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EP3365541A1 - Vorkammer für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine mit einer solchen vorkammer und verfahren zum auslegen und/oder herstellen einer solchen vorkammer - Google Patents

Vorkammer für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine mit einer solchen vorkammer und verfahren zum auslegen und/oder herstellen einer solchen vorkammer

Info

Publication number
EP3365541A1
EP3365541A1 EP16781286.6A EP16781286A EP3365541A1 EP 3365541 A1 EP3365541 A1 EP 3365541A1 EP 16781286 A EP16781286 A EP 16781286A EP 3365541 A1 EP3365541 A1 EP 3365541A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
prechamber
internal combustion
combustion engine
chamber
seen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16781286.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frederic DUMSER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Publication of EP3365541A1 publication Critical patent/EP3365541A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/08—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being of air-swirl type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/02—Engines characterised by means for increasing operating efficiency
    • F02B43/04—Engines characterised by means for increasing operating efficiency for improving efficiency of combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2720/00—Engines with liquid fuel
    • F02B2720/27—Air compressing engines with hot-bulb ignition
    • F02B2720/272—Supply of all the fuel into the prechamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to an antechamber for an internal combustion engine, to an internal combustion engine having such an antechamber, and to a method for designing and / or producing such an antechamber.
  • an ignition amplifier is used to control a burn rate, above a certain bore size of cylinders, which is typically more than 100 mm
  • preamplifier Priority position of the combustion and thus also to maintain an achieved engine efficiency at a desired level.
  • preamplifier are typically used prechambers, wherein in a separate from a main combustion chamber, but connected via so-called shot channels volume by means of an ignition means a mixture is ignited, wherein the ignition creates an overpressure in the antechamber relative to the main combustion chamber, so very hot reaction products and burn unburned mixture through the firing channels from the antechamber in the main combustion chamber and ignite the mixture arranged there.
  • the combustion rate in the main combustion chamber compared to the use of a simple spark with very small spark volume is usually significantly increased, resulting in the burning time in
  • Main combustion chamber shortened. Particularly in the case of particularly large cylinder bores, rinsed prechambers are used in which a mixture within the prechamber can be enriched with respect to the mixture in the main combustion chamber by a separate fuel supply to the prechamber.
  • Preferred direction can take place, wherein the flow field can tilt in any direction or angular position. Therefore, the cyclic variations in such an atrium are large.
  • the invention has for its object to provide a prechamber for an internal combustion engine, an internal combustion engine with such an antechamber and a method for designing and / or producing such a prechamber, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved by the objects of the independent claims are created, advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
  • the object is achieved in particular by providing an antechamber for an internal combustion engine which has a surface which is flowed during operation of the prechamber and which is arranged in an interior of the prechamber. It is provided that the surface has at least a first surface area and at least a second surface area, wherein the first surface area has a specific structure, and wherein the second surface area is free of this structure.
  • the second surface area does not have the particular structure that the first surface area has.
  • the first surface area is due to the particular structure over the second
  • the pre-chamber proposed here has advantages over the prior art. In particular, a can
  • the structure forms local turbulences which increase the local turbulence kinetic energy, which in turn leads to a local pressure drop along the structured surface. Due to this local pressure drop, a force arises on the inflowing medium, which leads to an application of the flow to the structured surface.
  • the particular structure is in particular designed such that this force is greater than forces that result due to cyclically changing influencing variables, so that a cyclically insensitive flow pattern arises within the antechamber with respect to these influencing variables.
  • the specific structure preferably comprises a certain surface roughness and / or certain unevennesses and / or specific break edges. The flow field during the inflow of fresh mixture into the pre-chamber is thus defined and made insensitive to external influences.
  • Cyclic fluctuations of the flow pattern within the pre-chamber are thus significantly reduced, so that ultimately cyclic fluctuations in the ignition and thus in the combustion and in the emission behavior of the internal combustion engine are reduced.
  • Combustion stability in general is increased and it becomes otherwise unstable
  • the increased combustion stability can be used, in particular indirectly, to increase the efficiency and to reduce emissions - in particular of the hydrocarbon emissions - of the internal combustion engine.
  • Concentration distribution of gaseous species in the pre-chamber at the ignition point represent an ideal state, which can be approximated by the pre-chamber proposed here in an improved manner.
  • Under an antechamber is in particular a compartment of a main combustion chamber of the internal combustion engine divided compartment or volume understood, which via at least one bore, preferably a plurality of holes, which also as
  • the pre-chamber has a - in particular central - riser, via which in a compression stroke of
  • Internal combustion engine fresh mixture can be introduced into the interior of the antechamber.
  • the pre-chamber is formed as a rinsed pre-chamber, in which case it has a separate fuel supply.
  • the prechamber is in fluid communication with a fuel purging channel or has a fuel purging channel for supplying additional fuel into the prechamber.
  • Antechamber proves to be particularly favorable in large-volume displacements, because so compared to unreinforced antechambers increased ignition energy can be provided.
  • the antechamber is designed as an unsulled prechamber.
  • the prechamber no separate fuel supply, but the prechamber is an ignitable combustion air-fuel mixture exclusively on the with the
  • the prechamber is formed in a cylinder head of the internal combustion engine, and in particular, it may be integrally formed with the cylinder head.
  • the antechamber is part of a pre-chamber ignition device, in particular a pre-chamber spark plug, wherein in particular an ignition element of the ignition device is surrounded by a penetrated by at least one bore wall, whereby the pre-chamber is formed.
  • the pre-chamber is interchangeable in this case together with the ignition device.
  • an ignition device or an ignition element is arranged, which / can be set up, for example, for electrical spark ignition, for Laser ignition, for corona ignition or generally high-frequency ignition, or for ignition by means of pilot jet injection of an ignition material.
  • any embodiment of an ignition device for igniting the ignitable mixture in the prechamber can be used.
  • the fact that the surface has flowed during the operation of the prechamber means, in particular, that along the surface during operation - in particular in a compression stroke of an internal combustion engine having the prechamber - a gas flow flows along the surface or sweeps over the surface. In this case, this gas flow combustion air, fuel and / or a mixture of combustion air and fuel.
  • An interior of the pre-chamber here refers in particular to an inner volume enclosed by a pre-chamber wall, which in the assembled state is fluid-connected via at least one bore to a main combustion chamber.
  • the interior is in particular the part of the
  • Prechamber in which the ignition device or the ignition element is arranged.
  • the flowed surface is in particular facing the interior of the antechamber.
  • the structure is a particular structure means, in particular, that this does not happen by chance from a manufacturing process for the pre-chamber, but rather is deliberately introduced into the first surface area or provided on the first surface area. In particular, this is a procedure which goes beyond a possibly customary surface treatment for a pre-chamber wall and which is used to arrange the structure on the first surface area. In this case, in particular, both the first surface region is specifically selected, and the structure is arranged in a specific, predetermined manner on the first surface region.
  • first surface area has the specific structure means in particular that the first surface area is structured.
  • second is structured.
  • the flow-through surface is formed as the surface of an inner wall of the prechamber.
  • the surface is readily facing the interior of the pre-chamber and directly and directly able to influence the flow behavior in the prechamber.
  • the specific structure is formed integrally with the inner wall.
  • the specific structure is preferably introduced into the inner wall or formed on the inner wall. This can be done, for example, by etching, embossing, by machining, by a generative
  • the structure is formed in several parts with the inner wall.
  • the structure is formed on an additional element, in particular an insert element or insert element, which is connected to the inner wall in the first surface region.
  • Insertion element can be formed.
  • the insert element or insert element can for example be soldered to the inner wall, welded or fastened there in another suitable manner.
  • the structure has a plurality of structural elements, wherein the structural elements may be elevations and / or depressions, wherein the structural elements - seen in longitudinal section - spheroidal, that is approximately spherical or spherical, in particular hemispherical, the is in particular hemispherical, are formed.
  • a longitudinal section is here a sectional plane understood in the - in on a
  • a longitudinal direction of the pre-chamber is understood in particular to be the direction which preferably also corresponds to the longitudinal direction of a
  • Igniter corresponds to the internal combustion engine.
  • the structural elements - seen in longitudinal section - are formed triangular or tooth-shaped, wherein they preferably have a sharp or a rounded tip.
