DE102022101693B3 - Internal combustion engine with scavenging gas injection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Brennraum (3) und einer Zündkerze (8) zum Zünden eines in dem Brennraum (3) befindlichen Kraftstoff-Frischgas-Gemischs, wobei eine Zündelektrode (9) der Zündkerze (8) in einer strömungstechnisch an den Brennraum (3) angeschlossenen Vorkammer (10) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass eine Spülgaseinbringöffnung (18), durch welche über eine Spülgasleitung (17) zugeführtes Spülgas in die Vorkammer (10) einbringbar ist, auf in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse (13) der Zündkerze (8) dem Brennraum (3) abgewandter Seite der Zündelektrode (9) in die Vorkammer (10) einmündet.The invention relates to an internal combustion engine (1) with a combustion chamber (3) and a spark plug (8) for igniting a fuel/fresh gas mixture in the combustion chamber (3), with an ignition electrode (9) of the spark plug (8) in a fluidically is arranged connected to the combustion chamber (3) pre-chamber (10). It is provided that a scavenging gas introduction opening (18), through which scavenging gas supplied via a scavenging gas line (17) can be introduced into the antechamber (10), on the combustion chamber (3) in the axial direction with respect to a longitudinal center axis (13) of the spark plug (8). side facing away from the ignition electrode (9) opens into the antechamber (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum und einer Zündkerze zum Zünden eines in dem Brennraum befindlichen Kraftstoff-Frischgas-Gemischs, wobei eine Zündelektrode der Zündkerze in einer strömungstechnisch an den Brennraum angeschlossenen Vorkammer angeordnet ist, wobei eine Spülgaseinbringöffnung, durch welche über eine Spülgasleitung zugeführtes Spülgas in die Vorkammer einbringbar ist, auf in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse der Zündkerze dem Brennraum abgewandter Seite der Zündelektrode in die Vorkammer einmündet.The invention relates to an internal combustion engine with a combustion chamber and a spark plug for igniting a mixture of fuel and fresh gas in the combustion chamber, with an ignition electrode of the spark plug being arranged in a prechamber fluidically connected to the combustion chamber, with a scavenging gas introduction opening through which scavenging gas is supplied via a scavenging gas line Flushing gas can be introduced into the antechamber, opens out into the antechamber on the side of the ignition electrode facing away from the combustion chamber in the axial direction with respect to a longitudinal center axis of the spark plug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
Die Druckschrift
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin die Druckschriften
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs mithilfe der Zündkerze ermöglicht, bevorzugt bei gleichzeitig geringem Platzbedarf beziehungsweise kompakter Bauweise.The object of the invention is to propose an internal combustion engine which has advantages over known internal combustion engines, in particular enabling particularly reliable ignition of the fuel/fresh gas mixture using the spark plug, preferably with a small space requirement or compact design.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Zündkerze und die Vorkammer zumindest bereichsweise in einem ein Innengewinde aufweisenden Zündkerzenschacht der Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Spülgaseinbringöffnung in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Innengewinde angeordnet ist und/oder die Spülgasleitung in Überdeckung mit dem Innengewinde an die Spülgaseinbringöffnung strömungstechnisch angeschlossen ist.According to the invention, this is achieved with an internal combustion engine having the features of claim 1 . It is provided that the spark plug and the antechamber are arranged at least in regions in a spark plug shaft of the internal combustion engine that has an internal thread, with the scavenging gas introduction opening being arranged in the axial direction so that they overlap the internal thread and/or the scavenging gas line is arranged so that the internal thread overlaps the scavenging gas introduction opening in terms of flow connected.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Brennkraftmaschine dient beispielsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und insoweit zum Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Brennkraftmaschine kann hierbei Bestandteil des Kraftfahrzeugs sein, jedoch selbstverständlich auch separat von ihm vorliegen. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Brennkraftmaschine einen Zylinder, bevorzugt jedoch mehrere Zylinder auf. Soweit im Rahmen dieser Beschreibung von dem Zylinder beziehungsweise den Zylindern die Rede ist, so sind die Ausführungen stets auf jeden der mehreren Zylinder beziehungsweise den Zylinder der Brennkraftmaschine übertragbar.The internal combustion engine is used, for example, to drive a motor vehicle and to that extent to provide a drive torque aimed at driving the motor vehicle. The internal combustion engine can be part of the motor vehicle, but of course it can also be separate from it. In order to provide the drive torque, the internal combustion engine has one cylinder, but preferably has a plurality of cylinders. As far as the cylinder or the cylinders is mentioned in the context of this description, the explanations can always be transferred to each of the several cylinders or the cylinder of the internal combustion engine.
Der Zylinder ist vorzugsweise in einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine ausgestaltet. In dem Zylinder ist ein Kolben angeordnet, welcher antriebstechnisch mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, insbesondere über wenigstens eine Pleuelstange. Der Kolben begrenzt zusammen mit einer Zylinderwand des Zylinders und einem Zylinderdach des Zylinders den Brennraum. Die Zylinderwand ist insbesondere von dem Zylinderkurbelgehäuse gebildet. Das Zylinderdach liegt bevorzugt an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vor, welche an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt ist. Der Zylinderkopf schließt insoweit den Zylinder auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite ab. Liegen mehrere Zylinder vor, so verfügt jeder dieser Zylinder über einen separaten Brennraum.The cylinder is preferably configured in a cylinder crankcase of the internal combustion engine. A piston is arranged in the cylinder and is drivingly coupled to a crankshaft of the internal combustion engine, in particular via at least one connecting rod. The piston delimits the combustion chamber together with a cylinder wall of the cylinder and a cylinder roof of the cylinder. The cylinder wall is formed in particular by the cylinder crankcase. The cylinder roof is preferably on a cylinder head of the internal combustion engine, which is on the cylinder circuit housing is attached. In this respect, the cylinder head closes off the cylinder on the side opposite the piston. If there are several cylinders, each of these cylinders has a separate combustion chamber.
