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DE2715943A1 - Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer zuendkammer - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer zuendkammer

Info

Publication number
DE2715943A1
DE2715943A1 DE19772715943 DE2715943A DE2715943A1 DE 2715943 A1 DE2715943 A1 DE 2715943A1 DE 19772715943 DE19772715943 DE 19772715943 DE 2715943 A DE2715943 A DE 2715943A DE 2715943 A1 DE2715943 A1 DE 2715943A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
chamber
ignition
engine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19772715943
Other languages
English (en)
Other versions
DE2715943C2 (de
Inventor
Reinhard Dipl Ing Dr Latsch
Hans Schlembach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE2715943A priority Critical patent/DE2715943C2/de
Priority to IT21761/78A priority patent/IT1093957B/it
Priority to JP4111478A priority patent/JPS53126412A/ja
Priority to GB13648/78A priority patent/GB1596113A/en
Publication of DE2715943A1 publication Critical patent/DE2715943A1/de
Priority to US06/141,506 priority patent/US4332224A/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2715943C2 publication Critical patent/DE2715943C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1004—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder details of combustion chamber, e.g. mounting arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/54—Sparking plugs having electrodes arranged in a partly-enclosed ignition chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

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Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art besteht, wenn sie mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden, das fremdgezündet werden muß, der Nachteil, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere wenn es kraftstoffarm gehalten wird, in der Zündkammer schlecht zündet, wodurch eine ungleichförmige Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Um eine ausreichend sichere Zündung und Reaktion der Betriebsstoffe miteinander bei möglichst geringem Kraftstoffanteil zu erzielen, wurden verschiedene Wege begangen. Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es bekannt, eine Ladungsschichtung vorzusehen, wobei in überwiegender Menge ein sehr mageres Gemisch in den Hauptbrennraum eingebracht wird, während einer mit dem Hauptbrennraum über Überströmkanäle verbundenen Zündkammer ein fettes, zündfähiges Gemisch zugeführt wird und dort gezündet wird.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Brennkraftmaschine mit einem einzigen mageren Hauptgemisch betrieben und in einer Zündbrennkammer, die durch Überströmkanäle oder Schußkanäle mit dem Hauptbrennraum in Verbindung steht, zusätzlicher Kraftstoff zur Anreicherung des Hauptgemisches und zur Erzielung der Zündfähigkeit eingespritzt. Diese obengenannten Einrichtungen sind insgesamt sehr aufwendig und kostenspielig. Demgegenüber ist weiterhin bekannt, eine über einen einzigen Überströmkanal mit dem Hauptbrennraum verbundene Vorkammer vorzusehen und das Hauptgemisch in dem Hauptbrennraum in eine gerichtete Rotationsbewegung zu bringen, um durch die Zentrifugalwirkung eine gewisse Schichtung des Gemischs zu erzeugen. Das schwere, kraftstoffreiche Gemisch wird während des Kompressionshubs über den überströmkanal in die Vorkammer gedrückt, so daß Restgase vom vorheri-
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gen Verbrennungsvorgang in die Kammer zurückgedrängt werden und im Bereich des Überströmkanals ein wegen der Schichtung besser zündfähiges Gemisch entsteht. Dieses wird bei der bekannten Einrichtung dort von einer Zündkerze gezündet.
Durch diese Einrichtung ist aber eine ausreichend stabile Wirbelbildung im Brennraum nicht gewährleistet, da dieser während des Ansaughubes entstehende Wirbel bis zum Kompressionsende aufrechterhalten werden muß. Zur sicheren Zündung muß deshalb immer noch ein verhältnismäßig stark mit Kraftstoff angereichertes Gemisch, insbesondere auch während des Warmlaufens vorgesehen werden.
