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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2012-0021105 , eingereicht am 29. Februar 2012, deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch diese Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, die einen Vorkammer-Strahlzünder (bzw. eine Strahlzündvorrichtung mit einer Vorkammer) verwendet, der eine Strahl-Verbrennungsflamme (bzw. eine strahlenförmige Verbrennungsflamme bzw. einen Flammenstrahl), der vorher gebildet worden ist aus einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, einspritzt (bzw. injiziert bzw. einspeist) in einen Raum innerhalb der Verbrennungskammer, so dass die Strahl-Verbrennungsflamme als eine Quelle zur Zündung eines Kraftstoffs dient, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer eingespritzt wird, um den Kraftstoff zu zünden (bzw. anzuzünden bzw. zu entflammen bzw. dessen Verbrennung zu initiieren), dadurch die Verbrennung mittels Verwendung der Strahl-Verbrennungsflamme als einen großen Flammenkern (bzw. -quelle bzw. -ausgangspunkt) sicher aufrechtzuerhalten und dadurch den Kraftstoffverbrauch erheblich zu verbessern und die Erzeugung von NOx zu reduzieren.
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In allgemeinen Verbrennungsmotoren wird, nachdem ein Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt worden ist (GDI-Typ: Benzindirekteinspritzung) oder der Kraftstoff sowie die Luft vermischt und anschließend der Verbrennungskammer zugeführt worden sind (MPI-Typ: Multiporteinspritzung), ein Verbrennungsflammenkern in der Verbrennungskammer erzeugt mittels Zündfunken, die von einer Zündkerze erzeugt werden, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird und explodiert (Flammenausbreitung).
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Es besteht ein Unterschied zwischen dem MPI-Typ und dem GDI-Typ darin, dass in dem Fall, bei dem der Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird (GDI-Typ), eine Verbrennung mit geschichteter Ladung (bzw. eine Schichtladungsverbrennung) durchgeführt wird, während in dem Fall, bei dem der Kraftstoff und die Luft vermischt werden und der Verbrennungskammer zugeführt werden (MPI-Typ), eine homogene Verbrennung durchgeführt wird.
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Da ein Explosionstakt (bzw. ein Arbeitstakt mit explosiver Verbrennung) in der Verbrennungskammer angetrieben wird mittels Zündung und Explosion (Flammenausbreitung), wird eine Antriebskraft vom Verbrennungsmotor erzeugt.
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Allerdings, wenn die Zündkerze die Zündfunken in der Verbrennungskammer erzeugt und der Verbrennungsflammenkern mittels der Zündflamme in der Verbrennungskammer erzeugt wird, ist die Größe des Flammenkerns klein und dessen Dauer kurz, was eine vollständige Verbrennung in der Verbrennungskammer nicht gewährleistet.
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Dieses Problem zwingt eine inhärente Einschränkung bei den oben beschriebenen Verbrennungssystemen auf.
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Um diese Einschränkung zu überwinden, kann eine Verbrennung im Magerbetrieb bzw. Magerverbrennung (Supermagerbetrieb) auf den Verbrennungsmotor angewandt werden, aber die Verbrennung im Magerbetrieb bzw. Magerverbrennung (Supermagerbetrieb) weist das andere Problem auf, dass eine große Menge an NOx erzeugt wird aufgrund der großen Wärme (bzw. der hohen Temperatut) der Verbrennung zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.
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In diesem Fall kann die Erzeugung von NOx reduziert werden mittels Verwendung von DeNOx-Katalysatoren, allerdings sind DeNOx-Katalysatoren teuer, und daher steigen die Kosten, und die Wettbewerbsfähigkeit sinkt.
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Die hier im Zusammenhang mit dem Hintergrund der Erfindung offenbarten Informationen sollen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung dienen und sollen nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Hinweis verstanden werden, dass diese Informationen einen dem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik darstellen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen bereit einen Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, die einen Vorkammer-Strahlzünder verwendet, der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, das eine Außenluft und ein eingespritzter Kraftstoff ist, die außerhalb der Verbrennungskammer gemischt werden, und eine Strahl-Verbrennungsflamme eines großen Flammenkerns, die mittels Verbrennung erzeugt wird, der Verbrennungskammer zuführt, so dass der Kraftstoff gezündet (bzw. angezündet bzw. entflammt) wird und mittels der Strahl-Verbrennungsflamme explodiert (Flammenausbreitung), und die Verbrennung der Verbrennungskammer sicher aufrechterhalten wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch erheblich verbessert wird und die Erzeugung von NOx reduziert wird mittels schneller kalter Verbrennung.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen bereit einen Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, die (bzw. der) einen Vorkammer-Strahlzünder verwendet, der eine Strahl-Verbrennungsflamme in der Form von einem großen Flammenkern, der von außerhalb der Verbrennungskammer zugeführt wird, in die Verbrennungskammer einspritzt, so dass die Strahl-Verbrennungsflamme als eine Quelle zur Zündung des Kraftstoffs, der in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, dient, wodurch Luft-Kraftstoff-Gemisch-Anschlüsse (bzw. -Ports), durch welche Luft und Kraftstoff zugeführt werden, eliminiert werden und dadurch eine Verflüssigung des Luft-Kraftstoff-Gemisches aufgrund von Variationen (oder Schwankungen) in der Strömung und dem Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches verhindert wird.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch einen Vorkammer-Strahlzünder nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 sowie einen Verbrennungsmotor nach den Merkmalen aus dem Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen bereit einen Vorkammer-Strahlzünder, wobei: Luft von der Atmosphäre nach außerhalb von einer Verbrennungskammer zugeführt wird (oder Luft zugeführt wird einer Verbrennungskammer), die einen sich hin- und herbewegenden Kolben aufweist; Kraftstoff in die einströmende Luft eingespritzt wird, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch anschließend außerhalb (oder in) der Verbrennungskammer verbrannt wird, um eine Verbrennungsflamme zu erzeugen; die Verbrennungsflamme in einen Raum innerhalb der Verbrennungskammer eingespritzt wird in Form von zumindest einer Strahl-Verbrennungsflamme; die Strahl-Verbrennungsflamme als eine Quelle zur Zündung dient, so dass der Kraftstoff, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer eingespritzt wird, verbrannt wird; und ein Explosionstakt in der Verbrennungskammer angetrieben wird mittels Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs.
