DE102014000229A1

DE102014000229A1 - Gas-common-rail-kraftstoffsystem und dieses verwendender motor mit hohem kompressionsverhältnis

Info

Publication number: DE102014000229A1
Application number: DE102014000229.2A
Authority: DE
Inventors: Dana R. Coldren; Cory A. Brown; Martin L. Willi
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-07-17
Also published as: CN103925119B; US9200560B2; CN103925119A; US20140196686A1

Abstract

Ein Gaskraftstoffmotor (10) kombiniert die mit Motoren hoher Verdichtungsverhältnisse verbundenen Effizienzen mit der Attraktivität der Kraftstoffzufuhr mit Erdgas. Jeder Motorzylinder (12) weist einen zugeordneten Kraftstoffinjektor (20) auf, der zur Direkteinspritzung angeordnet ist und mit Gaskraftstoff von einem Hochdruck-Common-Rail (25) versorgt wird. Eine separate Zündvorkammer (14) wird auch mit Erdgas versorgt und weist eine Zündvorrichtung (30) auf. Heißes Gas, das durch Zündung eines Gaskraftstoff-Luft-Gemischs in der Vorkammer (14) erzeugt wird, wird zum Zünden einer viel größeren Ladung an Gaskraftstoff verwendet, die in den Motorzylinder (12) von dem Kraftstoffinjektor (20) eingespritzt wird. Der Motor (10) weist ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Gaskraftstoffmotoren und insbesondere auf einen Gaskraftstoffmotor mit hohem Verdichtungsverhältnis, der einzelne Zündvorkammern in Kombination mit Direkteinspritzung von Gaskraftstoff verwendet.
Hintergrund
Eine Motorklasse, die zuletzt Interesse hervorgerufen hat, ist ein Dualkraftstoffmotor (Zweikraftstoffmotor), der eine kleine Zündeinspritzmenge an flüssigem Dieselkraftstoff verwendet, die kompressionsentzündet wird, um wiederum eine viel größere Gaskraftstoffladung zu entzünden, die in den Motorzylinder mittels Direkteinspritzung zugeführt wird. Ein solcher Motor versucht die mit Kompressionszündungsmotoren verbundenen Effizienzen mit der Attraktivität von Gaskraftstoff zu verbinden. Auch wenn diese Motortypen vielversprechend sind, verfügen sie über eine lange Liste neuer Probleme, die mit der Zufuhr zweier unterschiedlicher Kraftstoffe zu einzelnen Motorzylindern verbunden sind. Zu diesen Problemen gehören, aber nicht nur, Steuerungsschwierigkeiten, Konstruktionsschwierigkeiten (Platzbedarfsschwierigkeiten) und viele andere Probleme, die von der jeweils gewählten Gerätetechnik und den verwendeten Strategien abhängen. Ein Beispielkraftstoffsystem für einen Motor dieses Typs ist in der im Miteigentum befindlichen US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2012/0187218 gezeigt.
Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben angegebenen Probleme gerichtet.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt weist ein Motor ein Motorgehäuse auf, das mehrere Zylinder festlegt. Mehrere Kolben sind jeweils in einem der Zylinder angeordnet und zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition, die ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 festlegen, bewegbar. Mehrere Kraftstoffinjektoren sind jeweils zur Direkteinspritzung in einen der Zylinder angeordnet. Mehrere Zündvorkammern sind in dem Motorgehäuse angeordnet und stehen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Zylinder. Mehrere Zündvorrichtungen sind jeweils in einer der Zündvorkammern angeordnet. Mehrere Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge sind in dem Motorgehäuse angeordnet und münden jeweils an einem Ende in eine der Zündvorkammern. Ein Gaskraftstoff-Common-Rail steht in Fluidverbindung mit jedem der Kraftstoffinjektoren.