  • a triangular or toothed shape of the structural elements is particularly responsive to the fact that they have a tip, which of the flowed surface turned away and facing the interior of the antechamber. This tip can be sharp-edged or - especially with a certain corner radius, which represents the radius of curvature of the tip - be rounded.
  • Such triangular or tooth-shaped structural elements can act in particular as breaking edges for a gas flow flowing along the surface.
  • plan view - is preferably provided that the structural elements - seen in plan view - are circular.
  • a plan view in particular indicates a viewing direction perpendicular to the flowed-on surface - in particular, as it were, from a center of the interior of the pre-chamber.
  • the structural elements - seen in plan view - are elliptical or oval.
  • Structural elements in which the tip is then an edge of the rectangle or square, which in longitudinal section is a tip.
  • the structural elements - seen in plan view - are teardrop-shaped.
  • a drop shape is particularly responsive to a shape in which a width of the structural elements - seen in the longitudinal direction - varies.
  • the structural elements are preferably in an upper region of a respective one
  • Structural element less wide than in a lower portion of the same structural element.
  • the term “down” here refers to a side of the structural element, which faces the main combustion chamber in the assembled state, while the term “top” one side of the
  • the structural elements - seen in plan view - are triangular.
  • the concrete forms and / or geometries proposed here for structural elements are particularly suitable for acting as breaking edges or turbulences for the
  • a width preferably denotes a dimension which is measured in the plan view along a direction which is perpendicular to the longitudinal direction.
  • the structural elements preferably have a height (in particular in the case of elevations) or a depth (in particular in the case of depressions) of at least 0.02 mm to at most 2 mm.
  • the height or depth is measured, in particular in the longitudinal section plane and perpendicular to a mean surface contour of the flowed surface, in each case from a highest point of a structural element to a lowest point of the structural element.
  • the structural elements have a length of at least 0.04 mm to at most 4 mm.
  • a length is a measure, which in turn is measured in plan view, along the extent of
  • Structural elements in the longitudinal direction ie in particular perpendicular to the width.
  • circular structural elements have in particular a width perpendicular to the longitudinal direction and a length in the longitudinal direction.
  • the structural elements have a-preferably shortest-distance from each other of at least 0.02 mm to at most 1 mm, preferably from at least 0.04 mm to at most 1 mm.
  • immediately adjacent structural elements preferably have a shortest distance from each other in one of said regions.
  • the structural elements have a corner radius or radius of curvature of at least 0.01 mm to at most 1 mm. This applies in particular to triangular or tooth-shaped structural elements which have a rounded tip, the corner radius or radius of curvature of the tip being addressed here.
  • the object is also achieved by providing an internal combustion engine having an antechamber according to one of the previously described embodiments.
  • the advantages which have already been described in connection with the prechamber arise in connection with the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine.
  • the internal combustion engine is particularly preferably as a mixture-compressing gas engine
  • the internal combustion engine is preferably designed as a lean-burn gas engine. It is therefore preferably operated with a lean combustion air / fuel gas mixture in the main combustion chamber and / or in the prechamber. It is possible that the
  • Prechamber is designed as a rinsed prechamber, wherein the mixture present in the prechamber is enriched via a separate fuel supply for the prechamber.
  • the mixture in the pre-chamber regardless of its absolute composition - in any case, a less lean composition than the mixture in the main combustion chamber.
  • the internal combustion engine is designed as a stationary gas engine.
  • the internal combustion engine is preferably operated permanently in a stationary operating point, for example when driving a generator for generating electrical power and / or when driving feed pumps, for example in the field of promoting fossil raw materials. It arise in this case of Operating cycle to cycle or cycle to cycle in the internal combustion engine, apart from any standing or running pressure waves in a fuel supply, in the charging path and / or in the exhaust path constant combustion conditions due to the steady-state operating point.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible.
  • the internal combustion engine is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • the object is also achieved by providing a method for designing and / or producing a pre-chamber for an internal combustion engine, which has the following steps: It is a pre-chamber geometry with a flowed during operation of the prechamber Surface, which is arranged in an interior of the antechamber, provided.
  • Gas flow in the interior of the prechamber is simulated.
  • a surface area suitable for applying the gas flow to the surface with a view to stabilizing the gas flow is identified, in particular by means of the simulation.
  • a particular structure is provided in the surface area, wherein the particular structure is provided so that the gas flow in the region of the particular structure abuts the surface.
  • the geometry of an existing or projected pre-chamber - even without the specific structure - is provided, preferably in the form of machine-readable data, such that the simulation can be performed on the basis of the pre-chamber geometry provided.
  • the simulation of the gas flow in the interior of the prechamber is carried out in particular for its operation during one or more compression strokes of an internal combustion engine which is operated with the prechamber. In the context of the simulation, it is thus considered how the gas flow behaves in the compression stroke of the internal combustion engine in the interior of the prechamber. In particular, cyclical changes in one
  • Flow field can be examined in the prechamber, and / or it is possible to identify areas of the prechamber, which are decisive for the formation of the flow field.
  • areas of the prechamber which are decisive for the formation of the flow field.
  • a surface area suitable for applying the gas flow to the surface can be identified, for example, by finding a surface area determining the formation of the gas flow within the scope of the simulation and identifying it as a suitable surface area. If not, especially one
  • rotationally symmetrical prechamber - a suitable surface area can also be identified by tentatively arranging a specific structure - or even a plurality of specific structures - at different surface areas of the prechamber will be, and each of the gas flow in the interior of the antechamber is examined by repeated simulation for the different surface areas. Comparing the results of these different simulations will then allow at least one
  • Surface area to be identified which is in terms of stabilization and - seen from cycle to cycle - equalization of the flow field within the prechamber, this may be a particular surface area in which the arrangement of the particular structure in this surface area leads to a Fluctuation in the design of the flow field from cycle to cycle is minimal. It can alternatively or additionally also be investigated in which surface area and / or at which specific structure the gas flow applies particularly strongly to the surface in the region of the specific structure.
  • the surface area for applying the gas flow to the surface is particularly suitable or favorable means, in particular, that a specific structure arranged in this surface area-as already explained-leads in a special way to a stabilization of the gas flow in the interior of the pre-chamber. Furthermore, the favorable or suitable property of the surface area relates in particular to a
  • Preparation of the antechamber are provided in order to produce a pre-chamber with the specific structure in the surface region can. It is therefore in particular as
  • the antechamber is produced in the context of the method. This includes, on the one hand, that a specific structure is arranged in an existing prechamber in a specific surface area, for example by surface treatment of an inner wall of the prechamber, in particular by etching, embossing, machining, generative application or other suitable measures, or by arranging an insert or inserter in the pre-chamber having the particular structure. But it is also possible that the antechamber is made from scratch, with the particular structure being arranged or formed in the first surface area.
  • the surface area and / or the particular structure is / are particularly selected so that a force acting on the gas flow by a local pressure drop in the surface area is greater than the forces that are cyclically changing
  • Influencing variables on the gas flow arise.
  • a cyclically insensitive flow pattern can be created within the antechamber in relation to these influencing variables.
  • pre-chamber and the internal combustion engine on the one hand and the method on the other hand are to be understood complementary to each other.
  • Features of the pre-chamber and / or the internal combustion engine, which have been explained explicitly or implicitly in connection with the method, are preferably individually or combined with one another Features of a preferred embodiment of the prechamber or the internal combustion engine.
  • Steps which have been explained explicitly or implicitly in connection with the prechamber and / or the internal combustion engine are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method. This is preferably characterized by at least one method step, which by at least one feature of an inventive or preferred embodiment of the pre-chamber or the
  • Internal combustion engine is conditional.
  • Figure 1 is a schematic representation in two views of an exemplary embodiment of an antechamber
  • Figure 2 is a plurality of views of various embodiments of certain
  • Fig. 1 shows an embodiment of a pre-chamber 1 of an internal combustion engine 2, wherein the pre-chamber 1 in Figure 1 a) in a first longitudinal section plane and in Figure 1 b) in a second, about a longitudinal axis L relative to the first longitudinal section plane rotated longitudinal sectional plane is shown in half section ,
  • the prechamber 1 for the internal combustion engine 2 has a surface 3 which has flowed during operation of the prechamber 1 and which is arranged in an interior 5 of the prechamber 1.
  • the flowed-on surface 3 has a first surface region 7 and a second surface region 9, the first surface region 7 having a specific structure 11, and the second surface region 9 being free of this structure 11, that is to say the specific structure 11 does not have.