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Der Vorkammer-Strahlzünder weist ferner auf: einen Kompressionsblock (bzw. Verdichtungsblock) mit einer Kompressionskammer (bzw. Verdichtungskammer), in der die Außenluft (bzw. Frischluft bzw. Luft) und der Kraftstoff, der in die Luft eingespritzt wird, vermischt werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden; einen Hilfsinjektor, der an dem Kompressionsblock installiert ist, um den Kraftstoff in die Kompressionskammer einzuspritzen; einen Druckbeaufschlagungskolben (bzw. Druckkolben), der ein Volumen der Kompressionskammer ändert, um einen Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu erhöhen; eine Ventileinheit, die geöffnet ist, wenn der Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches erhöht ist (z. B. größer als ein voreingestellter Druck), so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer abgeführt (bzw. herausgelassen) wird; einen Verbrennungsblock mit einem Verbrennungsraum, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von der Ventileinheit abgeführt wird, zu verbrennen; eine Zündkerze, die an dem Verbrennungsblock installiert ist, um einen Zündfunken zu erzeugen, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch den Verbrennungsblock hindurch strömt, verbrannt wird; und eine Strahldüse, die eine Flamme, die mittels Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird, in Form von zumindest einer Strahl-Verbrennungsflamme einspritzt, wobei eine Einspritzrichtung der Strahl-Verbrennungsflamme in Richtung zu dem Raum innerhalb der Verbrennungskammer mit dem sich hin- und herbewegenden Kolben gerichtet ist.
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Das Luft-Kraftstoff-Gemisch kann einen Strömungsweg (bzw. -pfad) bilden, über welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Ventileinheit austritt, in den Verbrennungsblock strömt und von dem Verbrennungsblock direkt in die Strahldüse strömt.
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Die Ventileinheit und der Verbrennungsblock können mit dem Kompressionsblock im Eingriff sein (z. B. mittels Verschraubung), und die Strahldüse kann mit dem Verbrennungsblock im Eingriff sein.
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Der Kompressionsblock kann mit einem Befestigungsendabschnitt versehen sein, der mit der Ventileinheit und dem Verbrennungsblock im Eingriff ist, und der Befestigungsendabschnitt kann unterhalb von einer Position der Kompressionskammer positioniert sein.
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Der Druckbeaufschlagungskolben kann aufweisen einen Kolben, der bewegbar ist, um das Volumen der Kompressionskammer des Kompressionsblocks zu variieren, und eine Kolbenstange, die mit dem Kolben integral verbunden ist.
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Die Ventileinheit kann aufweisen ein Hilfsrückschlagventil für einen Durchgang (bzw. Kanal bzw. Passage), durch welchen die Außenluft von der Atmosphäre in die Kompressionskammer strömt, ein Hauptrückschlagventil mit einem Durchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer abgeführt wird, und einen Befestigungsendabschnitt, der in die Kompressionskammer des Kompressionsblocks eingesetzt ist.
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Der Verbrennungsblock kann aufweisen einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch das Hauptrückschlagventil austritt, strömt, einen Zünddurchgang, der mit einem Endabschnitt des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgangs kommuniziert, so dass der Zündfunke, der von der Zündkerze erzeugt ist, in Richtung zum Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang gerichtet ist, einen Frischluft-Einströmdurchgang, durch welchen Frischluft (bzw. Außenluft) von der Atmosphäre strömt, und einen Befestigungsendabschnitt, der mit dem Kompressionsblock und der Strahldüse im Eingriff ist.
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Die Strahldüse kann aufweisen eine Vorkammer mit einem Raum zur Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem (bzw. vom) Verbrennungsblock zugeführt ist, ein Strahl-Flamme-Einspritzloch zum Einspritzen der Verbrennungsflamme, die in der Vorkammer erzeugt ist, in Richtung zum Raum innerhalb der Verbrennungskammer an einer oder mehreren Positionen, und einen Befestigungsendabschnitt, der mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang des Verbrennungsblocks im Eingriff ist.
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Das Hauptrückschlagventil kann einen Einweg-Durchgang formen, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer abgeführt wird, und der Strömungsdurchgang (bzw. der Einweg-Durchgang) kann geöffnet werden mittels eines erhöhten Drucks des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wenn der Druckbeaufschlagungskolben nach unten bewegt wird, um das Volumen der Kompressionskammer zu kontrahieren (bzw. zu verkleinern).
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Das Hilfsrückschlagventil kann einen Einweg-Durchgang formen, durch welchen die Außenluft, die von der Atmosphäre zugeführt wird, in die Kompressionskammer strömt, und der Strömungsdurchgang (bzw. der Einweg-Durchgang) kann geöffnet werden mittels eines verminderten Drucks des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wenn der Druckbeaufschlagungskolben nach oben bewegt wird, um das Volumen der Kompressionskammer zu expandieren (bzw. zu vergrößern).
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Das Hauptrückschlagventil kann an einer Mittelposition der Ventileinheit installiert sein und das Hilfsrückschlagventil kann an einer Position installiert sein, die von der Mittelposition entfernt ist.
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Der Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang und der Zünddurchgang können in einer V-Form angeordnet sein, so dass ein kommunizierender Abschnitt (bzw. „Treffpunkt“) davon unten (oder oben) angeordnet ist.