In den Brennraum beziehungsweise in jeden Brennraum mündet wenigstens ein Einlasskanal ein. Zudem geht von dem Brennraum beziehungsweise jedem Brennraum wenigstens ein Auslasskanal aus. Über den wenigstens einen Einlasskanal wird dem Brennraum während eines Betriebs der Brennkraftmaschine Frischgas oder das Kraftstoff-Frischgas-Gemisch zugeführt. Unter dem Frischgas ist insbesondere Frischluft, bevorzugt aus einer Au-ßenumgebung der Brennkraftmaschine, zu verstehen. Das Frischgas kann zusätzlich zu der Frischluft jedoch Abgas mit einem beliebigen Anteil enthalten, sofern die Brennkraftmaschine zur Abgasrückführung ausgestaltet ist. Ist dies der Fall, so wird zumindest zeitweise aus dem Brennraum abgeführtes Abgas dem Brennraum erneut zugeführt, nämlich über den wenigstens einen Einlasskanal.At least one intake port opens into the combustion chamber or into each combustion chamber. In addition, at least one outlet port extends from the combustion chamber or from each combustion chamber. During operation of the internal combustion engine, fresh gas or the fuel/fresh gas mixture is supplied to the combustion chamber via the at least one inlet channel. The fresh gas is to be understood in particular as fresh air, preferably from an external environment of the internal combustion engine. In addition to the fresh air, however, the fresh gas can contain exhaust gas in any proportion, provided that the internal combustion engine is designed for exhaust gas recirculation. If this is the case, exhaust gas discharged from the combustion chamber at least temporarily is fed back into the combustion chamber, namely via the at least one inlet port.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird bevorzugt mittels eines Kraftstoffinjektors Kraftstoff in den Brennraum eingebracht. Hierzu mündet der Kraftstoffinjektor beispielsweise in den Brennraum ein oder grenzt zumindest an ihn an, nämlich derart, dass eine Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors strömungstechnisch an den Brennraum angeschlossen ist beziehungsweise an ihn angrenzt. Durch das Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum bildet sich in dem Brennraum das Kraftstoff-Frischgas-Gemisch aus. Dieses wird mithilfe der Zündkerze gezündet und verbrennt nachfolgend. Hierbei entsteht Abgas, welches aus dem Brennraum abgeführt wird, nämlich durch den wenigstens einen Auslasskanal. Der wenigstens eine Auslasskanal geht hierzu von dem Brennraum aus.During operation of the internal combustion engine, fuel is preferably introduced into the combustion chamber by means of a fuel injector. For this purpose, the fuel injector opens, for example, into the combustion chamber or at least borders on it, namely in such a way that an injection nozzle of the fuel injector is fluidically connected to the combustion chamber or borders on it. The introduction of the fuel into the combustion chamber forms the fuel/fresh gas mixture in the combustion chamber. This is ignited by the spark plug and then burns. This produces exhaust gas, which is discharged from the combustion chamber, namely through the at least one outlet port. For this purpose, the at least one outlet channel starts from the combustion chamber.
Zum Zünden des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verfügt die Zündkerze über die Zündelektrode, mittels welcher ein Zündfunken an einer Zündstelle der Zündkerze erzeugbar ist. Insbesondere wirkt die Zündelektrode hierzu mit wenigstens einer weiteren Zündelektrode zusammen. Die Zündelektrode ist insbesondere eine Mittelelektrode, durch welche eine Längsmittelachse der Zündkerze verläuft. Die wenigstens eine weitere Zündelektrode ist vorzugsweise abseits der Längsmittelachse angeordnet, beispielsweise also in radialer Richtung bezüglich der Zündelektrode versetzt.To ignite the fuel/fresh gas mixture, the spark plug has the ignition electrode, by means of which an ignition spark can be generated at an ignition point of the spark plug. In particular, the ignition electrode interacts with at least one other ignition electrode for this purpose. The ignition electrode is in particular a center electrode through which a longitudinal center axis of the spark plug runs. The at least one further ignition electrode is preferably arranged off the longitudinal center axis, for example offset in the radial direction with respect to the ignition electrode.
Die Zündelektrode und insbesondere die Zündstelle sind in der Vorkammer angeordnet, die strömungstechnisch an den Brennraum angeschlossen ist. Die Zündelektrode beziehungsweise die Zündstelle liegt insoweit außerhalb des Brennraums vor. Unter der Vorkammer ist eine Kammer zu verstehen, welche durch eine Vorkammerwand von dem Brennraum abgetrennt ist, strömungstechnisch jedoch mit ihm in Verbindung steht. Beispielsweise ist hierzu in der Vorkammerwand wenigstens eine Überströmöffnung ausgestaltet. Besonders bevorzugt liegen mehrere derartiger Überströmöffnungen vor. The ignition electrode and in particular the ignition point are arranged in the antechamber, which is fluidically connected to the combustion chamber. To this extent, the ignition electrode or the ignition point is outside of the combustion chamber. The antechamber is to be understood as meaning a chamber which is separated from the combustion chamber by an antechamber wall, but is in fluid communication with it. For example, at least one overflow opening is designed for this purpose in the antechamber wall. There are particularly preferably several such overflow openings.
Die Vorkammer ist beispielsweise ebenso wie der Brennraum in dem Zylinder angeordnet, insbesondere also auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Zylinderdachs, bevorzugt nur teilweise oder vollständig. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorkammer zumindest teilweise oder vollständig auf der dem Zylinder abgewandten Seite des Zylinders angeordnet ist und insoweit außerhalb des Zylinders. Hierzu ist die Vorkammer beispielsweise in dem Zylinderkopf angeordnet. Vorzugsweise sind die Zündkerze und die Vorkammer in einem Zündkerzenschacht angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass sie vollständig in diesem vorliegen, oder dass zumindest die Vorkammer beziehungsweise die sie begrenzende Vorkammerwand teilweise aus dem Zündkerzenschacht herausragen, also in Richtung des Zylinders über diesen überstehen.Like the combustion chamber, the antechamber is arranged in the cylinder, for example, in particular on the side of the cylinder roof facing the combustion chamber, preferably only partially or completely. However, it can also be provided that the antechamber is arranged at least partially or completely on the side of the cylinder facing away from the cylinder and in this respect outside of the cylinder. For this purpose, the antechamber is arranged, for example, in the cylinder head. The spark plug and the prechamber are preferably arranged in a spark plug well. Provision can be made for them to be completely present in the latter, or for at least the prechamber or the prechamber wall delimiting it to partially protrude from the spark plug shaft, that is to say protrude beyond the latter in the direction of the cylinder.
Über die Überströmöffnung beziehungsweise die Überströmöffnungen wird zumindest zeitweise Fluid zwischen dem Brennraum und der Vorkammer ausgetauscht. Das Fluid strömt also entweder aus dem Brennraum in die Vorkammer oder umgekehrt aus der Vorkammer in den Brennraum. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass zunächst das in dem Brennraum vorliegende, unverbrannte Kraftstoff-Frischgas-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer strömt. Nachfolgend wird das Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mittels der Zündkerze in der Vorkammer gezündet, worauf das gezündete Gemisch aus der Vorkammer in den Brennraum eintritt und das dort vorliegende Gemisch ebenfalls zündet.Fluid is at least intermittently exchanged between the combustion chamber and the antechamber via the overflow opening or the overflow openings. The fluid either flows from the combustion chamber into the antechamber or, conversely, from the antechamber into the combustion chamber. For example, provision is made for the unburned fuel/fresh gas mixture present in the combustion chamber to first flow out of the combustion chamber into the antechamber. The fuel/fresh gas mixture is then ignited in the prechamber by means of the spark plug, whereupon the ignited mixture enters the combustion chamber from the prechamber and the mixture present there also ignites.