Gemäß einem anderen Aspekt weist ein Verfahren zum Betreiben des Motors das Bewegen von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern von jeweils einem der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge auf. Durch Bewegen eines der Kolben von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition wird Luft in dem Zylinder um mindestens ein Verhältnis von 14:1 verdichtet. Ein Luft-Gaskraftstoff-Gemisch wird mit einer der Zündvorrichtungen in der Zündvorkammer gezündet. Gaskraftstoff wird von einem der Kraftstoffinjektoren direkt in den Zylinder eingespritzt. Gaskraftstoff wird von dem Gaskraftstoff-Common-Rail in Richtung eines der Injektoren in Reaktion auf den Einspritzschritt bewegt. Der eingespritzte Gaskraftstoff wird mit heißen Gasen gezündet, die von der Zündvorkammer in den Zylinder in Reaktion auf den Gemischzündungsschritt gedrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung,
2 ist eine schematische Teilschnittansicht des Motors von 1,
3 ist eine schematische Schnittansicht eines Motorbereichs gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, und
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Motorbereichs gemäß einem weiteren anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Unter anfänglicher Bezugnahme auf die 1 und 2 weist ein Motor 10 ein Motorgehäuse 11 auf, das mehrere Zylinder 12 festlegt (definiert). Mehreren Kolbe 13 sind jeweils in einem der Zylinder 12 angeordnet. Die Kolben 13 sind zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition, die ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 festlegen, bewegbar. Fachmänner werden erkennen, dass sich dieses Verdichtungsverhältnis allgemein auf sogenannte Kompressionszündungsmotoren bezieht, die häufig flüssigen Dieselkraftstoff auf eine im Stand der Technik wohlbekannte Weise verbrennen. Indes verbrennt der Motor der vorliegenden Offenbarung nur Gaskraftstoff, der nicht kompressionsgezündet (selbstgezündet) wird, wie es der Fall bei einem Dieselkraftstoffmotor oder einem Dualkraftstoffmotor, der Dieselkraftstoff zu Zündzwecken verwendet, ist. Stattdessen weist der Motor 10 der vorliegenden Offenbarung mehrere Zündvorkammern 14 auf, die in dem Gehäuse 11 angeordnet sind, wobei diese jeweils in Fluidverbindung mit einem der Zylinder 12 stehen. Mehrere Zündvorrichtungen 30 sind jeweils in einer der Zündvorkammern 14 angeordnet. Mehrere Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 sind in dem Motorgehäuse 11 angeordnet, wobei diese jeweils an einem Ende 32 in eine der Zündvorkammern 14 münden. Ein gegenüberliegendes Ende 33 jedes der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 kann, auch wenn nicht notwendig, in Fluidverbindung mit einem Niedrigdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 40 stehen. Der Motor 10 weist auch mehrere Kraftstoffinjektoren 20 auf, die jeweils zur Direkteinspritzung in einen der Zylinder 12 angeordnet sind. Ein Hochdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 25 steht in Fluidverbindung mit jedem der Kraftstoffinjektoren 20. Sowohl das Hochdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 25 als auch das Niedrigdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 40 können verdichtetes Erdgas enthalten. In einer spezifischen Ausführungsform kann das Hochdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 25 bei einem Druck im Bereich von ungefähr 35 MPa gehalten werden und das Niedrigdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 40 kann bei einem wesentlich geringeren Druck gehalten werden, wie beispielsweise 1,5 MPa. In Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung können die Drücke in den zwei Common-Rails 25 und 40 signifikant von den oben angegebenen Beispieldrücken abweichen, ohne die vorliegende Offenbarung zu verlassen. Zusätzlich können die Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 mit einer Gaskraftstoffquelle, die sich von einem Common-Rail unterscheidet, verbunden sein, ohne die vorliegende Offenbarung zu verlassen.