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Der Kompressionsblock kann ausgestattet sein mit einem Frischluft-Einströmdurchgang, durch welchen die Außenluft (bzw. Frischluft) von der Atmosphäre in die Kompressionskammer strömt, und einem Befestigungsendabschnitt, der mit der Ventileinheit und dem Verbrennungsblock im Eingriff ist, und der Befestigungsendabschnitt kann unterhalb von einer Position der Kompressionskammer positioniert sein. Der Druckbeaufschlagungskolben kann aufweisen einen Kolben, der bewegbar ist, um das Volumen der Kompressionskammer des Kompressionsblocks zu variieren, eine Kolbenstange, die mit dem Kolben integral verbunden ist, einen Frischluft-Strömungsdurchgang, der im Kolben (maschinell) herausgearbeitet (z. B. durch Fräsen, Bohren etc.) ist, und einen Kraftstoff-Strömungsdurchgang, der in einem anderen Abschnitt des Kolbens (maschinell) herausgearbeitet ist, um den Kraftstoff zu liefern, und der mit dem Frischluft-Strömungsdurchgang kommuniziert. Die Ventileinheit kann aufweisen ein Hauptrückschlagventil mit einem Durchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches das Gemisch aus dem Kraftstoff ist, der in die Kompressionskammer eingespritzt und mit der Außenluft vermischt ist, aus der Kompressionskammer abgeführt wird, und einen Befestigungsendabschnitt, der in die Kompressionskammer des Kompressionsblocks eingesetzt ist. Der Verbrennungsblock kann aufweisen einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch das Hauptrückschlagventil austritt, strömt, einen Zünddurchgang, der mit einem Endabschnitt des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgangs kommuniziert, so dass der Zündfunke, der von der Zündkerze erzeugt ist, in Richtung zum Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang gerichtet ist, und einen Befestigungsendabschnitt, der mit dem Kompressionsblock und der Strahldüse im Eingriff ist. Die Strahldüse kann aufweisen eine Vorkammer mit einem Raum zur Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem (bzw. vom) Verbrennungsblock zugeführt ist, ein Strahl-Flamme-Einspritzloch zum Einspritzen der Verbrennungsflamme, die in der Vorkammer erzeugt ist, in Richtung zum Raum innerhalb der Verbrennungskammer an einer oder mehreren Positionen, und einen Befestigungsendabschnitt, der mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang des Verbrennungsblocks im Eingriff ist.
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Der Frischluft-Einströmdurchgang kann ausgestattet sein mit einem Frischluftventil zum Zuführen der Außenluft (bzw. Frischluft) von der Atmosphäre zur Kompressionskammer, und das Frischluftventil kann geöffnet sein, wenn der Druck der Kompressionskammer reduziert ist in einem Prozess von Anheben des Druckbeaufschlagungskolbens, um das Volumen der Kompressionskammer zu expandieren. Ein Mischventil kann vorgesehen sein an einem Endabschnitt, an dem der Frischluft-Strömungsdurchgang den Kraftstoff-Strömungsdurchgang trifft, und das Mischventil kann die Luft, die den Frischluft-Strömungsdurchgang passiert, und den Kraftstoff, der den Kraftstoff-Strömungsdurchgang passiert, vermischen, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Kompressionskammer abzuführen.
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Der Frischluft-Strömungsdurchgang und der Kraftstoff-Strömungsdurchgang können in einer V-Form angeordnet sein, so dass ein kommunizierender Abschnitt davon unten (oder oben) angeordnet ist.
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Das Hauptrückschlagventil kann einen Einweg-Durchgang formen, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer abgeführt wird, und der Strömungsdurchgang (bzw. Einweg-Durchgang) kann geöffnet sein mittels eines erhöhten Drucks des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wenn der Druckbeaufschlagungskolben nach unten bewegt wird, um das Volumen der Kompressionskammer zu kontrahieren.
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Das Strahlflamme-Einspritzloch kann ein divergenter Kegelstumpf sein (bzw. eine divergente Kegelstumpfform aufweisen), der von der Vorkammer aus divergiert und sich erweitert. Zumindest drei Strahl-Flamme-Einspritzlöcher können vorgesehen sein, um den Kegelstumpf zu formen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen bereit einen Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, die einen Vorkammer-Strahlzünder verwendet, der aufweist: eine Strahldüse, die zumindest eine Strahl-Verbrennungsflamme von einer Atmosphäre in Richtung zu einem Raum innerhalb einer Verbrennungskammer mit einem sich hin- und herbewegenden Kolben einspritzt, in welcher die Strahl-Verbrennungsflamme als eine Quelle zur Zündung von Verbrennungskraftstoff dient, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer eingespritzt wird, und ein Explosionstakt in der Verbrennungskammer mittels Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs durchgeführt wird; ein Einlassventil, das einen Durchgang eines Ansaugkrümmers an einem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer öffnet oder schließt; ein Auslassventil, das einen Durchgang eines Abgaskrümmers, durch welchen ein Abgas strömt, das in der Verbrennungskammer erzeugt ist, öffnet oder schließt; und einen Hauptinjektor, der den Kraftstoff in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer einspritzt.
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Der Vorkammer-Strahlzünder ist angeordnet zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil, und der Hauptinjektor ist an einer Seite (z. B. Mantelfläche) der Verbrennungskammer positioniert.
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Nachdem die Außenluft und der Kraftstoff, der in die Luft eingespritzt wird, gemischt werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch anschließend außerhalb der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors verbrannt wird, kann eine Strahl-Verbrennungsflamme in der Form eines großen Flammenkerns der Verbrennungskammer zugeführt werden. Als ein Resultat davon ist es möglich, Luft-Kraftstoff-Ports, durch welche Luft und Kraftstoff zugeführt werden, zu eliminieren (bzw. auf diese zu verzichten) und dadurch die Verflüssigung des Luft-Kraftstoff-Gemisches aufgrund von Variationen in der Strömung und dem Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu verhindern.
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Zusätzlich, da die Strahl-Verbrennungsflamme der Verbrennungskammer zugeführt wird, nachdem die Strahl-Verbrennungsflamme in der Form des großen Flammenkerns mittels des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das die Außenluft vermischt mit einer kleinen Menge an Kraftstoff ist, vorher erzeugt worden ist außerhalb der Verbrennungskammer, kann die Verbrennung in der Verbrennungskammer zuverlässig aufrechterhalten werden, wodurch erheblich der Kraftstoffverbrauch verbessert wird und die NOx-Generation mittels Verwendung einer schnellen kalten Verbrennung reduziert wird.
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Da ferner die Strahl-Verbrennungsflamme mittels des Luft-Kraftstoff-Gemisches, welches die Außenluft vermischt mit einer kleinen Menge an Kraftstoff ist, zuerst außerhalb der Verbrennungskammer erzeugt und anschließend der Verbrennungskammer zugeführt wird, ist es möglich, präzise die Verbrennung zu steuern (Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) und das Leistungsvermögen sowie die Zuverlässigkeit der Flammenzündung in der Verbrennungskammer zu gewährleisten.
