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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Kolben
und insbesondere auf einem Kolben mit einer Geometrie mit doppelter
Einsenkung.
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Hintergrund
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Motoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der
Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung aus
Luftverunreinigungen ausstoßen.
Die Luftverunreinigungen können
aus gasförmigen
Komponenten zusammengesetzt sein, die Stickoxide und feste Partikelstoffe
aufweisen können,
die unverbrannte Kohlenwasserstoffpartikel aufweisen können, die
Ruß genannt
werden.
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Auf
Grund gesteigerter Sorge um die Umwelt sind Abgasemissionsstandards
immer strenger geworden. Die Menge der Luftverunreinigungen, die aus
einem Motor ausgestoßen
wird, kann abhängig von
der Art des Motors, von der Größe des Motors und/oder
der Klasse des Motors geregelt werden. Ein Verfahren, welches von
Motorherstellern eingesetzt worden ist, um in Übereinstimmung mit den Regelungen
für Partikelstoffe
zu kommen, die in die Umgebung ausgestoßen werden, ist gewesen, neue
Motoren zu entwickeln, die die Verwirklichung und die Vermischung
von Luft und Brennstoff verbessern, während sie spätere Brennstoffeinspritzungen
nahe dem oberen Totpunkt (TDC = top dead center) gestatten.
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Ein
Verfahren zur Verbesserung der Verwirbelung wird beschrieben im
US-Patent 6 152
101 (das '101-Patent),
das an Parsi u. A. am 28. November 2000 ausgegeben wurde. Das '101-Patent beschreibt
einen Kolben für
einen Verbrennungsmotor, der die Fähigkeit hat, hohe Gasgeschwindigkeiten
innerhalb einer Brennkammer während
einer kritischen Periode des Motorzyk lus nahe dem oberen Totpunkt zu
erzeugen. Insbesondere hat der Kolben des '101-Patentes eine Verbrennungseinsenkung
bzw. Verbrennungsschale mit einem ersten Volumen in Verbindung mit
einem zweiten Volumen. Der kleinste Durchmesser eines Verengungsteils,
der die ersten und zweiten Volumen verbindet, ist kleiner als der größte Durchmesser
des ersten Volumens und ist kleiner als der größte Durchmesser des zweiten
Volumens. Der größte Durchmesser
des ersten Volumens ist größer als
der Durchmesser einer Einmündung
der Verbrennungseinsenkung. Wandmittel, die das erste Volumen mit
Bezug zu einer Kolbenkopfstirnseite definieren, haben weniger als
90 Grad.
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Obwohl
der Kolben des '101-Patentes
hohe Gasgeschwindigkeiten nahe dem oberen Totpunkt erzeugen kann,
verwendet er nicht vollständig
einen Raum über
einer Stirnseite des Kolbenkopfes (Kolbenkrone) zur Verwirbelung
oder Vermischung. Insbesondere weil der Einmündungsteil und der Verengungsteil
des '101-Patentes
geringere Durchmesser haben als die Durchmesser der ersten und zweiten Volumen,
und weil die Wandmittel einen Winkel bilden, der geringer als 90
Grad mit Bezug zur Kolbenkopfstirnseite ist, wird nahezu der gesamte
Brennstoff, der in entweder das erste oder das zweite Volumen eingespritzt
wird, radial nach innen zu einem Mittelteil des Kolbens zurückgeleitet,
und nicht in den Raum über
der Stirnseite des Kolbenkopfes. Weil die innere Geometrie der ersten
und zweiten Volumen nahezu identische Konturen hat, kann weiterhin
die Richtung der Verwirbelung innerhalb des Kolbenzylinders begrenzt
werden, die durch die ersten und zweiten Volumen verursacht wird.
Zusätzlich
sieht der Kolben des '101-Patentes
keinen Weg zur Kühlung
des Kolbens vor.
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Der
offenbarte Kolben ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben
dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Kolben für einen
Verbrennungsmotor gerichtet. Der Kolben weist einen Kolbenkopf (Kolbenkrone)
mit einer Stirnseite mit einer inneren ringförmigen Kante auf. Der Kolben
weist auch eine erste Kolbeneinsenkung auf, die in der Stirnseite
des Kolbenkopfes ausgenommen ist. Die erste Kolbeneinsenkung hat
eine Unterseite und eine Außenwand.