Die Vorkammer kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Vorkammer Bestandteil der Zündkerze sein und diese entsprechend als Vorkammerzündkerze vorliegen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorkammer an beziehungsweise in dem Zylinderdach ausgestaltet ist, vorzugsweise von dem Zylinderkopf, oder dass sie von einem separaten Bauteil gebildet ist. In diesen Fällen ragt die Zündkerze in die Vorkammer hinein, sodass ihre Zündelektrode beziehungsweise die Zündstelle in der Vorkammer vorliegt. Die Verwendung der Vorkammer hat vor allem bei hoher Last der Brennkraftmaschine Vorteile, insbesondere wird dort eine besonders hohe Effizienz erzielt.In principle, the antechamber can have any desired configuration. For example, the antechamber can be part of the spark plug and this can accordingly be in the form of an antechamber spark plug. However, it can also be provided that the antechamber is configured on or in the cylinder roof, preferably by the cylinder head, or that it is formed by a separate component. In these cases, the spark plug protrudes into the antechamber, so that its ignition electrode or ignition point is in the antechamber. The use of the antechamber has advantages above all when the internal combustion engine is under high load, in particular a particularly high level of efficiency is achieved there.
Allerdings beruht ein Wechsel des Fluids in der Vorkammer allein auf passiven Effekten während des Einbringens des Frischgases in den Brennraum und/oder während des Ausbringens des Abgases aus dem Brennraum. Aus diesem Grund soll zur weiteren Steigerung der Effizienz der Brennkraftmaschine die Vorkammer aktiv mit dem Spülgas gespült werden. Das Spülen erfolgt bevorzugt nach dem Zünden des in der Vorkammer und dem Brennraum vorliegenden Gemischs, insbesondere während oder nach dem Ausbringen des Abgases aus dem Brennraum, und vor dem nachfolgenden Bereitstellen des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs zur Zündung in der Vorkammer, insbesondere vor dem Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum. Als Spülgas wird bevorzugt Frischgas, insbesondere Frischluft, verwendet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Spülgas ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch ist.However, a change in the fluid in the antechamber is based solely on passive effects during the introduction of the fresh gas into the combustion chamber and/or during the discharge of the exhaust gas from the combustion chamber. For this reason, to further increase the efficiency of the internal combustion engine, the antechamber should be actively flushed with the flushing gas. The scavenging preferably takes place after the mixture present in the prechamber and the combustion chamber has been ignited, in particular during or after the discharge of the exhaust gas from the combustion chamber, and before the subsequent provision of the fuel/fresh gas mixture for ignition in the prechamber, in particular before introduction of the fuel into the combustion chamber. Fresh gas, in particular fresh air, is preferably used as the flushing gas. However, it can also be provided that the flushing gas is a mixture of fuel and fresh gas.
Zum Einbringen des Spülgases in die Vorkammer liegt die Spülgaseinbringöffnung vor, die strömungstechnisch an die Spülgasleitung angeschlossen ist. Strömungstechnisch gesehen ist insoweit die Spülgasleitung über die Spülgaseinbringöffnung an die Vorkammer angeschlossen, sodass durch die Spülgasleitung zugeführtes Spülgas durch die Spülgaseinbringöffnung in die Vorkammer gelangt. Um ein besonders effektives Spülen der Vorkammer zu ermöglichen, insbesondere ein Spülen des Zündbereichs, mündet die Spülgaseinbringöffnung - in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse der Zündkerze gesehen - auf derjenigen Seite der Zündelektrode in die Vorkammer ein, welche dem Brennraum abgewandt ist.The scavenging gas introduction opening, which is fluidically connected to the scavenging gas line, is present for introducing the scavenging gas into the antechamber. In terms of flow, the scavenging gas line is connected to the antechamber via the scavenging gas introduction opening, so that scavenging gas supplied through the scavenging gas line passes through the scavenging gas introduction opening into the antechamber. In order to enable a particularly effective scavenging of the prechamber, in particular scavenging of the ignition area, the scavenging gas introduction opening opens into the prechamber on that side of the ignition electrode which faces away from the combustion chamber—seen in the axial direction with respect to the longitudinal central axis of the spark plug.
Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass - wiederum in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse gesehen - die Spülgaseinbringöffnung auf der der Überströmöffnung beziehungsweise den Überströmöffnungen abgewandten Seite der Zündelektrode in die Vorkammer einmündet. Dies ermöglicht während des Spülen ein Vorbeiströmen des Spülgases an der Zündelektrode und insbesondere ein Durchströmen des Zündbereichs. Folglich liegt die Zündelektrode beziehungsweise der Zündbereich strömungstechnisch gesehen zwischen der Spülgaseinbringöffnung beziehungsweise ihrer Einmündungsstelle in die Vorkammer und der Überströmöffnung beziehungsweise den Überströmöffnungen. Durch das Spülen der Vorkammer wird eventuell in ihr noch vorliegendes Abgas aus ihr ausgetragen, sodass nachfolgend ein besonders gut zündfähiges Gemisch in ihr bereitgestellt wird. Hierdurch wird die Effizienz der Brennkraftmaschine verbessert.This means in particular that—again seen in the axial direction with respect to the longitudinal center axis—the scavenging gas introduction opening opens into the antechamber on the side of the ignition electrode facing away from the overflow opening or the overflow openings. This allows the flushing gas to flow past the ignition electrode during flushing and in particular to flow through the ignition area. Consequently, in terms of flow, the ignition electrode or the ignition area lies between the flushing gas introduction opening or the point at which it flows into the antechamber and the overflow opening or the overflow openings. By flushing the antechamber, any exhaust gas that may still be present in it is discharged from it, so that a particularly easily ignitable mixture is then made available in it. This improves the efficiency of the internal combustion engine.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass von einem Grundkörper der Zündkerze ein in die Vorkammer hineinragender Isolator ausgeht, der auf seiner dem Grundkörper abgewandten Seite die Zündelektrode trägt, wobei in axialer Richtung gesehen die Spülgaseinbringöffnung beabstandet von der Zündelektrode und in Überdeckung mit dem Isolator in die Vorkammer einmündet. Die Zündkerze weist insoweit zumindest den Grundkörper, den Isolator und die Zündelektrode auf. Die Zündelektrode ist über den Isolator mit dem Grundkörper verbunden, bevorzugt ausschließlich über den Isolator. In radialer Richtung weist der Isolator bevorzugt durchgehend kleinere Abmessungen auf als der Grundkörper. Insbesondere ist ein über die Erstreckung des Isolators in axialer Richtung größter Durchmesser des Isolator kleiner als der über seine Erstreckung in axialer Richtung größter Durchmesser des Grundkörpers. Dies führt insbesondere dazu, dass ein Zündkerzenschacht, in welchem die Zündkerze angeordnet ist, in radialer Richtung vollständig von der Zündkerze ausgefüllt ist, wohingegen der Isolator und die Zündelektrode lediglich einen Teil des Querschnitts des Zündkerzenschachts einnehmen.A further development of the invention provides that an insulator protruding into the prechamber extends from a base body of the spark plug and carries the ignition electrode on its side facing away from the base body, with the flushing gas introduction opening being at a distance from the ignition electrode and overlapping the insulator in the antechamber opens. To this extent, the spark plug has at least the base body, the insulator and the ignition electrode. The ignition electrode is connected to the base body via the insulator, preferably exclusively via the insulator. In the radial direction, the insulator preferably has consistently smaller dimensions than the base body. In particular, the greatest diameter of the insulator over the extent of the insulator in the axial direction is smaller than the greatest diameter of the base body over its extent in the axial direction. In particular, this means that a spark plug shaft in which the spark plug is arranged is completely filled by the spark plug in the radial direction, whereas the insulator and the ignition electrode only take up part of the cross section of the spark plug shaft.