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Da ferner die Form der Strahl-Verbrennungsflamme, die dem Raum innerhalb der Verbrennungskammer zugeführt wird, zuerst genau bestimmt wird von außerhalb der Verbrennungskammer, ist es möglich, präzise die Menge an Kraftstoff, der direkt in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer eingespritzt wird, zu berechnen, und somit den Kraftstoffverbrauch zu senken.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, wie im Detail aus den angehängten Zeichnungen, die hierin einbezogen sind, und den folgenden näheren Beschreibungen sichtbar werden, die zusammen zur Erläuterung gewisser Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
- 1 ist eine Darstellung, die einen beispielhaften Vorkammer-Strahlzünder gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
- 2 ist eine Darstellung, die einen beispielhaften Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, die mit einem Vorkammer-Strahlzünder gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, illustriert.
- 3 ist eine Darstellung, die einen beispielhaften Vorkammer-Strahlzünder gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
- 4 ist eine Darstellung, die den Betriebszustand des Vorkammer-Strahlzünders aus 3 illustriert.
- 5 ist ein Flussdiagramm, der den Betrieb eines beispielhaften Vorkammer-Strahlzünders gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
- 6 und 7 sind Darstellungen, die den Betriebszustand des Vorkammer-Strahlzünders, wie in 5 gezeigt, illustriert.
- 8 ist eine Darstellung, die den Verbrennungszustand einer beispielhaften Verbrennungskammer illustriert, in der eine Strahl-Verbrennungsflamme mittels Betriebs eines Vorkammer-Strahlzünders gemäß der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindungen auf diese beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Auf der anderen Seite ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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In der gesamten Offenbarung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Bauteile in allen verschiedenen Figuren und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert die Konfiguration eines Vorkammer-Strahlzünders gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie in den Figuren gezeigt, weist ein Vorkammer-Strahlzünder 10 auf: einen Kompressionsblock 20 mit einer Kompressionskammer 21, in die Außenluft strömt und eine kleine Menge an Kraftstoff eingespritzt wird; einen Druckbeaufschlagungskolben 30 zum Verändern des Volumens der Kompressionskammer 21, um den Druck des Gemisches aus Luft und Kraftstoff, die in die Kompressionskammer 21 strömen, zu erhöhen; eine Ventileinheit 40, die aufweist einen Strömungsdurchgang, durch welchen Luft aus der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21 strömt, und einen Strömungsdurchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer 21 abgeführt wird; einen Verbrennungsblock 50 mit einem Verbrennungsraum, in welchem das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch die Ventileinheit 40 abgeführt wird, verbrannt wird; und eine Strahldüse 60 zum Einspritzen der Verbrennungsflamme des Luft-Kraftstoff-Gemisches in einen Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 in der Form einer Strahl-Verbrennungsflamme, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch als eine Quelle zur Zündung des Kraftstoffs dient, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 eingespritzt wird (z. B. mittels des Hauptinjektors 5).
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Ferner weist der Vorkammer-Strahlzünder 10 auf einen Hilfsinjektor 70 zum Zuführen einer kleinen Menge an Kraftstoff in die Verbrennungskammer 1 von außen, und der Hilfsinjektor 70 ist am Kompressionsblock 20 installiert, um den Kraftstoff in die Kompressionskammer 21 einzuspritzen.
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Ferner weist der Vorkammer-Strahlzünder 10 auf eine Zündkerze 80 zum Erzeugen von Zündfunken, und die Zündkerze 80 ist am Verbrennungsblock 50 installiert, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in dem Verbrennungsblock 50 strömt, zu zünden.
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In dem Fall des Vorkammer-Strahlzünders 10, wenn der Strömungsdurchgang der Ventileinheit 40 geöffnet ist, weil der Druck der Kompressionskammer 21 in dem Prozess des Anhebens des Druckbeaufschlagungskolbens 30, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu expandieren, geringer geworden ist, strömt die Außenluft über den geöffneten Strömungsdurchgang der Ventileinheit 40 von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21. Nachdem die Luft in die Kompressionskammer 21 hineingeströmt ist, wird eine geringe Menge des Kraftstoffs mittels des Hilfsinjektors 70 in die Kompressionskammer 21 eingespritzt.
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Dann, wenn der Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches erhöht wird in dem Prozess des Absenkens des Druckbeaufschlagungskolbens 30, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu kontrahieren, wird der andere Strömungsdurchgang der Ventileinheit 40 geöffnet aufgrund der Druckzunahme des Luft-Kraftstoff-Gemisches, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch über die Ventileinheit 40 in den Verbrennungsraum im Verbrennungsblock 50 abgeführt wird.
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Wie oben beschrieben, strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungsblock 50, und dann erzeugt die Zündkerze 80 die Zündfunken, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Die Verbrennungsflamme, die aufgrund der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird, wird mittels der Strahldüse 60 in der Form von zumindest einer Strahl-Verbrennungsflamme in Richtung zu dem Raum im Inneren der Verbrennungskammer 1 eingespritzt.
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Die Strahl-Verbrennungsflamme dient als eine Zündquelle, um den Kraftstoff, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 eingespritzt wird, zu verbrennen, und ein Explosionstakt in der Verbrennungskammer 1 wird angetrieben mithilfe der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs.
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Der Prozess des Betriebs des Vorkammer-Strahlzünders 20 kann, wenn erforderlich, in geeigneter Weise modifiziert werden.
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Die Steuerung wird erreicht mittels eines Steuergeräts (bzw. einer Steuervorrichtung), um den Vorkammer-Strahlzünder 10 insgesamt zu steuern. Die Steuervorrichtung kann ein separates Steuergerät sein, oder es kann auch eine herkömmliche ECU (Verbrennungsmotor-Steuereinheit) verwendet werden.
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Die Ventileinheit 40 ist im Eingriff mit dem Kompressionsblock 20 (bzw. damit verbunden über beispielsweise eine Verschraubung), um die Öffnung in der Kompressionskammer 21 zu blockieren bzw. zu versperren, und der Verbrennungsblock 50 ist mit dem Kompressionsblock 20 im Eingriff, um die Ventileinheit 40 zu decken.