Die Anordnung der Zündkerze im Überströmbereich hat den Nachteil, daß in der Vorkammer ein großer Umsatz des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt und neben öiner Verringerung des Motor-Wirkungsgrads sowohl die Vorkammer als auch die Zündkerze thermisch hoch belastet werden. Auch ist es bei dieser Einrichtung nicht möglich, zündfähigkeitsverbessernde Maßnahmen, wie die Erhöhung und Regelung der Vorkammerwandtemperatur bis nahe an den Selbstzündungspunkt und die Zuordnung des Zündfunkens, sofern die Betriebsstoffe fremdgezündet werden, zu einer wirbelberuhigten laminaren Wandströmung mit möglichst niedriger Strömungsgeschwindigkeit durchzuführen, wie es in einer anderen Patentanmeldung vorgeschlagen wurde.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch extrem magere Kraftstoff-Luft-Gemische vor allem auch im Bereich niedriger Drehzahlen und Belastungen sicher gezündet werden. Durch die Gestaltung der Zündkammer und der Überströmkanäle wird eine sehr stabile Drehbewegung des in die Zündkammer während des Kompressionshubes eintretenden Mediums entlang der
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Zylinderwände und eine hohe Winkelgeschwindigkeit erzielt. Das hat eine gute Entmischung eines in die Brennräume eingebrachten relativ kraftstoffarmen Betriebsgemisches zur Folge, so daß in den Randzonen ein kraftstoffangereichertes und gut zündfähiges Gemisch vorhanden ist/ Dort wird dieses Gemisch von der Zündkammerwand ausreichend vorgewärmt und damit die Zündfähigkeit weiterhin verbe>se.rt. Weiterhin werden durch Sekundärwirbel vorhandene Restgase .zentral längs der Zylinderachse der Zündkammer wieder zum Ausgang^äer Kammer bewegt. Auf diese Weise erhält man ein kr䣣stoffreiches Gemisch am hinteren Ende der Zündkammer und^nach dem-Runden der Betriebsstoffe eine eindeutig gerichtete Fackel, die aus"einem oder mehreren Überströmkanälen oder "Schußkanälen" in den Hauptbrennraum übertreten. Durch Anordnung und Verteilung der Schußkanäle kann eine optimale und schnelle Entzündung des Gemisches im Hauptbrennraum erzielt werden. Dabei bieten sich beim Erfindungsgegenstand ferner die Möglichkeit, weitere zündfähigkeits- verbessernde Maßnahmen, wie sie z.B. im vorstehenden genannt wurden, durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Zündkammer bietet dieselben vorgenannten Vorteile auch bei den anderen eingangs genannten Maßnahmen zur Ladungsschichtung oder als Wirbelkammer, um einen restgasarmen Zündraum zur Einleitung des VerbrennungsVorganges zu erhalten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Haupt anspruch angegebenen Brennkraftmaschine möglich.
Zeichnung
Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er- · läutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit
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einer Zündkammer, deren Wandtemperatur durch ein Wärmerohr regelbar ist, Figur 2 einen Schnitt durch diese Zündkammer nach Figur 1, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur h ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Zusatzheizung und wärmegeregelten Zündkammer, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Einrichtung zur Zugabe von zusätzlichen. Kraftstoff und Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel bei einer Brennkraftmaschine mit Selbszündung.
Beschreibung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Teilstück der Zylinderkopfwand 1 der Brennkraftmaschine. In diese ist eine Schraubbuchse 3 eingeschraubt, in deren Innenbohrung 4 ein langgezogener zylindrischer Hohlkörper 5 dicht eingesetzt ist, dessen in den Hauptbrennraum 7 ragender Teil 8 stirnseitig verschlossen ist. Das Innere des Hohlkörpers 5 bildet eine langgezogene zylindrische Zündkammer 9> deren dem Teil 8 gegenüberliegende Stirnseite durch eine dort koaxial zur Achse des zylindrischen Hohlkörpers 5 eingeschraubte Zündkerze 10 gebildet wird. Im Bereich des in den Brennraum ragenden Teils 8 des zylindrischen Hohlkörpers 5 weist dieser im wesentlichen radial zur Zylinderachse laufende Überströmkanäle 12 auf, die die Zündkammer 9 mit dem Hauptbrennraum 7 verbinden. Die Achse der Überströmkanäle bildet mit der Zylinderachse etwa einen Winkel von 100°, so daß aus den Überströmkanälen austretende Gasströme unbeeinflußt von der Zylinderkopfwand 1 im flachen Winkel in den Hauptbrennraum 7 austreten können.
