DE3017948A1

DE3017948A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine mit einer jeweils dem hauptbrennraum zugeordneten zuendkammer

Info

Publication number: DE3017948A1
Application number: DE3017948A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Helmut 7143 Horrheim Maurer; Klaus Dipl.-Ing. Dr. 7146 Tamm Müller; Franz Ing.(grad.) 7080 Aalen Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-10
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1981-11-19
Also published as: JPS575513A; JPS636727B2; US4394855A; GB2075595B; DE3017948C2; GB2075595A

Description

R. 6302

24.4.. 1980 Bö/Ba

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer jeweils dem Hauptbrennraum zugeordneten Zündkammer

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus- von einer Brennkraftmaschine gemäß Gattung des Hauptanspruchs. In der älteren Patentanmeldung P 29 16 285·4 wird eine solchermaßen ausgebildete Zündkammer beschrieben.· Bei dieser Ausgestaltung kann es jedoch durch die ungekühlte,. die Zündkammer zum Hauptbrennraum abgrenzende Stirnwand zur lokalen überhitzung an dieser Stelle kommen, so daß es nicht ausgeschlossen ist, daß es dort zu Glühzündungen an der heißen Oberfläche kommen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zündkammer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Nebenanspruchs hat den Vorteil, daß durch das hier vorgesehene Wärmerohr eine überhitzung der Zündkammerwand im Ausströmbereich vermieden wird,Weiterhin wird erreicht, daß durch die Ausgestaltung des Stutzens die Drallströmung entlang der

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Zündkammerwand durch den zentralen Strahl, der über den ersten überströmkanal in die Zündkammer einströmt, wenig gestört wird. Es kann sich somit das über die zweiten Überströmkanäle einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch ungestört an der Zündkammerwand erwärmen und sich dort eine beruhigte Strömung in der Wandgrenzschicht ausbilden. In dem Ringkanal befindet sich in vorteilhafter Weise gegen Ende des Kompressionstaktes der Brennkraftmaschine im wesentlichen nur restgasfreies Gemisch. Insbesondere ist auch die Zündstelle am Ende des Stutzens frei ■"■on Restgas, was die Entflammbarkeit des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches begünstigt. Die Ausgestaltung der übrigen Wandteile der Zündkammer aus Keramik erhöht die Standfestigkeit der Zündkammer gegenüber Wärmeeinfluß.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch und Nebenanspruch angegebenen Lösung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispxel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Ausführungsbeispxel im Längsschnitt und Fig. 2 das Ausführungsbeispxel gemäß Fig. 1 im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einer zum Teil wiedergegebenen Brennraumwand 1 einer nicht weiter -dargestellten Brennkraftmaschine ist eine mit einem. Innengewinde versehene Bohrung 2 vorgesehen, in die ein Zündkammereinsätζ 4 eingeschraubt ist, dessen erste stirnsei tige Begrenzungswand 5 in den Brennraum 6 der Brennkraftmaschine ragt. Die Brennkammerwand kann z. B. die Wand des Zylinderkopfs sein und kann mit Kühlräumen 7 versehen sein, die mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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Der Zündkammereinsatz 4 weist ein Metallgehäuse 9 auf, das im wesentlichen zylindrisch ist und an der äußeren Mantelfläche das Einschraubgewinde für die Gewindebohrung 2 trägt. Auf der der ersten stirnseitigen Begrenzungswand 5 gegenüberliegenden Seite weist der Zündkammereinsatz eine Passung für eine zündkerzenähnlichen Isolator 10 auf, in dessen Inneren eine zentrale gerade Elektrode 11 verläuft. Diese weist außerhalb eine Anschlußmöglichkeit an eine elektrische Spannungsquelle auf und endet am anderen Ende stirnseitig über eine Bohrung 12 in die im Innern des Zündkammereinsatzes 4 angeordnete Zündkammer 14.

Die erste stirnseitige Begrenzungswand 5, die die Zündkammer zum Hauptbrennraum hin abgrenzt, weist koaxial zur Längsachse des Zündkammereinsatzes 4 einen Stutzen 15 auf, der in seinem Inneren einen zentralen ersten überströmkanal 16 bildet und bis etwa in die Mitte der axialen Erstreckung der Zündkammer ins Innere derselben hineinragt. Zwischen dem Stutzen 15 und der Zündkammerwand'wird dabei ein Ringraum 18 gebildet, in den tangentiale und im wesentlichen in einer radialen Ebene zur Zündkammerachse liegende zweite Überströmkanäle 19 münden. Diese münden dabei am äußersten brennraumseitigen Ende des Ringraumes 18 ein. Eine Aufteilung dieser Kanäle ist dem Schnitt gemäß Fig. 2 zu entnehmen, wo diese Kanäle gestrichelt eingezeichnet sind. Vorteilhaft werden mehrere mit gleichem Winkelabstand am Umfang verteilte Kanäle 19 vorgesehen.

