Aus dem Paper No. 2000-ICE-330, ICE-Vol. 35-2,2000 ICE Fall Technical Confe- rence, ASME 2000 mit dem Titel"Gas Engine Developement at Wärtsilä NSD", Ingemar NYLUND, ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der Gas über zwei Gaszuführrohre in den Einlasskanal zugeführt wird. Die Gaszuführrohre sind da- bei etwa normal zum Einlasskanal angeordnet, wobei im Bereich der Mündungen die Gaszuführrohre abgeschrägt sind. Nachteilig ist, dass nach Schließen des Gasventiles im Gaszuführrohr ein Gasrest verbleibt, welcher nicht an der Verbrennung teilnimmt. Da das Gas als Strahl in den Einlasskanal geblasen wird, wobei die Kontaktfläche mit der Frischluft relativ klein ist, lässt die erreichte Durchmischung zu wünschen übrig.

Aus der JP 2001-214811 A ist eine Gas-Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher Gas über ein Gaszuführrohr in einen Einlasskanal zugeführt wird, wobei das Gas- zuführrohr eine Reihe von radialen Öffnungen aufweist, über welche das Gas in Richtung der Einlassströmung eingeblasen wird. Die Mündungen des Gaszuführ- rohres sind möglichst nahe bei der Mündung in den Brennraum angeordnet, um das an der Verbrennung nicht teilnehmende Restgas im Einlasskanal möglichst klein zu halten und um Spülverluste zu reduzieren. Durch die mündungsnahe Einblasung des Gases in den Einlasskanal ist aber die Durchmischung mit der Frischluft nicht ausreichend.

Brennverfahren mir Vorkammer kommen unter anderem in mager (mit hohem Luftverhältnis) betriebenen Gasmotoren, ab einem gewissen Zylinderhubvolu- men, zur Anwendung. Der Vorteil einer Verbrennungseinleitung in der Vorkam- mer, anstatt im Hauptbrennraum besteht darin, dass auch bei hohen Luftverhält- nissen eine geringe Zündenergie ausreicht, um eine effiziente (mit gutem Wir- kungsgrad) und dennoch schadstoffarme Verbrennung der gesamten Zylinderla- dung (in Vorkammer und Hauptbrennraum) sicherzustellen.

Die Vorkammer ist mit dem Hauptbrennraum über eine oder mehrere Bohrungen strömungstechnisch verbunden. Das Brenngas/Luft-Gemisch strömt über eine oder mehrere Einlassventile in den Hauptbrennraum und wird in weiterer Folge während des Verdichtungsvorganges in die Vorkammer geschoben, so dass in dieser ein brennbares Gemisch zur Verfügung steht.

Zur Entflammung des Brenngas/Luft-Gemisches werden elektrische Funkenzünd- systeme und auch Zündstrahlverfahren angewandt. Im Falle einer elektrischen Funkenzündung wird vielfach noch zusätzlich reines Brenngas oder ein Brenn- gas/Luft-Gemisch in die Vorkammer eingebracht, um am Ort der Verbrennungs- einleitung ein, im Vergleich zum Hauptbrennraum, deutlich fetteres und damit auch zündwilligeres Gemisch zur Verfügung zu haben.

Während bei den elektrischen Zündsystemen die Verbrennungseinleitung durch einen Überschlag eines Zündfunkens zwischen den Elektroden einer Zündkerze erfolgt, wird bei dem Zündstrahlverfahren eine kleine Menge flüssigen Brenn- stoffes unter hohem Druck in die Vorkammer eingespritzt. Diese entzündet sich bei ausreichend hohen Verdichtungstemperaturen selbst und initialisiert in wei- terer Folge die Verbrennung des Brenngas/Luft-Gemisches.

Statt der Verbrennungseinleitung durch einen Zündfunken oder auch durch einen flüssigen Zündstrahl kann die Verbrennung in der Vorkammer auch durch eine homogene Selbstzündung eingeleitet werden, wie in der AT 6.290 U1 beschrie- ben ist.

Aus der Vorkammer strömen Flammenfackeln in den Hauptbrennraum und ent- flammen auch das dort befindliche Brenngas/Luft-Gemisch.

