Die Erfindung betrifft eine Zuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Verfahren zum Betrieb einer

Zuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotorgemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.

Eine solche Zuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der EP 3 043 049 A1 als bekannt zu

entnehmen. Die Zuführungs- und Zündvorrichtung weist wenigstens einen Injektor auf, mittels welchem ein Brenngas, das heißt ein gasförmiger Kraftstoff, zum Betreiben des Gasmotors direkt in einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum des Gasmotors eingeblasen werden kann. Ferner weist die Zuführungs- und Zündvorrichtung eine Vorbrennkammer auf, in welche ein Brennstoff einleitbar ist. Die Vorbrennkammer wird auch als Vorkammer bezeichnet und weist beispielsweise in vollständig

hergestelltem Zustand des Gasmotors ein wesentlich geringeres Volumen als der Brennraum auf, welcher auch als Hauptkammer oder Hauptbrennkammer bezeichnet wird. Bei dem Brennstoff, der in die Vorkammer, insbesondere direkt, einleitbar ist, handelt es sich beispielsweise um einen gasförmigen Kraftstoff beziehungsweise um das Brenngas, mittels welchem der Gasmotor betreibbar ist.

Ferner weist die Zuführungs- und Zündvorrichtung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Injektors über den Umfang der Zuführungs- und Zündvorrichtung verteilt angeordnete Überströmöffnungen auf, über welche die Vorbrennkammer fluidisch direkt mit dem Brennraum verbindbar ist. Mit anderen Worten ist die Vorbrennkammer in vollständig hergestelltem Zustand des Gasmotors über die Überströmöffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbunden. Die Überströmöffnungen werden auch als Fackelkanäle bezeichnet, über welche beispielsweise Zündfackeln von der Vorbrennkammer in die Hauptbrennkammer (Brennraum) gelangen können, um beispielsweise mittels der Zündfackeln das Brenngas, welches mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingeblasen wird beziehungsweise wurde, zu zünden. Dabei ist beispielsweise wenigstens ein von den Überströmöffnungen unterschiedlicher Zuführkanal vorgesehen, über welchen der zuvor genannte Brennstoff, insbesondere direkt, in die

Vorbrennkammer einleitbar, insbesondere einblasbar, ist. Der zuvor genannte, in die Vorbrennkammer einleitbare beziehungsweise eingeleitete Brennstoff stammt somit nicht aus dem Brennraum.

Des Weiteren ist eine Fremdzündeinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Brennstoff- Luft-Gemisch, welches zumindest den, insbesondere über den Zuführkanal, in die Vorbrennkammer, insbesondere direkt, eingeleiteten Brennstoff umfasst, gezündet und in der Folge verbrannt werden kann. Aus der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches resultieren die zuvor genannten Zündfackeln, welche beispielsweise infolge einer durch das Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches resultierenden Druckerhöhung in der Vorbrennkammer über die Überströmöffnungen aus der Vorbrennkammer aus- und in den Brennraum (Hauptbrennkammer) einströmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zuführungs- und Zündvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Zuführungs- und Zündvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zum Betrieb einer Zuführungs- und

Zündvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um eine Zuführungs- und Zündvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Vorbrennkammer, die Überströmöffnungen und die Fremdzündeinrichtung durch eine erste Baueinheit gebildet sind, wobei der Injektor durch eine separat von der ersten Baueinheit ausgebildete zweite Baueinheit gebildet ist. Mit anderen Worten sind die Brennkammer, die Überströmöffnungen und die Fremdzündeinrichtung Bestandteile der ersten Baueinheit, wobei der Injektor Bestandteil der zweiten Baueinheit ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die erste Baueinheit auch wenigstens ein Zumessventil oder mehrere Zumessventile umfasst, mittels welchen beispielsweise der Brennstoff in die

Vorbrennkammer einleitbar beziehungsweise eine Menge des in die Vorbrennkammer einzuleitenden Brennstoffes einstellbar ist. Die Baueinheiten sind dabei separat voneinander ausgebildete beziehungsweise hergestellte oder montierte Bauelemente, Module beziehungsweise Baugruppen, welche beispielsweise unabhängig beziehungsweise separat voneinander hergestellt

beziehungsweise montiert, insbesondere vormontiert, und in vormontiertem Zustand angeordnet, insbesondere miteinander verbunden, werden können. Somit bildet die erste Baueinheit die Vorbrennkammer, die Überströmöffnungen und die Fremdzündeinrichtung unabhängig von der zweiten Baueinheit, während die zweite Baueinheit den Injektor unabhängig von der ersten Baueinheit bildet. Beispielsweise ist die erste Baueinheit als Vorkammerzündkerze ausgebildet, die die Vorbrennkammer als Vorkammer, die

Fremdzündeinrichtung und die beispielsweise auch als Fackelkanäle bezeichneten Überströmöffnungen umfasst beziehungsweise bildet, und zwar unabhängig von der zweiten Baueinheit. Mittels der Fremdzündeinrichtung kann in der Vorkammer wenigstens ein Zündfunke erzeugt werden, mittels welchem das Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet und in der Folge verbrannt werden kann. Ferner kann die Vorkammerzündkerze das zuvor genannte Zumessventil beziehungsweise eine Zumesseinrichtung aufweisen, mittels welcher der Brennstoff in die Vorbrennkammer einleitbar beziehungsweise eine Menge des in die Vorbrennkammer einzuleitenden Brennstoffes einstellbar ist.

Vorzugsweise ist wenigstens ein von den Überströmöffnungen und von dem

beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum unterschiedlicher, zusätzlich dazu vorgesehener Zuführkanal vorgesehen, über welchen der Brennstoff in die

Vorbrennkammer, insbesondere direkt, eingeleitet werden kann. Der zuvor genannte Brennstoff, welcher über den Zuführkanal in die Vorbrennkammer einleitbar ist beziehungsweise eingeleitet wird oder wurde, stammt somit nicht aus dem Brennraum beziehungsweise strömt nicht aus dem Brennraum über die Überströmöffnungen in die Vorbrennkammer ein, sondern wird über den wenigstens einen Zuführkanal in die Vorbrennkammer, insbesondere direkt, eingeleitet. Insbesondere kann es sich bei dem Brennstoff um das beispielsweise als gasförmiger Kraftstoff ausgebildete Brenngas handeln, mittels welchem der Gasmotor betreibbar beziehungsweise ein befeuerter Betrieb des Gasmotors bewirkbar ist.

Durch den Einsatz der Zuführungs- und Zündvorrichtung ist es möglich, das direkt in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum eingeleitete, insbesondere eingeblasene, Brenngas beziehungsweise ein zumindest das über den Injektor in den Brennraum eingebrachte Brenngas umfassendes Brenngas-Luft-Gemisch mittels einer Diffusionsverbrennung zu verbrennen, mittels welcher auch bei einem Dieselmotor Dieselkraftstoff zum Betreiben des Dieselmotors beziehungsweise ein den Dieselkraftstoff umfassendes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Somit kann mithilfe der

erfindungsgemäßen Zuführungs- und Zündvorrichtung ein dieselähnliches

Brennverfahren realisiert werden, wodurch insbesondere eine hohe Leistungsdichte und ein hoher Wirkungsgrad realisiert werden können. Insbesondere ist es mittels der erfindungsgemäßen Zuführungs- und Zündvorrichtung möglich, das mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingeleitete beziehungsweise eingeblasene Brenngas unter Bedingungen zu zünden, unter denen das Brenngas beziehungsweise das Brenngas- Luft-Gemisch nicht selbst zünden kann. Zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorbrennkammer gezündet, woraus Zündfackeln resultieren. Aufgrund eines aus dem Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches

resultierenden Druckanstiegs in der Vorbrennkammer strömen die Zündfackeln aus der Vorbrennkammer über die Überströmöffnungen in den Brennraum, sodass das Brenngas beziehungsweise das Brenngas-Luft-Gemisch mittels der Zündfackeln in dem Brennraum gezündet und zumindest im Wesentlichen wie bei einer bei einem Dieselmotor auftretenden Diffusionsverbrennung verbrannt wird. Somit ermöglicht die

erfindungsgemäße Zuführungs- und Zündvorrichtung die Entflammung von unter motorisch relevanten Betriebsbedingungen nicht selbstzündlichen, direkt, insbesondere mittels des Injektors, eingebrachten, insbesondere eingedüsten, Brennstoffen wie beispielsweise gasförmigen Kraftstoffen oder Flüssigkraftstoffen, insbesondere Erdgas, zur Realisierung einer dieselähnlichen Diffusionsverbrennung im Brennraum. Dadurch können eine hohe Leistungsdichte und ein hoher thermischer Wirkungsgrad des

Gasmotors realisiert werden. Dabei nutzt die erfindungsgemäße Zuführungs- und

Zündvorrichtung die Vorbrennkammer als Vorkammer für die Zündung des nicht selbstzündenden, direkt in den Brennraum eingeblasenen Brenngases, welches beispielsweise mittels des als Hochdruck-Injektor ausgebildeten Injektors unter

Ausbildung von Hochdruck-Brenngasstrahlen in den Brennraum, insbesondere direkt, eingebracht beziehungsweise eingeblasen wird. Grundsätzlich könnte die

erfindungsgemäße Zuführungs- und Zündvorrichtung auch für solche

Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, welche mit einem flüssigen Kraftstoff betreibbar sind, sodass anstelle des Brenngases beispielsweise ein flüssiger Kraftstoff verwendet werden kann, welcher mittels des Injektors direkt in den Brennraum

eingebracht werden kann.

Der zuvor genannte Brennstoff wird beispielsweise über ein Zumessventil in die

Vorbrennkammer eingebracht. Der in die Vorbrennkammer, insbesondere direkt, eingebrachte Brennstoff kann sich beispielsweise in der Vorbrennkammer mit Luft oder Luft+Inertgas, die über die Überströmöffnungen aus dem Brennraum in die Vorkammer eintritt beziehungsweise einströmt, zu einem homogenen zündfähigen Gemisch vermischen. Dieses homogene zündfähige Gemisch ist beispielsweise das zuvor genannte Brennstoff-Luft-Gemisch und wird mittels der als Fremdzündquelle

fungierenden Fremdzündeinrichtung in der Vorkammer gezündet, sodass das Brennstoff- Luft-Gemisch nicht etwa durch Selbstzündung gezündet wird. Aus der mittels der Fremdzündeinrichtung bewirkten Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der

Vorkammer resultiert wenigstens eine Flamme, die in Form von Fackelstrahlen beziehungsweise in Form der zuvor genannten Zündfackeln durch die als

Überströmkanäle fungierenden Überströmöffnungen aus der Vorbrennkammer in den Brennraum (Hauptbrennraum) übertritt. Die Fackelstrahlen entzünden das unter hohem Druck mittels des Injektors in den Brennraum eingeblasene Brenngas und somit eine unter hohem Druck mittels des Injektors in den Brennraum direkt eingeblasene

Brennraum-Brenngasmenge, woraus in dem Brennraum eine dieselähnliche

Diffusionsverbrennung resultiert.