Eine Linie, die sich von der inneren ringförmigen Kante der Stirnseite
des Kolbens und tangential zur äußeren Wand
erstreckt, bildet einen inneren Winkel von mehr als 90 Grad mit
der Stirnseite des Kolbenkopfes. Der Kolben weist weiter eine zweite Kolbeneinsenkung
auf, die mittig gelegen ist und eine obere Kante besitzt, die unter
der Stirnseite des Kolbenkopfes gelegen ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder
und einem Kolben gerichtet, der verschiebbar innerhalb des mindestens
einem Zylinders angeordnet ist. Das Verfahren weist die Bewegung
eines Kolbens zu einer oberen Totpunktposition während eines Kompressionshubes
und die Einspritzung von Brennstoff in eine erste Kolbeneinsenkung
auf. Die erste Kolbeneinsenkung ist innerhalb einer Stirnseite des
Kolbens ausgenommen. Die erste Kolbeneinsenkung hat eine Unterseite
und eine äußere ringförmige Wand.
Eine Linie, die sich von einer inneren ringförmigen Kante der Stirnseite
des Kolbens und tangential zu der äußeren ringförmigen Wand erstreckt, bildet
einen inneren Winkel von mehr als 90 Grad mit der Stirnseite des
Kolbens. Das Verfahren weist auch die Einspritzung von Brennstoff
in eine zweite Kolbeneinsenkung auf, die mittig gelegen ist und
eine obere Kante besitzt, die unter einer Stirnseite des Kolbenkopfes
gelegen ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine diagrammartige und schematische Darstellung eines beispielhaften
offenbarten Verbrennungsmotors; und
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2 ist
eine diagrammartige Querschnittsdarstellung eines beispielhaften
offenbarten Kolbenkopfes für
den Verbrennungsmotor der 1.
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Detaillierte
Beschreibung
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Ein
beispielhafter Verbrennungsmotor 10 ist in 1 veranschaulicht.
Der Verbrennungsmotor 10 ist als ein Dieselmotor abgebildet
und beschrieben. Jedoch wird in Betracht gezogen, dass der Verbrennungsmotor 10 irgendeine
andere Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise
ein Benzin- oder Erdgasmotor. Der Verbrennungsmotor 10 kann
einen Motorblock 12, eine Vielzahl von Kolbenanordnungen 14 (von
denen nur eine gezeigt ist), einen Zylinderkopf 16, der
mit jeder Kolbenanordnungen 14 assoziiert ist, ein Ventilbetätigungssystem 18, ein
Lufteinleitungssystem 20, ein Brennstoffsystem 22 und
ein Abgassystem bzw. Auslasssystem 24 aufweisen.
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Der
Motorblock 12 kann ein zentrales strukturelles Glied sein,
welches eine Vielzahl von Zylindern 26 definiert (von denen
nur einer gezeigt ist). Eine der Kolbenanordnungen 14 kann
verschiebbar innerhalb jedes der Zylinder 26 angeordnet
sein. Es wird in Betracht gezogen, dass der Verbrennungsmotor 10 irgendeine
Anzahl von Zylindern 26 aufweisen kann, und dass die Zylinder 26 in
einer "Reihenkonfiguration", in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner
anderen herkömmlichen
Konfiguration angeordnet sein können.