Zur Erzielung einer stabilen Verbrennung in der Vorkammer ist bei sämtlichen Konzepten ein ausreichend hohes Temperaturniveau in der Vorkammer erforder- lich.

Dies gilt insbesondere für Gasmotoren mit Zündstrahlverfahren und für Konzepte mit homogener Verbrennung in der Vorkammer. Damit es zu einer Selbstzün- dung des eingespritzten oder eingeblasenen Zündstrahles kommt, muss die Selbstzündungstemperatur überschritten werden. Die Temperaturerhöhung des in der Vorkammer befindlichen Restgas/Brenngas/Luft-Gemisches resultiert pri- mär aus dem Verdichtungsvorgang. Wandwärmeverluste verringern jedoch wie- derum die Temperatur des Gasgemisches und erschweren damit die Selbstzün- dung. Speziell beim Start eines Zündstrahlmotors sind die Wandwärmeverluste besonders hoch, was den Motorstart erheblich erschwert.

Aber auch bei Gasmotoren mit elektrischer Zündung, mit und ohne zusätzlicher Gaszufuhr (oder Gas/Luft-Gemischzufuhr) führen zu große Wandwärmeverluste zu einer schlechten Verbrennung in der Vorkammer. Insbesondere bei hohen Luftverhältnissen in der Vorkammer zum Zündzeitpunkt führt dies zu einer schlechten Verbrennung.

Aus der EP 0 097 320 A2 ist eine Vor-oder Wirbelkammer für Verbrennungsmo- toren bekannt, welche einen den Innenraum formenden inneren Formkörper und einen eine Wärmeisolierung bildenden äußeren Formkörper aus keramischem Werkstoff aufweist, der durch Schrumpfen oder Kleben außen mit dem inneren Formkörper verbunden ist. Vorkammern mit Wärmeisolierungen an der Außen- seite des Vorkammerkörpers sind auch aus der Veröffentlichung DE 864 173 B bekannt. Trotz Isolierung werden die Vorkammern mechanisch und thermisch stark belastet. Vorkammern mit wärmeisolierenden Strukturen an der Innenseite des Vorkammerkörpers sind aus US 5,065, 714 A, der DE 38 32 261 A und der DE 198 00 751 AI bekannt. Nachteilig ist, dass diese bekannten Vorkammern mit thermischer Isolierung einen erhöhten Herstellungsaufwand aufweisen. Für eine Nachrüstung sind derartig isolierte Vorkammern weniger geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs ge- nannten Art die Gemischhomogenität zu verbessern und die Spülverluste zu ver- ringern. Eine weiter Aufgabe ist es, bei einer Brennkraftmaschine mit einer mit einem Hauptbrennraum verbundenen Vorkammer zur Einleitung der Verbren- nung die Wärmeverluste zu vermindern.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest einem Einlasskanal zumin- dest ein durch ein Gaszuführrohr gebildeter Strömungsweg zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffes einmündet, wobei die Gaszufuhr zum Gasströmungsweg durch ein Gasventil steuerbar ist. Vorzugsweise ist weiters vorgesehen, dass das Gaszuführrohr zumindest einen Längsschlitz und/oder zumindest ein Langloch aufweist, wobei der Längsschlitz zu einer stirnseitigen Mündungsöffnung des Gaszuführrohres hin auslaufen kann. Ein Längsschlitz oder ein Langloch ist dabei auf der der Frischluftströmung abgewandten Seite des Gaszuführrohres angeord- net, wobei ein weiterer Längsschlitz oder ein weiters Langloch an der der Frisch- luftströmung zugewandten Seite angeordnet sein kann. Dadurch, dass das Gas über den Längsschlitz oder das Langloch und die stirnseitige Mündungsöffnung in den Einlasskanal strömt, wird die Kontaktoberfläche mit der Frischluft wesentlich vergrößert und die Durchmischung verbessert. Die Frischluft kann durch die stirnseitige Mündungsöffnung und den Längsschlitz bzw. das Langloch das Gas- zuführrohr optimal ausspülen, so dass nach Abschalten des Gasventil kaum Restgas im Gaszuführrohr verbleibt und nahezu das gesamte zugeführte Gas an der Verbrennung teilnimmt. Somit können die Spülverluste wesentlich verringert werden.