Um ein Verfahren zum Betrieb einer Zuführungs- und Zündvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb des erfindungsgemäßen Gasmotors realisierbar ist, ist es

erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein in der Vorbrennkammer vorliegendes Brennstoff- Luft-Gemisch mittels der Fremdzündungseinrichtung gezündet wird und das gezündete Brennstoff-Luft-Gemisch als Fackelstrahlen über die Überströmöffnungen in den

Brennraum eindringen und eine Brennraum-Brenngasmenge mittels des Injektors als Hochdruck-Brenngasstrahlen in den Brennraum eingeblasen wird und die Hochdruck- Brenngasstrahlen von den Fackelstrahlen entzündet werden. Die Hochdruck- Brenngasstrahlen entzünden sich an den aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum austretenden Fackelstrahlen. Prinzipiell kann bei dem beschriebenen Verfahren von einer zweistufigen Zündung gesprochen werden, da zunächst das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer gezündet wird und anschließend die aus der Vorkammer austretenden Fackelstrahlen die Hochdruck-Brenngasstrahlen entzünden.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Brennraum- Brenngasmenge in eine Pilotbrenngasmenge und eine Hauptbrenngasmenge aufgeteilt. Die Pilotbrenngasmenge wird mittels des Injektors in den Brennraum eingeblasen wird und die Pilotbrenngasmenge von den Fackelstrahlen entzündet. Die nachfolgend eingeblasene Hauptbrenngasmenge wird von der entzündeten Pilotbrenngasmenge entzündet. Bei einer solchen unterteilten Einbringung wird wie bei der zweistufigen Zündung zunächst das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer gezündet. Die anschließend aus der Vorkammer austretenden Fackelstrahlen zünden die

Pilotbrenngasmenge und die entzündete Pilotbrenngasmenge entzündet schließlich die Hauptbrenngasmenge. Dadurch die entzündete Pilotbrenngasmenge ergeben sich vergrößerte Flammzonen für eine sichere Zündung der restlichen Hauptbrenngasmenge, sodass sich eine zumindest dreistufige Zündung realisieren lässt.

Dadurch ist ein Betrieb eines Verbrennungsmotors mit gasförmigem oder flüssigem Kraftstoff nach dieselähnlichem Verfahren unter hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte realisierbar. Beispielsweise ist bei Verwendung von Erdgas als das Brenngas eine signifikante Reduzierung der C0 ₂ -Emissionen im Vergleich zum

Dieselmotor von mehr als 20 Prozent möglich. Gegenüber einer Diesel-Piloteinzündung ergeben sich folgende Vorteile: kein zweiter Brennstoff erforderlich; Kosten- und

Bauraumeinsparung durch Verzicht auf ein zweites Kraftstoff System, welches

üblicherweise eine Pumpe, einen Tank und weitere Bauelemente aufweist; einfacherer Injektor, da keine getrennte Dosierung von zwei Brennstoffen notwendig ist; bei der Verwendung eines gasförmigen Brenn- beziehungsweise Kraftstoffes kann

Flüssigkraftstoff in dem Injektor vermieden werden, wodurch eine Verkokungsneigung verringert wird besteht. Der Zuführungs- und Zündvorrichtung kommt dabei eine

Doppelfunktion zu. Einerseits wird die Zuführungs- und Zündvorrichtung genutzt, um das Brenngas direkt in den Brennraum einzublasen. Ferner wird die Zuführungs- und

Zündvorrichtung genutzt, das beispielsweise unter Ausbildung von Hochdruck- Brenngasstrahlen in den Brennraum eingeblasene Brenngas mittels der

brennstoffgespülten, fremdgezündeten Vorkammer zu zünden und zu verbrennen und dabei eine dieselähnliche Diffusionsverbrennung des Brenngas-Luft-Gemisches in dem Brennraum zu bewirken.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine 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.

Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Gasmotors, mit einer erfindungsgemäßen Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 jeweils ausschnittsweise schematische Schnittansichten des Gasmotors zur Veranschaulichung eines Funktionsprinzips der Zuführungs- und Zündvorrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Funktionsprinzips;

Fig. 4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der

Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Zuführungs- und

Zündvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der

Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 7 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der

Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 8 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der

Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;

Fig. 9 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Zuführungs- und

Zündvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;

Fig. 10 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Zuführungs- und

Zündvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform; und

Fig. 1 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der Zuführungs- und Zündvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform. In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Gasmotor 10 ausgebildete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Nutzfahrzeug beziehungsweise Lastkraftwagen oder Off-Highway-Anwendung, ausgebildet und mittels des Gasmotors 10 antreibbar ist. Der Gasmotor 10 weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten

Brennraum 12 auf, welcher auch als Hauptkammer, Hauptbrennkammer oder

Hauptbrennraum bezeichnet wird und beispielsweise durch ein in Fig. 1 nicht erkennbares Zylindergehäuse des Gasmotors 10 gebildet ist. Der Gasmotor 10 weist in seinem vollständig hergestellten Zustand das Zylindergehäuse und einen in Fig. 1

ausschnittsweise erkennbaren Zylinderkopf 14 auf, welcher unabhängig beziehungsweise separat von dem Zylindergehäuse hergestellt und mit dem Zylindergehäuse verbunden ist. Beispielsweise bildet der Zylinderkopf 14 ein Brennraumdach 16 des Brennraums 12. Der Gasmotor 10 umfasst ferner in seinem vollständig hergestellten Zustand eine im Ganzen mit 18 bezeichnete Zuführungs- und Zündvorrichtung, die dem Brennraum 12 zugeordnet ist. Dabei zeigen Fig. 1 und 5 eine erste Ausführungsform der Zuführungsund Zündvorrichtung 18.

Die Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 weist wenigstens einen Injektor 20 auf, mittels welchem ein Brenngas direkt in den Brennraum 12 eingeblasen werden kann. Hierzu weist der Injektor 20 beispielsweise ein Gehäuse 22 und eine in dem Gehäuse 22 aufgenommene und translatorisch relativ zu dem Gehäuse 22 bewegbare Injektornadel auf, welche in Fig. 1 nicht erkennbar ist. Ferner weist der Injektor 20 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Injektors 20 aufeinanderfolgend angeordneten Einblasöffnungen 24 auf, über welche das Brenngas, welches zunächst in das Gehäuse 22 eingeleitet wird, aus dem Gehäuse 22 und somit aus dem Injektor 20 aus- und in der Folge direkt in den Brennraum 12 ausströmen kann, wodurch das Brenngas direkt in den Brennraum 12 eingeblasen werden kann. Die Injektornadel ist dabei zwischen wenigstens einer

Offenstellung und wenigstens einer Schließstellung relativ zu dem Gehäuse 22 translatorisch bewegbar, insbesondere entlang einer Achse 26, um welche die

Einblasöffnungen 24 herum, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Dabei ist der Injektor 20 als Hochdruck-Injektor (HD-Injektor) ausgebildet, sodass das Brenngas unter Ausbildung von in Fig. 2 erkennbaren Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 in den Brennraum 12 direkt eingeblasen wird. Dies bedeutet, dass mittels der Einblasöffnungen 24 die Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 aus dem Brenngas gebildet werden, wenn dieses die Einblasöffnungen 24 durchströmt.

Dabei verschließt die Injektornadel in der Schließstellung die Einblasöffnungen 24, sodass das Brenngas die Einblasöffnungen 24 nicht durchströmen und somit nicht aus dem Injektor 20 ausströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt die Injektornadel die Einblasöffnungen 24 frei, sodass das Brenngas in den Brennraum 12 direkt eingeblasen wird. Die Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 weist ferner eine Vorbrennkammer 30 auf, welche auch als Vorkammer bezeichnet wird. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist in die Vorbrennkammer 30 ein Brennstoff einleitbar. Bei dem in die Vorkammer einleitbaren Brennstoff handelt es sich vorzugsweise um das Brenngas, mittels welchem der Gasmotor 10 betrieben wird. Die Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 weist darüber hinaus eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Injektors 20 über dessen Umfang, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnete Überströmöffnungen 32 auf, über welche die Vorbrennkammer 30 fluidisch mit dem Brennraum 12 verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Außerdem ist eine beispielsweise als Zündkerze ausgebildet

Fremdzündeinrichtung 33 vorgesehen, mittels welcher ein Brennstoff-Luft-Gemisch, welches zumindest den in die Vorbrennkammer 30 eingeleiteten Brennstoff umfasst, gezündet werden kann.

In Zusammenschau mit Fig. 1 1 ist erkennbar, dass die Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 wenigstens einen von dem Brennraum 12 und von den Überströmöffnungen 32 unterschiedlichen, zusätzlich dazu vorgesehenen Zuführkanal 34 aufweist, über welchen der Brennstoff (Brenngas) direkt in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet, insbesondere eingeblasen, wird. Dabei veranschaulicht in Fig. 1 1 ein Pfeil 36 den Brennstoff, der mittels des Zuführkanals 34 direkt in die Vorbrennkammer 30 eingebracht, insbesondere eingeblasen, wird. Der auch in Fig. 1 erkennbare Zuführkanal 34 ist beispielsweise als Kapillare ausgebildet. Ferner umfasst die Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 wenigstens ein Ventilelement 38, welches auch als Zumessventil beziehungsweise Brennstoff-Zumessventil bezeichnet wird. Mittels des Ventilelements 38 kann eine über den Zuführkanal 34 in die Vorbrennkammer 30 direkt einblasbare beziehungsweise einbringbare Menge des Brennstoffes eingestellt werden, sodass beispielsweise der Brennstoff aus einem Reservoir zum Aufnehmen und zumindest vorübergehenden Speichern des Brennstoffes über das Ventilelement 38 in den Zuführkanal 34 geleitet und über den Zuführkanal 34 direkt in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet, insbesondere eingeblasen, wird. Das Reservoir ist dabei beispielsweise ein Tank, aus welchem auch der Injektor 20 mit dem Brenngas, das unter Ausbildung der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 mittels des Injektors direkt in den Brennraum 12 eingeblasen wird, versorgt wird.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors 10 zu realisieren, sind die Vorbrennkammer 30, die Überströmöffnungen 32 und die Fremdzündeinrichtung 33 durch eine erste Baueinheit 40 gebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass die erste Baueinheit 40 auch wenigstens eine Zumesseinheit oder Zumesseinrichtung umfasst, mittels welcher beispielsweise der Brennstoff in die Vorbrennkammer einleitbar beziehungsweise eine Menge des in die Vorbrennkammer einzuleitenden Brennstoffes einstellbar ist.

Die erste Baueinheit 40 ist dabei beispielsweise als eine Vorkammer-Zündkerze ausgebildet, die die Fremdzündeinrichtung 33, die Vorbrennkammer 30 und die

Überströmöffnungen 32, welche auch als Überströmkanäle, Überströmbohrungen oder Fackelkanäle bezeichnet werden, umfasst. Der Injektor 20 ist dabei durch eine zweite Baueinheit 42 gebildet oder als eine solche zweite Baueinheit 42 ausgebildet, wobei die zweite Baueinheit 42 separat von der ersten Baueinheit 40 ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind die Baueinheiten 40 und 42 separat beziehungsweise unabhängig voneinander montierbare beziehungsweise herstellbare Baugruppen oder Module, die unabhängig beziehungsweise separat voneinander montiert, insbesondere vormontiert, und in vormontiertem Zustand aneinander angeordnet, insbesondere miteinander verbunden, werden. Dabei weist beispielsweise die erste Baueinheit 40 eine

beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung auf, in beziehungsweise durch die zumindest ein Längenbereich der zweiten Baueinheit 42 eingesteckt beziehungsweise hindurchgesteckt wird. Aus Fig. 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Vorbrennkammer 30 als in Umfangsrichtung des Injektors 20 vollständig geschlossen umlaufende Ringkammer ausgebildet ist, welche zumindest einen Längenbereich 44 des Injektors 20 in dessen Umfangsrichtung vollständig umlaufend umgibt.