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Jede
Kolbenanordnung 14 kann konfiguriert sein, um sich zwischen
einer unteren Totpunktposition (BDC) oder untersten Position innerhalb
des Zylinders 26 und einer oberen Totpunktposition (TDC) oder
obersten Position innerhalb des Zylinders 26 hin und her
zu bewegen. Insbesondere kann die Kolbenanordnung 14 einen
Kolbenkopf (Kolbenkrone) 28 aufweisen, der schwenkbar mit
einer Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 30 verbunden
ist, die wiederum schwenkbar mit einer Kurbelwelle 32 verbunden
ist. Die Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 10 kann
drehbar innerhalb des Motorblocks 12 angeordnet sein, und
jede Kolbenanordnung 14 ist mit der Kurbelwelle 32 gekoppelt,
so dass eine Gleitbewegung von jeder Kolbenanord nung 14 innerhalb
jedes Zylinders 26 eine Drehung der Kurbelwelle 32 zur Folge
hat. In ähnlicher
Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 32 eine Gleitbewegung
der Kolbenanordnungen 14 zur Folge haben. Wenn sich die
Kurbelwelle 32 um 180 Grad gedreht, bewegen sich der Kolbenkopf 28 und
die damit verbundene Pleuelstange 30 über einen vollen Hub zwischen
dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt. Der Verbrennungsmotor 10 kann
ein Vier-Takt-Motor sein, wobei ein vollständiger Zyklus einen Einlasshub
(oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt), einen Kompressionshub (unterer
Totpunkt zum oberen Totpunkt), einen Leistungshub (oberer Totpunkt
zum unteren Totpunkt) und einen Auslasshub (unterer Totpunkt zum oberen
Totpunkt) aufweist. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Verbrennungsmotor 10 alternativ ein
Zwei-Takt-Motor sein kann, wobei ein vollständiger Zyklus einen Kompression/Auslass-Hub
(unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt) und einen Leistung/Auslass/Einlass-Hub
(oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt) aufweist.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann der Kolbenkopf 28 eine
im allgemeinen zylindrische Struktur mit einer Längsachse 34 haben,
und kann einen Schwenklagerträger
bzw. ein Kolbenbolzenlager 36, eine oder mehrere Ringnuten 38,
einem Kühldurchlassweg 40 und
eine Stirnseite 42 aufweisen. Das Kolbenbolzenlager 36 kann
im allgemeinen rohrförmig
sein, kann quer. relativ zur Längsachse 34 angeordnet
sein und konfiguriert sein, um ein (nicht gezeigtes) Lager zum drehbaren
Tragen eines (nicht gezeigten) Kolbenbolzens aufnehmen, der den
Kolbenkopf 28 mit der Pleuelstange 30 verbindet.
Die Ringnuten 38 können
ringförmige
Nuten aufweisen, die in eine äußeren gekrümmte Oberfläche des
Kolbenkopfes 28 eingeschnittenen sind, und können konfiguriert
sein, um Ölringe,
Kompressionsringe oder irgendeine andere Art von Kolbenringen aufzunehmen,
die in der Technik bekannt sind. Der Kühldurchlassweg 40 kann
einen ringförmigen
Durchlassweg aufweisen, der konfiguriert ist, um die Zirkulation eines
Kühlmediums
zu erleichtern, wie beispielsweise Motoröl. Die Zirkulation des Motoröls durch
den Kühldurchlassweg 40 während des
Betriebs des Verbrennungsmotors 10 kann eine Temperatur
des Kolbenkopfes 28 reduzieren. Die Stirnseite 42 kann
eine gekrümmte
oder ebene Kolbenfläche
sein, gegen die Verbrennungsgase einen Druck ausüben. Die Stirnseite 42 kann
einen Zugang zu einer ersten Kolbeneinsenkung 44 und einer
zweiten Kolbeneinsenkung 46 bieten.
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Die
erste Kolbeneinsenkung 44 kann eine im allgemeinen ringförmige konkave
Ausnehmung sein, die radial mit der Längsachse 34 ausgerichtet
ist. Insbesondere kann die erste Kolbeneinsenkung 44 eine äußere gekrümmte Wand 48 und
eine gekrümmte Bodenfläche 50 aufweisen.
Die äußere gekrümmte Wand 48 kann
eine gekrümmte
Oberfläche
sein, die die Stirnseite 42 bei einer inneren ringförmigen Kante 52 schneidet.