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Für den obigen Zweck ist der Kompressionsblock 20 ferner ausgestattet mit einem Befestigungsendabschnitt 22, und ein Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des Befestigungsendabschnitts 22 geformt ist, ist befestigt an einen Abschnitt mit Außengewinde, der an der äußeren Fläche der Ventileinheit 40 geformt ist. Ein Abschnitt mit Außengewinde, der an der äußeren Fläche des Befestigungsendabschnitts 22 geformt ist, ist befestigt an einem Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des Verbrennungsblocks 50 geformt ist.
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Alternativ kann die oben beschriebene Befestigung über Verschraubung (bzw. Gewinde) ersetzt werden durch Pressverbindung (bzw. Pressverband) oder Befestigung über Rippen (bzw. Riffelungen).
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Der Druckbeaufschlagungskolben 30 weist auf einen Kolben, der bewegbar ist in dem Raum innerhalb der Kompressionskammer 21, um das Volumen der Kompressionskammer 21 im Kompressionsblock 20 zu variieren, und eine Kolbenstange, die integral mit dem Kolben verbunden ist und (teilweise) nach außerhalb vom Kompressionsblock 20 freiliegt.
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Im Allgemeinen wird der Druckbeaufschlagungskolben 30 mittels eines separaten Betätigungsmechanismus nach oben und nach unten hin- und herbewegt. Die Kolbenstange ist mit dem Betätigungsmechanismus verbunden.
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Der Betätigungsmechanismus wird mittels des Steuergeräts zur gesamten Steuerung des Vorkammer-Strahlzünders 10 gesteuert. Das Steuergerät kann eine separate Steuervorrichtung sein, oder es kann eine herkömmliche ECU verwendet werden.
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Die Ventileinheit 40 weist auf ein Hauptrückschlagventil 41 mit einem Strömungsdurchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer 21 nach außen abgeführt wird, und ein Hilfsrückschlagventil 42 mit einem anderen Strömungsdurchgang, durch welchen die Luft von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21 strömt.
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Der Strömungsdurchgang in dem Hauptrückschlagventil 41 ist ein Einweg-Durchgang, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Kompressionskammer 21 abgeführt wird, und der Einweg-Durchgang ist geformt in Reaktion auf den erhöhten Druck (bzw. korrespondierend zum erhöhten Druck) des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wenn der Druckbeaufschlagungskolben 30 nach unten bewegt wird, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu kontrahieren.
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Indes ist der Strömungsdurchgang in dem Hilfsrückschlagventil 42 ein Einweg-Durchgang, durch welchen die Luft von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21 strömt, und der Einweg-Durchgang ist geformt in Reaktion auf den verminderten Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wenn der Druckbeaufschlagungskolben 30 nach oben bewegt wird, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu expandieren.
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Daher kann die Außenluft über das Hilfsrückschlagventil 42 unter Atmosphärendruck in die Kompressionskammer 21 einströmen.
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Im Allgemeinen ist das Hauptrückschlagventil 41 an einer Mittelposition der Ventileinheit 40 installiert, während das Hilfsrückschlagventil 42 an einer Position in der Nähe des Randes der Ventileinheit 40 installiert ist, mit Abstand zur Mittelposition.
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Zusätzlich ist die Ventileinheit 40 ferner ausgestattet mit einem Befestigungsendabschnitt 43, der einen Abschnitt mit Außengewinde aufweist, der an der äußeren Fläche davon geformt ist. Der Befestigungsendabschnitt 43 ist befestigt an dem Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des Befestigungsendabschnitts 22 unterhalb der Kompressionskammer 21 des Kompressionsblocks 20 geformt ist.
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Alternativ kann die oben beschriebene Befestigung mittels Verschraubung (bzw. Gewinde) ersetzt werden durch Pressverbindung (bzw. Pressverband) oder Befestigung mit Rippen (bzw. Riffelungen).
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Der Verbrennungsblock 50 weist auf: einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang 51, durch welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch das Hauptrückschlagventil 41 austritt, strömt; einen Zünddurchgang 52, der mit einem Endabschnitt des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgangs 51 kommuniziert, so dass die Zündfunken, die von der Zündkerze 80 erzeugt werden, in Richtung zum Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang 51 gerichtet werden; und einen Frischluft-Einströmdurchgang 55, durch welchen Frischluft über das Hilfsrückschlagventil 42 von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21 strömt.
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Der Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang 51 und der Zünddurchgang 52 sind im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet, allerdings können sie auch senkrecht zueinander angeordnet werden, wenn erforderlich.
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Zusätzlich ist der Verbrennungsblock 50 mit zwei Befestigungsendabschnitten 53 und 54 an unterschiedlichen Positionen angeordnet.
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Von den beiden Befestigungsendabschnitten 53 und 54 ist ein Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des Befestigungsendabschnitts 53 geformt ist, an einem Anschnitt mit Außengewinde befestigt, der an der äußeren Fläche der Kompressionskammer 21 geformt ist, während ein Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des anderen Befestigungsendabschnitts 54 geformt ist, an einem Abschnitt mit Außengewinde befestigt ist, der an der äußeren Fläche der Strahldüse 60 geformt ist, die von dem Endabschnitt des Kraftstoff-Gemisch-Durchgangs 51 her eingesetzt ist.
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Alternativ kann die oben beschriebene Befestigung über Verschraubung (bzw. Gewinde) ersetzt werden durch Pressverbindung (bzw. Pressverband) oder Befestigung mit Rippen (bzw. Riffelungen).
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Die Strahldüse 60 weist auf eine Vorkammer 61 mit einem Raum, in welchen die Flamme des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das mittels der Zündfunken der Zündkerze 80 gezündet ist, übermittelt wird, und ein Strahl-Flamme-Einspritzloch 62 zum Einspritzen der Verbrennungsflamme, die in der Vorkammer 61 erzeugt ist, in Richtung zum Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 in der Form von zumindest einer Strahl-Verbrennungsflamme.