Eine verbesserte Gemischhomogenität lässt sich erreichen, wenn das Gaszu- führrohr im Bereich der stirnseitigen Mündungsöffnung abgeschrägt ist, wobei die Mündungsöffnung bevorzugt auf der der Frischluftströmung im Einlasskanal ab- gewandten Seite angeordnet ist.

Besonders vorteilhaft für eine gute Durchmischung des Gases mit Frischluft und für eine gute Ausspülung des Gaszuführrohres ist es, wenn das Gaszuführrohr zumindest teilweise entgegen der Frischluftströmung im Einlasskanal gerichtet ist.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Gas- strömungswege, vorzugsweise ein erster und ein zweiter Gasströmungsweg, in unterschiedlichen Bereichen in den Einlasskanal einmünden. Zwei Gasströ- mungswege zur Zuführung der Brenngase sind besonders für Brennkraftmaschi- nen mit zwei Einlassventilen, welche strömungsmäßig hintereinander im Mün- dungsbereich eines einzigen Einlasskanals angeordnet sind, von Vorteil. Dabei ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Gasströmungsweg-in Richtung der Luftströmung im Einlasska- nal betrachtet-stromabwärts des ersten Gasströmungsweges in den Einlasska- nal einmündet, wobei vorzugsweise der erste und der zweite Gasströmungsweg in unterschiedlichen Querschnittsbereichen des Einlasskanals einmünden, wobei vorteilhafterweise der erste Einlassströmungsweg innerhalb des Einlasskanals länger ist, als der zweite Einlassströmungsweg. Dadurch, dass die Gaszuführ- rohre unterschiedlich lang ausgeführt sind, kann das Gas in unterschiedlichen Querschnittsbereichen des Einlasskanals einströmen, wodurch das über jedes Einlassventil einströmende Gas separat dosiert und besonders gut mit Frischluft durchmischt werden kann.

Die Gasströmungswege können entweder im Zylinderkopf oder in einem kombi- nierten Einlass-Auslass-Krümmerteil angeordnet sein.

Um die Wärmeverluste im Bereich der Vorkammer zu vermindern, ist erfin- dungsgemäß vorgesehen, dass die thermische Isolierung durch einen in die Vor- kammer eingesetzten Isolierungseinsatz gebildet ist, wobei vorzugsweise der Isoliereinsatz als Hülse ausgebildet ist. Durch die entstehende Trennfuge zwi- schen der Hülse und dem eigentlichen Vorkammerkörper wird der Wärmeabfluss erschwert. Darüber hinaus ergibt sich dabei der Vorteil, dass sich die thermische Belastung des eigentlichen Vorkammerkörpers, welcher bereits mechanisch stark beansprucht ist, reduziert. Die Hülse besteht dabei vorteilhafterweise aus einem wärmefesten Material oder mehreren Materialen, beispielsweise zumindest teil- weise aus Keramik.

Die Einbringung der Hülse ist durch einfache Adaptionen auch an bestehenden Vorkammerkonstruktionen leicht zu realisieren, ein Nachrüsten in Serie befindli- cher Motoren ist daher kostengünstig möglich. Besonders geringe Maßnahmen sind erforderlich, wenn die Hülse rotationssymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch, geformt ist und die Vorkammer zumindest abschnittsweise zylindrisch geformt ist. Vorzugsweise wird die Hülse in eine beispielsweise durch einen Fräs-oder Drehvorgang hergestellte Ausnehmung entsprechend der Form der Hülse einge- setzt. Um dies zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vorkam- merkörper mehrteilig ausgebildet ist und zumindest aus einem die Hülse auf- nehmenden ersten Teil und einem die Vorkammer in axialer Richtung abschlie- ßenden zweiten Teil besteht.

Um eine Störung der Strömungen innerhalb der Vorkammer zu vermeiden, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die innere Mantelfläche der Hülse an die angrenzende Vorkammerwand plan anschließt.