  • the surface 3 in the second surface area 9 is unstructured and / or smooth.
  • the second surface area 9 preferably extends - as seen in the circumferential direction - from a first side of the first surface area 7 in FIG. 1a to a second left-hand side of the first surface area 7, that is, almost fully to on a peripheral portion by the first surface portion 7 is arranged. But it is also possible that the surface 3 has more than a first surface area 7.
  • a longitudinal direction extends in the direction of the longitudinal axis L shown in Figure lb).
  • a circumferential direction concentrically surrounds the longitudinal direction.
  • a radial direction is perpendicular to the longitudinal direction.
  • the surface 3 is designed here as the surface of an inner wall 13, wherein the
  • Figure lb) it is shown that the particular structure 1 1 is formed here in one piece with the inner wall 13, wherein it is preferably worked directly into the surface 3 or worked out of this.
  • the interior 5 of the prechamber 1 is known per se a
  • the interior 5 is connected via at least one bore, here specifically via a riser channel 19 and side channels 21 with a main combustion chamber, not shown, in the state of the pre-chamber 1 mounted on the internal combustion engine 2.
  • Fluctuations, in particular cyclical fluctuations in the operation of the internal combustion engine 2 is insensitive.
  • the specific structure 11 is arranged in the first surface area 7, in which a main flow of the gas flow directly adjoins the surface 3. Local turbulences are formed and the local turbulence kinetic energy is increased. This leads to a local pressure drop along the structured surface region 7. This local pressure drop results in a force on the gas flow which leads to the application to the structured surface region 7.
  • the particular structure 1 1 is selected so that this force is greater than forces which result from cyclically changing influencing variables, so that a cyclically insensitive flow pattern within the pre-chamber 1 is formed with respect to these influencing variables.
  • FIG. 2 shows representations of a plurality of embodiments of certain structures 1 1.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so reference is made in this respect to the preceding description.
  • the particular structure 1 1 preferably has a plurality of structural elements 23, which may be formed in particular as elevations and / or depressions.
  • FIGS. 2 a), 2 b) and 2 c) each show longitudinal sections through specific structures 1 1.
  • the structural elements 23 are in particular hemispherical, and thus hemispherical.
  • the structural elements 23 are likewise triangular or tooth-shaped, as seen in longitudinal section, but have a rounded tip 25 with a corner radius or radius of curvature.
  • the corner radius or radius of curvature is preferably from at least 0.01 mm to at most 1 mm.
  • a height H of the structural elements 23, which is shown here by way of example in FIG. 2 b), is generally, irrespective of the specific shape of the structural elements 23, preferably of at least 0.02 mm to at most 2 mm. The same applies preferably to a depth of structural elements that are not formed as elevations, but as depressions.
  • a distance of adjacent structural elements 23 from each other, which is identified by way of example in Figure 2c) with A, is - again regardless of the specific form of
  • Structural elements 23 - preferably from at least 0.02 mm to at most 1 mm, preferably from at least 0.04 mm to at most 1 mm.
  • the shortest distance - regardless of the direction in which it extends - is considered in principle between directly adjacent structural elements 23.
  • Figures 2d) to 2h) show views of certain structures 1 1 in plan view, thus in the same view, which is also the representation of Figure l a) is based.
  • the structural elements 23 in the exemplary embodiment according to FIG. 2d) are of circular design.
  • the structural elements 23, which are shown in FIGS. 2d) and e), can in particular be designed in longitudinal section as shown in FIG. 2a).
  • FIG. 2f shows an exemplary embodiment of the specific structure 11, in which the structural elements 23-seen in plan view-have a rectangular shape, in particular a square shape. In particular, they may be designed as seen in longitudinal section, as shown in FIGS. 2 b) or 2 c).
  • FIG. 2g shows an exemplary embodiment of the specific structure 11, in which the structural elements 23 have a teardrop shape.
  • the structural elements 23 are preferably designed to be narrower, in particular at an upper end facing the ignition device 15, than at a lower, the ignition device 15 and a main combustion chamber (not shown)
  • Figure 2h shows an embodiment of the particular structure 1 1, in which the
  • Structural elements 23 are triangular in shape.
  • the teardrop-shaped structural elements 23 according to FIG. 2g) can-as seen in longitudinal section-be designed as shown in FIG. 2a), but it is also possible that they are configured as shown in FIG. 2b) or 2c) ,
  • Structural elements 23 according to FIG. 2h) are - as seen in longitudinal section - preferably designed as shown in one of the figures in FIG. 2b) or 2c).
  • the structural elements 23 shown in FIG. 2b), which are seen in plan view, preferably have a diameter of at least 0.02 mm to at most 2 mm.
  • the structural elements 23 preferably have a width of at least 0.02 mm to at most 2 mm measured perpendicular to the longitudinal axis L and horizontal in the image plane of FIG. 2.
  • the width extends in particular perpendicular to a
  • the structural elements 23 preferably have a length-seen along the longitudinal direction or along a projection of the longitudinal direction L onto the surface 3 -which is shown in FIG. 2 in the image plane in the vertical direction, which is from at least 0.04 mm to at most 4 mm.
  • the length extends substantially in the direction of a main flow direction of the gas flow in the interior 5 during a compression stroke of the internal combustion engine 2.
  • the drop-shaped structural elements 23 according to FIG. 2g) preferably have a corner radius or radius of curvature in the corners of at least 0.01 mm to at most 1 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorkammer (1) für eine Brennkraftmaschine (2), mit einer im Betrieb der Vorkammer (1) beströmten Oberfläche (3), die in einem Inneren (5) der Vorkammer (1) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Oberfläche (3) wenigstens einen ersten Oberflächenbereich (7) und wenigstens einen zweiten Oberflächenbereich (9) aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich (7) eine bestimmte Struktur (11) aufweist, wobei der zweite Oberflächenbereich (9) frei von der Struktur (11) ist.

Description

BESCHREIBUNG Vorkammer für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine mit einer solchen Vorkammer und Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer solchen
Vorkammer
Die Erfindung betrifft eine Vorkammer für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Vorkammer und ein Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer solchen Vorkammer.
Insbesondere bei Gasmotoren, die mit einem mageren Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch betrieben werden, wird ab einer bestimmten Bohrungsgröße von Zylindern, die typischerweise mehr als 100 mm beträgt, ein Zündverstärker eingesetzt, um eine Verbrennungsrate, eine
Schwerpunktslage der Verbrennung und damit auch einen erreichten Motorwirkungsgrad auf einem gewünschten Niveau zu halten. Als Zündverstärker kommen typischerweise Vorkammern zum Einsatz, wobei in einem von einem Hauptbrennraum separaten, mit diesem jedoch über sogenannte Schusskanäle verbundenen Volumen mittels einer Zündeinrichtung ein Gemisch vorgezündet wird, wobei durch die Entflammung ein Überdruck in der Vorkammer gegenüber dem Hauptbrennraum entsteht, sodass sehr heiße Reaktionsprodukte sowie unverbranntes Gemisch über die Schusskanäle aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum strömen und das dort angeordnete Gemisch entflammen. Insbesondere aufgrund der großen Reaktionsfläche dieser aus den Schusskanälen austretenden Flammkeulen ist die Verbrennungsrate in dem Hauptbrennraum gegenüber der Verwendung eines einfachen Zündfunkens mit sehr kleinem Funkenvolumen in der Regel deutlich erhöht, wodurch sich auch die Brenndauer im
Hauptbrennraum verkürzt. Insbesondere bei besonders großen Zylinderbohrungen werden gespülte Vorkammern eingesetzt, bei denen ein Gemisch innerhalb der Vorkammer gegenüber dem Gemisch im Hauptbrennraum durch eine separate Brennstoffversorgung der Vorkammer angereichert werden kann.