Eine Linie 53, die sich von der inneren ringförmigen Kante 52 erstreckt
und tangential zur äußeren gekrümmten Wand 48 ist,
bildet einen dazwischenliegenden Winkel θ mit der Stirnseite 42,
der größer als
90 Grad ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die innere ringförmige Kante 52 abgerundet sein
kann, um eine Spannungskonzentration zu minimieren. Der größte Durchmesser
der ersten Kolbeneinsenkung 44 kann entlang der inneren
ringförmigen
Kante 52 an der Oberfläche
der Stirnseite 42 gelegen sein. Der größte Durchmesser der ersten
Kolbeneinsenkung 44 kann größer als ein Durchmesser des
Kühldurchlassweges 40 sein,
um eine Kühlung der
ersten Kolbeneinsenkung 44 zu begünstigen. Die erste Kolbeneinsenkung 44 kann
entlang der Längsachse 34 zwischen
dem Kühldurchlassweg 40 und der
Stirnseite 42 gelegen sein. Die äußere gekrümmte Wand 48 und die
gekrümmte
Bodenfläche 50 können so
konfiguriert sein, dass wenn eine Einspritzung von Brennstoff in
die erste Kolbeneinsenkung 44 gerichtet ist, der eingespritzte
Brennstoff zuerst die gekrümmte
Bodenfläche 50 berührt und
dann zu der äußeren gekrümmten Wand 48 zur
Rückleitung
radial nach außen
und nach oben weg von der gekrümmten Unterseite 50 zur
Stirnseite 42 fließt.
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Die
zweite Kolbeneinsenkung 46 kann eine im allgemeinen symmetrische
Ausnehmung sein, die innerhalb der gekrümmten Unterseite 50 der
ersten Kolbeneinsenkung 44 angeordnet ist und radial mit der
Längsachse 34 ausgerichtet
ist. Die zweite Kolbeneinsenkung 46 kann eine konkave ringförmige Außenwand 54 und
eine zentrale konvexe Bodenfläche 56 aufweisen.
Der größte Durchmesser
der zweiten Kolbeneinsenkung 46 kann geringer als ein Durchmesser
des Kühldurchlassweges 40 sein,
um eine adäquate
strukturelle Integrität
des Kolbenkopfes 28 sicherzustellen. Die zweite Kolbeneinsenkung 46 kann
entlang der Längsachse 34 zwischen
dem Kühldurchlassweg 40 und
der ersten Kolbeneinsenkung 44 gelegen sein, wobei ein
Teil der konvexen Bodenfläche 56 am
weitesten entfernt von der Stirnseite 42 im wesentlichen
in einer Ebene mit einer Oberfläche
des Kühldurchlassweges 40 ist,
der am nächsten
zur Stirnseite 42 ist. Es wird in Betracht gezogen, dass
der Teil der konvexen Bodenfläche 56 am
weitesten entfernt von der Stirnseite 42 alternativ entlang
einer Ebene gelegen sein kann, die nicht in wesentlicher Ausrichtung
mit der Oberfläche
des Kühldurchlassweges 40 ist,
die am nächsten
zur Stirnseite 42 ist. Die ringförmige äußere Wand 54 und die
konvexe Bodenfläche 56 können so
konfiguriert sein, dass wenn eine Einspritzung von Brennstoff in die
zweite Kolbeneinsenkung 46 gerichtet ist, der eingespritzte
Brennstoff zuerst die ringförmige äußere Wand 54 berührt und
dann zur konvexen Bodenfläche 56 fließt, und
zwar zur Rückleitung
radial nach innen und oben weg von der konvexen Unterseite 56 zur
Stirnseite 42. Die konvexe Bodenfläche 56 kann eine Kontur
haben, die im wesentlichen identisch mit einer inneren Unterseite 57 des
Kolbenkopfes 26 ist, um die Spannungsverteilung innerhalb
des Kolbenkopfes 26 zu erleichtern.
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Die
ringförmige äußere Wand 54 der
zweiten Kolbeneinsenkung 46 kann die gekrümmte Bodenfläche 50 der
ersten Kolbeneinsenkung 44 an einem ringförmigen vorstehenden
Teil 58 schneiden. Der ringförmige vorstehende Teil 58 kann
sich weg von der gekrümmten
Bodenfläche 50 zur
Stirnseite 42 innen erstrecken und kann nahezu coplanar
mit der Stirnseite 42 sein. Es wird in Betracht gezogen,
dass der vorstehende Teil 58 sich alternativ zu einem niedrigeren
Punkt als der Stirnseite 42 erstrecken kann, der nicht
coplanar mit der Stirnseite 42 ist, und sich direkt nach
innen anstatt nach oben erstrecken kann. Der Durchmesser einer Öffnung innerhalb
des vorstehenden Teils 58 kann kleiner sein als der größte Durchmesser
der zweiten Kolbeneinsenkung 46, um eine radial nach innen
gerichtete Umleitung des Brenn stoffes zu begünstigen, der in die zweite
Kolbeneinsenkung 46 eingespritzt wird. Die Schnittkante der
ringförmigen äußeren Wand 54 und
der gekrümmten
Bodenfläche 50 kann
abgerundet sein, um die Spannungskonzentration zu minimieren.
