Die Erfindung betrifft eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Vorkammerzündsystem mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 102014 111 897 A1 hingewiesen. Aus dieser ist eine Zündeinrichtung zum Zünden von Brennstoff-Luft-Gemischen in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors mittels einer Corona-Entladung bekannt, mit einer Zündelektrode, einen die Zündelektrode umgebenden Außenleiter, welcher ein vorderes und ein hinteres Ende hat und mit einem zwischen der Zündelektrode und dem Außenleiter angeordneten elektrischen Isolator, aus welchem wenigstens eine Spitze der Zündelektrode herausragt. Die wenigstens eine Spitze der Zündelektrode liegt in einem Raum, der durch eine dem Isolator zugeordnete Kappe abgeschirmt ist, die eine dem Isolator zugewandte Innenseite und eine dem Isolator abgewandte Außenseite sowie eines oder mehrere Löcher hat, durch welche der abgeschirmte Raum mit einem auf der Außenseite der Kappe liegenden Raum, der Brennkammer, in Verbindung steht.

Weiter ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2008/031482 A2 eine Zündkerze zum Zünden eines brennbaren Gasgemisches beim Verbrennungsmotor bekannt, umfassend: eine Zündelektrode, eine elektrische Versorgungsleitung, an welche die Zündelektrode angeschlossen ist, einen Isolatorkörper, durch den die Versorgungsleitung hindurchgeführt ist, ein Gehäusekopf, der dichtend auf dem Isolatorkörper sitzt und ein Außengewinde zum Einschrauben in einen Verbrennungsmotor, ein Rohrgehäuse, das an dem Gehäusekopf befestigt ist, den Isolatorkörper umgibt und einen Sechskant trägt, wobei das Rohrgehäuse eine Isolatorkörper-Halterung umgibt, die über eine Schweißnaht mit dem Gehäusekopf verschweißt ist und den Isolatorkörper mit einer Vorspannung gegen den Gehäusekopf presst.

Zum weiteren technischen Umfeld wird ferner auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 102016 120984 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Vorkammerzündkerze für eine mit Gas betriebene Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt.

Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102016206992 A1 eine Zündkerze bekannt. Bei der Zündkerze handelt es sich insbesondere um eine Vorkammerzündkerze, mit einem Gehäuse, einer Zündelektrode und einer Masseelektrode, wobei die Zündelektrode über eine Versorgungsleitung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist und wobei die Versorgungsleitung zumindest teilweise innerhalb eines Isolators verläuft, wobei zumindest ein Ableitungsbereich des Gehäuses aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 150 W/mK hergestellt ist.

Passive und aktive Vorkammerzündkerzen-Varianten weisen eine gewisse Anzahl von Durchbrüchen zum Durchtritt der Flammen in den Brennraum in ihren Deckeln auf und sie unterscheiden sich vor allem in der Anzahl der Durchbrüche, deren Durchmesser und deren Ausrichtung.

Im Hinblick auf einen Lambda=1 (stöchiometrischen) Betrieb der Brennkraftmaschine im gesamten Kennfeld ist es entscheidend, die Abgastemperatur vor der Turbine eines Abgasturboladers sowie die Abgastemperatur im Katalysator zu senken um thermische Bauteilschäden zu vermeiden. Nachteilig an diesen bekannten Vorkammerzündsystemen ist, dass im niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine kein oder kaum ein ausreichender Gasaustauch innerhalb des Vorkammerzündsystems stattfindet, sodass in diesen Last-und/oder Drehzahlbereichen eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht immer gewährleistet ist. Auch eine Absenkung der Abgastemperaturen ist für einen stöchiometrischen Betrieb zum Bauteilschutz anzustreben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Zündfähigkeit eines Vorkammerzündsystems in einem niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine sichergestellt und die Abgastemperaturen abgesenkt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem Unteranspruch beschrieben.

Erfindungsgemäß sollte das Verhältnis des Volumens (= Hohlraum) des Vorkammerzündsystems / Strahlquerschnitt [mm ³ /mm ² ] zwischen 100 und 300 liegen, bevorzugt größer 150 und kleiner 220 sein. Ein Verhältnis von unter 150 führt zu einer verlangsamten Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine, welche nicht ausreichend für die Senkung der Abgastemperatur bei einer Literleistung von 120 kW/i ist. Unter dem Volumen versteht man das Volumen des Vorkammerzündsystems, der Strahlquerschnitt definiert sich als die Summe der Querschnitte aller Durchbrüche im Deckel des Vorkammerzündsystems zum Brennraum hin.