Für eine stabile Entflammung mit geringen zyklischen Streuungen ist eine stabile, zyklisch möglichst unveränderte Gemischbildung in der Vorkammer eine wichtige Voraussetzung. Es ergeben sich allerdings im Betrieb einer Brennkraftmaschine zyklische Veränderungen von einem Takt zum nächsten, beispielsweise in der Brennstoffzufuhr durch eine Brennstoff-Rail- Dynamik, wobei insbesondere Druckwellen durch eine Brennstoffversorgungseinrichtung laufen oder sich dort stehende Wellen ausbilden, die zu schwankenden Drücken im Zuführbereich für den Brennstoff führen, oder aufgrund von zyklischen Streuungen im Ladungswechsel, mithin insbesondere einer Gasdynamik in einem Ladeluftrohr und/oder Abgasrohr. Hierdurch ergeben sich wiederum zyklische Schwankungen in der Verbrennung, und zyklische Unterschiede, die zu veränderten Strömungs- und Konzentrationsverhältnissen in der Vorkammer und damit letztlich auch zu zyklischen Streuungen in Zylinderleistung, Wirkungsgrad und Emissionen der
Brennkraftmaschine führen können. Dabei werden insbesondere die Bedingungen für die Verbrennung in der Vorkammer zum Zündzeitpunkt zu einem großen Teil durch die
Strömungsvorgänge während eines Verdichtungstakts vor einem oberen Totpunkt, der einem Zündereignis zugeordnet ist, bestimmt. Insbesondere rotationssymmetrisch ausgestaltete Vorkammern weisen ein sehr sensitives Strömungsfeld gegenüber geringen zyklischen
Unterschieden im Ladedruck verlauf, Restgasgehalt, Brennstoffspüldruck verlauf oder anderen Effekten mit den zuvor bereits erwähnten Auswirkungen auf die Verbrennung, Zylinderleistung und Emissionen auf, da diese Vorkammern - in Umfangsrichtung gesehen - keine
ausgezeichneten Bereiche oder Richtungen aufweisen, sodass sehr leicht eine spontane
Symmetriebrechung mit nicht vorhersehbarer Orientierung, das heißt ohne spezifische
Vorzugsrichtung, erfolgen kann, wobei das Strömungsfeld in eine beliebige Richtung oder Winkellage kippen kann. Daher sind die zyklischen Streuungen in einer solchen Vorkammer groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorkammer für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Vorkammer und ein Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer solchen Vorkammer zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Vorkammer für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine im Betrieb der Vorkammer beströmte Oberfläche aufweist, die in einem Inneren der Vorkammer angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Oberfläche wenigstens einen ersten Oberflächenbereich und wenigstens einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich eine bestimmte Struktur aufweist, und wobei der zweite Oberflächenbereich frei von dieser Struktur ist. Der zweite Oberflächenbereich weist insbesondere die bestimmte Struktur, welche der erste Oberflächenbereich aufweist, nicht auf. Der erste Oberflächenbereich ist durch die bestimmte Struktur gegenüber dem zweiten
Oberflächenbereich ausgezeichnet. Auch wenn die Vorkammer im Übrigen
rotationssymmetrisch ausgestaltet sein sollte, führt die Anordnung der bestimmten Struktur in dem ersten Oberflächenbereich zu einer vorgegebenen Symmetriebrechung, sodass grundsätzlich eine Vorzugsrichtung in der Vorkammer ausgezeichnet ist. Die hier vorgeschlagene Vorkammer weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Insbesondere kann sich eine
Hauptströmung eines in die Vorkammer einströmenden Gemischs in einem Kompressionstakt einer Brennkraftmaschine, in welcher die Vorkammer eingesetzt wird, direkt an die Oberfläche in dem ersten Oberflächenbereich mit der Struktur anlegen. Durch die Struktur bilden sich lokale Turbulenzen aus, welche die lokale turbulenzkinetische Energie erhöhen, was wiederum zu einem lokalen Druckabfall entlang der strukturierten Oberfläche führt. Durch diesen lokalen Druckabfall entsteht auf das einströmende Medium eine Kraft, die zu einem Anlegen der Strömung an die strukturierte Oberfläche führt. Dabei ist die bestimmte Struktur insbesondere so ausgestaltet, dass diese Kraft größer ist als Kräfte, die sich aufgrund sich zyklisch verändernder Einflussgrößen ergeben, sodass gegenüber diesen Einflussgrößen ein zyklisch unsensitives Strömungsbild innerhalb der Vorkammer entsteht. Hierzu umfasst die bestimmte Struktur bevorzugt eine bestimmte Oberflächenrauigkeit und/oder bestimmte Unebenheiten und/oder bestimmte Brechkanten. Das Strömungsfeld beim Einströmen von frischem Gemisch in die Vorkammer ist damit definiert und gegenüber äußeren Einflüssen unsensitiv ausgestaltet.
Zyklische Schwankungen des Strömungsbildes innerhalb der Vorkammer werden so deutlich reduziert, sodass letztlich auch zyklische Schwankungen in der Entflammung und dadurch in der Verbrennung sowie in dem Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verringert werden. Die Verbrennungsstabilität im Allgemeinen wird erhöht und es werden ansonsten instabile
Betriebspunkte technisch zugänglich. Weiterhin lässt sich die erhöhte Verbrennungsstabilität insbesondere indirekt für eine Wirkungsgradsteigerung sowie zur Emissionsreduktion - insbesondere der Kohlenwasserstoff-Emissionen - der Brennkraftmaschine nutzen. Ein von Zyklus zu Zyklus gleichbleibendes Strömungsfeld sowie eine gleichbleibende
Konzentrationsverteilung gasförmiger Spezies in der Vorkammer zum Zündzeitpunkt stellen dabei einen Idealzustand dar, der durch die hier vorgeschlagene Vorkammer in verbesserter Weise angenähert werden kann. Unter einer Vorkammer wird insbesondere ein von einem Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine abgeteiltes Kompartiment oder Volumen verstanden, welches über mindestens eine Bohrung, vorzugsweise eine Mehrzahl von Bohrungen, die auch als
Schusskanäle bezeichnet werden, mit dem Hauptbrennraum - jedenfalls in an einer
Brennkraftmaschine montiertem Zustand der Vorkammer - fluidverbunden ist. Dabei können eine Anzahl, eine Ausrichtung und/oder eine Geometrie dieser Bohrungen je nach Anwendung der Vorkammer verschieden ausgestaltet sein. Bevorzugt weist die Vorkammer einen - insbesondere zentralen - Steigkanal auf, über den in einem Kompressionstakt der
Brennkraftmaschine frisches Gemisch in das Innere der Vorkammer eingebracht werden kann.
Es ist möglich, dass die Vorkammer als gespülte Vorkammer ausgebildet ist, wobei sie in diesem Fall eine separate Brennstoffzufuhr aufweist. Besonders bevorzugt ist die Vorkammer mit einem Brennstoffspülkanal in Fluidverbindung oder weist einen Brennstoffspülkanal zur Zuführung von zusätzlichem Brennstoff in die Vorkammer auf. Die Verwendung einer gespülten
Vorkammer erweist sich als besonders günstig bei großvolumigen Hubräumen, weil so eine gegenüber ungespülten Vorkammern nochmals erhöhte Zündenergie bereitgestellt werden kann.
Es ist auch möglich, dass die Vorkammer als ungespülte Vorkammer ausgebildet ist. In diesem Fall weist die Vorkammer keine separate Brennstoffzufuhr auf, vielmehr wird der Vorkammer ein zündfähiges Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch ausschließlich über die mit dem
Hauptbrennraum in Fluidverbindung stehenden Bohrungen während eines Kompressionstakts zugeführt. Solche ungespülten Vorkammern sind besonders einfach und daher kostengünstig ausgestaltet, insbesondere weil auf eine separate Brennstoffzufuhr verzichtet werden kann. Es ist möglich, dass die Vorkammer in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei sie insbesondere integral mit dem Zylinderkopf ausgebildet sein kann. Alternativ ist es möglich, dass die Vorkammer Teil einer Vorkammer- Zündeinrichtung ist, insbesondere eine Vorkammer-Zündkerze, wobei insbesondere ein Zündelement der Zündeinrichtung von einer mit wenigstens einer Bohrung durchsetzten Wandung umgeben ist, wodurch die Vorkammer ausgebildet wird. Die Vorkammer ist in diesem Fall gemeinsam mit der Zündeinrichtung auswechselbar.
In der Vorkammer ist insbesondere eine Zündeinrichtung oder ein Zündelement angeordnet, die/das beispielsweise eingerichtet sein kann zur elektrischen Funkenzündung, zur Laserzündung, für eine Korona-Zündung oder allgemein Hochfrequenzzündung, oder zur Zündung mittels Pilotstrahl-Eindüsung eines Zündstoffs. Grundsätzlich ist jede Ausgestaltung einer Zündeinrichtung zur Zündung des zündfähigen Gemischs in der Vorkammer einsetzbar. Dass die Oberfläche im Betrieb der Vorkammer beströmt ist bedeutet insbesondere, dass entlang der Oberfläche im Betrieb - insbesondere in einem Verdichtungstakt einer Brennkraftmaschine, welche die Vorkammer aufweist - eine Gasströmung entlang der Oberfläche strömt oder die Oberfläche überstreicht. Dabei kann diese Gasströmung Verbrennungsluft, Brennstoff und/oder ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff aufweisen.