Da der Brennstoff in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet wird, und da das Brennstoff-Luft- Gemisch in der Vorbrennkammer 30 gezündet wird, ist die Vorbrennkammer 30 eine gespülte und fremdgezündete Vorkammer, mittels welcher infolge des Zündens des Brennstoff-Luft-Gemisches eine dieselähnliche Diffusionsverbrennung des direkt in den Brennraum 12 eingeblasenen Brenngases bewirkt werden kann. Durch das Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Vorbrennkammer 30 entstehen Zündfackeln, welche auch als Fackelstrahlen oder Flame-Jets bezeichnet werden. Aufgrund eines aus dem Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Vorbrennkammer 30 resultierenden Druckanstiegs in der Vorbrennkammer 30 strömen die Fackelstrahlen über die Überströmöffnungen 32 aus der Vorbrennkammer 30 aus und in den Brennraum 12 ein, sodass das mittels des Injektors 20 in den Brennraum 12 eingeblasene Brenngas mit Hilfe der Fackelstrahlen gezündet und im Anschluss in einer dieselähnlichen

Diffusionsverbrennung verbrannt wird. Hierzu ist eine solche Ausgestaltung der

Vorbrennkammer 30 vorteilhaft, sodass ein hoher Strahlimpuls, insbesondere der Fackelstrahlen, ein nur geringer Wärmeabfluss in Wände und eine bestmögliche

Energieumsetzung in den aus der Vorbrennkammer 30 austretenden Flame-Jets realisierbar sind.

Ferner ist beispielsweise eine Abgasrückführung vorgesehen, in deren Rahmen Abgas aus einem Abgastrakt des Gasmotors 10 in einen Ansaugtrakt des Gasmotors 10 rückgeführt wird. Dem Brennraum 12 wird auch Luft als Verbrennungsluft zugeführt, wobei die Luft durch den Ansaugtrakt strömen kann und mittels des Ansaugtrakts in den Brennraum 12 geleitet wird. Dadurch entsteht im Brennraum 12 ein Brenngas-Luft- Gemisch, welches die dem Brennraum 12 zugeführte Luft und das direkt in den

Brennraum 12 eingeblasene Brenngas umfasst. Das Brenngas-Luft-Gemisch wird mittels der Fackelstrahlen gezündet. Hieraus resultiert ein Abgas des Gasmotors 10, wobei das Abgas mittels des Abgastrakts aus dem Brennraum 12 abgeführt wird. Dabei kann das Abgas den Abgastrakt durchströmen. Zur Abgasrückführung ist eine

Abgasrückführeinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Abgasrückführleitung umfasst. Die Abgasrückführleitung ist einerseits fluidisch mit dem Abgastrakt und andererseits fluidisch mit dem Ansaugtrakt verbunden, sodass zumindest ein Teil des den Abgastrakt durchströmenden Abgases aus dem Abgastrakt abgezweigt und zu dem beziehungsweise in den Ansaugtrakt rückgeführt werden kann. Das rückgeführte Abgas wird mittels der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft mitgenommen und in den Brennraum 12 transportiert. In dem Brennraum 12 kann das rückgeführte Abgas als Inertgas bei der Diffusionsverbrennung fungieren. Die Abgasrückführeinrichtung wird genutzt, um eine externe Abgasrückführung zu realisieren. Alternativ oder zusätzlich ist eine interne Abgasrückführung denkbar, bei welcher beispielsweise mittels eines translatorisch bewegbar in dem Brennraum 12 aufgenommenen Kolbens zumindest ein Teil des Abgases aus wenigstens einem dem Brennraum 12 zugeordneten Auslasskanal zurück in den Brennraum 12 gesaugt wird. Durch eine solche Abgasrückführung können beispielsweise die Stickoxid-Emissionen besonders gering gehalten werden.

Ferner kann ein günstiges Volumen-Oberflächenverhältnis der Vorbrennkammer 30 realisiert werden, indem die Vorbrennkammer 30 nur aus einem Raum bzw.

Volumenelement gebildet wird. Ferner ist vorzugsweise eine besonders kurze Länge der beispielsweise als Überströmbohrungen ausgebildeten Überströmöffnungen 32 vorgesehen.

In der vorzugsweise als Ringkanal oder Ringraum ausgebildeten Vorkammer ist vorzugsweise genau eine Zündquelle vorgesehen. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Zündquellen vorgesehen, um einen besonders gleichmäßigen Austritt der Fackelstrahlen zu realisieren. Vorzugsweise sind die genannten Teile wie Vorbrennkammer 30,

Überströmöffnungen 32 und Zündquelle beziehungsweise Fremdzündeinrichtung 33 einzeln austauschbar und somit als separat und unabhängig voneinander ausgebildete Bauelemente ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Vorbrennkammer 30 lediglich den zuvor genannten Ringraum und die Überströmöffnungen 32 und weist ein vorteilhaftes Oberflächen-Volumen-Verhältnis auf, sodass ein hoher Fackelstrahlimpuls realisiert werden kann.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zuführungs- und

Zündvorrichtung 18 dazu ausgebildet ist, eine drallförmige Strömung in der

Vorbrennkammer 30 zu bewirken. Dies kann beispielsweise aus Fig. 1 1 erkannt werden. In Fig. 1 1 veranschaulichen Pfeile 46 ein Einströmen von Luft aus dem Brennraum 12 in die Vorbrennkammer 30 über die Überströmöffnungen 32. Mit anderen Worten wird beispielsweise dann, wenn sich der Kolben aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt, mittels des Kolbens Luft durch die Überströmöffnungen 32 hindurch in die Vorbrennkammer 30 gefördert. Da ferner der Brennstoff über den

Zuführkanal 34 in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet wird, kann sich der Brennstoff in der Vorbrennkammer 30 mit der in die Vorbrennkammer 30 einströmenden Luft vermischen, sodass das zuvor genannte Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht. Wie anhand der Pfeile 36 und 46 erkennbar ist, strömen die in die Vorbrennkammer 30 einströmende Luft und der in die Vorbrennkammer 30 eingeleitete Brennstoff zumindest im

Wesentlichen drallförmig durch die Vorbrennkammer 30, sodass beispielsweise in der Vorbrennkammer 30 eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des

Brennstoff-Luft-Gemisches entsteht. Somit kann in der Vorbrennkammer 30 ein Drall erzeugt werden. Vorzugsweise sind mindestens zwei oder mehr Zündquellen vorgesehen, um beispielsweise das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorbrennkammer 30 zu zünden. Ferner ist es beispielsweise denkbar, die Vorbrennkammer 30 in den Zylinderkopf 14 zu integrieren, sodass sich eine optimale Anbindung an Kühlkanäle realisieren lässt.

Dadurch kann eine vorteilhafte Wärmeabfuhr realisiert werden. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn wenigstens ein Heizelement, insbesondere ein elektrisches Heizelement, zum Beheizen der Vorbrennkammer 30 vorgesehen ist. Das Heizelement kann an der Vorbrennkammer 30 angeordnet werden und ist besonders vorteilhaft für einen mobilen Betrieb, in dem es zu einem Kaltstart, einem Warmlauf, einem Leerlauf etc. des Gasmotors 10 kommen kann.

Die Diffusionsverbrennung mit Selbstzündung ist eine dieselmotorische Verbrennung, die gegenüber der fremdgezündeten, vorgemischten und beispielsweise bei einem Ottomotor zum Einsatz kommenden und somit auch als ottomotorische Verbrennung bezeichneten Verbrennung den Vorteil eines hohen thermischen Wirkungsgrads durch die Verwendung eines hohen Verdichtungsverhältnisses und die Möglichkeit bietet, im Hauptbrennraum sehr hohe Luft-Verdünnungen beziehungsweise Inertgas-Verdünnungen zu nutzen. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Gasmotor 10, welcher mit dem Brenngas und somit mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar ist, können ohne weiteres auch auf Verbrennungskraftmaschinen bezogen werden, die mit einem flüssigen Kraftstoff betrieben werden. Insbesondere kann mittels der Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 ein Verfahren realisiert werden, das genutzt werden kann, um Kraftstoffe, insbesondere Brenngase, beziehungsweise Kraftstoff- oder Brenngas-Luft-Gemische zu zünden, deren Selbstzündneigung nicht ausreicht, um sich bei dem bei Hochdruck-Einblasung beziehungsweise Hochdruck-Einspritzung vorherrschenden Temperaturen und Drücken selbst zu entzünden und eine anschließende Diffusionsverbrennung einzuleiten. Das Verfahren beziehungsweise die mittels der Zuführungs- und Zündvorrichtung 18 bewirkbare Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemischs in dem Brennraum 12 stellt eine Kombination aus Fremdzündung und nachfolgender dieselmotorischer Verbrennung dar. Dabei sind folgende Betriebsweisen und Gasmotoren als Stand der Technik bekannt:

(a) ottomotorisch betriebene Gasmotoren mit stöchiometrischem Brenngas-Luft- Verhältnis sowie mager, das heißt mit Luftüberschuss betriebene Gasmotoren: Bei einem solchen Verfahren wird ein brennfähiges Gas-Luft-Gemisch entweder vorgemischt in den Brennraum eingeleitet oder während einer

Kompressionsphase im Brennraum durch direkte Einbringung des Brenngases erzeugt. Die Verbrennung wird anschließend durch Fremdzündung eingeleitet. Bei Verwendung des stöchiometrischen Brennverfahrens kann mithilfe eines Drei- Wege-Katalysators ein einfaches Abgasreinigungssystem verwendet werden. Durch den Betrieb mit Inertgas im Brennraum, vor allem bei Einsatz einer externen, gekühlten Abgasrückführung, können bei diesem Brennverfahren die Temperaturen gesenkt und eine Wirkungsgradsteigerung erreicht werden. Mager betriebene Gasmotoren werden heutzutage vor allem als Stationärmotoren zur Energieerzeugung eingesetzt. Durch einen hohen Luftüberschuss von λ > 1 ,6 und damit geringe Verbrennungstemperaturen und Wärmeverluste erreichen sie sehr gute thermische Wirkungsgrade. Nachteilig gegenüber stöchiometrischem Betrieb mit Inertgasbeimischung ist jedoch die aufwendige Abgasnachbehandlung, um die Stickoxid-Emissionen (NO _x -Emissionen) gering zu halten.