Die Überströmkanäle 12 verlaufen weiterhin tangential zum Umfang der Zündkammer 9> die, wie der Figur 2 zu entnehmen ist, drei solche in im allgemeinen gleichmäßigen Winkelabständen am Umfang verteilte Überströmkanäle aufweist. Der Querschnitt der Überströmkanäle hat im wesentlichen ovale Form und zwar so, daß der große Hauptdurchmesser h parallel zur Zylinderachse der
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Zündkammer liegt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Uberströmkanalsquerschnitts besteht darin, daß das Verhältnis des Maßes h zur Breite d etwa 1,5 ist.
Der zylindrische Hohlkörper 5 weist ferner eine Außenringnut IiJ auf, die zusammen mit der Schraubbuchse 3 einen Ringraum bildet, der sich im wesentlichen entlang der Mantelfläche der Zündkammer und insbesondere im Bereich der Stirnseite der eingeschraubten Zündkerze erstreckt. Dieser Ringraum ist als Wärmerohr 15 ausgestaltet und wird deshalb im ausgeführten Beispiel mit einem feinmaschigen Stahlnetz 16 ausgekleidet, das zum Transport der Verdampferflüssigkeit, die z.B. Natrium sein kann, dient. Die Zündkerze 10 weist eine Elektrode 17 auf, die als Gegenelektrode die zylindrische Wand 18 der Zündkammer 9 hat.
Von der während eines Ansaughubes der Brennkraftmaschine in den Hauptbrennraum 7 eingebrachten Ladung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches wird ein Teil während des Kompressionshubes aus dem Hauptbrennraum über die Überströmkanäle 5 in die Zündkammer 9 gebracht und dort zum gegebenen Zündzeitpunkt gezündet. Durch die besondere Ausgestaltung der Überströmkanäle und die Form der Zündkammer wird das in die Zündkammer eintretende Gemisch in rotierende Bewegung gebracht unter Bildung eines Primärwirbels Wl, der mit hoher Winkelgeschwindigkeit entlang der zylindrischen Wand 18 zum zündkerzenseitigen Ende der Wirbelkammer aufsteigt. Durch die nur geringfügig von einem rechten Winkel zur Zylinderachse der Zündkammer 9 abweichende Eintrittsrichtung der Gemisch-Ströme besitzt der Primärwirbel Wl eine starke Radialkomponente und nur eine geringe Komponente in Richtung Zylinderachse, so daß hohe Umfangsgeschwindigkeiten entstehen. Durch diese hohe Umfangsgeschwindigkeit wird einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Kraftstoff- und Luftbestandteile erreicht und andererseits eine Entmischung erzielt, mit dem Erfolg, daß in den zylinderwandnahen Bereichen der Zündkammer
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das eingebrachte Gemisch mit Kraftstoff angereichert wird. Damit erzielt man gewissermaßen eine Schichtung der in die Zündkammer 9 eingebrachten Ladung.
Durch den aufsteigenden Primärwirbel Wl werden die in der Zündkammer von dem vorausgehenden Verbrennungsvorgangs verbliebenen Restgase nach oben zur Zündkerze 10 hin geschoben und über einen Sekundärwirbel W2 koaxial zur Zylinderachse der Zündkammer 9 nach unten in Richtung zum Eintritt in die Zündkammer hin befördert. Auf diese Weise gelangt in den Bereich der Elektrode 17 nur der aufgrund der Zentrifugalwirkung auf die relativ schweren Kraftstoffanteile angereicherte Teil des Gemisches, während die eine Zündung behindernden Restgase verdrängt werden.