Die Spülgaseinbringöffnung mündet beabstandet von der Zündelektrode in die Vorkammer ein, nämlich auf ihrer dem Brennraum beziehungsweise der Überströmöffnung beziehungsweise den Überströmöffnungen abgewandten Seite. Zusätzlich erfolgt das Einmünden in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse gesehen im Bereich des Isolators, also in Überdeckung mit dem Isolator. Dies führt zu einem Umströmen des Isolators mit dem Spülgas, sodass auch der Bereich der Vorkammer um den Isolator herum effektiv mit dem Spülgas gespült wird und eventuell noch dort vorliegendes Abgas effektiv ausgetragen wird.The scavenging gas introduction opening opens into the antechamber at a distance from the ignition electrode, namely on its side facing away from the combustion chamber or the overflow opening or the overflow openings. In addition, viewed in the axial direction with respect to the longitudinal center axis, the opening takes place in the area of the insulator, ie in overlap with the insulator. This leads to the flushing gas flowing around the insulator, so that the area of the antechamber around the insulator is also effectively flushed with the flushing gas and any exhaust gas still present there is effectively discharged.
Die Erfindung sieht vor, dass die Zündkerze und die Vorkammer zumindest bereichsweise in einem ein Innengewinde aufweisenden Zündkerzenschacht der Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Spülgaseinbringöffnung in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Innengewinde angeordnet ist und/oder die Spülgasleitung in Überdeckung mit dem Innengewinde an die Spülgaseinbringöffnung strömungstechnisch angeschlossen ist. Der Zündkerzenschacht dient der Aufnahme der Zündkerze und der Vorkammer. Der Zündkerzenschacht mündet insoweit auf einer Seite in die Brennkammer beziehungsweise den Zylinder ein.The invention provides that the spark plug and the prechamber are arranged at least in regions in a spark plug shaft of the internal combustion engine that has an internal thread, with the scavenging gas introduction opening being arranged in the axial direction so as to overlap the internal thread and/or the scavenging gas line to overlap the internal thread on the scavenging gas introduction opening is fluidically connected. The spark plug shaft is used to accommodate the spark plug and the prechamber. In this respect, the spark plug shaft opens into the combustion chamber or the cylinder on one side.
Besonders bevorzugt ist der Zündkerzenschacht als gestufte Ausnehmung ausgeführt, sodass er auf seiner der Brennkammer zugewandten Seite einen durchmesserkleineren Abschnitt und auf seiner der Brennkammer abgewandten Seite einen durchmessergrößeren Abschnitt aufweist. Hierdurch ist eine Anlageschulter geschaffen, an welcher die Zündkerze und/oder eine die Vorkammer begrenzende Vorkammerwand anliegen. Die Anlageschulter verhindert eine Verlagerung der Zündkerze beziehungsweise der Vorkammerwand in Richtung der Brennkammer.The spark plug shaft is particularly preferably designed as a stepped recess, so that it has a section with a smaller diameter on its side facing the combustion chamber and a section with a larger diameter on its side facing away from the combustion chamber. This creates a contact shoulder against which the spark plug and/or a prechamber wall delimiting the prechamber rests. The investment school ter prevents displacement of the spark plug or the pre-chamber wall in the direction of the combustion chamber.
Zur Befestigung der Zündkerze und/oder der Vorkammerwand verfügt der Zündkerzenschacht über das Innengewinde, in welches die Zündkerze beziehungsweise die Vorkammerwand eingeschraubt ist. Um eine möglichst kompakte Ausgestaltung der Anordnung aus Zündkerze und Vorkammer zu erzielen, ist die Spülgaseinbringöffnung in axialer Richtung gesehen in Überdeckung mit dem Innengewinde ausgestaltet. Das bedeutet, dass - wiederum in axialer Richtung gesehen - die Spülgaseinbringöffnung im Bereich des Innengewindes in die Vorkammer einmündet. Zusätzlich oder alternativ ist die Spülgasleitung in Überdeckung mit dem Innengewinde an die Spülgaseinbringöffnung angeschlossen. Das bedeutet, dass eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Spülgasleitung und der Spülgaseinbringöffnung in axialer Richtung gesehen im Bereich des Innengewindes beziehungsweise in Überdeckung mit dem Innengewinde vorliegt. Die beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine zeichnet sich durch eine besonders kompakte Anordnung aus Zündkerze und Vorkammer in axialer Richtung aus.To fasten the spark plug and/or the antechamber wall, the spark plug shaft has the internal thread into which the spark plug or the antechamber wall is screwed. In order to achieve the most compact configuration possible for the arrangement of spark plug and prechamber, the scavenging gas introduction opening is designed to overlap with the internal thread, as seen in the axial direction. This means that—again viewed in the axial direction—the flushing gas introduction opening opens into the antechamber in the area of the internal thread. Additionally or alternatively, the scavenging gas line is connected to the scavenging gas introduction opening so that the internal thread overlaps. This means that there is a fluidic connection between the scavenging gas line and the scavenging gas introduction opening, seen in the axial direction, in the area of the internal thread or in overlapping relationship with the internal thread. The configuration of the internal combustion engine described is distinguished by a particularly compact arrangement of the spark plug and prechamber in the axial direction.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spülgasleitung über eine das Innengewinde durchgreifende Spülgasleitungsmündungsöffnung in den Zündkerzenschacht einmündet und die Spülgaseinbringöffnung in Überdeckung mit der Spülgasleitungsmündungsöffnung angeordnet ist, oder dass die Spülgasleitung in eine das Innengewinde durchgreifende und die Zündkerze umgreifende Ringkammer einmündet, mit dem die Spülgaseinbringöffnung in Überdeckung steht. Die Spülgasleitung mündet unter Ausbildung der Spülgasleitungsmündungsöffnung in den Zündkerzenschacht ein. Die Spülgasleitungsmündungsöffnung liegt in axialer Richtung gesehen in Überdeckung mit dem Innengewinde vor, durchgreift dieses also.A further development of the invention provides that the scavenging gas line opens into the spark plug shaft via a scavenging gas line opening that penetrates the internal thread and the scavenging gas introduction opening is arranged to overlap with the scavenging gas line opening, or that the scavenging gas line opens into an annular chamber that penetrates through the internal thread and encompasses the spark plug, with which the Purge gas inlet opening is overlapped. The scavenging gas line opens into the spark plug shaft, forming the scavenging gas line opening. Viewed in the axial direction, the scavenging gas line outlet opening overlaps the internal thread, ie penetrates through it.