Ein elektronisch gesteuertes Einlassventil 41 kann in jedem der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 zum Steuern des Zeitpunkts (Taktes) und der Menge des Gaskraftstoffs, der zu den einzelnen Zündvorkammern 14 zugeführt wird. Die Zündvorrichtungen 30 können Zündkerzen, Glühkerzen, Laserzünder oder irgendeine andere geeignete Zündvorrichtung zum Zünden eines Gaskraftstoff-Luft-Gemischs in den einzelnen Vorkammern 14 aufweisen. Eine elektronische Steuerung 15 kann in Steuerungsverbindung mit jedem der Kraftstoffinjektoren 20, der Zündvorrichtungen 30 und der Einlassventile 41 stehen. Das Gaskraftstoff-Common-Rail 25 kann, obwohl nicht notwendig, in Fluidverbindung mit den einzelnen Kraftstoffinjektoren 20 über ein Rohrstück (Zufuhrrohr) 26 stehen. Die Direkteinspritzung von Gaskraftstoff von den einzelnen Kraftstoffinjektoren 20 in die einzelnen Zylinder 12 wird durch die Anordnung der Düsenauslässe 27 der Kraftstoffinjektoren 20 in den einzelnen Zylindern 12 ermöglicht. Die Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 und das Niedrigdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 40 können, obwohl nicht notwendig, eine genügend große Kapazität haben, um dem Motor 10 zu ermöglichen, in einem sogenannten Notbetriebsmodus (limp home mode) in dem Fall zu arbeiten, in dem sich ein Fehler in dem Hochdruckgaskraftstoffzufuhrsystem ausbildet, der die Verwendung der Kraftstoffinjektoren 20 aus welchem Grund auch immer verhindert. Indes könnte man während des Normalbetriebs erwarten, dass der Großteil des Kraftstoffs zum Antreiben des Motors 10 von den einzelnen Kraftstoffinjektoren 20 zugeführt wird, wobei diese Ladung durch heiße Gase, die von den Zündvorkammern 14 abgegeben werden, gezündet wird. Die Zündung des Gaskraftstoff-Luft-Gemischs in den Zündvorkammern 14 wird durch Einschalten (Ansteuern) einer einzelnen der Zündvorrichtungen 30 zu einem von der elektronischen Steuerung 15 gesteuerten Zeitpunkt erreicht.
Unter Bezugnahme auf die 3 ist ein Motor 110 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt, der ähnlich dem Motor der 1 und 2 ist, ausgenommen, dass die Zündvorkammern 114 in den einzelnen Kraftstoffinjektoren 120, anstatt außerhalb der Kraftstoffinjektoren wie in der Ausführungsform der 1 und 2, angeordnet sind. Zusätzlich unterscheidet sich diese Ausführungsform darin, dass sowohl die Düsenauslässe 127 der Kraftstoffinjektoren 120 als auch die Zündvorkammern 114 beide mit Gaskraftstoff von einem Hochdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail 125 versorgt werden. Der Motor 110 ähnelt der vorherigen Ausführungsform darin, dass er ein Motorgehäuse 111 aufweist, das mehrere Zylinder 112 festlegt (von denen nur einer gezeigt ist). Ein Kolben 113 bewegt sich in jedem der Zylinder 112 zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition hin und her, um ein Verdichtungsverhältnis festzulegen, das größer als 14:1 ist. Jeder der Kraftstoffinjektoren 120 ist jeweils zur Direkteinspritzung in einen der Zylinder 112 angeordnet. Die Zündvorkammern 114 sind in den einzelnen Kraftstoffinjektoren 