In der den Stutzen und die erste stirnseitige Begrenzungswand bildenden Wandung sowie in der den Stutzen ringförmig umgebenden Wand der Zündkammer ist ein Wärmerohr 20 bekannter Bauart angeordnet. Dieses grenzt, soweit es die äußere Zündkammerwand bildet, unmittelbar an das Metallgehäuse des Zündkammereinsatzes "an und hat über dieses einen wärmeleitenden Kontakt zu den Kühlräumen 7. Die übrigen Wände der Zündkammer werden durch einen Keramikkörper 22 gebildet, der in das Metallgehäuse 9 eingesetzt ist, und die zentrale Bohrung 12 zur Durchführung der

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zentralen Elektrode 11 auf der dem Hauptbrennraum abgewandten Stirnseite 23 aufweist. Die Zündkammer 14 hat im wesentlichen eine rotationssymmetrische Form bezogen auf die Längsachse des Zündkammereinsätzes und verjüngt sich im Durchmesser in Richtung zur Stirnseite 23 hin.

Auf dieser Stirnseite 23 ist ein federndes an der Elektrode 11 anliegendes und die Bohrung 12 verschließendes Plättchen 24 aus elektrisch leitendem Material angeordnet, das mit einer Leiterbahn 25 verbunden ist. Diese ist auf den Keramikkörper 22 aufgedampft und führt in einer Mantellinie bis zu einer Stelle, die radial gegenüber dem äußersten Ende des Stutzens 15 liegt. Dort steht die Leiterbahn mit Elektrode 26 in Verbindung, zwischen der und dem Stutzen 15 bei Spannungsbeaufschlagung der Elektroden ein Zündfunke gebildet wird. Die leitende Verbindung zwischen Plättchen 24 und Elektrode 11 kann auch durch Verlöten oder Verschweißen sichergestellt werden.

Die während des Ansaughubs der Brennkraftmaschine in den Hauptbrennraum 6 eingebrachte Ladung aus Kraftstoff und Luft wird während des darauffolgenden Kompressionshubs über 'den ersten überströmkanal 16' und die zweiten Überströmkanäle 19 in die Zündkammer 14 gedrängt. Der über den ersten überströmkanal l6 einströmende Gemischteil strömt dabei direkt in den hinteren, sich' konisch verjüngenden Teil der Zündkammer ein und strömt nach dessen Auffüllung zum brennraumseitigen Teil der Zündkammer 14 zurück. Gleichzeitig tritt der andere Teil des Gemisches über die tangential einmündenden zweiten Überströmkanäle 19 ein, durch deren Verlauf das eingebrachte Gemisch in eine rotierende Bewegung gebracht wird, so daß sich entlang der zylindrischen Wand'der Zündkammer im Ringraum Ϊ8 ein. Wirbel ausbildet. Durch den Stutzen wird dabei gewährleistet, daß dieser Wirbel nicht· durch den zentral einströmenden Gemischteil gestört wird. Auch die Ausführung der Zündeinrichtung begünstigt die Bildung einer nichtturbulenten Strömung wegen fehlender, bei anderen Ausführungsformen von Zündkammern aber vorhandener, in die Zündkammer ragender Elektroden oder die Zündkammerwand zerklüftender Bohrungen, die der Aufnahme von Zündeinrichtungen wie Zündkerzen dienen. Durch die hohe Dreh-

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geschwindigkeit der mageren Gemischmengen kommt es im wandnahen Bereich zu einer Anreicherung mit Kraftstoff. Ferner erwärmt sich das angereicherte Gemisch an der Zündkammerwand durch die hohe Verweilzeit der rotierenden und mit einer geringen Axialkomponente versehenen Gemischmasse. Dadurch wird die Zündfähigkeit des Gemisches im wandnahen Bereich bzw. in der Wandgrenzschicht weiterhin erhöht. Je näher die rotierenden Gemischmengen der Zündstelle bei der Elektrode 26 kommen, desto mehr macht sich der Rückstrom-Einfluß des über den ersten überströmkanal 16 eingeströmten Gemisches bemerkbar, so daß es zu einer Verlangsamung der axialen Bewegungskomponente kommt. Im Bereich des Zündfunkens tritt letztlich nur noch eine Drehbewegung der Gemischmengen auf. Weiterhin wird durch das durch die zweiten Überströmkanäle eintretende Gemisch das in der Zündkammer noch vorhandene Restgas von der Zündstelle verdrängt,

Das stirnseitig eingebaute Wärmerohr bietet die hervorragende Möglichkeit, im noch kalten Zustand der Zündkammer den Wärmeabtransport· zu den gekühlten Brennraumwänden zu verhindern. Es wirkt in diesem Bereich als Wärmeisolator. Bei erwärmter Zündkammer jedoch wird die insbesondere im Bereich der ersten stirnseitigen Begrenzungswand 5 auftretende Wärme besser als bei der einfachen Wärmeleitung durch Metalle and die gekühlten Brennraumwände abgeführt. Es kann damit eine optimale höchste Temperatur eingehalten werden, ohne daß es zur Zerstörung der Oberfläche bzw. zu Glühzündungen an der heißen Wand kommen würde.