Ein Inneres der Vorkammer bezeichnet hier insbesondere ein von einer Vorkammerwandung umschlossenes Innenvolumen, welches in montiertem Zustand über wenigstens eine Bohrung mit einem Hauptbrennraum fluidverbunden ist. Das Innere ist insbesondere der Teil der
Vorkammer, in welchem die Zündeinrichtung oder das Zündelement angeordnet ist. Die beströmte Oberfläche ist insbesondere dem Inneren der Vorkammer zugewandt.
Dass die Struktur eine bestimmte Struktur ist bedeutet insbesondere, dass diese nicht zufallig aus einem Fertigungsverfahren für die Vorkammer resultiert, sondern vielmehr gezielt in den ersten Oberflächenbereich eingebracht oder an dem ersten Oberflächenbereich vorgesehen ist. Es handelt sich also insbesondere um eine über eine gegebenenfalls übliche Oberflächenbearbeitung für eine Vorkammerwandung hinausgehende Vorgehensweise, die angewendet wird, um die Struktur an dem ersten Oberflächenbereich anzuordnen. Dabei wird insbesondere sowohl der erste Oberflächenbereich gezielt ausgewählt, als auch die Struktur in bestimmter, vorgegebener Weise an dem ersten Oberflächenbereich angeordnet.
Dass der erste Oberflächenbereich die bestimmte Struktur aufweist, bedeutet insbesondere, dass der erste Oberflächenbereich strukturiert ausgebildet ist. Insbesondere ist der zweite
Oberflächenbereich im Vergleich hierzu unstrukturiert ausgebildet oder weist jedenfalls nicht die Strukturierung auf, welche der erste Oberflächenbereich aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beströmte Oberfläche als Oberfläche einer Innenwandung der Vorkammer ausgebildet ist. Somit ist die Oberfläche ohne Weiteres dem Inneren der Vorkammer zugewandt und direkt und unmittelbar in der Lage, das Strömungsverhalten in der Vorkammer zu beeinflussen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die bestimmte Struktur einstückig mit der Innenwandung ausgebildet ist. Insbesondere ist die bestimmte Struktur bevorzugt in die Innenwandung eingebracht oder an der Innenwandung ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Ätzen, Prägen, durch spanende Bearbeitung, durch ein generatives
Verfahren, mit welchem die Struktur auf der Oberfläche aufgebaut wird, oder durch ein anderes geeignetes Verfahren durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist alternativ vorgesehen, dass die Struktur mehrteilig mit der Innenwandung ausgebildet ist. Hierzu ist es beispielsweise möglich, dass die Struktur an einem zusätzlichen Element, insbesondere einem Einlegeelement oder Einsatzelement ausgebildet ist, welches mit der Innenwandung in dem ersten Oberflächenbereich verbunden ist.
Es ist möglich, dass sich auf diese Weise die Herstellung der bestimmten Struktur vereinfacht, weil sie nicht direkt an der Innenwandung sondern separat an dem Einsatzelement oder
Einlegeelement ausgebildet werden kann. Das Einsatzelement oder Einlegeelement kann beispielsweise mit der Innenwandung verlötet, verschweißt oder in anderer geeigneter Weise dort befestigt sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweist, wobei die Strukturelemente insbesondere Erhebungen und/oder Vertiefungen sein können, wobei die Strukturelemente - im Längsschnitt gesehen - sphäroid, das heißt ungefähr kugelförmig oder kugelförmig, insbesondere hemisphärisch, das heißt insbesondere halbkugelförmig, ausgebildet sind. Unter einem Längsschnitt wird hier eine Schnittebene verstanden, in der - in an einer
Brennkraftmaschine montiertem Zustand der Vorkammer - eine Verlagerungsrichtung eines in dem Brennraum verlagerbaren Kolbens liegt. Unter einer Längsrichtung der Vorkammer wird insbesondere die Richtung verstanden, die bevorzugt zugleich der Längsrichtung einer
Zündeinrichtung an der Brennkraftmaschine entspricht.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - im Längsschnitt gesehen - dreieckförmig oder zahnförmig ausgebildet sind, wobei sie bevorzugt eine scharfe oder eine abgerundete Spitze aufweisen. Eine Dreieck- oder Zahnform der Strukturelemente spricht insbesondere an, dass diese eine Spitze aufweisen, welche der beströmten Oberfläche abgewandt und dem Inneren der Vorkammer zugewandt ist. Diese Spitze kann scharfkantig oder aber - insbesondere mit einem bestimmten Eckenradius, welcher den Krümmungsradius der Spitze darstellt - abgerundet sein. Solche dreieckförmigen oder zahnfönnigen Strukturelemente können insbesondere als Brechkanten für eine entlang der Oberfläche strömende Gasströmung wirken.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - in Draufsicht gesehen - kreisförmig sind. Dabei spricht eine Draufsicht insbesondere eine Blickrichtung senkrecht auf die beströmte Oberfläche - insbesondere quasi von einem Zentrum des Inneren der Vorkammer her - an.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - in Draufsicht gesehen - elliptisch oder oval ausgebildet sind.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - in Draufsicht gesehen - rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung wird ganz besonders bevorzugt für im Längsschnitt gesehen dreieck- oder zahnförmige
Strukturelemente, bei denen die Spitze dann eine - sich im Längsschnitt als Spitze darstellende - Kante des Rechtecks oder Quadrats ist.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - in Draufsicht gesehen - tropfenförmig ausgebildet sind. Dabei spricht eine Tropfenform insbesondere eine Form an, bei welcher eine Breite der Strukturelemente - in Längsrichtung gesehen - variiert. Dabei sind die Strukturelemente vorzugsweise in einem oberen Bereich eines jeweiligen
Strukturelements weniger breit als in einem unteren Bereich desselben Strukturelements. Dabei spricht der Begriff„unten" hier eine Seite des Strukturelements an, welche dem Hauptbrennraum in montiertem Zustand zugewandt ist, während der Begriff„oben" eine Seite des
Strukturelements anspricht, welche - wiederum in montiertem Zustand - dem Hauptbrennraum abgewandt ist.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente - in Draufsicht gesehen - dreieckförmig ausgebildet sind. Die hier konkret vorgeschlagenen Formen und/oder Geometrien für Strukturelemente sind in besonderer Weise geeignet, um als Brechkanten zu wirken oder Turbulenzen für die
Gasströmung entlang der beströmten Oberfläche bereitzustellen, sodass sich eine Hauptströmung in dem ersten Oberflächenbereich wirksam anlegen kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die bestimmte Struktur
Strukturelemente aufweist, die - in Draufsicht gesehen - einen Durchmesser oder eine Breite von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm aufweisen. Der Durchmesser als Maß ist aber insbesondere anwendbar für - in Draufsicht gesehen - kreisförmige Strukturelemente. Bei anderen, von der Kreisform abweichenden Geometrien der Strukturelemente bezeichnet eine Breite vorzugsweise ein Maß, welches in der Draufsicht entlang einer Richtung gemessen wird, die senkrecht auf der Längsrichtung steht.
Zusätzlich oder alternativ weisen die Strukturelemente vorzugsweise eine Höhe (insbesondere im Fall von Erhebungen) oder eine Tiefe (insbesondere im Fall von Vertiefungen) - von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm auf. Die Höhe oder Tiefe wird dabei insbesondere in der Längsschnittebene und senkrecht zu einer mittleren Oberflächenkontur der beströmten Oberfläche jeweils von einem höchsten Punkt eines Strukturelements bis zu einem tiefsten Punkt des Strukturelements gemessen.