Um die strömungstechnische Verbindung zwischen der Spülgasleitung und der Spülgaseinbringöffnung herzustellen, ist die Zündkerze beziehungsweise die Vorkammerwand derart in dem Zündkerzenschacht angeordnet, dass die Spülgaseinbringöffnung und die Spülgasleitungsmündungsöffnung in Überdeckung miteinander stehen. Die Strömungsverbindung zwischen der Spülgasleitung und der Spülgaseinbringöffnung ist durch ein Anliegen der Zündkerze beziehungsweise der Vorkammerwand an einer den Zündkerzenschacht begrenzenden Wand beziehungsweise an dem Innengewinde in axialer Richtung abgedichtet.In order to create the fluidic connection between the scavenging gas line and the scavenging gas inlet opening, the spark plug or the antechamber wall is arranged in the spark plug shaft in such a way that the scavenging gas inlet opening and the scavenging gas line orifice overlap. The flow connection between the scavenging gas line and the scavenging gas introduction opening is sealed in the axial direction by the spark plug or the antechamber wall resting against a wall delimiting the spark plug shaft or against the internal thread.
Alternativ zu der das Innengewinde durchgreifenden Spülgasleitungsmündungsöffnung ist die Zündkerze von der Ringkammer umgriffen. Unter der Ringkammer ist eine ringförmiger Kammer zu verstehen, die in axialer Richtung die gleichen oder in etwa die gleichen Abmessungen aufweist wie die Spülgaseinbringöffnung. Bevorzugt betragen Abmessungen der Ringkammer in axialer Richtung mindestens 50 %, mindestens 75 % oder mindestens 100 % und/oder höchstens 150 %, höchstens 125 % oder höchstens 100 % der Abmessungen der Spülgaseinbringöffnung in derselben Richtung.As an alternative to the scavenging gas line orifice passing through the internal thread, the spark plug is encompassed by the annular chamber. The annular chamber is to be understood as meaning an annular chamber which has the same or approximately the same dimensions in the axial direction as the flushing gas introduction opening. The dimensions of the annular chamber in the axial direction are preferably at least 50%, at least 75% or at least 100% and/or at most 150%, at most 125% or at most 100% of the dimensions of the flushing gas introduction opening in the same direction.
Die Ringkammer durchgreift das Innengewinde in Richtung der Spülgaseinbringöffnung, nämlich derart, dass die Spülgasleitung über die Ringkammer an die Spülgaseinbringöffnung strömungstechnisch angebunden ist. Hierzu steht die Spülgaseinbringöffnung mit der Ringkammer in Überdeckung. Bevorzugt übergreift die Ringkammer die Spülgaseinbringöffnung zumindest in axialer Richtung vollständig, um mögliche Druckverluste zu vermeiden. Die Ringkammer sorgt insbesondere für eine Beruhigung des Spülgases vor dessen Eintreten in die Vorkammer.The annular chamber passes through the internal thread in the direction of the scavenging gas introduction opening, namely in such a way that the scavenging gas line is fluidically connected to the scavenging gas introduction opening via the annular chamber. For this purpose, the flushing gas introduction opening overlaps with the annular chamber. The annular chamber preferably overlaps the flushing gas introduction opening completely, at least in the axial direction, in order to avoid possible pressure losses. In particular, the annular chamber ensures that the flushing gas calms down before it enters the antechamber.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorkammer in radialer Richtung nach außen von einer Vorkammerwand begrenzt ist, die von der Zündkerze ausgeht oder einen von der Zündkerze beabstandeten Vorkammereinsatz bildet. Die Vorkammerwand geht beispielsweise von dem Grundkörper der Zündkerze aus oder ist zumindest an diesem befestigt. Die Vorkammerwand umgreift in diesem Fall den Isolator vollständig, nämlich ausgehend von dem Grundkörper bis hin zu der Zündelektrode. Bei einer solchen Ausgestaltung liegt die Zündkerze vorzugsweise als Vorkammerzündkerze vor, in welche die Vorkammer durch die Anordnung der Vorkammerwand an dem Grundkörper bereits integriert ist. Dies ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen Standardkomponenten. Beispielsweise wird eine herkömmliche Vorkammerzündkerze bereitgestellt und die Spülgaseinbringöffnung nachträglich in ihr beziehungsweise in der Vorkammerwand hergestellt.A further development of the invention provides that the prechamber is delimited outwards in the radial direction by a prechamber wall which extends from the spark plug or forms a prechamber insert spaced apart from the spark plug. The antechamber wall starts, for example, from the base body of the spark plug or is at least attached to it. In this case, the antechamber wall completely encloses the insulator, namely starting from the base body up to the ignition electrode. In such a configuration, the spark plug is preferably in the form of a pre-chamber spark plug, in which the pre-chamber is already integrated as a result of the arrangement of the pre-chamber wall on the base body. This enables the use of inexpensive standard components. For example, a conventional prechamber spark plug is provided and the scavenging gas introduction opening is subsequently produced in it or in the prechamber wall.
Alternativ liegt die Vorkammerwand in axialer Richtung beabstandet von der Zündkerze beziehungsweise ihrem Grundkörper vor. Der von dem Grundkörper ausgehende Isolator der Zündkerze erstreckt sich bis in die von der Vorkammerwand begrenzte Vorkammer hinein, sodass die Zündelektrode im Bereich der Vorkammerwand vorliegt, insbesondere in axialer Richtung mit ihr in Überdeckung steht. Zur Beabstandung der Zündkerze beziehungsweise ihres Grundkörpers von der Vorkammerwand ist zwischen ihnen der Spalt gebildet.Alternatively, the antechamber wall is located at a distance from the spark plug or its base body in the axial direction. The insulator of the spark plug extending from the base body extends into the prechamber delimited by the prechamber wall, so that the ignition electrode is present in the region of the prechamber wall, in particular overlapping with it in the axial direction. The gap is formed between the spark plug and its base body to space it away from the antechamber wall.