120 angeordnet, die ihrerseits in dem Motorgehäuse 111 angeordnet sind. Jede Zündvorkammer 114 steht auch in Fluidverbindung mit einem der Motorzylinder 112. In dieser Ausführungsform kann die Zündvorrichtung 130 eine Zündkerze 135 mit einer Elektrode 142, die in einem Funkenspaltabstand 144 von einem Stiel 143 angeordnet ist, die alle in der Zündvorkammer 114 angeordnet sind. Der Stiel 143 kann elektrisch mit einer Masseleitung 145 mit Niedrigwiderstandisolierung verbunden sein, um ungewünschtes elektromagnetisches Verhalten an einer anderen Stelle in dem Kraftstoffinjektor 120 zu vermeiden. Die Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 131 sind ebenso in dem Motorgehäuse 111 angeordnet und jeder weist ein Ende 132, das sich in der Zündvorkammer 114 öffnet, und ein gegenüberliegendes Ende 133, das in Fluidverbindung mit dem Gaskraftstoff-Common-Rail 125 steht, auf. Ein elektronisch gesteuertes Einlassventil 141 kann an jeder geeigneten Position in dem Gaskraftstoffzufuhrkanal (Gaskraftstoffzufuhrdurchgang) 131 angeordnet sein. Das Öffnen und Schließen der Düsenauslässe 127 kann durch Bewegung eines Nadelventilglieds 165 ermöglicht werden, das direkt oder indirekt durch ein elektronisch gesteuertes Nadelsteuerventil 160 auf eine im Stand der Technik wohlbekannte Weise gesteuert werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 4 ist eine weitere andere Ausführungsform eines Motors 210 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen durch die Aufnahme eines Einlassventils 241 in dem Kraftstoffinjektor 220 selbst, anstatt der Anordnung an einer anderen Stelle in dem System, wie in den Ausführungsformen der 1–3. Diese Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform der 3 darin, dass der Gaskraftstoffzufuhrkanal 231 in Fluidverbindung mit dem Gaskraftstoff-Common-Rail 225 steht, anstatt in Fluidverbindung mit einem separaten Niedrigdruck-Rail, wie in den Ausführungsformen der 1 und 2, zu stehen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen auch darin, dass der Gaskraftstoffzufuhrkanal 231 vollständig in dem Kraftstoffinjektor 220 angeordnet ist. Der Motor 210 weist ein Motorgehäuse 211 auf, das wie die vorherige Ausführungsform mehrere Zylinder 212 (nur einer ist gezeigt) festlegt. Ein Kolben 213 ist in jedem Zylinder 212 angeordnet und zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition bewegbar, um ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 festzulegen. Der Kraftstoffinjektor 220 ist zur Direkteinspritzung in dem Zylinder 212 angeordnet. Eine Zündvorkammer 214 ist in jedem Kraftstoffinjektor 220 angeordnet, der seinerseits in dem Motorgehäuse 211 angeordnet ist. Wie in den vorherigen Ausführungsformen steht die Zündkammer 214 in Fluidverbindung mit dem Zylinder 212. Eine Zündvorrichtung 230 ist in der Zündkammer 214 angeordnet. Insbesondere ist in dieser Ausführungsform die Zündvorrichtung 230 eine Zündkerze 235, der eine Elektrode 242 beabstandet von einem Stiel 243 durch einen Funkenspalt 244 aufweist. Der Stiel 243 ist an einer Außenfläche 222 des Kraftstoffinjektors 220 aufgebracht (angebracht). Der Stiel 243 ist elektronisch mit einer Masseleitung 245 mit Niedrigwiderstandisolierung verbunden, die dabei helfen kann, ungewünschtes elektromagnetisches Verhalten an einer anderen Stelle in dem Kraftstoffinjektor 220 zu vermeiden. Diese Ausführungsform ist ebenso von Interesse, um zu zeigen, dass die Außenfläche 222 einer Spitze 221 des Kraftstoffinjektors 220 teilweise die Vorkammer 214 festlegt. Wie bei einem gewöhnlichen Common-Rail-Kraftstoffinjektor steht das Gaskraftstoff-Common-Rail 225 in Fluidverbindung mit einer Düsenkammer 228 über einen Düsenzufuhrkanal 226. Der Gaskraftstoffzufuhrkanal 231 weist eine Ende 232, das sich in der Zündvorkammer 214 öffnet, und ein gegenüberliegendes Ende 233, das sich in der Düsenkammer 228 öffnet, auf. Das Öffnen und Schließen des Einlassventils 241 zum Zuführen von Gaskraftstoff zu den Zündvorkammern 214 kann durch einen elektrischen Aktuator 251 auf eine im Stand der Technik wohlbekannte Weise gesteuert werden. Diese Ausführungsform ähnelt der vorherigen Ausführungsform darin, dass der Kraftstoffinjektor 220 das Direktsteuernadelventil aufweist, das ein Nadelventilglied 265 mit einer Schließpneumatikfläche 273 aufweist, die einem Fluiddruck in einer Nadelsteuerkammer 272 ausgesetzt ist. Ein elektrischer Aktuator 261 kann das Öffnen und Schließen des Steuerventils 260 steuern, um die Nadelsteuerkammer 272 mit einem Niedrigdruckabfluss (nicht gezeigt) über einen Steuerkanal 270 auf eine im Stand der Technik wohlbekannte Weise in Fluidverbindung zu bringen und zu trennen. Die Nadelsteuerkammer 272 am immer in Fluidverbindung mit dem Gaskraftstoff-Common-Rail 225 über eine Blende (Öffnung) 271 auf eine Weise, mit der ein Fachmann für Direktsteuernadelventile für Kraftstoffinjektoren ebenfalls vertraut ist, stehen. Die Ausführungsformen der 3 und 4 können einige Spitzenthermofunktionalitäten, wie Spitzenkühlung und/oder eine Thermobeschichtung auf der Spitze 221, benötigen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung findet allgemein Anwendung auf Gaskraftstoffmotoren. Die vorliegende Offenbarung findet spezifische Anwendung auf Gaskraftstoffmotoren, die versuchen, die mit Kompressionszündungsmotoren verbundenen Effizienzen mit der Attraktivität der Benutzung von Gaskraftstoff als die einzige Kraftstoffquelle für den Motor zu verwenden, zu unterstützen. Zudem ist die vorliegende Offenbarung insbesondere auf die Ausnutzung von Verbreitungsflammenverbrennung und Dieselzyklusleistung und -Effizienz mit Erdgaskraftstoff und dabei ohne den Bedarf an einem zusätzlichen Kraftstoff oder den gewöhnlichen Schwierigkeiten beim Erreichen einer effektiven Zündung anwendbar. Zudem kann der Motor 10, 110, 210 durch korrektes Dimensionieren (Abmessen) des Gaskraftstoffzufuhrs zu den Zündkraftstoffvorkammern auch dabei unterstützt werden, eine Notlauffähigkeit durch Zuführen von genügend Gaskraftstoff zu den Zündvorkammern zum Antreiben des Motors mit etwas verringertem Leistungslevel in dem Fall eines Fehlers auf der Hochdruck-Kraftstoffinjektorseite des Kraftstoffsystems zu besitzen.