Diese beschriebene gerichtete Bewegung der angereicherten Ladung entlang der zylindrischen Wand 18 der Zündkammer ergibt den weiteren Vorteil, daß die Ladung sich an der warmen Wand erwärmen kann und vor Erreichen der Elektrode 17 bei Normalbetrieb bereits eine Temperatur erreicht hat, die kurz unterhalb der Selbstzündtemperatur liegt. Damit wird vorteilhaft die notwendige Energie zur Zündung verringert und die Zündfähigkeit allgemein erhöht. Die Elektrode 17 der Zündkerze ist dabei weiterhin so angeordnet, daß der Zündfunke im Bereich der wandnahen Strömung zur zylindrischen Wand 18 überspringt. In diesem wandnahen Bereich innerhalb der Grenzschicht herrscht eine laminare Strömung mit sehr geringer durchschnittlicher Geschwindigkeit. Das dort strömende Gemisch ist ferner kraftstoffangereichert und auch wegen der Wandnähe gut aufgewärmt. Die Aufwärmung des Gemisches in den Randzonen des Wirbels wird zudem durch den sogenannten Wirbelrohr- oder Rangue-Effekt erhöht. Diese drei Eigenschaften fördern sehr die Zündfähigkeit des Gemisches, so daß auch noch sehr magere Gemische mit geringer Zündenergie gezündet werden können.
Durch die Zündung in dem oberen Teil der Zündkammer 9 wird je-
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weils nur eine Teilmenge des in die Zündkammer eingebrachten Gemisches verbrannt. Der Rest des Gemisches wird von der durch die im Kopf der Kammer verbrennende und dabei expandierende Ladung über die Überströmkanäle 12 in den Hauptbrennraum 7 hinausgeschoben. Durch die somit relativ niedrige Temperatur eines großen Teils der Ladung verringern sich die Wärme- und Drosselverluste vor allem auch beim überschiebevorgang gegenüber dem Fall, in dem ein insgesamt zündfähiges Gemisch in einer Zündkammer vollständig gezündet wird. Man erhält auf diese Weise eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und eine gute Laufruhe der Brennkraftmaschine. Die Klopfneigung wird vermindert, so daß sich bei deutlich späterem Zündzeitpunkt als üblich das maximale Drehmoment einstellt. Die starke Ausprägung des gerichteten Wirbels unterdrückt auch die Neigung zur Bildung von Wärmeinseln, wie das bei Vorkammern oder Wirbelkammern mit ungerichtetem Eintritt des Gemisches geschieht und vermeidet damit die Neigung zur Selbstzündung. Die gute Ausprägung des Primärwirbels Wl wird auch durch die Form des Querschnitts der Überströmkanäle 12 begünstigt, durch deren in Richtung der Zylinderachse langgestreckten Form eine wandnahe Anströmung erzielt wird.