Vorzugsweise liegen in diesem Fall die Zündkerze und die Vorkammerwand als separate Bauteile vor, welche auch separat voneinander in den Zündkerzenschacht eingebracht werden. Beispielsweise wird zunächst die Vorkammerwand in dem Zündkerzenschacht angeordnet, insbesondere in ihn eingeschraubt, und erst nachfolgend die Zündkerze. Bei einer solchen Ausgestaltung liegt zwar ein erhöhter Montageaufwand vor, allerdings ist keine separate Herstellung der Spülgaseinbringöffnung notwendig, da diese bereits von dem Spalt gebildet ist. Aufgrund der Verwendung des Spalts ist zudem ein besonders gleichmäßiges Einströmen des Spülgases in die Vorkammer realisiert.In this case, the spark plug and the antechamber wall are preferably present as separate components, which are also installed separately from one another in the ignition candle shaft to be introduced. For example, first the antechamber wall is arranged in the spark plug well, in particular screwed into it, and only then is the spark plug. With such a configuration, there is indeed an increased assembly outlay, but no separate production of the flushing gas introduction opening is necessary, since this is already formed by the gap. Due to the use of the gap, a particularly uniform inflow of the flushing gas into the antechamber is also achieved.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorkammerwand auf ihrer der Vorkammer in radialer Richtung abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, über die eine Strömungsverbindung zwischen der Spülgasleitung und der Spülgaseinbringöffnung hergestellt ist. Die Ausnehmung kann als Vertiefung vorliegen, die die Vorkammerwand in radialer Richtung nach innen lediglich teilweise durchgreift, in radialer Richtung nach außen jedoch randoffen ist. Alternativ liegt die Ausnehmung als Durchbruch vor, welcher die Vorkammerwand in radialer Richtung vollständig durchgreift.A development of the invention provides that the antechamber wall has a recess on its side facing away from the antechamber in the radial direction, via which a flow connection is established between the scavenging gas line and the scavenging gas introduction opening. The recess can be in the form of a depression which only partially passes through the antechamber wall in the radial inward direction, but is open at the edge in the radial outward direction. Alternatively, the recess is in the form of an opening which extends completely through the antechamber wall in the radial direction.
In jedem Fall ist über die Ausnehmung die Strömungsverbindung zwischen der Spülgasleitung der Spülgaseinbringöffnung hergestellt, welche hierbei in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Insbesondere mündet die Spülgasleitung in axialer Richtung beabstandet von der Spülgaseinbringöffnung in den Zündkerzenschacht ein. Anders ausgedrückt ist die Spülgasleitungsmündungsöffnung in axialer Richtung versetzt zu der Spülgaseinbringöffnung angeordnet.In any case, the flow connection between the scavenging gas line and the scavenging gas introduction opening is established via the recess, which openings are arranged offset relative to one another in the axial direction. In particular, the scavenging gas line opens into the spark plug shaft at a distance from the scavenging gas introduction opening in the axial direction. In other words, the scavenging gas line opening is offset in the axial direction relative to the scavenging gas introduction opening.
Über die Ausnehmung wird das Spülgas zielgerichtet von der Spülgasleitungsmündungsöffnung zu der Spülgaseinbringöffnung geleitet. Die Ausgestaltung der Ausnehmung als Vertiefung ist insbesondere dann realisiert, falls der Isolator in radialer Richtung von der Vorkammerwand beabstandet angeordnet ist. Erstreckt sich der Isolator jedoch in radialer Richtung zumindest abschnittsweise bis hin an die Vorkammerwand, so kann der Durchbruch vorliegen, da die Ausnehmung so auf ihrer der Vorkammer zugewandten Seite von dem Isolator verschlossen ist. In jedem Fall ist eine strömungsgünstige Führung des Spülgases realisiert.The scavenging gas is routed in a targeted manner via the recess from the scavenging gas line opening to the scavenging gas introduction opening. The configuration of the recess as a depression is implemented in particular if the insulator is arranged at a distance from the antechamber wall in the radial direction. However, if the insulator extends in the radial direction at least in sections as far as the antechamber wall, the opening can be present since the recess is closed by the insulator on its side facing the antechamber. In any case, a streamlined routing of the flushing gas is realized.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine weitere Spülgaseinbringöffnung auf in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse der Zündkerze dem Brennraum abgewandter Seite der Zündelektrode in die Vorkammer einmündet, wobei die weitere Spülgaseinbringöffnung von einer den Zündkerzenschacht in radialer Richtung nach außen begrenzenden Zündkerzenschachtwand verschlossen ist oder über die Ringkammer an die Spülgasleitung strömungstechnisch angeschlossen ist. Die weitere Spülgaseinbringöffnung liegt zusätzlich zu der weiteren Spülgaseinbringöffnung vor. Beispielsweise sind die Spülgaseinbringöffnung und die weitere Spülgaseinbringöffnung in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse versetzt zueinander, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet. Es kann lediglich eine einzige weitere Spülgaseinbringöffnung vorliegen oder aber eine Mehrzahl von Spülgaseinbringöffnungen.A further development of the invention provides that a further scavenging gas introduction opening opens into the prechamber on the side of the ignition electrode facing away from the combustion chamber in the axial direction with respect to the longitudinal center axis of the spark plug, the further scavenging gas introduction opening being closed by a spark plug well wall delimiting the spark plug well in the radial direction outwards or via it the annular chamber is fluidically connected to the flushing gas line. The further purge gas introduction port is in addition to the further purge gas introduction port. For example, the scavenging gas introduction opening and the further scavenging gas introduction opening are offset in relation to one another in the circumferential direction with respect to the longitudinal central axis, in particular arranged evenly distributed. There can be only a single further scavenging gas introduction opening or else a plurality of scavenging gas introduction openings.
Die weitere Spülgaseinbringöffnung beziehungsweise die mehreren weiteren Spülgaseinbringöffnungen sind analog zu der Spülgaseinbringöffnung ausgestaltet, sodass grundsätzlich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Allerdings ist die weitere Spülgaseinbringöffnung derart angeordnet, dass sie von der Zündkerzenschachtwand verschlossen ist, also nicht oder allenfalls über die Vorkammer selbst mit der Spülgasleitung in Strömungsverbindung steht. Bei einer solchen Ausgestaltung ermöglicht die weitere Spülgaseinbringöffnung eine flexible Verwendung der Zündkerze, da bei dem Anordnen der Zündkerze in dem Zündkerzenschacht stets eine der Spülgaseinbringöffnungen, also entweder die Spülgaseinbringöffnung oder die weitere Spülgaseinbringöffnung, strömungstechnisch an die Spülgasleitung angeschlossen ist, sodass stets eine der Spülgaseinbringöffnungen als Spülgaseinbringöffnung und eine andere als weitere Spülgaseinbringöffnung vorliegt.The further scavenging gas introduction opening or the several further scavenging gas introduction openings are configured analogously to the scavenging gas introduction opening, so that in principle reference is made to the corresponding explanations. However, the further scavenging gas introduction opening is arranged in such a way that it is closed by the spark plug shaft wall, ie it is not in flow connection with the scavenging gas line, or at most it is via the antechamber itself. In such a configuration, the further scavenging gas introduction opening enables flexible use of the spark plug, since when the spark plug is arranged in the spark plug shaft, one of the scavenging gas introduction openings, i.e. either the scavenging gas introduction opening or the further scavenging gas introduction opening, is always fluidly connected to the scavenging gas line, so that one of the scavenging gas introduction openings is always Purge gas introduction opening and another than further purge gas introduction opening.