Eine Herausforderung bei hohen Verdünnungsgraden ist vor allem die stabile Zündung des vorgemischten Gemisches im beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum. Hierzu können verschiedene Zündverfahren verwendet werden. Neben jedem konventionellen elektrischen Zündsystem eignen sich auch Vorkammersysteme oder als weitere Möglichkeit die Zündung mittels Diesel- Piloteinspritzung. Vorkammerzündkerzen sind bei ottomotorisch betriebenen stationären Gasmotoren Stand der Technik. Sie können sowohl passiv, das heißt ungespült sein, wie dies beispielsweise bei EP 1 476 926 A1 vorgesehen ist, die Gemischzusammensetzung in der Vorkammer entspricht der des

Hauptbrennraums, als auch gespült mit Brennstoff betrieben werden, wie dies beispielsweise in der DE 10 2005 005 851 A1 vorgesehen ist. Bei ungespültem Betrieb tritt vorher gemischtes Brenngas-Luft-Inertgas-Gemisch aus dem

Hauptbrennraum in die Vorkammer ein. Es erfolgen eine Fremdzündung in der Vorkammer und anschließend ein Austritt von Fackelstrahlen aus den

Überströmkanälen in den Hauptbrennraum. Es liegt im Hauptbrennraum ein bereits vorgemischtes Kraftstoff-Luft-Gemisch vor, das durch die Fackelstrahlen entzündet und mit einer deflagrativen Flammenausbreitung nach ottomotorischem Prozess verbrennt. Bei Spülung der Vorkammer mit Brennstoff kann bei mager, das heißt mit Luftüberschuss im Hauptbrennraum betriebenen Gasmotoren der Luftüberschuss in der Vorkammer reduziert und ein zumindest nahezu

stöchiometrisches Gemisch in der Vorkammer erzeugt werden. Es treten zwei Stoffströme in die Vorkammer ein: Brenngas-Luft-Inertgas aus dem

Hauptbrennraum sowie als zusätzlicher Stoffstrom Brennstoff durch das

Zumessventil. Durch das optimierte Brennstoff-Luft-Verhältnis erfolgt eine bessere Zündung der Vorkammer und daraus resultierend eine schnellere Zündung des Gemisches im Hauptbrennraum. So können hohe Kraftstoff-Luft-Verhältnisse von λ > 2 stabil motorisch gefahren werden, woraus ein hoher Wirkungsgrad und deutlich geringere Stickoxid-Rohemissionen resultieren. (b) Zweistoff-Gasmotoren, welche auch als Dual-Fuel bezeichnet werden: Als Zweistoff-Gasmotoren (Dual-Fuel-Motoren) werden Gasmotoren bezeichnet, die sowohl mit Dieselbrennstoff als auch mit Brenngas betrieben werden können. Der Anteil von gasförmigem Brennstoff kann zwischen einschließlich 0 Prozent bis einschließlich 95 Massen- Prozent variieren. Der gasförmige Brennstoff wird entweder im Saugrohr oder durch eine Niederdruck-Direkteinblasung in den Brennraum zugeführt, und durch Mischung mit Luft wird ein möglichst homogenes zündfähiges Gemisch erzeugt. Die Zündung dieses vorgemischten Brenngas-Luft- Gemisches erfolgt durch die Verwendung einer Diesel-HD-Direkteinspritzung. Der so eingespritzte Kraftstoff entzündet sich selbst und zündet nachfolgend das vorgemischte Gemisch im Brennraum. Die maximale Beimischung von Erdgas bei Volllastbetrieb ist durch Motorklopfen limitiert, da das Kompressionsverhältnis gegenüber einem Dieselmotor zwar abgesenkt ist, aber durch die notwendigen Temperaturen und Drücke für die Selbstzündung des Dieselkraftstoffes nicht die eigentlich für einen optimalen ottomotorischen Betrieb niedrigen Werte erreicht.

(c) Dieselähnlich betriebene Gasmotoren: Im Gegensatz zu ottomotorisch

betriebenen Mager-Gasmotoren oder Gasmotoren mit λ = 1 und AGR

(Abgasrückführung), deren Verdichtungsverhältnis im Bereich von ε = 1 1 -14 liegt, kann bei dieselähnlicher Diffusionsverbrennung ein Verdichtungsverhältnis von ε = 15-20 verwendet werden. Gasförmiger Brennstoff beziehungsweise Kraftstoff wird dabei unter hohem Druck über eine Mehrlochdüse direkt in den Brennraum eingeblasen. Der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine kann damit auf über 40 Prozent gesteigert werden.

Stand der Technik bei Nutzfahrzeugen ist momentan der hochdruck-direkteinspritzende Dieselmotor. Im Nutzfahrzeugsektor stellt der Gasmotor immer noch eine Ergänzung zu den bereits vorhandenen dieselmotorischen Motorplattformen dar. Daher ist das Ziel, möglichst viele Gleichteile zum Dieselmotor zu verwenden. Mit dieselmotorischer

Gasverbrennung können mehr Gleichteile zum Dieselmotor genutzt werden. Zudem können konstruktive Vorteile wie zum Beispiel Spitzendruckfestigkeit ausgenutzt werden. Nachteile der Dieselmotor-Basis für eine ottomotorische Anwendung wie zum Beispiel eine geringe Temperaturfestigkeit von Zylinderkopf und Krümmer treten beim Gas- Direkteinblaseverfahren so nicht auf, sodass eine annähernd identische Leistungsdichte im Vergleich zu dem mit Dieselkraftstoff betriebenen Motor erreicht werden kann. Problematisch bei der dieselähnlichen Gas- beziehungsweise Diffusionsverbrennung ist die Erzeugung der auch als HD-DI-Gasstrahlen bezeichneten Hochdruck- Brenngasstrahlen 28, die sich aufgrund ihrer gegenüber Dieselbrennstoff niedrigen Cetanzahl von CZ < 40 nicht selbst entzünden. Deshalb werden verschiedene Verfahren beschrieben, die zur Zündung der Gasstrahlen dienen. Ein bekanntes Verfahren zur Zündung der HD-Gas-Direkteinblasestrahlen ist die Piloteinspritzung von

selbstentzündlichem Kraftstoff, wobei es sich meistens um Dieselkraftstoff handelt, insbesondere mit einem Massenanteil an der gesamten Brennstoffmenge von

< 10 Prozent, entweder durch zwei getrennte Injektoren wie beispielsweise bei

EP 6 432 09 A1 oder EP 2 370 71 A1 , oder auch durch einen Nadel-Nadel-Injektor wie beispielsweise bei WO 2012/171 19 A1 . An diesen, sich im Hauptbrennraum selbst entzündenden Pilot-Zonen entzündet sich der darauffolgend eingeblasene Gasbrennstoff, und es folgt eine dieselähnliche Diffusionsverbrennung. Ein nicht-kommerziell

angewandtes Verfahren zur Zündung von HD-Gas-Direkteinblasestrahlen ist die Zündung mittels Glühkerze, wie dies beispielsweise in WO 2007/128101 A1 beschrieben ist.

Hierbei werden die HD-Gas-Direkteinblasestrahlen an einer heißen Oberfläche, insbesondere einer Glühkerze, gezündet.

Das vorliegende Verfahren basiert auf dem Funktionsprinzip einer dieselmotorischen Verbrennung. Es basiert auf einer Hochdruck-Direkt-Einblasung beziehungsweise - Einspritzung von Brenngas beziehungsweise Brenngas in den Brennraum 12 mit einem hohen Verdichtungsverhältnis von beispielsweise ε >12. Das Brenngas zündet unter motorisch relevanten Betriebsbedingungen nicht selbst. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass für die Zündung der HD-Einblase-Gasstrahlen eine Vorkammer mit der Möglichkeit zur Einbringung von Brennstoff verwendet wird, wie dies beispielsweise bereits in der DE 10 2005 005 851 A1 beschrieben ist. Diese enthält ein Vorkammer-Volumen, das durch mehrere Überströmkanäle mit dem Hauptbrennraum verbunden ist, sowie eine Fremdzündeinrichtung 33. Das Vorkammer- Volumen V _V k ist dadurch kleiner als das Kompressionsvolumen des Hauptbrennraums, wobei

beispielsweise gilt:

V _vk < 10 Prozent ^* V _H au _P t,kom _P

Dabei bezeichnet V _Ha upt,komp das Kompressionsvolumen des Brennraums 12.

Das Verfahren ist insbesondere aus Fig. 2 erkennbar, sodass anhand von Fig. 2 der Funktionsbetrieb des Gasmotors 10 beschrieben wird. Ferner zeigt Fig. 3 ein Diagramm, auf dessen Abszisse 48 Grad Kurbelwinkel aufgetragen sind. Ferner ist auf der Ordinate 50 ein im Brennraum 12 herrschender Druck aufgetragen, sodass ein in das in Fig. 3 gezeigte Diagramm eingetragener Verlauf 52 einen Verlauf des im Brennraum 12 herrschenden Drucks über Grad Kurbelwinkel zeigt. Dabei sind in Fig. 3 unterschiedliche Phasen 54, 56, 57, 58, 60 und 62 des Verfahrens eingetragen. Somit zeigt Fig. 3 ein Beispiel für einen zeitlichen Ablauf der Phasen 54, 56, 57, 58, 60, 62 über Grad

Kurbelwinkel (°KW), wobei der Verlauf 52 ein repräsentativer Zylinderdruckverlauf ist. Als Fremdzündquelle ist in Fig. 3 die Fremdzündeinrichtung 33 besonders schematisch dargestellt. Bei der Phase 54 wird beispielsweise der Brennstoff in einer Vorkammer- Brennstoffmenge mit einem geringen Druck von > 5 bar in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet. Bei der Phase 56 wird Luft aus dem Hauptbrennraum in die Vorbrennkammer 30 eingeleitet. Bei der Phase 57 wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in der

Vorbrennkammer 30 gezündet. Bei der Phase 58 treten die Flame-Jets aus der

Vorbrennkammer 30 über die Überströmöffnungen 32 aus und in den Hauptbrennraum ein. Bei der Phase 60 wird das Brenngas in einer Brennraum-Brenngasmenge mittels des Injektors 20 unter hohem Druck direkt in den Brennraum 12 eingeblasen. Bei der Phase 62 erfolgt schließlich die Diffusionsverbrennung des Brenngas-Luft-Gemisches im Brennraum 12.

Die verwendete Vorkammer zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in die Vorkammer durch wenigstens eine oder mehrere Kapillaren und/oder direkt mittels wenigstens eines Gaseinblasventils oder aber mittels mehrerer Gaseinblasventile, auch als Zumessventile bezeichnet, der Brennstoff in definierter Vorkammer-Brennstoffmenge eingebracht werden kann. Das jeweilige Gaseinblasventil zum Einbringen, insbesondere Einleiten, des Brennstoffs in die Vorbrennkammer 30 ist beispielsweise als Niederdruck- Gaseinblasventil oder aber als Hochdruck-Gaseinblasventil ausgebildet. Die in die Vorbrennkammer 30 eingeleitete Vorkammer-Brennstoffmenge ist deutlich geringer als die durch die Hochdruck-Direkteinblasung in die Hauptkammer eingebrachte Brennraum- Brenngasmenge.