Zusätzlich oder alternativ ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente eine Länge von mindestens 0,04 mm bis höchstens 4 mm aufweisen. Dabei spricht eine Länge ein Maß an, welches wiederum in Draufsicht gemessen wird, und zwar entlang der Erstreckung der
Strukturelemente in Längsrichtung, also insbesondere senkrecht zu der Breite. Nicht
kreisförmige Strukturelemente weisen also - in Draufsicht gesehen - insbesondere eine Breite senkrecht zur Längsrichtung und eine Länge in Längsrichtung auf.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukturelemente einen - vorzugsweise kürzesten - Abstand voneinander von mindestens 0,02 mm bis höchstens 1 mm, vorzugsweise von mindestens 0,04 mm bis höchstens 1 mm aufweisen. Insbesondere weisen unmittelbar benachbarte Strukturelemente vorzugsweise einen kürzesten Abstand voneinander in einem der genannten Bereiche auf. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strukrurelemente einen Eckenradius oder Krümmungsradius von mindestens 0,01 mm bis höchstens 1 mm aufweisen. Dies gilt insbesondere für dreieckförmige oder zahnförmige Strukturelemente, welche eine abgerundete Spitze aufweisen, wobei hier der Eckenradius oder Krümmungsradius der Spitze angesprochen ist.
Die hier konkret vorgeschlagenen Maße für die Strukrurelemente erweisen sich als besonders geeignet, um ein sicheres und effektives Anlegen einer Hauptströmung an die beströmte
Oberfläche in dem ersten Oberflächenbereich zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine Vorkammer nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorkammer beschrieben wurden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Brennkraftmaschine als gemischverdichtender Gasmotor
ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist die Brennkraftmaschine bevorzugt als Magergasmotor ausgebildet. Sie wird also bevorzugt mit einem mageren Verbrennungsluft-Brenngas-Gemisch in dem Hauptbrennraum und/oder in der Vorkammer betrieben. Es ist möglich, dass die
Vorkammer als gespülte Vorkammer ausgebildet ist, wobei das in der Vorkammer vorhandene Gemisch über eine separate Brennstoffzufuhr für die Vorkammer angefettet wird. In diesem Fall weist das Gemisch in der Vorkammer - unabhängig von seiner absoluten Zusammensetzung - jedenfalls eine weniger magere Zusammensetzung auf als das Gemisch in dem Hauptbrennraum.
Es zeigt sich, dass sich die mit der hier vorgeschlagenen Vorkammer verbundenen Vorteile in besonderer Weise bei einem Gasmotor, insbesondere bei einem gemischverdichtenden
Magergasmotor, verwirklichen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als stationärer Gasmotor ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschine bevorzugt dauerhaft in einem stationären Betriebspunkt betrieben, beispielsweise beim Antrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Leistung und/oder beim Antrieb von Förderpumpen, beispielsweise im Bereich der Förderung fossiler Rohstoffe. Es ergeben sich in diesem Fall von Arbeitstakt zu Arbeitstakt oder Zyklus zu Zyklus bei der Brennkraftmaschine abgesehen von allfalligen stehenden oder laufenden Druckwellen in einer Brennstoffversorgung, im Ladepfad und/oder im Abgaspfad konstante Bedingungen für die Verbrennung aufgrund des stationären Betriebspunkts. Mit der hier vorgeschlagenen Vorkammer kann der Einfluss dieser noch bestehenden Schwankungen im Verhalten der Brennkraftmaschine weitestgehend eliminiert werden, sodass die Brennkraftmaschine mit äußerst geringen Zyklusschwankungen, mithin einer sehr geringen Streuung in den Verbrennungseigenschaften und auch den Emissionen betrieben werden kann. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Auslegen und/oder zum Herstellen einer Vorkammer für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird eine Vorkammergeometrie mit einer im Betrieb der Vorkammer beströmten Oberfläche, die in einem Inneren der Vorkammer angeordnet ist, bereitgestellt. Eine
Gasströmung in dem Inneren der Vorkammer wird simuliert. Es wird - insbesondere anhand der Simulation - ein für ein Anlegen der Gasströmung an die Oberfläche in Hinblick auf eine Stabilisierung der Gasströmung geeigneter Oberflächenbereich identifiziert. Es wird eine bestimmte Struktur in dem Oberflächenbereich vorgesehen, wobei die bestimmte Struktur so vorgesehen wird, dass sich die Gasströmung im Bereich der bestimmten Struktur an die Oberfläche anlegt. Im Rahmen des Verfahrens verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorkammer erläutert wurden. Dass eine Vorkammergeometrie bereitgestellt wird, bedeutet insbesondere, dass als
Ausgangspunkt für die Simulation der Gasströmung die Geometrie einer existierenden oder projektierten Vorkammer - noch ohne die bestimmte Struktur -, vorzugsweise in Form maschinenlesbarer Daten, bereitgestellt wird, derart, dass die Simulation auf der Grundlage der bereitgestellten Vorkammergeometrie durchgeführt werden kann.
Die Simulation der Gasströmung in dem Inneren der Vorkammer wird insbesondere für deren Betrieb während eines oder mehrerer Verdichtungstakte einer Brennkraftmaschine, welche mit der Vorkammer betrieben wird, durchgeführt. Im Rahmen der Simulation wird also betrachtet, wie sich die Gasströmung im Verdichtungstakt der Brennkraftmaschine in dem Inneren der Vorkammer verhält. Dabei können insbesondere zyklische Veränderungen in einem
Strömungsfeld in der Vorkammer untersucht werden, und/oder es ist möglich, Bereiche der Vorkammer zu identifizieren, welche für die Ausbildung des Strömungsfelds bestimmend sind. Insbesondere bei einer rotationssymmetrischen Vorkammer ist es allerdings möglich, dass keine in hervorgehobener Weise für die Ausbildung des Strömungsfelds bestimmenden Bereiche gegeben sind, sodass letztlich die konkrete Ausbildung des Strömungsfelds großen zyklischen Schwankungen unterliegt, wobei sie stark von Rand- und/oder Anfangsbedingungen abhängt.
Ein für das Anlegen der Gasströmung an die Oberfläche geeigneter Oberflächenbereich kann beispielsweise dadurch identifiziert werden, dass ein für die Ausbildung der Gasströmung bestimmender Oberflächenbereich im Rahmen der Simulation aufgefunden und als geeigneter Oberflächenbereich identifiziert wird. Ist dies nicht der Fall - insbesondere bei einer
rotationssymmetrischen Vorkammer - kann ein geeigneter Oberflächenbereich auch dadurch identifiziert werden, dass versuchsweise eine bestimmte Struktur - oder auch eine Mehrzahl bestimmter Strukturen - an verschiedenen Oberflächenbereichen der Vorkammer angeordnet wird/werden, und jeweils die Gasströmung in dem Inneren der Vorkammer durch wiederholte Simulation für die verschiedenen Oberflächenbereiche untersucht wird. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser verschiedenen Simulationen ermöglicht es dann, wenigstens einen
Oberflächenbereich zu identifizieren, der in Hinblick auf eine Stabilisierung und - von Zyklus zu Zyklus betrachtet - Vergleichmäßigung des Strömungsfeldes innerhalb der Vorkammer geeignet ist, wobei dies insbesondere ein Oberflächenbereich sein kann, bei dem die Anordnung der bestimmten Struktur in diesem Oberflächenbereich dazu führt, dass eine Schwankungsbreite in der Ausgestaltung des Strömungsfelds von Zyklus zu Zyklus minimal wird. Es kann alternativ oder zusätzlich auch untersucht werden, in welchem Oberflächenbereich und/oder bei welcher bestimmten Struktur sich die Gasströmung besonders stark an die Oberfläche im Bereich der bestimmten Struktur anlegt.
Durch Variation der bestimmten Struktur und wiederholtes Simulieren der Gasströmung mit einer jeweiligen bestimmten Struktur ist es auch möglich, eine für eine konkrete Vorkammer optimierte Ausgestaltung der bestimmten Struktur zu ermitteln.