Das weiterhin bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehene Wärmerohr hat die Aufgabe, schnell eine gewünschte Betriebstemperatur der zylindrischen Wand 18 zu erreichen und diese Temperatur dann so zu regeln, daß das eintretende Gemisch nicht über die Selbstzündtemperatur erhitzt wird. In den Warmlaufphasen der Brennkraftmaschine kann es bei zunächst kalter zylindrischer Wand 18 der Zündkammer 9 noch zu keiner Verdampfung des Verdampfungsmediums im Wärmerohr 15 kommen. In dieser Phase hat das Wärmerohr die Funktion einer Isolierung, die verhindert, daß die während des VerbrennungsVorganges auf die zylindrische Wand 18 übergehende Wärme nicht gleich zu den gekühlten Teilen des Zylinderkopfs eingeleitet werden kann*. Der breite Ring des Wärmerohrs 15 bildet dabei einen Isolierepalt. Erst wenn die Wandtemperatur der Zündkammer so hoch ist,
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daß die Arbeitstemperatur des Wärmerohres erreicht ist, erfolgt der bekannte, gegenüber einer normalen Wärmeleitung stark erhöhte Wärmetransport zu den gekühlten Teilen des Zylinderkopfs. Das Wärmerohr ist dabei so ausgelegt, daß bei höchster Temperaturbeanspruchung der Brennraumwände gerade so viel Wärme abgeleitet wird, daß die Selbstzündtemperatur des in die Zündkammer eintretenden Gemisches nicht erreicht wird. In den abgekühlten Phasen übernimmt das Wärmerohr dann wieder Isolierfunktion, so daß eine sehr gleichmäßige Temperatur der zylindrischen Wand l8 eingeregelt werden kann. In vereinfachtel' Ausführung kann die Regelung der Temperatur der zylindrischen Wand 18 auch so erfolgen, daß ein sich mit steigender Temperatur bis auf die Stärke Null verringernder Isolierspalt zwischen Zündkammerwand und den gekühlten Teilen der Brennkraftmaschinen vorgesehen ist. Auch auf diese Weise läßt sich allerdings mit geringeren Flexibilität als mit der Wärmerohrtechnik die Wandtemperatur der Zündkammer 9 regeln. Eine solche Ausgestaltung ist für sich bereits durch den Stand der Technik bekannt und braucht hier nicht weiter ausgeführt werden.
Die im flachen Winkel aus der Zündkammer austretenden Fackeln können durch die Anordnung der Überströmkanäle so gerichtet werden, daß sie einerseits genügend weit von den gekühlten Brennraumwänden in unmittelbarer Umgebung entfernt sind, so daß es nur zu geringen Flammenablöschungen (Quenching) kommt und daß durch sie zunächst nur geringe Anteile der Ladung im Hauptbrennrauiri erfaßt werden, so daß ein kontinuierlich zunehmender Druckanstieg im Hauptbrennraum erzielt werden kann und sich eine gewünschte weiche Verbrennung ergibt. Dabei sollen die Fackeln aber auch so gerichtet sein, daß sie an ihrem Ende nicht auf die Stirnseite der Brennkammer auftreten. Durch die Ausgestaltung und Führung der Überströmkanäle kann also zusätzlich eine Optimierung der Ladungsumsetzung im Hauptbrennraum erfolgen.
Das Ausführungsbeispxel nach Figur 3 ist im wesentlichen
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gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 bezüglich der gleichen Teile kann daher auf die Beschreibung zu Figur 1 und 2 verwiesen werden. Abweichend von der Ausführung nach Figur 1 ist hier bei Figur 3 in der Zündkammer 9 eine Einschnürung 20 vorgesehen, die etwa in der Mitte zwischen den Überströmkanälen 12 und dem Abschluß der Zündkammer 9 durch die Zündkerze 10 befindet. Mit dieser Einschnürung wird erreicht, daß die Drehgeschwindigkeit des Primärwirbels Wl nach Überschreiten der Einschnürung 20 verlangsamt wird und somit die Verweilzeit des bis dahin bereits stark geschichteten Gemisches an den warmen Wänden der zylindrischen Wand vergrößert wird und das Gemisch zur Erhöhung der ZUndfähigkeit gut aufgewärmt und aufbereitet wird. Die verlangsamte Drehgeschwindigkeit verbessert ferner auch die Zündfähigkeit. Durch die Einschnürung wird ferner eine Erhöhung der Rückströmgeschwindigkeit über den Sekundärwirbel W2 in axialer Richtung erreicht."Auf diese Weise wird der Rücktransport der Restgasbestandteile und leichter, kraftstoffarmer Gemischanteile gefördert, so daß in dem oberen, der Zündkerze 10 zugeordneten Teil 21 der Zündkammer 9 ein kraftstoffangereichertes Gemisch vorliegt. Auch hier wird wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel nur ein kleiner Teil der in die Zündkammer eingebrachten Ladung entflammt, der die restlichen noch nicht gezündeten Gemischanteile über die Überströmkanäle 12 wieder in den Brennraum hinausfördert, wo dann erst die eigentliche Verbrennung einsetzt.