Als Brenngase kommen für das Verfahren alle nicht im dieselmotorischen Prozess bei den motorisch relevanten Drücken und Temperaturen selbstzündliche Brennstoffe in Frage. In der technischen Anwendung sind dies vor allem gasförmige Brennstoffe wie NG (Natural Gas beziehungsweise Erdgas) oder LPG (Liquefied Patroleum Gas). Es können zudem Propan, Ethan, Butan, Methan, Wasserstoff als Einzelstoffe oder als Gasgemisch in Frage kommen. Für die Hochdruck-Direkteinblasung in den Brennraum 12 und die Einblasung in die Vorkammer werden bevorzugt dieselben Brenngase verwendet.

Prinzipiell ist auch ein Einsatz von zwei verschiedenen Brennstoffen möglich.

Im Hauptbrennraum liegt vor der Hochdruck-Direkteinblasung ein Gemisch aus Luft- Inertgas oder ausschließlich Luft vor. Es liegt im Hauptbrennraum vor der HD- Direkteinblasung kein vorgemischtes oder teilgemischtes Brenngas-Luft-Gemisch vor. Der in die Vorkammer eingebrachte Brennstoff vermischt sich in der Vorkammer mit dem bei Erhöhung des Drucks im Hauptbrennraum durch den Kompressionszug des Kolbens durch die Überströmkanäle in die Vorkammer eintretende Luft/Luft-Inertgas-Gemisch. Zum Zündzeitpunkt in der Vorkammer wird ein homogen gemischtes und zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch nahe dem stöchiometrischen Luftverhältnis angestrebt, wobei vorzugsweise ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von λ = 1 vorgesehen ist. Das

Mischungsverhältnis wird bestimmt durch die eingebrachte Vorkammer-Brennstoffmenge in die Vorkammer und das Einblaseende, das durch den maximalen Druck der

Einblasung beziehungsweise Einspritzung in Richtung oberen Totpunkt begrenzt wird. Für eine Abschätzung des Einblaseendes wird angenommen, dass die Vorkammer bei Einblaseende komplett mit Brennstoff gefüllt ist und anschließend ohne Spülverluste Luft aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer gelangt. Für einen volumetrischen

Luftbedarf von Methan von L _st , _V oi = 10 sollte das Einblaseende so gelegt werden, dass bei einem Zehntel des Drucks beim Zündzeitpunkt die Vorkammer komplett mit Gas gefüllt ist. Als Rechen-Beispiel werden bei Hochlast Drücke bei Zündzeitpunkt (ZZP) von 50 bis 70 bar erreicht, sodass bei einem Druck von 5 bis 7 bar noch in die Vorkammer

Brennstoff eingeblasen werden kann. Technisch sinnvolle Druckbereiche für die

Einblasung in die Vorkammer sind damit Druckbereiche von einschließlich 5 bis einschließlich 200 bar, prinzipiell sind auch höhere Drücke möglich. Vorteil eines höheren Einblase- beziehungsweise Einspritz-Drucks ist, dass das Einblaseende flexibel nahe an den Zündzeitpunkt im Kompressionsdruckanstieg im Hauptbrennraum gelegt werden kann und/oder eine späte Einblasung möglich ist. Zudem wird durch einen höheren Impuls des einströmenden Brennstoffes eine bessere Mischung in der Vorkammer ermöglicht.

Die Zündung in der Vorkammer erfolgt durch eine Fremdzündeinrichtung, wie zum Beispiel ein konventionelles Spulenzündsystem mit Hakenzündkerze oder auch durch neuartige alternative Zündsysteme wie Corona- oder Laserzündung. Es können eine oder mehrere Fremdzündeinrichtungen verwendet werden. Durch die Verwendung eines hohen Verdichtungsverhältnisses im Gegensatz zum Ottomotor und der Zündung nahe dem oberen Totpunkt in der Vorkammer sind der Druck und die Temperatur bei Zündzeitpunkt in der Vorkammer sehr hoch. Dadurch ergeben sich in der Vorkammer bei Zündzeitpunkt eine hohe Dichte und eine vorteilhaft hohe, insbesondere laminare, Brenngeschwindigkeit. Es findet im Gegensatz zu bekannten und an ausgeführten Verbrennungsmotoren verwendeten Diesel-Vorkammern wie beispielsweise in der DE 301 613 9 A1 keine Selbstzündung in der Vorkammer statt. Da erst durch das Eindringen von Luft in die Vorkammer durch die Überströmkanäle nach Ende der Brennstoffeinbringung in die Vorkammer kurz vor Zündzeitpunkt ein zündfähiges

Gemisch vorliegt, wird eine unerwünschte Selbstentflammung, zum Beispiel durch lokal hohe Bauteiltemperaturen, in der Vorkammer verhindert.

Nach Fremdzündung in der Vorkammer kommt es zu einer deflagrativen

beziehungsweise vorgemischten Flammenausbreitung und daraus resultierend zu einer starken Temperaturerhöhung in der Vorkammer. Aus der daraus resultierenden Volumen- und Druckzunahme tritt eine Flamme in Form der zuvor genannten Fackelstrahlen durch die Überströmkanäle in den Hauptbrennraum über. Kurz vor und/oder parallel zu und/oder nach dem Beginn des Austretens der Fackelstrahlen aus den beispielsweise als Übertrittsbohrungen ausgebildeten Überströmöffnungen 32 erfolgt die Hochdruck-Direkt- Einblasung beziehungsweise -Einspritzung der Brennraum-Brenngasmenge in den Hauptbrennraum. Die Übertrittsbohrungen sind so angeordnet, dass es zu einer geometrischen Überschneidung von Fackelstrahlen mit Hochdruck-Direkteinblasstrahlen kommt. Mögliche Druckbereiche für die Gas-Hochdruck-Direkteinblasung sind

beispielsweise Druckbereiche von einschließlich 100 bar bis einschließlich 600 bar.

Die HD-Einblase- beziehungsweise -Einspritzstrahlen entzünden sich an den aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum austretenden Fackelstrahlen. Prinzipiell kann bei dem beschriebenen Verfahren von einer zweistufigen Zündung gesprochen werden. Es findet aufgrund der Brennstoffeigenschaften im Gegensatz zum klassischen Dieselmotor keine Selbstzündung der Brennraum-Brenngasmenge statt. Die HD-Direkt-Einblase- beziehungsweise Brennraum-Brenngasmenge kann auch in eine Pilot- oder

Hauptbrenngasmenge aufgeteilt werden. Auch die Einblasung beziehungsweise

Einspritzung der Hauptbrenngasmenge kann in mehreren Anteilen erfolgen. Die

Pilotbrenngasmenge m _Pi iot,Di ist hierbei deutlich kleiner als die Hauptbrenngasmenge m _H au _P t,Di . Die zuerst eingebrachte Pilotbrenngasmenge entzündet sich an den

Vorkammer-Fackelstrahlen. Die nachfolgend eingeblasene Hauptbrenngasmenge entzündet sich anschließend an den Verbrennungszonen, die aus den Fackelstrahlen der Vorkammer und der Pilotbrenngasmenge resultieren. Prinzipiell findet hierbei eine dreistufige Zündung statt. Die Verbrennung der Hauptbrenngasmenge erfolgt anschließend analog zu einem klassischen Dieselmotor in Form einer Diffusionsverbrennung der durch die Hochdruck- Direkteinblasung eingeleiteten Brennraum-Brenngasmenge. Diese dieselähnliche

Diffusionsverbrennung stellt die Haupt-Wärmefreisetzung der

Verbrennungskraftmaschine dar und sorgt für einen hohen thermischen Wirkungsgrad. Als Abgrenzung zu dem bekannten Betrieb von Otto-Gasmotoren mit Vorkammer und deflagrativer Hauptverbrennung wird bei dem beschriebenen Verfahren die

Hauptwärmefreisetzung durch eine dieselähnliche Diffusionsverbrennung erreicht. Zudem unterscheidet sich der in die Vorkammer eintretende Stoffstrom aus dem

Hauptbrennraum. Da bei dem beschriebenen Verfahren die Brennraum-Brenngasmenge mit HD-Direkteinblasung erst nahe dem oberen Totpunkt in den Brennraum eingebracht wird, liegt kein vorgemischtes Brenngas-Luft-Gemisch im Hauptbrennraum vor. In die Vorkammer tritt aus dem Hauptbrennraum nur Luft beziehungsweise Luft und Inertgas ein.

Relevante Bauteile sind dabei: die Vorkammer, die Fremdzündeinrichtung 33, das Zumessventil, der wenigstens eine Zuführkanal 34, die Überströmöffnungen 32 und der beispielsweise als HD-Direkteinblasinjektor ausgebildete Injektor 20. Die gesamte Anordnung wird beispielsweise im Zylinderkopf 14 eines konventionellen

Verbrennungsmotors mit Hubkolben angebracht. Die Vorkammer kann entweder als konventionelle gespielte Vorkammer-Zündkerze neben dem Hochdruck-Injektor oder aber als Ringraum um den Hochdruck-Injektor ausgeführt werden. Idealerweise sind der Zuführkanal 34 und/oder die Überströmöffnungen 32 so angebracht, dass in der

Vorkammer eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige Drallströmung entsteht, wie sie in Fig. 1 1 durch die Pfeile 36 und 46 veranschaulicht ist.

Es können eine oder mehrere Zündquellen in der Vorkammer installiert beziehungsweise der Vorkammer zugeordnet werden. Als Zündquelle kann zum Beispiel eine

handelsübliche Zündkerze verwendet werden. Der Elektrodenabstand sollte auf die erforderlichen maximalen Drücke bei Zündzeitpunkt von beispielsweise 50 bis 150 bar angepasst werden. Er sollte analog zur Paschen-Kurve für realistische Zündspannungen von 30 bis 50 Kilovolt im Bereich von 0,1 bis 0,2 Millimeter liegen. Die Zündkerze kann entweder fest integriert oder aber auch für einen möglichen Austausch wegen Verschleiß austauschbar in die Vorkammer einbringbar sein. Des Weiteren kann die Mittelelektrode der Zündkerze auch so angeordnet werden, dass die Funkenstrecke zwischen

Vorkammer-Wand und Mittelelektrode entsteht, vergleiche hierzu EP 1 476 926 A1 . Bei Verwendung von Kapillaren zur Einbringung des Brennstoffes in die Vorkammer können diese an einer oder mehreren Stellen in die Vorkammer münden, um eine homogene Mischung von Brennstoff und Luft sicherzustellen. Die Verwendung von Kapillaren mit geringem Durchmesser zum Einbringen des Brennstoffes in die

Vorkammer bietet den Vorteil, dass die Zumessventile nur wenig Temperatur- und durch die langen Gaslaufzeiten auch nur wenig Druckbelastung aus dem Hauptbrennraum erfahren, vergleiche hierzu EP 1 936 143 B1 . Durch eine entsprechende Anordnung der Kapillaren kann bei später Einbringung des Brennstoffes in die Vorkammer eine

Strömung erzeugt werden, die die Vermischung mit Luft unterstützt.

