AT503505A2 - Brennkraftmaschine, insbesondere grossgasmotor - Google Patents

Description

• · · · · · ···· • · · · · ··· · · ·· • · · · ♦ · · ··· t · - 1 -55547

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Großgasmotor, mit zumindest einem Zylinder, wobei jeder Zylinder einen Hauptbrennraum, sowie eine mit dem Hauptbrennraum verbundene ungespülte Vorkammer aufweist, in welcher eine Zündeinrichtung einmündet.

Es sind mehrere Zündungsarten für Kraftstoff in Brennräumen von Brennkraftmaschinen bekannt.

Die WO 07/060046 Al offenbart eine Brennkraftmaschine mit offenem Hauptbrennraum, wobei in den Brennraum eine Laserzündeinrichtung einmündet. Die Zündung des Gasluftgemisches erfolgt dabei direkt im Hauptbrennraum. Diese Art der Zündung ist für Großgasmotoren mit erheblichen Nachteilen verbunden, da durch die Zündung nur ein sehr kleiner Bereich des Brennraums erfasst wird und dadurch die Verbrennung mit limitierter Geschwindigkeit durch den Brennraum läuft. Eine nicht ausreichend schnelle Verbrennung führt aber zu Nachteilen im Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.

Weiters ist es bekannt, ein brennfähiges Gemisch in einer ungespülten Vorkammer mit Funkenzündung, beispielsweise mittels einer sogenannten Kammerkerze, zu entzünden. Dabei erfolgt die durch einen elektrischen Zündfunken initiierte Zündung in einer kleinen Kammer, deren Volumen 0,1% bis 0,5% des Verdichtungsendvolumens beträgt. Die kleine Kammer umgibt dabei die Zündkerze. Der Vorkammer wird kein zusätzliches Gas zugeführt, lediglich das während des Verdichtungsvorganges in die Vorkammer einströmende Gasgemisch wird in dieser gezündet. Vorteil dabei ist, dass im Hauptbrennraum, im Gegensatz zu einem offenen Brennraum, durch die Zündung weitere Bereiche des Brennraums zufolge der ausströmenden Flammen Fackeln erfasst werden. Nachteilig ist, dass ein erheblicher Elektrodenverschleiß an den Zündkerzen auftritt und dass die Lage des Zündfunkens meist nur an nicht optimalen Stellen in der Vorkammer realisiert werden kann.

Daneben ist es bekannt, bei Großmotoren ungespülte Vorkammern mit Zündstrahlzündung zu verwenden. Die Zündung durch einen Zündstrahl erfolgt dabei in einer Vorkammer. Das Vorkammervolumen beträgt in der Regel 2% bis 7% des Verdichtungsendvolumens. In die Vorkammer wird kein zusätzliches Gas zugeführt, lediglich das während des Verdichtungsvorganges in die Kammer einströmende Gemisch wird in dieser gezündet. Die Vorteile sind, dass es keinen Zündkerzenverschleiß gibt und dass die Zündquelle sehr energiereich ist. Nachteilig ist die Notwendigkeit eines Zweitkraftstoffes für die Zündung.

Weiters sind gespülte Vorkammern mit Kerzenzündung bekannt. Die Zündung erfolgt durch einen Zündfunken bzw. eine Zündkerze in einer Vorkammer. Das Vorkammervolumen beträgt in der Regel 1% bis 3% vom Verdichtungsendvolumen. In die Vorkammer wird zusätzliches Gas zugeführt, das gemeinsam mit dem während des Verdichtungsvorganges in die Vorkammer einströmenden Gemisch gezündet wird. Die Nachteile sind vor allem der Zündkerzenverschleiß, aber auch die Systemkomplexität durch die zusätzliche Gaszufuhr. Vorteil ist die energiereiche Zündquelle, trotz Vermeidung eines Zweitkraftstoffes.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Großgasmotor mit einem offenen Hauptbrennraum auf möglichst einfache Weise erhöhte Verbrennungsstabilität und hohe Wirkungsgrade zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Zündeinrichtung als Laserzündeinrichtung ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorkammer ein Volumen aufweist, welches kleiner ist als 1% des Verdichtungsendvolumens. Dabei kann die Vorkammer durch ein in den Hauptbrennraum ragendes Kammergehäuse gebildet sein.

Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass die Vorkammer über zumindest eine Überströmbohrung mit dem Hauptbrennraum verbunden ist.

In einer kleinen Vorkammer, deren Volumen kleiner als 1% des Verdichtungsendvolumens ist, wird die Zündung anstelle durch einen elektrischen Zündfunken durch einen fokusierten Laser realisiert. Die Vorkammer weist keinerlei Zuführung von Zusatzgas auf. Über eine oder mehrere Überströmbohrungen ist die Vorkammer mit dem Hauptbrennraum strömungsverbunden.

Der Zündort durch den Laser (Fokuslage, Ort des Durchbruchs) wird dabei so gewählt, dass er in einem für die Zündung günstigen Bereich liegt (hinsichtlich Strömung, Luftverhältnis und Restgasgehalt). Die Formgebung der Innenform der Vorkammer erfolgt derart, dass möglichst wenig Durchmischung des Restgases mit dem Frischgemisch erfolgt und so sichergestellt werden kann, dass gute Zündbedingungen am Zündort vorherrschen.

Der Vorteil der Zündung durch eine Laserzündeinrichtung in einer Vorkammer ist, dass kein Elektrodenverschleiß auftritt und dass dennoch durch die Flammenfackeln aus dem Überströmbohrungen ein weiter Bereich des

Hauptbrennraumes erfasst und somit eine schnelle Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad sichergestellt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch einen Zylinder.

In jedem Zylinder 1 eines Großgasmotors ist jeweils ein hin- und hergehender Kolben 2 angeordnet. Zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderkopf 3 erstreckt sich ein Hauptbrennraum 4, in welchen die Überströmbohrungen 5 einer Vorkammer 6 einmünden. Die Vorkammer 6 wird durch ein in den Hauptbrennraum 4 ragendes Kammergehäuse 9 gebildet.

In die im Zylinderkopf 3 positionierte Vorkammer 6 mündest über ein Brennraumfenster 7 eine Zündlasereinrichtung 8 zur Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches innerhalb der Vorkammer 6 ein. Nach der Zündung in der Vorkammer 6 kommt es zum Ausströmen von Flammenfackeln durch die Überströmbohrungen 5 in den Hauptbrennraum 4, wodurch eine große Initialflamme im Hauptbrennraum 4 entsteht und ein rasches Durchbrennen begünstigt. Durch die Laserzündung in der Vorkammer 6 kann eine höhere Abmagerung des Kraftstoffluftgemisches, sowie ein hoher Wirkungsgrad erzielt und Kerzenverschleiß, sowie das Einsetzen eines Zündkraftstoffes vermieden werden.

Claims (4)

1. • · · ♦ · · ···· • · · · · ··· · · ·· • · · · · t i ··· · · ····· ·· ··· ......- 4*- ” PATENTANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine, insbesondere Großgasmotor, mit zumindest einem Zylinder (1), wobei jeder Zylinder (1) einen Hauptbrennraum (4), sowie eine mit dem Hauptbrennraum (4) verbundene ungespülte Vorkammer (6) aufweist, in welcher eine Zündeinrichtung (8) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (8) als Laserzündeinrichtung (8) ausgebildet ist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (6) ein Volumen aufweist, welches kleiner ist als 1% des Dichtungsendvolumens.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (6) über zumindest eine Überströmbohrung (5) mit dem Hauptbrennraum (4) verbunden ist.
4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (6) wird durch ein in den Hauptbrennraum (4) ragendes Kammergehäuse (9) gebildet ist. 2007 07 05 Fu/Ik Patentanwalt Dipl.-Ing. Mag. Michael Babeluk A-1150 Wien, Mariahilfer Gürtel 39/17 Tel.: (+431) 892 89 334 tat (+431) 892 89 333 e-Mail; p»wntl»h«ihelMip:at