Auch das Ausführungsbeispiel nach Figur k entspricht in der Qrundausgestaltung dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Gleiche Teile werden mit gleichen Ziffern bezeichnet, zu deren Beschreibung auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen werden kann. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ragt hier von dem dem Hauptbrennraum 7 zugewandten stirnseitigen Ende der Zündkammer ein zylindrischer Zapfen 23 in die Zündkammer 9 hinein. Der Zapfen erstreckt sich dabei koaxial " in einer Länge, die etwas größer ist als das Maß h der Schuß-
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kanäle. Durch diesen Zapfen erfährt der über die Überströmkanäle 12 eintretende Gemischstrom eine bessere Ausrichtung in tangentialer Richtung, so daß die Ausbildung eines schnell rotierenden Wirbels Wl begünstigt wird.
In seinem Inneren weist der zylindrische Zapfen eine Einlage 2Ί auf, die gute wärmeleitende Eigenschaften besitzt, so daß es auch in diesem Bereich der Zündkammer 9 zu keinen Temperaturen kommt, die eine Selbstzündung des allerdings noch nicht entmischten, mageren Betriebsgemisches bewirken würden. Die Einlage kann z.B. sich, wie in der Ausführung in Figur 4 gezeigt, auf den gesamten in den Brennraum ragenden Teil 8 des zylindrischen Hohlkörpers 5 erstrecken und seitlich zu den gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine führen. Die Einlage kann in vorteilhafter Weise z.B. aus Kupfer oder mit besseren Temperaturregeleigenschaften als Wärmerohr ausgeführt sein.
Um auch in der Startphase bereits mit relativ magerem Betriebsgemisch arbeiten zu können, ist es vorteilhaft, die zylindrische Wand 18 im Bereich der Zündstelle zu beheizen. Dazu ist in der Ausgestaltung nach Figur 4 dem Wärmerohr 15 ein Heizkörper 26 vorgeschaltet, der von einer Schalteinrichtung 27 mit Strom versorgt wird. Die Schalteinrichtung 27 erhält ein Steuersignal von einem Temperaturfühler 29, der die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erfaßt. Dies kann z.B. am Zylinderkopf oder im Kühlmedium der Brennkraftmaschine erfolgen. Bei Erreichen der Betriebstemperatur wird die Stromzufuhr zum Heizkörper 26 über die Schalteinrichtung 27 unterbrochen. In vorteilhafter Weise kann zur genauen Regelung der Wandtemperatur der Heizkörper aus PTC-Material bestehen. Bei konstanter Speisespannung steigt bei diesem Material der Widerstand ab einer bestimmten Temperatur stark an, so daß bei gleichbleibender Speisespannung die Leistungsabgabe des Heizkörpers verringert wird. Man erreicht hiermit einen Selbstregeleffekt und kann mit entsprechender Auswahl eines geeigneten PTC-Widerstands die Temperatur der zylindrischen Wand 18 nahe der Zündstelle auf eine*Temperatur
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unterhalb des Selbstzündtemperatur genau einregeln. Wenn die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht ist, kann die Heizung ganz abgeschaltet werden.