Die Anzahl und Ausrichtung der beispielsweise als Austrittsbohrungen ausgebildeten Einblasöffnungen 24 des Injektors 20 ergeben sich aus den Anforderungen an die Haupt- Diffusionsverbrennung. Die Anzahl und Lage beziehungsweise Ausrichtung der auch als Übertrittsbohrungen bezeichneten Überströmöffnung 32 wird beispielsweise bestimmt von folgenden Anforderungen: Drallgenerierung der Vorkammer; optimale Zündung der Hochdruck-Gaseinblasestrahlen. Die Anzahl der Übertrittsbohrungen sollte der Anzahl der Austrittsbohrungen entsprechen. Die Übertrittsbohrungen sollten so angeordnet sein, dass sich der Hochdruck-Einblase- beziehungsweise Einspritz-Strahl um die

Fackelstrahlen aus der jeweiligen Übertrittsbohrung überschneiden, wodurch die Zündung der Hochdruckstrahlen möglich wird. Daraus ergeben sich mehrere Möglichkeiten der Anordnung, die beispielsweise aus Fig. 6 bis 8 erkennbar sind.

Mit dem beschriebenen Verfahren können die genannten Vorteile der

Diffusionsverbrennung ähnlich wie bei einem Dieselmotor wie vor allem ein hoher Wirkungsgrad auch für nicht beziehungsweise schwer selbstzündende Brennstoffe genutzt werden. Dies können flüssige Brennstoffe wie zum Beispiel Benzin oder gasförmige Brennstoffe wie beispielsweise Erdgas sein. Durch das Verfahren kann auf die Einbringung von Zündstrahlen aus einem zweiten, unter motorischen Bedingungen selbstentzündlichen Brennstoff verzichtet werden. Dadurch wird zum einen der

Hochdruck-Direkteinblaseinjektor (Injektor 20) deutlich einfacher gegenüber bekannten Zweistoff-Injektoren wie zum Beispiel Nadel-in-Nadel-Injektoren, wie er beispielsweise in der WO 2012/171 1 19 A1 beschrieben ist. Zum anderen kann auch auf die zweite, zusätzliche Versorgung mit einem selbstentzündlichen Brennstoff wie zum Beispiel Diesel komplett verzichtet werden. Es können für einen Zusatzbrennstoff das Tanksystem, Hochdruckpumpe und Brennstoffleitungen eingespart werden. Durch ausschließliche Verwendung von gasförmigen Kraftstoffen wird zudem eine Verkokungsneigung vermindert. Bei der HD-Gaseinblasung und Verwendung von gekühltem, verflüssigtem Erdgas wie beispielsweise LNG fällt bei den bisher bekannten Konzepten Absteuer- und Leckagemengen von Gas bei Lastwechseln oder notwendigen Änderungen des

Gasdrucks an, die aufwändig wieder auf hohen Druck verdichtet oder in das Saugrohr bei niedrigem Druck eingeblasen werden müssen. Die ND-Einblasung in die Vorkammer bietet eine einfache Möglichkeit, diese Gasmengen innermotorisch zu verwerten.

Gegenüber der Zündung der HD-Direkteinblase-Strahlen mittels Glühkerze, wie es beispielsweise in der WO 2007/128101 beschrieben ist, bietet das vorliegende Verfahren den Vorteil, dass jedem Strahl eine Zündquelle beziehungsweise ein Fackelstrahl zugeordnet werden kann. Es müssen nicht mehrere Glühkerzen im Zylinderkopf 14 eingebracht werden. Zudem kann durch den Freiheitsgrad, wann die Zündung in der Vorkammer relativ zum Einblasebeginn der HD-Direkteinblasung erfolgt, die Zündung der HD-Direkteinblasung mit den Strahlen besser gesteuert werden. Zudem sind

handelsübliche Zündsysteme für eine Zündung in jedem Verbrennungs-Zyklus ausgelegt, wohingegen Glühkerzen üblicherweise nur für den Kaltstartbetrieb und nicht für einen Dauerbetrieb ausgelegt sind. In der Vorkammer wird durch Vermischung des

Brennstoffes mit der Luft, die aus dem Brennraum 12 in die Vorkammer eintritt, ein gegebenenfalls Inertgas umfassendes Brennstoff-Luft-Gemisch als möglichst

homogenes, zündfähiges Gemisch erzeugt, welches mittels der Fremdzündeinrichtung 33 fremdgezündet wird. Nach Fremdzünden des Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgt eine vorgemischte beziehungsweise deflagrative Flammenausbreitung mit einer Temperatur und Druckerhöhung in der Vorkammer. Daraus resultierend tritt eine Flamme als die zuvor genannten Fackelstrahlen in den Brennraum 12 über die Überströmöffnungen 32 über und entzündet das nun mittels des Injektors 20 direkt in den Brennraum 12 eingeblasene Brenngas beziehungsweise dessen Hochdruck-Brenngasstrahlen 28, sodass keine Selbstzündung des direkt in den Brennraum 12 eingeblasenen Brenngases erfolgt. Die Hauptwärmefreisetzung erfolgt analog zu dem bekannten Diesel- Direkteinspritzung-Hochdruck-Verfahren als diffusive Verbrennung des Brenngases bei einem hohen thermodynamischen Wirkungsgrad. Dabei ist vorzugsweise die Vorkammer- Brennstoffmenge des in die Vorkammer eingebrachten Brennstoffes deutlich kleiner als die Brennraum-Brenngasmenge des direkt in den Brennraum 12 eingebrachten

Brenngases, wobei beispielsweise die Vorkammer-Brennstoffmenge des in die

Vorkammer eingebrachten Brennstoffes geringer als 10 Prozent der Brennraum- Brenngasmenge des direkt in den Brennraum 12 eingeblasenen Brenngases ist. Die Hauptwärmefreisetzung und freigesetzte Arbeit der Verbrennungskraftmaschine resultieren aus Diffusionsverbrennung der Brennraum-Brenngasmenge. Die Druckniveaus sowohl des in die Vorkammer als auch des in den Hauptbrennraum direkt eingeblasenen beziehungsweise eingespritzten Brennstoffes können gleich sein.

Vorzugsweise kann aufgrund des Arbeitsprinzips der Druck des Brennstoffes für die Vorkammer deutlich geringer, insbesondere auf Niederdruckniveau (ND), sein.

Vorzugsweise erfolgt die Einbringung, insbesondere Einblasung, des Brennstoffes in die Vorkammer (Vorbrennkammer 30) in einem Bereich von einschließlich -360 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 0 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt. Für die Direkteinblasung in den Brennraum 12 und die Einbringung des Brennstoffs in die Vorkammer werden bevorzugt dieselben Brenngase verwendet. Prinzipiell ist auch ein Einsatz von zwei unterschiedlichen Brennstoffen möglich. Nach dem Befüllen der Vorkammer mit Brennstoff erfolgt ein Überströmen zumindest von Luft, insbesondere eines Luft-Inertgas-Gemisches, aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer, sodass sich die aus dem Brennraum 12 über die Überströmöffnungen 32 in die Vorbrennkammer 30 eingeströmte Luft beziehungsweise das genannte Luft-Inertgas-Gemisch mit dem in die Vorbrennkammer 30 eingebrachten Brennstoff vermischt.

Durch eine entsprechende Anordnung der Brennstoffzufuhr in die Vorkammer kann bei später Einbringung des Brennstoffs in die Vorkammer mit hohem Druck in der

Vorkammer eine Strömung erzeugt werden, die die Vermischung des Brennstoffes mit der Luft unterstützt. Die der Vorkammer zugeführte Vorkammer-Brennstoffmenge ist so eingestellt, dass sich bei Zündzeitpunkt in der Vorkammer durch Vermischung der Stoffströme bei Zündzeitpunkt ein zündfähiges, optimalerweise stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch einstellt. Dabei erfolgt eine Fremdzündung des idealerweise stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer. Als Zündquelle kann eine konventionelle Zündkerze, eine Zündkerze mit Funkenstrecke zwischen Bügel und Kammerwandung, eine Corona-Zündung, eine Laserzündung oder eine Mikrowellen- Zündung dienen. Nach der Zündung erfolgt eine vorgemischte beziehungsweise deflagrative Verbrennung, wodurch sich in der Vorkammer Druck und Temperatur erhöhen und sich die brennenden Fackelstrahlen über die Überströmöffnungen 32 in den Hauptbrennraum mit hoher Austrittsgeschwindigkeit und Turbulenzgenerierung ausbreiten. Die Brennraum-Brenngasmenge wird durch Hochdruck-Direkteinblasung wie beispielsweise bei einem Hochdruck-Diesel-Injektor in den Brennraum in einem Bereich um -60 Grad Kurbelwinkel bis +60 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweise nahe dem oberen Totpunkt, eingebracht. Vor Einbringung der Brennraum-Brenngasmenge in den

Hauptbrennraum (Brennraum 12) liegt im Hauptbrennraum zumindest Luft, insbesondere ein Luft-Inertgas-Gemisch, vor. Die Anordnung der beispielsweise als Übertrittsbohrungen ausgebildeten

Überströmöffnungen 32 ist vorzugsweise so, dass sich die austretenden Fackelstrahlen und die als Hochdruck-Direkt-Einblase- beziehungsweise Einspritz-Strahlen

ausgebildeten Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 geometrisch schneiden, sodass die Zündung letzterer effektiv erfolgen kann. Der Zündzeitpunkt in der Vorkammer wird vorzugsweise so gewählt, dass die Fackelstrahlen aus der Vorkammer in einem Bereich von 60 Grad Kurbelwinkel vor bis 60 Grad Kurbelwinkel nach dem Beginn der

Einbringung der Brennraum-Brenngasmenge in den Hauptbrennraum übertreten.

Dadurch kann eine sichere Zündung der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 erreicht werden. Es wird keine homogene Mischung der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 mit der Luft beziehungsweise mit dem Luft-Inertgas-Gemisch im Hauptbrennraum angestrebt. Ferner erfolgt eine Fremdzündung der in Form der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 in den Brennraum 12 eingebrachten Brennraum-Brenngasmenge durch die aus der Vorkammer austretenden Fackelstrahlen, welche auch als Flamm-Fackelstrahlen bezeichnet werden. Eine Selbstzündung der Brennraum-Brenngasmenge

beziehungsweise des Brenngas-Luft-Gemisches in dem Hauptbrennraum wird nicht angestrebt.

