einer Brennkraftmaschine definiert einzudüsen. Hierdurch können Frühzündungen und Zündinstabilitäten vermieden werden.It is therefore within the meaning of the present invention, air and / or exhaust gas in the prechamber 4 an internal combustion engine defines inject. As a result, pre-ignition and ignition instabilities can be avoided.

11
Zylinderkopfcylinder head
22
Hauptbrennkammermain combustion chamber
33
Einsatzcommitment
44
Vorbrennkammerpre-combustion chamber
55
Öffnungopening
66
Zündeinrichtungignition device
77
Brenngasdüsefuel gas nozzle
88th
BereichArea
99
Düsejet
1010
Düsejet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10217996 A1 [0002] - DE 10217996 A1 [0002]

Claims (5)

Brennkraftmaschine, insbesondere Otto-Gasmotor, für Brenngas, mit einer Hauptbrennkammer und einer von der Hauptbrennkammer abgeteilten Vorkammer, wobei die Vorkammer über mindestens eine Öffnung mit der Hauptbrennkammer verbunden ist, wobei in die Vorkammer eine an eine Hochdruck-Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse mündet, um Brenngas in die Vorkammer unter hohem Druck einzubringen und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, und mit einer in die Vorkammer hineinragenden Zündeinrichtung, um das so angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch zu entzünden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorkammer (4) mindestens eine Düse (9, 10) mündet, um Luft und/oder Abgas in die Vorkammer (4) vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) derart einzubringen und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch zu vermischen, dass vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch und erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse (7) ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer (4) vorliegt.Internal combustion engine, in particular Otto gas engine, for fuel gas, with a main combustion chamber and an antechamber of the main combustion chamber, wherein the pre-chamber is connected via at least one opening with the main combustion chamber, wherein in the pre-chamber opens a connected to a high-pressure fuel gas line fuel gas nozzle, in order to introduce fuel gas into the pre-chamber under high pressure and to mix with a lean fuel gas-air mixture located in the prechamber, and with an ignition device projecting into the prechamber, in order to ignite the thus enriched fuel gas and air mixture, characterized that in the antechamber ( 4 ) at least one nozzle ( 9 . 10 ) opens to air and / or exhaust gas in the antechamber ( 4 ) before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle ( 7 ) and to mix with an in the antechamber, lean fuel gas-air mixture that before introducing the fuel gas through the fuel gas nozzle ( 7 ) a defined non-igniting fuel gas-air mixture and only after the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle ( 7 ) a defined igniting fuel gas-air mixture in the antechamber ( 4 ) is present. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorkammer (4) mindestens eine erste Düse (9) mündet, um Luft in die Vorkammer (4) vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) einzubringen.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the antechamber ( 4 ) at least one first nozzle ( 9 ) opens to air in the antechamber ( 4 ) before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle ( 7 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorkammer (4) mindestens eine zweite Düse (10) mündet, um Abgas in die Vorkammer (4) vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) einzubringen.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that in the antechamber ( 4 ) at least one second nozzle ( 10 ) to exhaust gas in the antechamber ( 4 ) before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle ( 7 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorkammer (4) mindestens eine Düse (9, 10) mündet, um Luft oder Abgas oder ein Abgas-Luft-Gemisch in die Vorkammer (4) vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse (7) einzubringen.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the antechamber ( 4 ) at least one nozzle ( 9 . 10 ) to introduce air or exhaust gas or an exhaust gas-air mixture into the pre-chamber ( 4 ) before the introduction of the fuel gas via the fuel gas nozzle ( 7 ). Verfahren zum Betrieben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Gasmotors, für Brenngas, mit einer Hauptbrennkammer und einer von der Hauptbrennkammer abgeteilten Vorkammer, wobei die Vorkammer über mindestens eine Öffnung mit der Hauptbrennkammer verbunden ist, wobei in die Vorkammer über eine an eine Hochdruck-Brenngas-Leitung angeschlossene Brenngasdüse Brenngas unter hohem Druck eingebracht und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch vermischt wird, und wobei das so angereicherte Brenngas-Luft-Gemisch mit einer in die Vorkammer hineinragenden Zündeinrichtung entzündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Luft und/oder Abgas über mindestens eine in die Vorkammer mündende Düse vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse derart eingebracht und mit einem in der Vorkammer befindlichen, mageren Brenngas-Luft-Gemisch vermischt wird, dass vor dem Einleiten des Brenngases über die Brenngasdüse ein definiert nicht zündendes Brenngas-Luft-Gemisch und erst nach dem Einbringen des Brenngases über die Brenngasdüse ein definiert zündendes Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer vorliegt.Method for operating an internal combustion engine, in particular an Otto gas engine, for fuel gas, with a Main combustion chamber and one partitioned from the main combustion chamber Antechamber, wherein the antechamber via at least one opening with the main combustion chamber is connected, in the antechamber over a fuel gas nozzle connected to a high pressure fuel gas line Fuel gas introduced under high pressure and with a in the antechamber is located, mixed lean fuel gas-air mixture, and wherein the thus enriched fuel gas-air mixture with a in the Antechamber protruding ignition ignited is, characterized in that the air and / or exhaust over at least one nozzle opening into the pre-chamber before introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle inserted in such a way and with one located in the antechamber, lean fuel gas-air mixture is mixed, that before discharging of the fuel gas via the fuel gas a defined non-igniting fuel gas-air mixture and only after the Introducing the fuel gas via the fuel gas nozzle a defined igniting fuel gas-air mixture in the antechamber is present.
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