Mit den beschriebenen Maßnahmen zur Wärmeisolation erreicht das Rest- gas/Brenngas/Luft-Gemisch in der Vorkammer gegen Ende der Verdichtung (kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht) ausreichend hohe Temperaturen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch einen Einlasskanal in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch einen Einlasskanal in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3 einen Einlass-Auslass-Krümmerteil aus Fig. 1 in einer Schrägan- sicht, Fig. 4 das Gaszuführrohr aus Fig. 1 im Detail und Fig. 5 eine erfindungsgemäße Vorkammer im Längsschnitt.

In den Ausführungsbeispielen sind funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugs- zeichen versehen.

Die in Fig. 1 bis Fig. 4 gezeigte Gas-Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung eines gasförmigen Kraftstoffes weist pro Zylinder 2 einen Einlasskanal 3 auf, welcher sich vor Eintritt in den Brennraum 4 in zwei Teilkanäle 5,6 aufteilt, deren Ein- lassquerschnitt durch Einlassventile 7,8 gesteuert wird. Das Gas wird über einen ersten und einen zweiten Gasströmungsweg 9,10 zugeführt, wobei die Gasströ- mungswege 9,10 durch in den Einlasskanal 3 mündende erste und zweite Gas- zuführrohre 11,12 gebildet sind. Die Menge des zugeführten Gases wird über ein elektrisch betätigbares Gasventil 13 gesteuert.

Die ersten und zweiten Gasströmungswege 9,10 können in einen vom Zylinder- kopf 14 getrennt ausgeführten kombinierten Einlass-Auslass-Krümmerteil 15 an- geordnet sein, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die ersten und zweiten Gasströmungswege 9,10 im Zylinderkopf 14 angeordnet sind und dass das Gasventil 13 direkt am Zylinderkopf 14 befestigt ist (Fig. 2).

Erste und zweite Gaszuführrohre 11,12 sind unterschiedlich lang ausgeführt und münden in unterschiedlichen Querschnittsbereichen des Einlasskanals 3 in diesen ein. Dadurch wird erreicht, dass beide Teilkanäle 5,6 gleichermaßen ausreichend mit Kraftstoff-Luftgemisch versorgt werden.

Das erste Gaszuführrohr 11 weist einen der Frischluftströmung S abgewendeten Längsschlitz 16 auf, welcher sich über einen Großteil des ersten Gaszuführrohres 11 erstreckt. Das Gaszuführrohr ist an seiner in den Einlasskanal ragenden Stirn- seite 17 mit einer Mündungsöffnung 18 versehen. Der Längsschlitz 16 läuft zur Stirnseite hin in diese stirnseitige Mündungsöffnung 18 aus. Das erste Gaszu- führrohr 11 ist im Bereich seiner Stirnseite 17 abgeschrägt, so dass die Öffnung 18 der Frischluftströmung S abgewendet ist.

Das über das Gasventil 13 zugeführte Gas strömt durch das erste und zweite Gaszuführrohr 11,12 in den Einlasskanal 3 ein. Die Einströmung durch das erste Gaszuführrohr 11 erfolgt dabei über den gesamten Längsschlitz 16, sowie über die stirnseitige Mündungsöffnung 18. Dadurch entsteht eine relativ große Kon- taktoberfläche mit der einströmenden Frischluft, wodurch eine besonders gute Durchmischung des Kraftstoffes mit der Frischluft erzeugt wird. Da das Gas über das erste und das zweite Gaszuführrohr 11,12 in unterschiedliche Querschnitts- bereiche des Einlasskanals 3 einströmt, wird die Durchmischung gefördert und erreicht, dass beide Teilkanäle 5,6 mit Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt werden.