Die Brennraum-Brenngasmenge beziehungsweise das Brenngas kann getrennt in mehrere Einblase- beziehungsweise Einspritzvorgänge in den Brennraum 12 eingebracht werden. Bei einer solchen unterteilten Einbringung kann vorzugsweise eine erste kleinere Pilotbrenngasmenge eingebracht werden, die sich an den Fackelstrahlen aus der Vorkammer entzünden. Dadurch ergeben sich vergrößerte Flammzonen für eine sichere Zündung der restlichen Brennraum-Brenngasmenge, sodass sich beispielsweise eine zumindest dreistufige Zündung realisieren lässt. Durch die Unterteilung der Einbringung des Brenngases in den Brennraum 12 vorzugsweise mit einer Pilotbrenngasmenge kann die Fremdzündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer nach Früh und damit zu einem geringeren Druck gelegt werden, womit die Bedingungen für das

Funktionieren einer Fremdzündeinrichtung verbessert werden. Beispielsweise ist das Zustandekommen eines Funkendurchbruchs bei einer Spulenzündung druckabhängig. Die Hauptverbrennung erfolgt analog zu diesem motorischen Verfahren als

Diffusionsverbrennung des eingeblasenen beziehungsweise eingespritzten Brenngases. Als das Brennraum-Brenngas ist ein Kraftstoff vorgesehen, wobei als Kraftstoff vorzugsweise gasförmige Kraftstoffe wie beispielsweise Methan, Erdgas (CNG, LNG), LPG, Ethan oder Wasserstoff oder flüssige Kraftstoffe wie beispielsweise Benzin zum Einsatz kommen, deren Selbstzündneigung bei motorisch relevanten Druck-Temperatur- Bereichen nicht ausreichend für eine dieselmotorische Verbrennung ist. Vorzugsweise ist der Kraftstoff identisch mit dem Kraftstoff, der in die Vorkammer eingeleitet wird. Es können prinzipiell auch unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden. Der Druck für die Einblasung beziehungsweise Einspritzung des Brennstoffs in die Vorkammern kann deutlich geringer als der Druck für die Einblasung beziehungsweise Einspritzung des Brenngases in den Hauptbrennraum sein. Vorteil ist hier eine einfachere konstruktive sowie kostengünstigere Auslegung des Ventilelements 38 für die Einbringung des Brennstoffes in die Vorkammer. Für die Einbringung des Brennstoffes in die Vorkammer kann bei identischem Kraftstoff für Vorkammer und Hauptbrennraum beispielsweise die Leckage-/Absteuermenge des HD-Gaseinblase- beziehungsweise Einspritz-Systems verwendet werden. Das Verfahren kann sowohl für stationäre als auch für mobile

Anwendungen verwendet werden.

Insbesondere ist es denkbar, dass die Vorkammer neben dem als Hochdruck-Injektor ausgebildeten Injektor 20, eventuell auch zweifach oder mehrfach, vorgesehen sein kann. Insbesondere kann die Vorkammer als Baugruppe ausgebildet sein, welche einen Flansch, die Vorkammer, Kapillare, das Ventilelement 38, die Fremdzündeinrichtung 33 und die Überströmöffnungen 32 umfasst. Mit anderen Worten umfasst beispielsweise die Baueinheit 40 die Vorbrennkammer 30, die Überströmöffnungen 32, die

Fremdzündeinrichtung 33, den gegebenenfalls vorgesehenen Zuführkanal 34 und beispielsweise das Ventilelement 38. Die auch als Baugruppe bezeichnete Baueinheit 40 kann beispielsweise in den Zylinderkopf 14 eingepresst und/oder reversibel lösbar mit dem Zylinderkopf 14 verbunden werden, wobei die Baueinheit 40 beispielsweise mit dem Zylinderkopf 14 verschraubt werden kann. Ferner ist es möglich, die Baueinheit 40 durch Anpressen beziehungsweise durch eine Anpressvorrichtung am Zylinderkopf 14 zu montieren.

Ferner ist es denkbar, die Vorkammer beziehungsweise deren Volumen sowie die Überströmöffnungen 32 optional durch konstruktive Gestaltung direkt in den Zylinderkopf 14 zu integrieren. Vorzugsweise sind der Vorkammer eine oder mehrere Zündquellen zugeordnet, welche beispielsweise in der Vorkammer angeordnet sind. Als eine solche Zündquelle kann eine konventionelle Zündkerze, eine Zündkerze mit Funkenstrecke zwischen Bügel-Kammerwandung, eine HF-Corona-Zündung, eine Laser- oder eine Mikrowellen-Zündung zum Einsatz kommen. Die Fremdzündeinrichtung kann sowohl horizontal als auch vertikal in der Vorkammer angebracht sein. Vorzugsweise erfolgt die Einleitung beziehungsweise Zuführung des Brennstoffes in die Vorkammer mittels dünner und langer Kapillare und/oder mittels eines extern angeordneten Ventils wie

beispielsweise dem Ventilelement 38. Das Ventilelement 38 wird beispielsweise über die Kapillare vor heißem Brenngas sowie Brennraumdruck geschützt. Optional ist es denkbar, den Brennstoff in die Vorkammer zumindest im Wesentlichen direkt über ein Zumessventil einzubringen. Insbesondere kann eine tangentiale und/oder andere Zuführung des Brennstoffes in die Vorkammer vorgesehen sein, derart, dass, insbesondere bei spätem Einbringen des Brennstoffes in die Vorkammer, eine Strömung in der Vorkammer erzeugt wird, wobei die Strömung die Vermischung mit der in die Vorkammer insbesondere über die Überströmöffnung 32 eingeleiteten Luft unterstützt. Optional ist eine tangentiale Anordnung der Überströmöffnungen 32 und/oder des Zuführkanals 34 vorgesehen, um in der Vorkammer einen Drall zu erzeugen, mittels welchem der in die Vorkammer eingeleitete Brennstoff besonders gut mit der in die Vorkammer eingeleiteten Luft vermischt werden kann. Vorzugsweise erfolgt eine

Anordnung der Überströmöffnungen 32 so, dass sich die auftretenden Fackelstrahlen und die Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 schneiden und die Zündung letzterer erfolgen kann. Vorzugsweise ist jeder Einblasöffnung 24 beziehungsweise jedem Hochdruck- Brenngasstrahl 28, insbesondere genau, eine Überströmöffnung 32 zugeordnet.

Jeweilige Mittelachsen der Überströmöffnungen 32 und des Zuführkanals 34

beziehungsweise der Zuführkanäle können sich schneiden, tangieren oder einander gegenüber angeordnet sein, um eine besonders vorteilhafte Vermischung der Luft mit dem Brennstoff zu realisieren und eine besonders vorteilhafte Gemischhomogenisierung in der Vorkammer zu erreichen.

In die Vorkammer eintretende Stoffströme sind beispielsweise: ausschließlich Luft oder ein Luft-Inertgas-Gemisch aus dem Hauptbrennraum, wobei das Luft-Inertgas-Gemisch Inertgas umfasst, welches beispielsweise intern und/oder extern rückgeführtes Abgas sein kann

Brennstoff sowie gegebenenfalls Luft bei Restgasanteil, zum Beispiel

rückgeführtes Abgas im Hauptbrennraum oder zur Spülung.

Bei Betrieb mit Flüssiggas, das beispielsweise in einem Drucktank gespeichert vorliegen kann, ist eine Flüssig-Direkteinblasung in den Brennraum 12 möglich. Die Spülung der Vorkammer kann unter niedrigerem Druck mit dem im Tank vorliegenden gasförmigen Brenngas erfolgen, wobei beispielsweise eine Druckausgleicheinheit zwischen Gas- und Flüssigphase im Drucktank vorgesehen ist. Das Verfahren kann auch bei geringeren Verdichtungsverhältnissen der Brennkraftmaschine angewandt werden, da die initiale Zündeinleitung durch eine Fremdzündeinrichtung erfolgt und nicht etwa auf eine chemische Selbstzündung eines der verwendeten Kraftstoffe normalerweise angewiesen ist. Ferner kann ein optionaler ottomotorischer Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen sein.

Neben dem diffusiven Verbrennungsmodus der Haupt-Hochdruck-Brenngasstrahlen ist mit der vorliegenden Zuführungs- und Zündvorrichtung zur Erfüllung von möglichen anspruchsvollen Geräusch- und Emissionsvorschriften ein Umschalten auf einen ottomotorischen Betrieb möglich. Zudem bietet dieser ottomotorische Betriebsmodus eine Option für den Fall, dass die Brennstoffeinbringung in die Vorkammer ausfällt:

Brennstoffeinblasung durch vorhandenes Hochdruck-Direkteinblasventil während Expansions-/Kompressionstakts entweder zur Herstellung eines möglichst homogenen Brennstoff-Luft-Gemischs im Brennraum 12 oder auch eines beschichteten Brennstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 12. Die

Gemischzusammensetzung im Hauptbrennraum kann stöchiometrisch mit oder ohne Restgas beziehungsweise rückgeführtem Abgas oder auch mager mit Luftüberschuss sein.

Zur Vermeidung von klopfender Verbrennung kann insgesamt das

Verdichtungsverhältnis reduziert sein.

Zur Vermeidung von klopfender Verbrennung kann ein durch Restgas, rückgeführtem Abgas oder erhöhtem Luftanteil verdünntes Brennstoff-Luft- Gemisch verwendet werden.

Für den rein ottomotorischen Betrieb kann die Brenngaseinblasung der

Brennraum-Brenngasmenge auf einem deutlich verringerten Druckniveau erfolgen. Dies bietet zudem die Option, Brennstoff, der bei niedrigem Druck bereitsteht, zu verwenden.

Fremd-Zündung wie im konventionellen Ottomotor mittels der Vorkammer- Zündeinrichtung.

Vorkammer kann zur Verbesserung der Zündung mit Luft und/oder Brennstoff gespült werden.

Nach Zündung in der Vorkammer erfolgt ein Austritt der Fackelstrahlen und eine Zündung des vorgemischten Gemischs im Hauptbrennraum, wodurch eine zweistufige Zündung darstellbar ist.

Deflagrative/vorgemischte Verbrennung im Hauptbrennraum, im Gegensatz zu einer Diffusionsverbrennung.

In einem in Fig. 2 veranschaulichten ersten Schritt S1 des diffusiven Verbrennungsmodus erfolgt eine Gaseinblasung, insbesondere eine Niederdruck-Gaseinblasung, in die Vorkammer, wodurch der Brennstoff in die Vorbrennkammer 30 eingebracht, insbesondere direkt eingeblasen, wird. Bei einem zweiten Schritt S2 strömt Luft aus dem Brennraum 12 über die Überströmöffnungen 32 in die Vorbrennkammer 30, wodurch ein zumindest im Wesentlichen stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch in der

Vorbrennkammer 30 gebildet wird. Bei einem dritten Schritt S3 erfolgt eine

Funkenzündung und somit eine Fremdzündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Vorbrennkammer 30, woraus eine deflagrative Flammenausbreitung resultiert. Bei einem vierten Schritt S4 erfolgt ein aus der deflagrativen Flammenausbreitung resultierender Druckanstieg in der Vorkammer, wodurch beispielsweise wenigstens eine aus der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemischs in der Vorkammer resultierende Flamme unter Ausbildung der in Fig. 2 mit 64 bezeichneten Fackelstrahlen über die

Überströmöffnungen 32 aus der Vorbrennkammer 30 aus- und in den Hauptbrennraum einströmt. Weiter erfolgt bei dem vierten Schritt S4 ein Übertritt der Fackelstrahlen 64 in den Hauptbrennraum. Bei einem fünften Schritt S5 erfolgt die direkte Einblasung des Brenngases in den Hauptbrennraum im Rahmen einer Hochdruck-Direkteinblasung, wobei das Brenngas unter Ausbildung der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 mittels des Injektors 20 in den Brennraum 12 eingeblasen wird. Die Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 entzünden sich an den Fackelstrahlen 64, wodurch eine Hauptverbrennung als

Diffusionsverbrennung eines im Brennraum 12 aufgenommenen Brenngas-Luft- Gemisches erfolgt, was bei einem sechsten Schritt S6 vorgesehen ist.