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Alle
Oberflächen
der ersten Kolbeneinsenkung 44, der zweiten Kolbeneinsenkung 46 und
des vorstehenden Teils 58 haben eine Krümmung. Insbesondere kann die
gekrümmte
Natur der Oberflächen eine
gesteuerte Verwirbelung begünstigen
und ein ungesteuertes Spritzen von Brennstoff behindern, der in
die ersten und zweiten Kolbeneinsenkungen 44 und 46 eingespritzt
wird. Es wird in Betracht gezogen, dass ein Teil der gekrümmten Bodenfläche 50 und/oder
der konvexen Bodenfläche 56 alternativ eben
sein kann, um die Herstellung zu vereinfachen.
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Mit
Bezug auf 1 kann jeder Zylinderkopf 16 mit
einem Zylinder 26 assoziiert sein, um eine Brennkammer 60 mit
einem oder mehreren Anschlüssen
zu bilden. Insbesondere kann der Zylinderkopf 16 einen
Einlassdurchlassweg 62 definieren, der zu einem Einlassanschluss 64 für jeden
Zylinder 26 führt.
Der Zylinderkopf 16 kann weiter mindestens einen Auslassdurchlassweg 66 definieren,
der zu einem Auslassanschluss 68 für jeden Zylinder 26 führt. Es
wird in Betracht gezogen, dass ein Zylinderkopf 16 alternativ
mit mehreren Zylindern 26 und Kolbenanordnungen 14 assoziiert
sein kann, um mehrere Brennkammern zu formen. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass der Zylinderkopf 16 weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 64 und/oder
Auslassanschlüsse 68 für jeden
Zylinder 26 definieren kann.
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Das
Ventilbetätigungssystem 18 kann
ein Einlassventil 70 aufweisen, welches in jedem Einlassanschluss 64 angeordnet
ist. Jedes Einlassventil 70 kann ein Ventilelement aufweisen,
welches konfiguriert ist, um selektiv den jeweiligen Einlassanschluss 64 zu
blockieren. Jedes Einlassventil 70 kann betätigt werden,
um das Ventilelement zu bewegen oder "anzuheben", um dadurch den jeweiligen Einlassanschluss 64 zu öffnen. In
einem Zylinder 26 mit einem Paar von Einlassanschlüssen 64 und
einem Paar von Einlassven tilen 70 kann das Paar von Einlassventilen 70 durch
eine einzige (nicht gezeigte) Ventilbetätigungsvorrichtung oder durch
ein Paar von (nicht gezeigten) Ventilbetätigungsvorrichtungen betätigt werden.
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Ein
Auslassventil 72 kann innerhalb jedes Auslassanschlusses 68 angeordnet
sein. Jedes Auslassventil 72 kann ein Ventilelement aufweisen,
welches konfiguriert ist, um selektiv den jeweiligen Auslassanschluss 68 zu
blockieren. Jedes Auslassventil 72 kann betätigt werden,
um das Ventilelement zu bewegen oder "anzuheben", um dadurch den jeweiligen Auslassanschluss 68 zu öffnen. In
einem Zylinder 26 mit einem Paar von Auslassanschlüssen 68 und
einem Paar von Auslassventilen 72 kann das Paar von Auslassventilen 72 durch
eine einzige (nicht gezeigte) Ventilbetätigungsvorrichtung oder durch ein
Paar von (nicht gezeigten) Ventilbetätigungsvorrichtungen betätigt werden.