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Das Strahl-Flamme-Einspritzloch 62 ist ein divergierender Kegelstumpf, der von der Vorkammer 61 aus divergiert und sich erweitert, und weist einen vorgegeben Durchmesser auf, um den Kegelstumpf zu bilden. Eine Mehrzahl von Strahl-Flamme-Einspritzlöchern 62 ist vorgesehen.
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Es sind drei Strahl-Flamme-Einspritzlöcher 62 geformt, aber die Anzahl der Strahl-Flamme-Einspritzlöcher 62 kann erhöht oder verringert werden unter Berücksichtigung des Einspritzvermögens der Verbrennungsflamme.
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Zusätzlich ist die Strahldüse 60 ferner ausgestattet mit einem Befestigungsendabschnitt 63, der einen Abschnitt mit Außengewinde aufweist, der an der äußeren Fläche davon geformt ist. Der Befestigungsendabschnitt 63 ist befestigt an dem Abschnitt mit Innengewinde, der an der inneren Fläche des Befestigungsabschnitts 54 des Verbrennungsblocks 50 geformt ist.
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Alternativ kann die oben beschriebene Befestigung mittels Verschraubung (bzw. Gewinde) ersetzt werden durch Pressverbindung (bzw. Pressverband) oder Befestigung mit Rippen (bzw. Riffelungen).
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Der Hilfsinjektor 70 ist ein herkömmlicher Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffs und ist installiert an einem seitlichen Abschnitt der Kompressionskammer 21 des Kompressionsblocks 20.
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Der vom Hilfsinjektor 70 eingespritzte Kraftstoff wird direkt in die Kompressionskammer 21 injiziert.
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Die Zündkerze 80 ist eine gewöhnliche Zündkerze zum Erzeugen von Zündfunken.
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2 illustriert die Konfiguration des Verbrennungsmotors, der die Verbrennungskammer 1 aufweist, auf die der Vorkammer-Strahlzünder gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt worden ist.
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Wie in der Figur gezeigt, weist der Verbrennungsmotor auf eine Verbrennungskammer 1 mit einem Kolben 2, der sich hin- und herbewegt, um die Verbrennungsmotorleistung zu erzeugen, und den Vorkammer-Strahlzünder 10 zum Einspritzen der Strahl-Verbrennungsflamme in Richtung zur Verbrennungskammer 1.
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Der Verbrennungsmotor ist ausgestattet mit gewöhnlichen Motorkomponenten und weist insbesondere auf, z. B., ein Einlassventil 3 zum Öffnen und Schließen eines Durchgang eines Ansaugkrümmers, durch welchen Luft strömt, die einen Luftfilter passiert hat; ein Auslassventil 4, das in einem vorgegebenen Abstand zum Einlassventil 3 positioniert ist und einen Durchgang eines Abgaskrümmers, durch welchen ein Abgas strömt, das bei der Verbrennung entsteht; und einen Hauptinjektor 5, der an einer Seite der Verbrennungskammer 1 angeordnet ist, um Kraftstoff in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 einzuspritzen.
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In diesem Fall ist der Vorkammer-Strahlzünder 10 angeordnet zwischen dem Einlassventil 3 und dem Auslassventil 4.
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Allerdings ist der Vorkammer-Strahlzünder 10 unter Berücksichtigung der Form der Verbrennungskammer 1 oder der Struktur des Verbrennungsmotors nicht beschränkt bezüglich einer Position, an der die Strahl-Verbrennungsflamme, die durch den Vorkammer-Strahlzünder 10 austritt, in die Verbrennungskammer 1 eingespritzt werden kann, und der Hauptinjektor 5 ist nicht beschränkt bezüglich einer Position, an der der eingespritzte Kraftstoff in die Verbrennungskammer 1 eingespritzt werden kann.
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3 illustriert die Konfiguration eines Vorkammer-Strahlzünders gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Wie in der Figur gezeigt, weist ein Vorkammer-Strahlzünder 100 auf: einen Kompressionsblock 20 mit einer Kompressionskammer 21, in welcher Außenluft und eine kleine Menge an Kraftstoff gemischt werden, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden; einen Druckbeaufschlagungskolben 30 zum Verändern des Volumens der Kompressionskammer 21; eine Ventileinheit 40 zum Zuführen der Außenluft in die Kompressionskammer 21 und zum Abführen des Luft-Kraftstoff-Gemisches aus der Kompressionskammer 21 heraus; einen Verbrennungsblock 50 mit einem Verbrennungsraum, in welchem das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch die Ventileinheit 40 abgeführt wird, verbrannt wird; eine Strahldüse 60 zum Einspritzen der Verbrennungsflamme des Luft-Kraftstoff-Gemisches in einen Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 in der Form einer Strahl-Verbrennungsflamme, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch als eine Quelle zur Zündung des Kraftstoffs dient, der in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 eingespritzt wird (z. B. mittels des Hauptinjektors 5); und eine Zündkerze 80 zum Erzeugen von Zündfunken zum Zünden des verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisches.
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Der Vorkammer-Strahlzünder 100 weist die gleichen konstruktiven Elemente auf wie der oben beschriebene Vorkammer-Strahlzünder 10, der in 1 und 2 gezeigt ist.
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Um die Außenluft von der Atmosphäre in den Raum innerhalb der Kompressionskammer 21 zu liefern, ist der Vorkammer-Strahlzünder 100 ausgestattet mit einem Luft-Strömungsdurgang, durch welchen die Außenluft in den Kompressionsblock 20 strömt und anschließend über den Druckbeaufschlagungskolben 30 in den Raum innerhalb der Kompressionskammer 21 strömt.
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Zusätzlich ist, um den Kraftstoff, der vom Hilfsinjektor 70 eingespritzt wird, in den Raum innerhalb der Kompressionskammer 21 zu liefern, der Vorkammer-Strahlzünder 100 ausgestattet mit einem Kraftstoff-Strömungsdurchgang, durch welchen der Kraftstoff über den Druckbeaufschlagungskolben 30 in den Raum innerhalb der Kompressionskammer 21 strömt.
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Der Unterschied zwischen dem Vorkammer-Strahlzünder 100 und dem Vorkammer-Strahlzünder 10, der in 1 und 2 gezeigt ist, besteht in dem Durchgang zum Zuführen von der Außenluft und dem Kraftstoff.