Fig. 5 zeigt wie Fig. 1 die erste Ausführungsform des Gasmotors 10, insbesondere der Zuführungs- und Zündvorrichtung 18. Bei der in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsform sind die als Ringraum beziehungsweise Ringkammer ausgebildete Vorbrennkammer 30 und die Überströmöffnungen 32 durch eine Vorkammereinheit als Komplettbaugruppe gebildet, wobei die Vorkammereinheit ein separat beziehungsweise unabhängig von dem Zylinderkopf 14 ausgebildetes und beispielsweise an den

Zylinderkopf 14 angeordnetes, insbesondere in dem Zylinderkopf 14 angeordnetes, Bauelement ausgebildet ist. Diese Vorkammereinheit ist somit eine austauschbare Baugruppe, welche reversibel lösbar an dem Zylinderkopf 14 angeordnet ist und beispielsweise gegen eine andere Vorkammereinheit ausgetauscht werden kann.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher die Vorbrennkammer 30 sowie vorzugsweise die Überströmöffnungen 32 in den Zylinderkopf 14 integriert, insbesondere in den Zylinderkopf 14 eingegossen sind. Dabei erfolgt eine einzelne Montage der jeweiligen Bauteile. Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform. In Fig. 6 ist eine als Längsmittelachse ausgebildete Achse 66 einer der Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 gezeigt. Ferner ist in Fig. 6 eine als Längsmittelachse ausgebildete Achse 68 eines der Fackelstrahlen 64 veranschaulicht. Bei der in Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungsform sind die

Überströmöffnungen 32 derart relativ zu den Einblasöffnungen 24 angeordnet, dass die Achsen 66 und 68 in Umfangsrichtung des Injektors 20 versetzt zueinander angeordnet sind und dabei parallel zueinander verlaufen. Bei einer in Fig. 7 veranschaulichten vierten Ausführungsform sind die Überströmöffnungen 32 und die Einblasöffnungen 24 in Umfangsrichtung des Injektors 20 auf gleicher Höhe beziehungsweise im Schnittpunkt beider Strahlachsen im Schnitt angeordnet, derart, dass die Achsen 66 und 68 parallel zueinander verlaufen und dabei in Umlaufrichtung des Injektors 20 nicht versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei liegen beispielsweise die Achsen 66 und 68 in einer gemeinsamen Ebene, in der auch die Achse 26 des Injektors 20 liegt.

Bei einer in Fig. 8 veranschaulichten fünften Ausführungsform sind beispielsweise die Überströmöffnungen 32 in Umfangsrichtung des Injektors 20 gegenüber den

Einblasöffnungen 24 versetzt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass sich die Achsen 66 und 68 schneiden beziehungsweise dass jeweilige Ebenen, in denen die Achsen 66 und 68 angeordnet sind, schräg zueinander verlaufen und sich dabei schneiden.

Der jeweiligen Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Austrittsposition der Überströmöffnungen 32 die Zündung des jeweiligen, auch als Gas-Jet bezeichneten Hochdruck-Brenngasstrahls 28 beeinflusst. Dem jeweiligen Fackelstrahl 64

beziehungsweise der jeweiligen Überströmöffnung 32 ist vorzugsweise genau eine Einblasöffnung 24 und somit genau ein Hochdruck-Brenngasstrahl 28 zugeordnet beziehungsweise umgekehrt. Hierbei weisen beispielsweise - wie in Fig. 7

veranschaulicht ist - der jeweilige Hochdruck-Brenngasstrahl 28 und der jeweils zugeordnete Fackelstrahl 64 in Projektion von oben identische Achsen 66 und 68 auf. Ferner ist es denkbar, dass der Austritt des jeweiligen Hochdruck-Brenngasstrahls 28 und des jeweils zugehörigen Fackelstrahls 64 nicht axial gleich sind, sondern von oben leicht schneidend mit einem Winkel bis rechtwinklig erfolgt. Ferner ist vorzugsweise ein radialer Abstand r zwischen dem Austritt des jeweiligen Fackelstrahls 64 zu dem Austritt des jeweils zugeordneten Hochdruck-Brenngasstrahls 28 vorgesehen, da beispielsweise der brennende Fackelstrahl 64 nicht den kompletten Weg von dem Injektor 20 bis zu einer sogenannten Luft-Entrainment-Zone eines Hochdruck-Brenngasstrahls 28 überbrücken kann, ohne von dem Hochdruck-Brenngasstrahl 28 ausgeblasen zu werden. Die Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 weisen in einem geringen Abstand zu den

Einblasöffnungen 24 des Injektors 20, insbesondere direkt nach dem Austritt aus dem Injektor 20, im Wesentlichen fette Strahlbereiche auf. In diesen fetten Strahlbereichen liegt noch keine ausreichende Vermischung des Brenngases der Brenngasstrahlen 28 mit der Verbrennungsluft im Brennraum 12 vor, so dass kein von den Fackelstrahlen 64 zündbares Gemisch vorliegt. Die Brenngasstrahlen 28 kühlen ab und verlöschen im Bereich der Überströmöffnungen 32 der Fackelstrahlen 64. Erst in einem bestimmten Abstand r hat sich der Brenngasstrahl 28 in der Luft-Entrainment-Zone ausreichend mit der Verbrennungsluft vermischt, so dass das in der Luft-Entrainment- Zone gebildete Brenngas-Luft-Gemisch von den Fackelstrahlen 64 entzündbar ist. Durch einen radialen Abstand r zwischen der jeweiligen Überströmöffnung 32 und der jeweils zugeordneten Einblasöffnung 24 kann eine Zündung des jeweiligen Hochdruck-Brenngasstrahls 28 über den jeweils zugehörigen, brennenden Fackelstrahl in einem sogenannten Luft- Entrainment-Bereich des HD-Gasstrahls erfolgen.

Die Anordnung der Überströmöffnungen 32 beeinflusst auch die Gemischbildung in der Vorkammer, sodass vorzugsweise die Achse leicht gekippt ist, um eine Drallerzeugung in der Vorkammer zu erzeugen. Ferner weist vorzugsweise die jeweilige Überströmöffnung 32 eine besonders kurze Länge von weniger als 5 Millimeter auf, um einen vorteilhaften Impuls des Gasaustauschs mit dem Hauptbrennraum, ein Ausblasen von Restgas aus der Vorkammer sowie einen Eintritt von Luft aus Brennraum zur Gemischbildung zu realisieren. Ferner sind vorzugsweise kurze Gaslaufwege für den Injektor 20 vorgesehen, wobei ein herkömmlicher Magnet-Injektor verwendbar ist, und wobei eine Differenz- Druckansteuerung vermieden werden kann. Vorzugsweise erfolgt eine vorteilhafte Gestaltung der auch als Gasbohrung ausgebildeten Einblasöffnungen 24 ohne

Beeinflussung durch Vorkammer-Kanäle; geringere Wärmebelastung des Injektors 20, da weiter von Vorkammer entfernt. Bei einem HD-Gasinjektor fällt bei

Betriebspunktwechseln eine gewisse Absteuermenge von Brenngas mit niedrigem Druck an, das im Fahrzeugtanksystem nicht gespeichert werden kann. Zudem verdampft im LNG-Tanksystem das flüssige Erdgas bei geringem Druck gasförmig und kann nicht mehr verwendet werden, was auch als Boil-Off-Gas verwendet wird. Dieses Brenngas mit geringem Druckniveau kann für die Verbrennung in der Vorkammer verwendet werden. Mit anderen Worten erfolgt beispielsweise eine Verwendung der Absteuermenge und von Leckageströmen als Brenngas für die Vorkammer. Ferner können Kapillare mit besonders einfachem Ventil verwendet werden, um den Brennstoff in die Vorkammer einzuleiten. Das Brenngas beziehungsweise die Brennraum-Brenngasmenge kann getrennt mittels mehrerer Einblase- Vorgängen in den Brennraum 12 eingebracht werden. Bei unterteilter Einbringung kann vorzugsweise erst die kleine Pilotbrenngasmenge eingebracht werden, die sich an den Fackelstrahlen 64 aus der Vorkammer entzünden. Dadurch ergeben sich vergrößerte Flammzonen für eine sichere Zündung der restlichen Hauptbrenngasmenge, wodurch eine dreistufige Zündung darstellbar ist. Ferner ist eine zweistufige Zündung darstellbar, wobei die Fackelstrahlen 64 aus der Vorkammer direkt die als Brennraum- Brenngasmenge ausgebildeten Hochdruck-Brenngasstrahlen 28 anzünden.

Vorzugsweise erfolgt der Austritt der Fackelstrahlen 64 erst kurz vor und/oder während der Einblasung des Brenngases in den Brennraum 12, da eine direkte Zündung und keine Mischung mit dem Strahl vorgesehen ist. Beispielsweise erfolgt eine vorgelagerte Befüllung der Vorkammer mit Gas, wobei dann Luft in die Vorkammer eingeleitet wird, um das zuvor genannte Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Ferner kann eine gleichzeitige oder zeitlich versetzte Zündung beziehungsweise Mehrfachzündung möglich sein, um eine sichere Entflammung zu realisieren. Ferner kann eine Kombination oder das Umschalten zwischen zweier Betriebsmodi vorgesehen sein, wie dies zuvor geschildert wurde. Vorteile sind eine hohe Leistungsdichte sowie ein C0 ₂ -Emissions- Reduktionspotential durch einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad. Ferner kann der als HD-Gasinjektor ausgebildete Injektor 20 für eine frühe Gaseinblasung und Gemischbildung in der Kompressionsphase genutzt werden, wie beispielsweise bei einem direkteinspritzenden Ottomotor, geschichtete oder homogene Brenngas-Luft-Mischung bei Zündzeitpunkt, Zündung mit Vorkammer. Vorteile sind: kein Hochdruck-Gas notwendig, geringe Geräuschemissionen, Potential für Hybridisierung, Magerbetrieb mit hohem Wirkungsgrad denkbar, hohe dieselähnliche Verdichtung möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dem Verfahren eine nicht-chemische Fremdzündung vorgesehen ist, sodass das Verfahren auch bei geringen Verdichtungsverhältnissen (ε) zum Einsatz kommen kann.

Fig. 9 zeigt eine sechste Ausführungsform, bei der beispielsweise die Achse 68 des Fackelstrahls 64 einen Winkel ανκ mit einer gedachten Ebene 70 einschließt, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Achse 26 verläuft. Beispielsweise beträgt der Winkel ανκ zumindest im Wesentlichen 90 Grad. Die Achse 66 des Hochdruck- Brenngasstrahls 28 schließt mit der Ebene 70 einen Winkel O HD-DI ein, wobei sich die Winkel ανκ und O HD-DI voneinander unterscheiden. Insbesondere ist der Winkel O HD-DI kleiner als der Winkel ανκ. Fig. 10 zeigt eine siebte Ausführungsform, bei welcher beide Winkel ανκ und OHD-DI von 90 Grad unterschiedlich sind. Dabei ist ferner der Winkel OHD-DI kleiner als der Winkel ανκ. Schließlich zeigt Fig. 1 1 eine achte Ausführungsform, bei der die vorgenannte Bewirkung der zumindest im Wesentlichen drallförmigen Strömung in der Vorbrennkammer 30 vorgesehen ist.