Die Ausgestaltung nach Figur 5 zeigt eine Variante zur Ausgestaltung nach Figur 1. Hier ist anstelle der Zündkerze 10 ein Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eine Einspritzdüse 31 eingeschraubt, durch die nach einem bekannten Schichtladungsverfahren zusätzlicher Kraftstoff in ein sehr mageres Gemisch eingespritzt wird, um dessen Zündfähigkeit zu erhöhen. Vorteilhaft wird dabei der Zusatzkraftstoff in Richtung auf die zylindrische Wand l8 der Zündkammer 9 gespritzt, von wo der Kraftstoff, soweit er noch nicht verdampft und vom eintretenden Gemisch aufgenommen wurde durch den hier ebenfalls stark ausgebildeten Hauptwirbel Wl abgetragen und zum einspritzdusenseitigen Ende der Zündkammer gefördert wird. Die durch das Wärmerohr geregelte Wandtemperatur der zylindrischen Wand 18 begünstigt die Aufbereitung und erhöht durch Erwärmung des geschichteten Gemisches dessen Zündfähigkeit. Am obersten Ende nahe der Einspritzdüse 31 weist die Zündkammer einen radialen Durchbruch auf, durch den die Elektrode 17' der Zündkerze 10· in die Zündkammer ragt und dort als Gegenelektrode die zylindrische Wand der Zündkammer 19 hat. Die in den vorstehenden Beispielen genannten Vorteile treffen auch auf dieses Anwendungsgebiet bei Schichtladung mit Zusatzkraftstoffeinspritzung in eine Zündkammer zu. Auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen weist die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen aufgeführten Ausgestaltungen der Zündkammer 9 wesentliche Vorteile auf. Auch hier werden die die Zündfähigkeit beeinträchtigenden Restgase durch einen Sekundärwirbel zurückgefördert und die eintretende Luft an der zylindrischen Wand 18 auf eine optimale Temperatur schnell erwärmt. Die im Einspritzzeitpunkt auf die zylindrische Wand auftreffenden Kraftstoffteilchen werden hier zur Selbstzündung optimal aufbereitet. Anstelle der in Figur 5 gezeigten Zündkerze kann in diesem Fall eine Glühkerze für den Kaltstart vorgesehen werden.
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In Figur 6 ist eine Ausgestaltung der Zündkammer für die Anwendung bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung wiedergegeben. Hier ist die Zündkammer im wesentlichen gleich aufgebaut wie z.B. beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5- Bei der hie r vorgesehenen Einspritzdüse 31 handelt es sich um eine Einspritzdüse für Dieselmotoren. Ergänzend zur Ausgestaltung nach Figur 5 weist die Ausführung nach Figur 6 eine Heizeinrichtung 26' in Form einer Heizspirale auf, die im oberen einspritzdüsennahen Teil der zylindrischen Wand 18 der Zündkammer eingesetzt ist und von einer Schalteinrichtung 27 gemäß der Ausgestaltung nach Figur 1J gesteuert wird. Das Widerstandsmaterial der Heizspirale kann auch hier ein, PTC-Material sein. Auf eine oben erwähnte Glühkerze kann verzichtet werden, da die Heizspirale die Funktion einer Züneinrichtung übernimmt. Gleichzeitig kann die Aufheizung der Zündkammerwand durch Motorbrenngase in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine unterstützt durch das Wärmerohr 15 vorteilhaft verkürzt werden und eine den weichen Lauf der Brennkraftmaschine begünstigende Verbrennung bei optimalter Kraftstoffumsetzung erzielt werden.
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Leerseite

Claims (1)

  1. ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
    Ansprüche
    1./Brennkraftmaschine mit Brennräumen, bestehend aus einem Hauptbrennraum und einer Zündkammer, die mit der Hauptbrennkammer durch wenigstens einen überströmkanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (9) einen langgezogenen geschlossenen Zylinder bildet, dessen eine stirnseitige Wand in den Hauptbrennraum (7) ragt und die dort wenigstens einen zur Achse des Zylinders im wesentlichen radial und zum Zylinderumfang tangential verlaufenden Überströmkanal (12) aufweist, der zum Hauptbrennraum (7) abzweigt.