Alternativ ist es vorgesehen, dass die weitere Spülgaseinbringöffnung zusätzlich zu der Spülgaseinbringöffnung an die Ringkammer strömungstechnisch angeschlossen ist. In diesem Fall kann ein besonders strömungsgünstiges und gleichmäßiges Einströmen des Spülgases in die Vorkammer erfolgen. Insgesamt wird durch die beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine eine einfache Montage beziehungsweise eine besonders strömungsgünstige Spülgasführung erzielt.Alternatively, it is provided that the further scavenging gas introduction opening is fluidically connected to the annular chamber in addition to the scavenging gas introduction opening. In this case, the flushing gas can flow into the antechamber in a particularly streamlined and uniform manner. Overall, the described embodiment of the internal combustion engine achieves simple assembly or a particularly streamlined flow of scavenging gas.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spülgaseinbringöffnung in einen Ringspalt der Vorkammer einmündet, der in radialer Richtung nach innen von dem Isolator und in radialer Richtung nach außen von der Vorkammerwand begrenzt ist. Der Ringspalt erstreckt sich in axialer Richtung gesehen von dem Grundkörper der Zündkerze bis hin zu der Zündelektrode. Beispielsweise vergrößert sich eine Durchströmungsquerschnittsfläche des Ringspalts ebenfalls ausgehend von dem Grundkörper in Richtung der Zündelektrode. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Durchströmungsquerschnittsfläche des Ringspalts über die Erstreckung des Isolators hinweg gleich bleibt. Das Einbringen des Spülgases in den Ringspalt über die Spülgaseinbringöffnung ermöglicht ein besonders effektives Spülen der Vorkammer, da diese zu großen Teilen von dem Spülgas durchströmt wird.A development of the invention provides that the flushing gas introduction opening opens into an annular gap of the antechamber, which is delimited in the radial direction inward by the insulator and in the radial direction outward by the antechamber wall. Viewed in the axial direction, the annular gap extends from the base body of the spark plug to the ignition electrode. For example, a flow cross-sectional area of the annular gap also increases starting from the base body in the direction of the ignition electrode. However, it can also be provided that the flow cross-sectional area of the annular gap remains the same over the extent of the insulator. The introduction of the scavenging gas into the annular gap via the scavenging gas introduction opening enables a particularly effective scavenging of the antechamber, since the scavenging gas flows through it to a large extent.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zündkerze und/oder die Vorkammerwand ein Außengewinde aufweisen, das in das Innengewinde des Zündkerzenschachts eingreift. Liegen die Zündkerze und die Vorkammerwand als Einheit, also als Vorkammerzündkerze vor, so kann das Außengewinde entweder an der Zündkerze oder an der Vorkammerwand oder an beiden ausgestaltet sein. Sind die Zündkerze und die Vorkammerwand separate Elemente, so weisen sie jeweils das Außengewinde auf. Die Befestigung der Zündkerze beziehungsweise der Vorkammerwand in dem Zündkerzenschacht erfolgt mithilfe des Außengewindes, das hierzu mit dem Innengewinde des Zündkerzenschachts zusammenwirkt. Hierdurch ist eine zuverlässige Befestigung der genannten Elemente realisiert.A development of the invention provides that the spark plug and/or the antechamber wall have an external thread which engages in the internal thread of the spark plug shaft. If the spark plug and the antechamber wall are present as a unit, ie as an antechamber spark plug, the external thread can be designed either on the spark plug or on the antechamber wall or on both. If the spark plug and the pre-chamber wall are separate elements, they each have the external thread. The spark plug or the antechamber wall is fastened in the spark plug shaft using the external thread, which for this purpose interacts with the internal thread of the spark plug shaft. As a result, a reliable attachment of the elements mentioned is realized.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren 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. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.The features and feature combinations described in the description, in particular the features and feature combinations described in the following description of the figures and/or shown in the figures, can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention. The invention is therefore also to be regarded as encompassing embodiments which are not explicitly shown or explained in the description and/or the figures, but emerge from the explained embodiments or can be derived from them.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Brennkraftmaschine, welche eine Zündkerze und eine eine Zündelektrode der Zündkerze aufnehmende Vorkammer aufweist, sowie -
2 schematische Darstellungen von unterschiedlichen Ausführungsformen der Zündkerze und der Vorkammer.
-
1 a schematic sectional view through an internal combustion engine, which has a spark plug and an ignition electrode of the spark plug receiving pre-chamber, and -
2 schematic representations of different embodiments of the spark plug and the prechamber.
Die
Zur Zündung eines in dem Brennraum 3 vorliegenden Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verfügt die Brennkraftmaschine 1 über eine Zündkerze 8, deren Zündelektrode in einer Vorkammer 10 angeordnet ist, die über wenigstens eine Überströmöffnung 11 an den Brennraum 3 angeschlossen ist. Die Zündelektrode 9 liegt als Mittelelektrode vor. Zusätzlich zu der Zündelektrode 9 weist die Zündkerze 8 zumindest eine weitere Zündelektrode 12 auf, welche in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse 13 der Zündkerze 8 von der Zündelektrode 9 beabstandet angeordnet ist. Zwischen der Zündelektrode 9 und der weiteren Zündelektrode 12 liegt eine Zündstelle der Zündkerze 8 vor, an welcher zumindest zeitweise ein Zündfunken zur Zündung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs erzeugt wird.To ignite a fuel/fresh gas mixture present in
Die Zündelektrode 9 liegt an einem Isolator 15 vor, der von einem Grundkörper 16 der Zündkerze 8 ausgeht. Der Isolator 15 erstreckt sich ausgehend von dem Grundkörper 16 in axialer Richtung in Richtung des Brennraums 3, durch die Vorkammer 10 hindurch. Es ist nun vorgesehen, dass die Vorkammer 10 zumindest zeitweise mit einem Spülgas gespült wird. Das Spülgas wird über eine Spülgasleitung 17 zugeführt, die über eine Spülgaseinbringöffnung 18 an die Vorkammer 10 strömungstechnisch angeschlossen ist. In der Spülgasleitung 17 ist bevorzugt ein Spülgasventil 19 angeordnet, mittels welchem ein Volumenstrom beziehungsweise Massenstrom des Spülgases durch die Spülgasleitung 17 einstellbar ist. Das Spülgasventil 19 liegt beispielsweise als Rückschlagventil oder alternativ als Stellventil, beispielsweise als Magnetventil vor.The
Die