Liegt das Verhältnis von Volumen / Strahlquerschnitt [mm ³ /mm ² ] zwischen 150 - 220 so haben die Brennstrahlen (Jets) die aus dem Vorkammerzündsystem bei einer Verbrennung hervortreten die größte Eindringtiefe in den Brennraum welches zu einer schnellen Verbrennung führt. Je schneller die Verbrennung desto schneller werden auch mögliche Klopfnester entflammt. Zudem sinkt die Abgastemperatur in vorteilhafter Weise. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Durchbruch im Deckel aus zumindest drei Teildurchbrüchen besteht, dann ist die Eindringtiefe der Brennstrahlen (Jets) in den Brennraum besonders groß, für eine sichere Entzündung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels kurz erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Vorkammerzündsystem.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Vorkammerzündsystem 1 für eine fremd gezündete Flubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse 2, welches in diesem Ausführungsbeispiel radial außen von einem Zylinderkopfmaterial eines Zylinderkopfes 3 der Flubkolben-Brennkraftmaschine gebildet ist. In dem Vorkammerzündsystem 1 ist eine Zündvorrichtung 4 angeordnet ist, die in einen Flohlraum 5 in dem Gehäuse 2 ragt. Als Zündvorrichtung kann beispielsweise eine Zündkerze, ein Corona-Zündsystem oder eine sonstige Zündvorrichtung für fremd gezündete Brennkraftmaschinen vorgesehen werden.

Weiter ist der Flohlraum 5 auf der, der Zündvorrichtung 4 abgewandten Seite gegenüber einem Brennraum 6 der Flubkolben-Brennkraftmaschine von einem Deckel 7 abgedeckt. Der Deckel 7 weist zumindest einen ersten Durchbruch 8 auf, der den Flohlraum 5 und den Brennraum 6 Gas führend miteinander verbindet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Durchbrüche 8 erkennbar. Diese Durchbrüche 8 können beispielsweise Bohrungen in dem Deckel 7 sein. Der Deckel 7 kann selber Stoff- und/oder formschlüssig mit dem Zylinderkopf 3 verbunden sein.

Weiter ist in Fig. 1 ein Kraftstoffinjektor 9 erkennbar, mit dem Kraftstoff in den Brennraum 6 der Flubkolben-Brennkraftmaschine zur Darstellung eines brennbaren Kraftstoff-/Luftgemisches in dem Brennraum 6 einbringbar ist.

Erfindungsgemäß weisen das Gehäuse 2 bzw. der Flohlraum 5 ein Volumen und der zumindest eine Durchbruch 8 einen Strahlquerschnitt auf, wobei das Verhältnis von Volumen zu Strahlquerschnitt größer als 100 und kleiner als 300, insbesondere größer als 150 und kleiner als 220 ist. In bevorzugterWeise ist der Durchbruch 8 von zumindest drei Einzeldurchbrüchen gebildet.

Beispiel:

Ein Hohlraum 5 eines Vorkammerzündsystems 1 hat beispielsweise ein Volumen V von 1848 mm ³ und ist mit acht Durchbrüchen 8 in Form von Bohrungen mit einem Durchmesser D von je 1 ,3 mm versehen.

Die Rechnung lautetet:

Verhältnis = V [mm ³ ] / (D ² * pi/4) [mm ² ] * Anzahl Durchbrüche = 1848 [mm ³ ] / (1 ,3 ² * 3,14/4) [mm ² ] * 8 = 1848 [mm ³ ] / 10,6 [mm ² ]

= 174,3 [mm]

Abschließend sei noch gesagt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorkammerzündsystems 1 sowohl für passive Vorkammerzündsysteme, wie hier dargestellt, als auch für aktive Vorkammerzündsysteme, mit eigener Einbringung von Kraftstoff in den Hohlraum 5, eingesetzt werden kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 2 anstelle von dem Zylinderkopfmaterial gebildet, auch als ein separates Gehäuse 2, welches in den Zylinderkopf 3 eingebracht wird, dargestellt werden.

Bezugszeichenliste

1. Vorkammerzündsystem

2. Gehäuse

3. Zylinderkopf

4. Zündvorrichtung

5. Hohlraum

6. Brennraum

7. Deckel

8. Durchbruch

9. Kraftstoffinjektor