Dass der Oberflächenbereich für das Anlegen der Gasströmung an die Oberfläche besonders geeignet oder günstig ist, bedeutet insbesondere, dass eine in diesem Oberflächenbereich angeordnete bestimmte Struktur - wie bereits ausgeführt - in besonderer Weise zu einer Stabilisierung der Gasströmung in dem Inneren der Vorkammer führt. Weiterhin bezieht sich die günstige oder geeignete Eigenschaft des Oberflächenbereichs insbesondere auf eine
Vergleichmäßigung und/oder Verbesserung von Verbrennungseigenschaften einer mit der Vorkammer ausgerüsteten Brennkraftmaschine, insbesondere in Hinblick auf die Zündung und/oder den Durchbrand eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs, und/oder auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
Dass die bestimmte Struktur in dem Oberflächenbereich vorgesehen wird, schließt ein, dass Konstruktionspläne oder Werkstattzeichnungen und/oder geeignete Anweisungen zur
Herstellung der Vorkammer bereitgestellt werden, um eine Vorkammer mit der bestimmten Struktur in dem Oberflächenbereich herstellen zu können. Es wird also insbesondere als
Ergebnis der Simulation und der Identifizierung des Oberflächenbereichs sowie bevorzugt der Wahl der bestimmten Struktur eine Entscheidung bezüglich der konkreten Ausgestaltung der Vorkammer getroffen, und entsprechende Werkstattzeichnungen, Konstruktionspläne oder Anweisungen werden erstellt. Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens die Vorkammer hergestellt. Dies schließt zum einen ein, dass in einer bestehenden Vorkammer in einem bestimmten Oberflächenbereich eine bestimmte Struktur angeordnet wird, beispielsweise durch Oberflächenbehandlung einer Innenwandung der Vorkammer, insbesondere durch Ätzen, Prägen, spanendes Bearbeiten, generatives Auftragen oder andere geeignete Maßnahmen, oder durch Anordnen eines Einsatzes oder Einlegers in der Vorkammer, welcher die bestimmte Struktur aufweist. Es ist aber auch möglich, dass die Vorkammer von Grund auf neu hergestellt wird, wobei die bestimmte Struktur in dem ersten Oberflächenbereich angeordnet oder ausgebildet wird.
Der Oberflächenbereich und/oder die bestimmte Struktur wird/werden insbesondere so ausgewählt, dass eine Kraft, die durch einen lokalen Druckabfall in dem Oberflächenbereich auf die Gasströmung wirkt, größer ist, als die Kräfte, die durch sich zyklisch verändernde
Einflussgrößen auf die Gasströmung entstehen. So kann gegenüber diesen Einflussgrößen ein zyklisch unsensitives Strömungsbild innerhalb der Vorkammer geschaffen werden.
Die Beschreibung der Vorkammer und der Brennkraftmaschine einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Vorkammer und/oder der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorkammer oder der Brennkraftmaschine.
Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Vorkammer und/oder der Brennkraftmaschine erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorkammer oder der
Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Vorkammer und/oder die Brennkraftmaschine
zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung in zwei Ansichten eines Ausfuhrungsbeispiels einer Vorkammer, und
Figur 2 eine Mehrzahl von Ansichten verschiedener Ausführungsbeispiele von bestimmten
Strukturen für die Vorkammer.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorkammer 1 einer Brennkraftmaschine 2, wobei die Vorkammer 1 in Figur 1 a) in einer ersten Längsschnittebene und in Figur 1 b) in einer zweiten, um eine Längsachse L gegenüber der ersten Längsschnittebene gedrehten Längsschnittebene im Halbschnitt dargestellt ist. Die Vorkammer 1 für die Brennkraftmaschine 2 weist eine im Betrieb der Vorkammer 1 beströmte Oberfläche 3 auf, die in einem Inneren 5 der Vorkammer 1 angeordnet ist. Die beströmte Oberfläche 3 weist einen ersten Oberflächenbereich 7 sowie einen zweiten Oberflächenbereich 9 auf, wobei der erste Oberflächenbereich 7 eine bestimmte Struktur 1 1 aufweist, und wobei der zweite Oberflächenbereich 9 frei von dieser Struktur 1 1 ist, wobei er die bestimmte Struktur 1 1 also nicht aufweist. Bevorzugt ist die Oberfläche 3 in dem zweiten Oberflächenbereich 9 unstrukturiert und/oder glatt ausgebildet.
Der zweite Oberflächenbereich 9 erstreckt sich bevorzugt - in Umfangsrichtung gesehen - von einer ersten - in Figur 1 a) rechten - Seite des ersten Oberflächenbereichs 7 bis zu einer zweiten - in Figur la) linken - Seite des ersten Oberflächenbereichs 7, das heißt fast vollumfänglich bis auf einen Umfangsabschnitt, indem der erste Oberflächenbereich 7 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Oberfläche 3 mehr als einen ersten Oberflächenbereich 7 aufweist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Oberfläche 3 mehr als einen zweiten
Oberflächenbereich 9 aufweist.
Eine Längsrichtung erstreckt sich in Richtung der in Figur lb) dargestellten Längsachse L. Eine Umfangsrichtung umgreift die Längsrichtung konzentrisch. Eine radiale Richtung steht senkrecht auf der Längsrichtung.
Die Oberfläche 3 ist hier als Oberfläche einer Innenwandung 13 ausgestaltet, wobei die
Innenwandung 13 das Innere 5 der Vorkammer 1 umschließt. In Figur lb) ist dargestellt, dass die bestimmte Struktur 1 1 hier einstückig mit der Innenwandung 13 ausgebildet ist, wobei sie bevorzugt direkt in die Oberfläche 3 hineingearbeitet oder aus dieser herausgearbeitet ist. In dem Inneren 5 der Vorkammer 1 ist in für sich genommen bekannter Weise eine
Zündeinrichtung 15 oder ein Zündelement 17 der Zündeinrichtung 15, beispielsweise ein Elektrodenpaar zur Erzeugung einer Funkenzündung, angeordnet.
Das Innere 5 ist über wenigstens eine Bohrung, hier konkret über einen Steigkanal 19 sowie Seitenkanäle 21 mit einem nicht dargestellten Hauptbrennraum in an der Brennkraftmaschine 2 montiertem Zustand der Vorkammer 1 verbunden.
Während eines Verdichtungstakts der Brennkraftmaschine 2 strömt eine Gasströmung, insbesondere ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch über die Seitenkanäle 21 und den Steigkanal 19 in das Innere 5 der Vorkammer 1 ein. Dabei ergibt sich durch die bestimmte Struktur 1 1 ein definiertes Strömungsfeld in dem Inneren 5, das gegenüber äußeren
Schwankungen, insbesondere zyklischen Schwankungen, im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 unsensitiv ist. Dabei ist die bestimmte Struktur 1 1 in dem ersten Oberflächenbereich 7 angeordnet, in dem sich eine Hauptströmung der Gasströmung direkt an die Oberfläche 3 anlegt. Dabei bilden sich lokale Turbulenzen aus, und die lokale turbulenzkinetische Energie wird erhöht. Dies führt zu einem lokalen Druckabfall entlang des strukturierten Oberflächenbereichs 7. Durch diesen lokalen Druckabfall entsteht auf die Gasströmung eine Kraft, die zu deren Anlegung an den strukturierten Oberflächenbereich 7 führt. Die bestimmte Struktur 1 1 wird dabei so ausgewählt, dass diese Kraft größer ist als Kräfte, welche sich durch zyklisch verändernde Einflussgrößen ergeben, sodass gegenüber diesen Einflussgrößen ein zyklisch unsensitives Strömungsbild innerhalb der Vorkammer 1 entsteht.
Fig. 2 zeigt Darstellungen einer Mehrzahl von Ausführungsbeispielen bestimmter Strukturen 1 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Es zeigt sich, dass die bestimmte Struktur 1 1 bevorzugt eine Mehrzahl von Strukturelementen 23 aufweist, die insbesondere als Erhebungen und/oder als Vertiefungen ausgebildet sein können. Die Figuren 2a), 2b) und 2c) zeigen jeweils Längsschnitte durch bestimmte Strukturen 1 1. Dabei sind die Strukturelemente 23 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a) insbesondere hemisphärisch, mithin halbkugelförmig, ausgebildet. In Figur 2b) sind die Strukturelemente 23 - im Längsschnitt gesehen - dreieck- oder zahnförmig ausgebildet, wobei sie eine scharfe Spitze 25 aufweisen.
In Figur 2c) sind die Strukturelemente 23 ebenfalls - im Längsschnitt gesehen - dreieck- oder zahnförmig ausgebildet, wobei sie jedoch eine abgerundete Spitze 25 mit einem Eckenradius oder Krümmungsradius aufweisen. Der Eckenradius oder Krümmungsradius beträgt bevorzugt von mindestens 0,01 mm bis höchstens 1 mm.
Eine Höhe H der Strukturelemente 23, die hier beispielhaft in Figur 2b) dargestellt ist, beträgt generell - unabhängig von der konkreten Form der Strukturelemente 23 - bevorzugt von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm. Entsprechendes gilt bevorzugt auch für eine Tiefe von Strukturelementen, die nicht als Erhebungen, sondern als Vertiefungen ausgebildet sind.