Die Vorkammerwand 20 ragt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel geringfügig in den Brennraum 3 hinein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorkammerwand 20 vollständig in einem Zündkerzenschacht 21 aufgenommen ist. Der Zündkerzenschacht 21 liegt als gestufte Ausnehmung vor, sodass eine Anlageschulter 22 gebildet ist, an welcher sich die Zündkerze 8 in axialer Richtung in Richtung des Brennraums 3 abstützt. Der Zündkerzenschacht 21 weist ein Innengewinde 23 auf, welches mit einem Außengewinde 24 der Vorkammerwand 20 zusammenwirkt, um die Zündkerze 8 in dem Zündkerzenschacht 21 zu halten.In the exemplary embodiment shown, the
Zur strömungstechnischen Anbindung der Vorkammer 10 an die Spülgasleitung 17 liegt die Spülgaseinbringöffnung 18 in Überdeckung mit einer Spülgasleitungsmündungsöffnung 25 vor, welche das Innengewinde 23 durchgreift. Der hier nicht erkennbare Isolator 15 erstreckt sich in axialer Richtung ausgehend von dem Grundkörper 16 bis über die Spülgaseinbringöffnung 18 hinaus, sodass die Zündelektrode 9 in axialer Richtung gesehen auf der dem Grundkörper 16 abgewandten Seite der Spülgaseinbringöffnung 18 liegt. Hierdurch wird eine zuverlässige Durchströmung weiter Bereiche der Vorkammer 10 sichergestellt.For the fluidic connection of the
Die zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass zusätzlich zu der Spülgaseinbringöffnung 18 eine weitere Spülgaseinbringöffnung 26 vorliegt. Diese dient einer flexiblen Anwendung der Zündkerze 8 beziehungsweise der Vorkammerwand 20, da kein genaues Einstellen einer Drehwinkelstellung notwendig ist, damit entweder die Spülgaseinbringöffnung 18 oder die weitere Spülgaseinbringöffnung 26 in Überdeckung mit der Spülgasleitung 17 vorliegt.The second embodiment is similar to the first embodiment, so that reference is made to the above explanations and only the differences are discussed below. These lie in the fact that in addition to the scavenging gas introduction opening 18 there is a further scavenging gas introduction opening 26 . This is used for flexible use of the
Die dritte Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass die Vorkammer 10 von einer Ringkammer 27 umgriffen ist, in welche die Spülgasleitung 17 einmündet. Über die Ringkammer 27 ist die Spülgasleitung 17 strömungstechnisch sowohl an die Spülgaseinbringöffnung 18 als auch an die weitere Spülgaseinbringöffnung 26 (falls vorhanden) angeschlossen. Entsprechend ist ein gleichmäßiges Einbringen des Spülgases in die Vorkammer 10 möglich.The third embodiment corresponds to the first embodiment or the second embodiment with the difference that the
Auch für die vierte Ausführungsform wird grundsätzlich auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Der Unterschied, beispielsweise zu der ersten Ausführungsform, liegt in der Beabstandung der Vorkammerwand 20 von dem Grundkörper 16 der Zündkerze 8, sodass von der Zündkerze 8 lediglich der Isolator 15 und die Zündelektrode 9 in Überdeckung mit der Vorkammerwand 20 vorliegen beziehungsweise in die Vorkammer 10 eingreifen. Hierdurch ist zwischen dem Grundkörper 16 und der Vorkammerwand 20 ein Spalt 28 gebildet, der von dem Isolator 15 in axialer Richtung vollständig durchgriffen wird. Dieser Spalt 28 bildet die Spülgaseinbringöffnung 18. Er steht in Überdeckung mit der Spülgasleitungsmündungsöffnung 25, sodass durch ihn über die Spülgasleitung 17 zugeführtes Spülgas in die Vorkammer 10 einströmen kann.In principle, reference is also made to the above explanations for the fourth embodiment. The difference, for example from the first embodiment, lies in the spacing of
Die fünfte Ausführungsform entspricht wiederum der vierten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass analog zu der dritten Ausführungsform die Ringkammer 27 vorliegt.The fifth embodiment in turn corresponds to the fourth embodiment, with the difference that the
Die sechste Ausführungsform ähnelt der dritten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen hingewiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass die Spülgaseinbringöffnung 18 beziehungsweise weitere Spülgaseinbringöffnungen 26 in axialer Richtung von der Spülgasleitungsmündungsöffnung 25 und/oder der Ringkammer 27 beabstandet angeordnet sind. Um die Spülgaseinbringöffnung 18 und die wenigstens eine weitere Spülgaseinbringöffnung 26 strömungstechnisch an die Spülgasleitung 17 anzubinden, weist die Vorkammerwand 20 eine Ausnehmung 29, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Ausnehmungen 29, auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und den Abstand zwischen der Spülgasleitungsmündungsöffnung 25 beziehungsweise der Ringkammer 27 und der Spülgaseinbringöffnung 18 und der wenigstens einen weiteren Spülgaseinbringöffnung 26 überbrückt. The sixth embodiment is similar to the third embodiment, so that reference is made to the corresponding explanations and only the differences are discussed below. These lie in the fact that the scavenging gas introduction opening 18 or further scavenging
Um gleichzeitig eine zuverlässige Befestigung der Zündkerze 8 in dem Zündkerzenschacht 21 zu gewährleisten, ist die Ausnehmung 29 in Umfangsrichtung unterbrochen, erstreckt sich also lediglich über einen Teil des Umfangs der Zündkerze 8 beziehungsweise der Vorkammerwand 20.In order to simultaneously ensure that
Die beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 hat den Vorteil, dass ein weitgehendes Spülen der Vorkammer 10 durch die entsprechende Anordnung der Spülgaseinbringöffnung 18 erzielt wird. Gleichzeitig wird die Anordnung aus Zündkerze 8 und Vorkammer 10 durch das Einleiten des Spülgases über das Innengewinde 23 des Zündkerzenschachts 21 äußerst kompakt gehalten. Zudem kann eine herkömmliche Vorkammerzündkerze verwendet und nachträglich die Spülgaseinbringöffnung 18 in diese eingebracht werden, sodass Herstellungskosten gering gehalten werden.The configuration of the internal combustion engine 1 described has the advantage that extensive scavenging of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Brennkraftmaschineinternal combustion engine
- 22
- Zylindercylinder
- 33
- Brennraumcombustion chamber
- 44
- Gaswechselkanalgas exchange channel
- 55
- Gaswechselkanalgas exchange channel
- 66
- Gaswechselventilgas exchange valve
- 77
- Gaswechselventilgas exchange valve
- 88th
- Zündkerzespark plug
- 99
- Zündelektrodeignition electrode
- 1010
- Vorkammerantechamber
- 1111
- Überströmöffnungoverflow opening
- 1212
- weitere Zündelektrodeadditional ignition electrode
- 1313
- Längsmittelachselongitudinal central axis
- 1414
- Zündstelleignition point
- 1515
- Isolatorinsulator
- 1616
- Grundkörperbody
- 1717
- Spülgasleitungpurge gas line
- 1818
- Spülgaseinbringöffnungpurge gas injection port
- 1919
- Spülgasventilpurge gas valve
- 2020
- Vorkammerwandantechamber wall
- 2121
- Zündkerzenschachtspark plug well
- 2222
- Anlageschultercontact shoulder
- 2323
- Innengewindeinner thread
- 2424
- Außengewindeexternal thread
- 2525
- Spülgasleitungsmündungsöffnungpurge gas line orifice
- 2626
- weitere Spülgaseinbringöffnungfurther purge gas inlet opening
- 2727
- Ringkammerring chamber
- 2828
- Spaltgap
- 2929
- Ausnehmungrecess
Claims (9)
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