Die. Ausgestaltung der Zündkammerwand als Keramikkörper beim übrigen Teil der Zündkammer erhöht die Wärmestandfestigkeit. Zur Verbesserung des Wärmeabtransports und der Verbrennung verengt sich die Zündkammer zur hinteren Seite 23 hin, wodurch es zur übertragung eines Dralls auf die zentral durch die Bohrung eingeschobene Ladung sowie zur besseren Wärmeabfuhr kommt.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist die Zündkammer in einem Zündkammereinsätζ vorgesehen, der in die Brennraumwand einschraubbar ist. Natürlich sind auch andere technisch sinnvolle und äquivalente Befestigungsmöglichkeiten durchführbar. Auch ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung

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nicht darauf hin eingeschränkt, daß ein auswechselbarer Zündkammereinsätζ vorgesehen sein muß. Die in Fig. 1 dargestellte Leiterbahn 25 kann weiterhin statt aufgedampt auch in einer Nut eingelegt sein.

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Claims

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Ansprüche

IJ Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer jeweils dem Hauptbrennraum zugeordneten Zündkammer₃ die mit dem Hauptbrennraum durch mehrere in der die Zündkammer zum Hauptbrennraum hin abgrenzenden ersten Wand liegende Überströmkanäle verbunden ist, von denen wenigstens ein erster überströmkanal durch einen ins Innere der Zündkammer ragenden₃ aus der Mitte der abgrenzenden ersten Wand hervorgehenden Stutzen gebildet wird und von denen wenigstens ein zweiter Überströmkanal im wesentlichen in Bezug auf die Achse des ersten Überströmkanals tangential zur Zündkammerwand gerichtet ist und in den zwischen dem Außenumfang des Stutzens und der umgebenden Zündkammerwand gebildeten Ringraum mündet, wobei die Zündkammer eine Zündeinrichtung aufweist, deren Elektrode

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zur Zündkammerwand eine Funkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet j daß in der Wand des Stutzens ("153, in der ersten Wand C5J und wenigstens in einem Teil der an gekühlte Teile der 'Brennkraftmaschine angrenzenden den Stutzen umgebenden Zündkammerwand ein Wärmerohr (.20} angeordnet ist und die Elektrode der Zündeinrichtung am zündkammerseitigen Ende des Ringraumes angeordnet ist.

2. Zündkammereinsatz zum Einsatz in die Brennraumwand einer Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer, die mit dem Hauptbrennraum durch mehrere in der die Zündkammer zum Hauptbrennraum hin abgrenzenden ersten Wand liegende Überströmkanäle verbindbar ist, von denen wenigstens ein erster überströmkanal durch einen ins Innere der Zündkammer ragenden, aus der Mitte der abgrenzenden ersten Wand hervorgehenden Stutzen gebildet wird und von denen wenigstens ein zweiter überströmkanal im wesentlichen in Bezug auf die Achse des ersten Überströmkanals tangential zur Zündkammerwand gerichtet ist und in den zwischen dem Außenumfang des Stutzens und der diesen umgebenden Zündkammerwand gebildeten Ringraum mündet, wobei die Zündkammer eine Zündeinrichtung aufweist, deren Elektrode zur Zündkammerwand · eine Funkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Stutzens (15), in der abgrenzenden ersten Wand (5) und wenigstens in einem Teil der an gekühlte Teile der Brennkraftmaschine angrenzenden, den Stutzen umgebenden Zündkammerwand ein Wärmerohr (20) angeordnet ist und die Elektrode der Zündeinrichtung am zündkammerseitigen Ende des Ringraumes (18) angeordnet ist.

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3* Brennkraftmaschine oder Zündkammereinsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (11,. 26) gegenüber Masse isoliert über eine Leiterbahn (25) bis .zum dem zündkammerseitigen Ende des Stutzens (15) gegenüberliegenden Teil der Zündkammerwand geführt ist, und dort die Funkenstrecke bildet.

A., Brennkraftmaschine oder Zündkammereinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung eine zentrale, gegen Masse isolierte und mit einem äußeren Spannungsanschluß versehene Elektrode (11) aufweist, die an der der ersten Wand (5) gegenüberliegenden Wand (23) der Zündkammer endet und dort in Kontakt mit der gegen Masse isolierten Leiterbahn (25) steht, die an ihrem Ende als Zündelektrode (26) ausgebildet ist.

5. Brennkraftmaschine oder Zündkammereinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die mit Wärmerohr versehenen Wände der Zündkammer anschließenden Zündkammerwände aus- keramischen Material bestehen.

6, Brennkraftmaschine oder Zündkammereinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn auf die Keramikoberfläche der Zündkammerwand aufgedampft ist.

7« Brennkraftmaschine oder Zündkammereinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn in einer Nut der Zündkammerwand eingesetzt ist.

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8. Brennkraftmaschine oder Ziindkammer eins at ζ nach Anspruch oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen der zentralen Elektrode (11) und der Leiterbahn (25) mittels eines federnden Plattchens (24) herstellbar ist, das die Eintrittsstelle (12) der Elektrode 11) in die Zündkammer verschließt. \_y

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