Ein Abstand benachbarter Strukturelemente 23 voneinander, der beispielhaft in Figur 2c) mit A gekennzeichnet ist, beträgt - wiederum unabhängig von der konkreten Form der
Strukturelemente 23 - bevorzugt von mindestens 0,02 mm bis höchstens 1 mm, vorzugsweise von mindestens 0,04 mm bis höchstens 1 mm. Dabei wird besonders bevorzugt grundsätzlich der kürzeste Abstand - unabhängig von der Richtung, in der sich dieser erstreckt - zwischen unmittelbar benachbarten Strukturelementen 23 betrachtet. Die Figuren 2d) bis 2h) zeigen Ansichten bestimmter Strukturen 1 1 in Draufsicht, mithin in der gleichen Ansicht, die auch der Darstellung von Figur l a) zugrunde liegt.
Dabei sind die Strukturelemente 23 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2d) kreisförmig ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2e) sind die Strukturelemente 23 - in Draufsicht gesehen - elliptisch oder oval ausgebildet. Die Strukturelemente 23, die in den Figuren 2d) und e) dargestellt sind, können im Längsschnitt insbesondere so ausgestaltet sein, wie dies in Figur 2a) dargestellt ist.
In Figur 2f) ist ein Ausführungsbeispiel der bestimmten Struktur 1 1 dargestellt, bei welchem die Strukturelemente 23 - in Draufsicht gesehen - rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sind. Sie können dabei insbesondere - im Längsschnitt gesehen - so ausgebildet sein, wie dies in den Figuren 2b) oder 2c) dargestellt ist.
In Figur 2g) ist ein Ausfuhrungsbeispiel der bestimmten Struktur 1 1 dargestellt, bei welchem die Strukturelemente 23 eine Tropfenform aufweisen. Dabei sind sie bevorzugt insbesondere an einem oberen, der Zündeinrichtung 15 zugewandten Ende schmaler ausgebildet als an einem unteren, der Zündeinrichtung 15 ab- und einem nicht dargestellten Hauptbrennraum
zugewandten Ende. Figur 2h) zeigt ein Ausführungsbeispiel der bestimmten Struktur 1 1, bei welchem die
Strukturelemente 23 dreieckförmig ausgebildet sind.
Die tropfenförmigen Strukturelemente 23 gemäß Figur 2g) können - im Längsschnitt gesehen - so ausgebildet sein, wie dies in Figur 2a) dargestellt ist, es ist aber auch möglich, dass sie so ausgebildet sind, wie dies in Figur 2b) oder 2c) dargestellt ist. Die dreieckförmigen
Strukturelemente 23 gemäß Figur 2h) sind - im Längsschnitt gesehen - bevorzugt so ausgebildet, wie dies in einer der Figuren in Figur 2b) oder 2c) dargestellt ist.
Die in Figur 2b) dargestellten, in Draufsicht gesehen kreisförmigen Strukturelemente 23 weisen vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm auf.
Im Übrigen weisen die Strukturelemente 23 vorzugsweise eine - senkrecht zu der Längsachse L und in der Bildebene von Figur 2 horizontal - gemessene Breite von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm auf. Die Breite erstreckt sich dabei insbesondere senkrecht zu einer
Hauptströmungsrichtung der Gasströmung in dem Inneren 5 während eines Kompressionstakts der Brennkraftmaschine 2.
Die Strukturelemente 23 weisen vorzugsweise eine Länge - entlang der Längsrichtung oder entlang einer Projektion der Längsrichtung L auf die Oberfläche 3 gesehen -, die sich in Figur 2 in der Bildebene in vertikaler Richtung erstreckt, auf, welche von mindestens 0,04 mm bis höchstens 4 mm beträgt. Dabei erstreckt sich die Länge im Wesentlichen in Richtung einer Hauptströmungsrichtung der Gasströmung in dem Inneren 5 während eines Kompressionstakts der Brennkraftmaschine 2.
Die tropfenförmigen Strukturelemente 23 gemäß Figur 2g) weisen bevorzugt einen Eckenradius oder Krümmungsradius in den Ecken von mindestens 0,01 mm bis höchstens 1 mm auf.
Insgesamt zeigt sich, dass mit der Vorkammer 1 und der Brennkraftmaschine 2 sowie mithilfe des Verfahrens eine Struktur oder Geometrie für eine Vorkammer bereitgestellt werden kann, welche zu einer Verringerung der typischen Schwankungen eines Strömungsbilds innerhalb der Vorkammer führt, sodass auch zyklische Schwankungen in der Entflammung und dadurch in der Verbrennung der Brennkraftmaschine 2 verringert werden. Dies erhöht die
Verbrennungsstabilität im Allgemeinen und kann insbesondere an ansonsten instabilen
Betriebspunkten technisch genutzt werden. Zugleich lässt sich die erhöhte
Verbrennungsstabilität indirekt zu einer Wirkungsgradsteigerung sowie zur Emissionsreduktion - insbesondere in Hinblick auf Kohlenwasserstoffemissionen - des Verbrennungszyklusses ausnutzen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorkammer ( 1 ) für eine Brennkraftmaschine (2), mit
- einer im Betrieb der Vorkammer (1) beströmten Oberfläche (3), die in einem Inneren (5) der Vorkammer (1 ) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Oberfläche (3) wenigstens einen ersten Oberflächenbereich (7) und wenigstens einen zweiten Oberflächenbereich (9) aufweist, wobei
- der erste Oberflächenbereich (7) eine bestimmte Struktur (1 1) aufweist, wobei
- der zweite Oberflächenbereich (9) frei von der Struktur (1 1 ) ist.
2. Vorkammer (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beströmte Oberfläche (3) eine Oberfläche einer Innenwandung (13) der Vorkammer (1) ist.
3. Vorkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Struktur (1 1 ) einstückig oder mehrstückig mit der Innenwandung (13) ausgebildet ist.
4. Vorkammer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Struktur (1 1 ) Strukturelemente (23), insbesondere Erhebungen und/oder
Vertiefungen, aufweist, die
a) im Längsschnitt gesehen sphäroid, insbesondere hemisphärisch, und/oder
b) im Längsschnitt gesehen dreieckförmig oder zahnförmig, mit scharfer oder abgerundeter Spitze, und/oder
c) in Draufsicht gesehen kreisförmig, und/oder
d) in Draufsicht gesehen elliptisch oder oval, und/oder
e) in Draufsicht gesehen rechteckförmig, insbesondere quadratisch, und/oder
f) in Draufsicht gesehen tropfenförmig, und/oder
g) in Draufsicht gesehen dreieckförmig,
ausgebildet sind.
5. Vorkammer ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Struktur ( 1 1 ) Strukturelemente (23) aufweist, die
a) einen Durchmesser oder eine Breite von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm, und/oder
b) eine Höhe oder Tiefe von mindestens 0,02 mm bis höchstens 2 mm, und/oder c) eine Länge von mindestens 0,04 mm bis höchstens 4 mm, und/oder
d) einen Abstand voneinander von mindestens 0,02 mm bis höchstens 1 mm, vorzugsweise von mindestens 0,04 mm bis höchstens 1 mm, und/oder
e) einen Eckenradius von mindestens 0,01 mm bis höchstens 1 mm,
aufweisen.
6. Brennkraftmaschine (2), mit einer Vorkammer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennkraftmaschine (2) als Gasmotor ausgebildet ist.
8. Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer Vorkammer (1 ) für eine
Brennkraftmaschine (2), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Vorkammergeometrie einer Vorkammer (1 ) mit einer im Betrieb der Vorkammer ( 1 ) beströmten Oberfläche (3);
- Simulieren einer Gasströmung in einem Inneren (5) der Vorkammer ( 1 );
- Identifizieren eines für ein Anlegen der Gasströmung an die Oberfläche (3) in Hinblick auf eine Stabilisierung der Gasströmung geeigneten Oberflächenbereichs (7);
- Vorsehen einer bestimmten Struktur (1 1 ) in dem Oberflächenbereichen (7), wobei
- die bestimmte Struktur (1 1) so vorgesehen wird, dass sich die Gasströmung im Bereich der bestimmten Struktur (1 1 ) an die Oberfläche (3) anlegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorkammer ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt wird.
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