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Das
Lufteinleitungssystem 20 kann konfiguriert sein, um Luft
in den Verbrennungsmotor 10 zu ziehen, und kann eine Einlasssammelleitung 74 aufweisen,
die strömungsmittelmässig mit
dem Einlassdurchlassweg 62 verbunden ist. Es wird in Betracht gezogen,
dass das Lufteinleitungssystem 20 ein Ladungsluftsystem
sein kann, welches einen durch eine Turbine angetriebenen oder vom
Motor angetriebenen (nicht gezeigten) Kompressor besitzt, oder kann zusätzliche
Luftbehandlungskomponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Auslassklappe,
ein Drosselventil, ein Abgasrückzirkulationssystem,
eine Luftreinigungsvorrichtung, einen Luftkühler oder irgendeine andere
in der Technik bekannte Behandlungskomponente.
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Das
Brennstoffsystem 22 kann konfiguriert sein, um Brennstoff
zum Verbrennungsmotor 10 zu liefern, und kann eine Quelle 76 für unter
Druck gesetzten Brennstoff und mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 78 aufweisen.
Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Komponenten vorgesehen
sein können,
wie beispielsweise ein Ventil, eine Brennstoff-Common-Rail (Common-Rail = gemeinsame
Druckleitung), die konfiguriert ist, um Brennstoff zu mehreren Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu
verteilen, weiter eine Vorbrennkammer oder irgendeine andere Brennstoffsystemkomponente,
die in der Technik bekannt ist.
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Die
Quelle 76 für
unter Druck gesetzten Brennstoff kann konfiguriert sein, um einen
Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu erzeugen, und
kann eine Pumpe aufweisen, wie beispielsweise eine Pumpe mit variabler
Verdrängung,
eine Pumpe mit fester Verdrängung,
eine Pumpe mit variablem Fluss oder irgendeine andere Quelle für unter Druck
gesetztes Strömungsmittel,
die in der Technik bekannt ist. Die Quelle 76 für unter
Druck gesetzten Brennstoff kann antreibbar mit der (nicht gezeigten) Leistungsquelle
verbunden sein, beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Gegenwelle,
durch einen (nicht gezeigten) Riemen, durch eine (nicht gezeigte) elektrische
Schaltung oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise. Es wird
auch in Betracht gezogen, dass die Quelle 76 für unter
Druck gesetzten Brennstoff alternativ eine Versorgung für unter
Druck gesetzten gasförmigen
Brennstoff sein kann.
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Jede
der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 78 kann innerhalb
des Zylinderkopfes 16 angeordnet sein, der mit jedem Zylinder 26 assoziiert
ist. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 78 kann betreibbar sein,
um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff in die Brennkammer 60 mit
vorbestimmten Brennstoffdrücken
und Brennstoffflussraten einzuspritzen. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 78 kann
mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt sein.
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Das
Auslasssystem 24 kann konfiguriert sein, um Abgase vom
Zylinder 26 in die Atmosphäre zu leiten, und kann eine
Auslasssammelleitung 80 in Strömungsmittelverbindung mit dem
Auslassdurchlassweg 66 aufweisen, der mit jedem Zylinder 26 assoziiert
ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Auslasssystem 24 andere
Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise eine Turbine, ein
Abgasrückzirkulationssystem,
einen Partikelfilter, ein katalytisches Nachbehandlungssystem oder
irgendeine andere in der Technik bekannte Auslasssystemkomponente.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Verbrennungssteuersystem kann auf irgendeinen Verbrennungsmotor
anwendbar sein, wo eine Verwirbelung und Vermischung von eingespritztem
Brennstoff wichtig ist. Der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird
nun erklärt.
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Während eines
Einlasshubes des Verbrennungsmotors 10 kann das Einlassventil 70 in
der offenen Position sein, wie in 1 gezeigt,
wenn die Kolbenanordnung 14 sich innerhalb des Zylinders 26 zwischen
der oberen Totpunktposition und der unteren Totpunktposition bewegt.
Während
des Einlasshubes kann die Abwärtsbewegung
der Kolbenanordnung 14 zur unteren Totpunktposition einen
niedrigen Druck bzw. Unterdruck im Zylinder 26 erzeugen.