    2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Überströmkanals (12) im wesentlichen oval ausgestaltet ist, wobei der größere Durchmesser (h) parallel zur Zylinderachse der Zündkammer (9) liegt.
    3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (12) so angeordnet ist, daß die die Zündkammer verlassenden Gase möglichst frei in den Hauptbrennraum (7) ausströmen können.
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    ORIGINAL INSPECTED
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    H. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die dem Hauptbrennraum abgewandten Stirnseite der Zündkammer (9) eine Zündkerze (10) einschraubbar ist.
    5· Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Hauptbrennraum abgewandten Stirnseite der Zündbrennkammer (9) einer Kraftstoffeinspritzdüse (31) angeordnet ist.
    6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Wand (18) der Zündkammer (9) eine Zündeinrichtung unmittelbar der Einspritzdüse (31) benachbart angeordnet ist.
    7· Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche H bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke der einen Zündfunken erzeugenden Zündeinrichtung (10, 10') in der Wandgrenzschicht der Zündkammer liegt.
    8. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (9) eine Einschnürung (20) aufweist, die die Zündkammer in einen oberen, der Zündstelle zugeordneten Teil (21) und einen unteren dem Überströmkanal (12) zugeordneten Teil trennt.
    9. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, da-
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    durch gekennzeichnet, daß auf der dem Hauptbrennraum (7) zu gewandten stirnseitigen Zündkammerwand ein zylindrischer, in die Zündkammer (9) ragender Zapfen (23) vorgesehen ist.
    10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet,
    daß die dem Hauptbrennraum (7) zugewandte stirnseitige Zünd- kammerwand und der Zapfen (23) im Innern eine gut wärmeleitende Einlage (21O mit wärmeleitendem Kontakt zu gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine aufweist.
    11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (24) aus Kupfer besteht.
    12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (2*1) aus einem Wärmerohr besteht.
    13· Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens einem Teil der an die gekühlten Teile der Brennkraftmaschine angrenzenden
    zylindrischen Wand (18) der Zündkammer (9) und diesen gekühl ten Teilen eine Zone (15) angeordnet ist, deren Wärmeleitfähigkeit temperaturabhängig steuerbar ist.
    1ή. Brennkraftmaschine nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (15) aus einem Ringspalt besteht, dessen Spaltbreite mit steigender Temperatur verminderbar ist.
    15· Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
    B09841/0505
    -H- R. '2 ί ::
    daß die Zone ein ringförmiges Wärmerohr (15) ist.
    16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zylindrischen Wand (18) der Zündkammer (9) und dem Wärmerohr (15) und/oder den gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine eine elektrische Heizeinrichtung (26) angeordnet ist.
    17· Brennkraftmaschine nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einem aus PTC-Widerstandsmaterial gebildeten Heizkörper (26) besteht.
    18. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche l6 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung über eine Schalteinrichtung (27), die die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erfaßt, bei Erreichen dieser Temperatur abschaltbar ist.
    19. Brennkraftmaschine nach Anspruch l8, gekennzeichnet durch die Verwendbarkeit der Heizeinrichtung (26) als Zündeinrichtung für den Kaltstart bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
    20. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (9) durch eine in die Hauptbrennraumwand der Brennkraftmaschine einschraubbaren, langgestreckten zylindrischen Hohlkörper (5) gebildet wird.
    21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
    809841/050B
    - 5 - R.. '3
    daß die Zündkammer (9) aus einem topfförmigen, durch eine einsetzbare Zündkerze (10) oder Einspritzdüse (31) verschließbaren Hohlkörper (5) gebildet wird, der eine Außenringnut (14) aufweist, in die ein Kapillarnetz (26) des Wärmerohres (15) eingesetzt ist und daß der Hohlkörper (5) in eine Schraubbuchse (3) dicht eingesetzt ist, die in die Hauptbrennraurawand der Brennkraftmaschine einschraubbar ist.
    809841/0505
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