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Daher ist der Kompressionsblock 20, der den Vorkammer-Strahlzünder 100 konfiguriert, ferner ausgestattet mit einem Frischluft-Einströmdurchgang 550, der mit der Kompressionskammer 21 kommuniziert. Die Außenluft strömt durch den Frischluft-Einströmdurchgang 550 von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21.
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Der Frischluft-Einströmdurchgang 550 ist versehen mit einem Frischluftventil 550a, so dass die Kompressionskammer 21, die in dem Prozess des Anhebens des Druckbeaufschlagungskolbens 30 geformt wird, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu expandieren, geöffnet wird.
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Das Frischluftventil 550a ist ein Rückschlagventil, der die Strömung der Luft in nur eine Richtung erlaubt.
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Zusätzlich ist der Druckbeaufschlagungskolben 30 versehen mit einem Frischluft-Strömungsdurchgang 31, durch welchen die Außenluft, die den Frischluft-Einströmdurchgang 550 passiert, strömt, und mit einem Kraftstoff-Strömungsdurchgang 32, durch welchen der Kraftstoff, der vom Hilfsinjektor 70 eingespritzt wird, strömt.
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Ferner weist der Vorkammer-Strahlzünder 100 auf ein Mischventil 33 an einer Position, an welcher der Frischluft-Strömungsdurchgang 31 den Kraftstoff-Strömungsdurchgang 32 trifft. Das Mischventil 33 mischt die Luft, die den Frischluft-Strömungsdurchgang 31 passiert, mit dem Kraftstoff, der den Kraftstoff-Strömungsdurchgang 32 passiert, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Kompressionskammer 21 abzuführen.
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Das Mischventil 33 ist ein Rückschlagventil, der die Strömung der Luft in nur eine Richtung erlaubt.
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Wie oben beschrieben, da der Frischluft-Strömungsdurchgang 31 für die Außenluft geformt ist, kann die Ventileinheit 40 nur das Hauptrückschlagventil 41 aufweisen, ohne das Hilfsrückschlagventil 42 zu verwenden. Zusätzlich ist der Verbrennungsblock 50 nicht mit dem Frischluft-Einströmdurchgang 55, der mit dem Hilfsrückschlagventil 42 kommuniziert, ausgestattet.
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4 illustriert den Betriebszustand des Vorkammer-Strahlzünders 100, der in 3 gezeigt ist.
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Wie in der Figur gezeigt, wenn der Vorkammer-Strahlzünder 100 in Betrieb ist, strömt die Außenluft von der Atmosphäre in den Frischluft-Einströmdurchgang 550 des Kompressionsblocks 20, und anschließend strömt die Luft, die in den Frischluft-Einströmdurchgang 550 eintritt, über das Frischluftventil 550a in den Frischluft-Strömungsdurchgang 31 des Druckbeaufschlagungskolbens 30.
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Die Außenluft, die in den Frischluft-Strömungsdurchgang 31 eintritt, bleibt temporär in dem Frischluft-Strömungsdurchgang 31, der mittels des Mischventils 33 blockiert ist. Zu dieser Zeit strömt eine kleine Menge an Kraftstoff, der von dem Hilfsinjektor 70 eingespritzt wird, über den Kraftstoff-Strömungsdurchgang 32 in den Frischluft-Strömungsdurchgang 31.
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Daher werden der Kraftstoff und die Außenluft in dem Frischluft-Strömungsdurchgang 31 miteinander vermischt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, und dann wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch über den geöffneten Durchgang des Mischventils 33 in die Kompressionskammer 21 abgeführt.
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Als nächstes wird der Druckbeaufschlagungskolben 30 abgesenkt (bzw. nach unten geführt), um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu kontrahieren, und daher wird der Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches erhöht. Der Durchgang des Hauptrückschlagventils 41 der Ventileinheit 40 wird mittels der Druckbeaufschlagung des Luft-Kraftstoff-Gemisches geöffnet, und daher strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungsblock 50.
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Das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in den Verbrennungsblock 50 eintritt, wird mittels der Zündfunken, die von der Zündkerze 80 erzeugt werden, gezündet, und das brennende Luft-Kraftstoff-Gemisch wird der Strahldüse 60 zugeführt. Da die Strahl-Verbrennungsflamme von der Strahldüse 60 in die Verbrennungskammer 1 eingespritzt (bzw. eingeleitet) wird, wird der Kraftstoff (z. B. für den Arbeitstakt) vorher in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 eingespritzt. Der Betrieb wird nachfolgend im Detail beschrieben.
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5 illustriert den Prozess des Betriebs des Vorkammer-Strahlzünders gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und der Betrieb des Vorkammer-Strahlzünders 10 sowie einzelne Zustände der Verbrennungskammer 1 des Verbrennungsmotors sind in den 6 bis 8 gezeigt.
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Insbesondere ist anzumerken, dass dieser Prozess derselbe ist sowohl beim Vorkammer-Strahlzünder 10 als auch beim Vorkammer-Strahlzünder 100, der die modifizierte Konfiguration des Vorkammer-Strahlzünders 10 aufweist.
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Mit Bezug auf 5, wenn der Verbrennungsmotor im Schritt S1 betrieben wird, wird der Kraftstoff von dem Hauptinjektor 5 in die Verbrennungskammer 1 eingespritzt, und anschließend wird der Vorkammer-Strahlzünder 10 in den Betriebszustand konvertiert.
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Wenn der Vorkammer-Strahlzünder 10 im Betrieb ist, wird im Schritt S10 der Druckbeaufschlagungskolben 30 nach oben bewegt, um das Volumen der Kompressionskammer 21 zu expandieren, und damit wird im Schritt S20 der Druck in der Kompressionskammer 21 vermindert.
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Die Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens 30 tritt in dem Zustand auf, in dem der Druckbeaufschlagungskolben 30 an einem unteren Endabschnitt der Kompressionskammer 21 angeordnet ist. Wenn der Druckbeaufschlagungskolben 30 an einem oberen Endabschnitt der Kompressionskammer 21 angeordnet ist, bewegt sich der Druckbeaufschlagungskolben 30 nicht nach oben.