Wie in Fig. 4 im Detail dargestellt, kann das Gaszuführrohr 11 auch auf der der Frischluftströmung zugewandten Seite einen Längsschlitz oder ein Langloch 16' aufweisen. Nach Abschalten des Gasventil 13 wird das Gaszuführrohr 11 mit Frischluft gespült, indem ein Teil der Frischluft des Einlasskanals 3 durch den rückseitigen Längsschlitz bzw. das Langloch 16'sowie durch die stirnseitige Mün- dungsöffnung 18 des ersten Gaszuführrohres 11 ein-und durch den der Frisch- luftströmung abgewandten Längsschlitz 16 wieder austritt. Dabei ist es vorteil- haft, wenn das Gaszuführrohr 11 zumindest teilweise entgegen der Strömungs- richtung S der Frischluft im Einlasskanal 3 gerichtet ist, wie aus Fig. 3 beispiels- weise hervorgeht. Dies wird erreicht, in dem das erste Gaszuführrohr 11 im Be- reich einer äußeren Krümmung des Einlasskanals 3 in den Einlasskanal einmün- det.

Fig. 5 zeigt eine Vorkammer 101 im Längsschnitt. Die Vorkammer 101 ist im Zy- linderkopf 102 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet.

Der Innenraum 103 der Vorkammer 101 mündet über Öffnungen 104 in einen Hauptbrennraum 105 der Brennkraftmaschine.

Der Vorkammerkörper 106 der Vorkammer 101 ist mehrteilig ausgebildet und besteht zumindest aus einem ersten Teil 107 und einem den ersten Teil 107 in axialer Richtung abschließenden zweiten Teil 108. Die Längsachse der Vorkam- mer 101 ist mit 101a bezeichnet.

Der erste Teil 107 spannt den Innenraum 103 auf und weist einen zylindrischen Abschnitt 109 auf, in welchen eine zylindrische Ausnehmung 110 beispielsweise durch Fräsen oder Drehen eingeformt ist. In die Ausnehmung 110 des ersten Teiles 107 ist ein durch eine zylindrische Hülse 111 gebildeter thermischer Iso- liereinsatz 112 eingesetzt, welcher einerseits die Wärmeverluste vermindert und andererseits die thermische Belastung des Vorkammerkörpers 106 reduziert. Die Verminderung der Wärmeverluste wird dabei einerseits durch die Trennfuge 113 zwischen Vorkammerkörper 106 und Isoliereinsatz 112, andererseits durch die Wahl eines wärmefesten Materials mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispiels- weise Keramik, realisiert.

Die innere Mantelfläche 114 der Hülse 111 schließt möglichst übergangslos an die Vorkammerwand 115 an, so dass Störungen im Strömungs-und Verbren- nungsablauf innerhalb der Vorkammer 101 vermieden werden. Über den zweiten Teil 108 kann ein Einspritzventil und/oder eine Zündeinrichtung in den Innen- raum 103 der Vorkammer 101 einmünden, wie durch Bezugszeichen 116 und 117 angedeutet ist.

Bei Zündstrahlmotoren und bei Motoren mit homogener Verbrennung in der Vor- kammer 101 kann mit dieser Maßnahme zur Wärmeisolation eine sichere Selbst- zündung gewährleistet und eine stabile, rasche Verbrennung in der Vorkammer 101 und in weiterer Folge im Hauptbrennraum 105 sichergestellt werden. Bei Zündstrahimotoren ist eine Reduzierung der nötigen Einspritzmengen an flüs- sigem Brennstoff möglich, wodurch Vorteile bei den NOx-Emissionen erreicht werden können. Auch kann durch die bessere Wärmeisolation der Vorkammer 101 ein besseres Startverhalten der Brennkraftmaschine erzielt werden, da die für gutes Zündverhalten nötigen Temperaturniveaus schneller erreicht werden.

Vorteile hinsichtlich Startverhaltens, Zündung und Verbrennung sind auch bei Vorkammerkonzepten mit einer homogenen Verbrennung in der Vorkammer 101 festzustellen.

Auch bei Vorkammer-Brennkraftmaschinen mit elektrischer Zündung lässt sich die Stabilität und die Geschwindigkeit der Verbrennung in der Vorkammer 101 und damit auch im Hauptbrennraum 105 steigern.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor- schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die An- melderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbil- dung des Gegenstandes des Hautanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin ; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selb- ständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Un- teransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfin- dungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschrei- bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderun- gen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschrei- bung Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegens- tand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf-und Arbeitsverfahren betreffen.