Der Unterdruck kann dahingehend wirken, dass er Luft aus dem Einlassdurchlassweg 62 in
den Zylinder 26 über
den Einlassanschluss 64 zieht. Wie oben beschrieben, kann
ein Turbolader alternativ verwendet werden, um komprimierte Luft
in den Zylinder 26 zu drücken.
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Folgend
auf den Einlasshub können
sowohl das Einlassventil 70 als auch das Auslassventil 72 in einer
geschlossenen Position sein, wo die Luft dagegen abgeblockt wird,
aus dem Zylinder 26 während des
aufwärts
gerichteten Kompressionshubes der Kolbenanordnung 14 auszutreten.
Wenn sich die Kolbenanordnung 14 nach oben von der unteren
Totpunktposition zur oberen Totpunktposition während des Kompressionshubes
bewegt, kann Brennstoff in den Zylinder 26 zur Vermischung
und zur Kompression mit der Luft innerhalb des Zylinders 26 eingespritzt werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass der Brennstoff in den Zylinder 26 zu
jedem Zeitpunkt während
des Kompressionshubes, während
eines Teils des Einlasshubes, wenn der Motor als ein kompressionsgezündeter Motor
mit homogener Ladung (HCCI-Motor) arbeitet oder zu mehreren Zeitpunkten sowohl
während
des Einlasshubes als auch während des
Kompressionshubes eingespritzt werden kann, wenn der Motor als Motor
mit gemischtem Einspritzungsmodus arbeitet. In einem Beispiel kann
der Kolbenkopf 28 effektiv eingerichtet sein, um eine Verwirblung
und Vermischung während
des Motorbetriebes zu verbessern, wenn der Brennstoff während des Kompressionshubes
eingespritzt wird, wenn die Kurbelwelle 32 auf einen Winkel
zwischen 120 Grad und 40 Grad vor dem oberen Totpunkt gedreht wird.
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Wenn
der Brennstoff in den Zylinder 26 eingespritzt wird, kann
ein Brennstoffstrahl gegen die Oberflächen der ersten und zweiten
Kolbeneinsenkungen 44 und 46 geleitet werden.
Insbesondere der Brennstoff, der in die erste Kolbeneinsenkung 44 geleitet
wird, kann zuerst auf die gekrümmte
Bodenfläche 50 auftreffen
und um die gekrümmte
Bodenfläche 50 zur äußeren gekrümmten Wand 48 fließen, um
radial nach außen
und oben weg von der gekrümmten
Bodenfläche 50 zur
Stirnseite 42 zurückgeleitet
zu werden. Weil der Winkel θ größer als
90 Grad ist, kann die Rückleitung
des Brennstoffes nach oben weg von der gekrümmten Bodenfläche 50 und in
den Raum innerhalb des Zylinders 26 über der Stirnseite 42 des
Kolbenkopfes 28 ungehindert sein. Der Brennstoff, der in
die zweite Kolbeneinsenkung 46 geleitet wird, kann zuerst
die ringförmige
Außenwand 54 treffen
und um die ringförmige
Außenwand 54 zu
der konvexen Bodenfläche 56 fließen, um
nach oben und radial nach innen zu einer Längsachse 34 des Kolbenkopfes 28 zurückgeleitet
zu werden. Die gekrümmte
Natur der ersten und zweiten Kolbeneinsenkungsflächen kann eine gesteuerte Verwirbelung des
Brennstoffes begünstigen,
während
ein unkontrolliertes Spritzen minimiert wird. Weil der Brennstoff, der
in die erste Kolbeneinsenkung 44 spritzt, radial nach außen und
oben relativ zum Kolbenkopf 28 geleitet wird, und weil
der Brennstoff, der in die zweite Kolbeneinsenkung 46 spritzt,
nach oben und radial nach innen geleitet wird, kann ein größerer Teil
des Raums oberhalb des Kolbenkopfes 28 zur Vermischung
verwendet werden, als wenn der Brennstoff nur in einer radialen
Richtung, nur nach innen oder nur nach außen, geleitet wird.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Verbrennungsmotor und Kolben vorgenommen
werden können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus
einer praktischen Ausführung
des offenbarten Verbrennungsmotors und Kolbens offensichtlich werden.
Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur
als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch
die folgenden Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.