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Das Hilfsrückschlagventil 42 der Ventileinheit 40 wird geöffnet mittels des verminderten Drucks der Kompressionskammer 21 im Schritt S30, und die Außenluft, die in den Frischluft-Einströmdurchgang 55 des Verbrennungsblocks 50 eintritt, strömt im Schritt S40 über den Durchgang des Hilfsrückschlagventils 42 in die Kompressionskammer 21.
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Nachdem die Außenluft von der Atmosphäre in die Kompressionskammer 21 eingeströmt ist, spritzt der Hilfsinjektor 70 im Schritt S50 eine kleine Menge des Kraftstoffs in die Kompressionskammer 21 ein, so dass die Außenluft und der eingespritzte Kraftstoff in dem Raum im Inneren der Kompressionskammer 21 vermischt werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden.
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In diesem Fall ist, wie in 6 gezeigt, die Außenluft mit dem Bezugszeichen 55a gekennzeichnet, und der eingespritzte Kraftstoff ist mit dem Bezugszeichen 70a indiziert. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Außenluft 55a in die Kompressionskammer 21 einströmt durch den Frischluft-Einströmdurchgang 55 und den geöffneten Durchgang des Hilfsrückschlagventils 42. Zusätzlich ist in der Strömung des eingespritzten Kraftstoffs 70a ersichtlich, dass der Kraftstoff 70a von dem Hilfsinjektor 70 direkt eingespritzt wird und dann der Kompressionskammer 21 zugeführt wird, zu der die Außenluft 55a zugeführt wird.
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Nachdem der Kraftstoff von dem Hilfsinjektor 70 eingespritzt worden ist, wird der Druckbeaufschlagungskolben 30 in der Kompressionskammer 21 im Schritt S60 in 5 nach unten bewegt, und somit wird das Volumen der Kompressionskammer 21 relativ verringert.
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Das verringerte Volumen der Kompressionskammer 21 verursacht im Schritt S70, dass der Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches, der in dem Raum innerhalb der Kompressionskammer 21 vorliegt, ansteigt.
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Wenn der Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches ansteigt, wird im Schritt S80 der Durchgang des Hauptrückschlagventils 41 der Ventileinheit 40 geöffnet, aber das Hilfsrückschlagventil 42, welches in die entgegengesetzte Richtung von der des Hauptrückschlagventils 41 öffnet, wird nicht beeinflusst.
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Wenn der Durchgang des Hauptrückschlagventils 41 geöffnet wird, kommt das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Durchgang des Hauptrückschlagventils 41 heraus und wird dann im Schritt S90 eingespritzt in den Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang 51 des Verbrennungsblocks 50.
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Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgang 51 strömt, erzeugt die Zündkerze 80 im Schritt S100 Zündfunken, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
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In 7 wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das den Durchgang des Hauptrückschlagventils 41 passiert, als das eingespritzte Luft-Kraftstoff-Gemisch 40a bezeichnet. Es ist erkennbar, dass das eingespritzte Luft-Kraftstoff-Gemisch 40a gezündet wird mittels der Zündfunken 80a, die von der Zündkerze 80 erzeugt werden, während des Passierens des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Durchgangs 51.
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Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird im Schritt S110 übertragen auf den Raum in der Vorkammer 61 der Strahldüse 60, um die Verbrennungsflamme zu formen. Die Verbrennungsflamme wird im Schritt S120 eingespritzt in das Strahl-Flamme-Einspritzloch 62, das mit der Vorkammer 61 kommuniziert.
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In diesem Fall wird in 8 die Strahl-Verbrennungsflamme, die in das Strahl-Flamme-Einspritzloch 62 eingespritzt wird, als die Strahl-Verbrennungsflamme 60a bezeichnet. 8 zeigt den Verbrennungszustand, bei dem der Kraftstoff im Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 mittels der Strahl-Verbrennungsflamme 60a verbrannt wird.
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Wie in den Figuren gezeigt, werden die Strahl-Verbrennungsflammen 60a im Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 in einer konischen Form zerstreut. Die Strahl-Verbrennungsflammen 60a dienen als eine Quelle zur Zündung, um den Kraftstoff, der vorher in den Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 eingespritzt worden war, zu verbrennen.
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Daher können die Kraftstoffverbrennungsflammen 1a gleichmäßig und simultan im gesamten Raum innerhalb der Verbrennungskammer 1 erzeugt werden.
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Wie oben beschrieben, weist der Verbrennungsmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf den Vorkammer-Strahlzünder 10 oder 100, der zumindest eine Strahl-Verbrennungsflamme 60a in die Verbrennungskammer 1 von außerhalb der Verbrennungskammer 1 einspritzt, in welcher der Kolben 2 sich hin- und herbewegt, um die Antriebskraft zu erzeugen, so dass die eingespritzte Strahl-Verbrennungsflamme 60a genutzt wird als die Quelle der Zündung des Kraftstoffs, der in den Raum in der Verbrennungskammer 1 eingespritzt wird, um den Arbeitstakt (bzw. Explosionstakt) anzutreiben. Als ein Resultat kann die Verbrennung der Verbrennungskammer 1 sicher aufrechterhalten werden mittels Verwendung der Strahl-Verbrennungsflammen 60a in der Form von großen Flammenkernen, und der Kraftstoffverbrauch kann erheblich reduziert werden, und die Generation von NOx kann erheblich reduziert werden mittels Verwendung von schneller kalter Verbrennung, die verursacht wird mittels der kontinuierlichen zuverlässigen Verbrennung. Insbesondere ist es, da Luft-Kraftstoff-Gemisch-Anschlüsse (bzw. -Ports), durch welche die Außenluft und der Kraftstoff strömen, eliminiert werden können, möglich, die Verflüssigung des Luft-Kraftstoff-Gemisches aufgrund von Variationen in der Strömung und dem Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in die Verbrennungskammer 1 strömt, zu verhindern.
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Zwecks Erläuterung und genauer Definition der angehängten Ansprüche werden Begriffe wie zum Beispiel „obere“, „untere“, „innere“, „äußere“ usw. zur Beschreibung der Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen verwendet, wie sie in den Figuren dargestellt sind.
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Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden. Es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und damit dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