Während des Betriebs kann das Einlassventil 41, 141, 241 sich öffnen, wenn das Motoreinlassventil sich schließt, um eine kleine Ladung von Gaskraftstoff in die Zündvorkammer 14, 114, 214 zuzuführen. Nachdem das Einlassventil 41, 141, 241 schließt, mischt sich der Gaskraftstoff mit Frischluft, wenn sich der Kolben 13, 113, 213 während des Verdichtungshubs nach oben bewegt. Das Gemisch in der Zündvorkammer 14, 114, 214 wird durch die Zündvorrichtung 30, 130, 230 gezündet, ungefär kurz bevor die Hochdruck-Gaskraftstoffeinspritzung von den einzelnen Kraftstoffinjektoren 20, 120, 220 gestartet wird. Die Verbrennung des wenigen Gas-Luft-Gemischs vergrößert sich unverzüglich und drückt heiße Gase in die Hauptverbrennungskammer der einzelnen Zylinder 12, 112, 212. Diese heißen Gase können die Hochdruckgaseinspritzstrahlen ohne Weiteres entzünden, die nacheinander von den Kraftstoffinjektoren 20, 120, 220 in die Hauptverbrennungskammer eingespritzt werden, was zu einer dieselähnlichen Diffusionsverbrennung und Wärmefreisetzung führt. Schwierigkeiten bezüglich der Erdgaskraftstoffbelüftung können auch dadurch in den Motoren der vorliegenden Offenbarung vermieden werden, dass jegliches Flüssigerdgasabdampfung(-verdampfung) oder Hochdruckgasleckagen aufgefangen und zu dem Niedrigdruckgassystem geführt werden können, das zum Zuführen von Gaskraftstoff zu den Zündvorkammern 14, 114, 214 verwendet wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf sämtliche Motoren der 1–4 weist das Verfahren zum Betreiben des Motors 10, 110, 210 das Bewegen von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern 14, 114, 214 aus jeweils einem der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31, 131, 231 auf. Die Luft wird in dem Zylinder 12, 112, 212 um mindestens ein Verhältnis von 14:1 durch Bewegen eines der Kolben 13, 113, 213 von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition verdichtet. Das Luft-Gaskraftstoff-Gemisch in der Zündvorkammer 14, 114, 214 wird unter Verwendung jeweils einer der Zündvorrichtungen 30, 130, 230 gezündet. Der Gaskraftstoff wird von dem Kraftstoffinjektor 20, 120, 220 direkt in den Motorzylinder 12, 112, 212 eingespritzt. Der Gaskraftstoff wird aus dem Gaskraftstoff-Common-Rail 25, 125, 225 in Richtung des Kraftstoffinjektors 20, 120, 220 in Reaktion auf den Schritt des Gaskraftstoffeinspritzens bewegt. Der eingespritzte Gaskraftstoff wird mit heißen Gasen gezündet, die aus der Zündvorkammer 14, 114, 214 in den Zylinder 12, 112, 212 in Reaktion auf den Schritt der Gemischzündung gedrückt (geschoben) werden.
Obwohl der Gaskraftstoff in die Zündvorkammern 14, 114, 214 früh während des Verdichtungshubs zum Verbessern der gründlichen Mischung mit Luft zugeführt werden kann, kann eine alternative Strategie (ein alternatives Verfahren) verwendet werden, wenn eine Glühkerze als die Zündvorrichtung 30, 130, 230 verwendet wird. Insbesondere kann, wenn eine Glühkerze verwendet wird, der Gaskraftstoff nur zu der Zündvorkammer in der Nähe des oberen Totpunkts zugeführt werden, sodass der Zündzeitpunkt durch das Öffnen des Einlassventils 41 gesteuert wird, anstatt durch die Erzeugung eines Funkens in dem Fall der Verwendung einer Zündkerze 135, 235. Insbesondere kann Gaskraftstoff in die jeweilige Zündvorkammer 14 bewegt werden, wenn einer der Kolben 13 näher dem oberen Totpunkt als dem unteren Totpunkt ist, in dem Fall, in dem eine Glühkerze verwendet wird, wobei diese Feuerungsstrategie auch verwendet werden kann, wenn eine andere Zündvorrichtung eingesetzt wird, um indirekt zu steuern, wie homogen das Gaskraftstoff-Luft-Gemisch wird, bevor es in der entsprechenden Zündvorkammer 14 gezündet wird. In den meisten Beispielen kann der Schritt der Gaskraftstoffeinspritzung nach dem Schritt der Gemischzündung ausgeführt werden. In den Ausführungsformen der 3 und 4 weist der Schritt der Gemischzündung das Auslösen des Funkens mit einer Zündkerze auf. Indes zieht die vorliegende Offenbarung ebenso in Erwägung, dass der Schritt der Gemischzündung durch Einschalten einer Glühkerze oder eines Laserzünders oder einer anderen geeigneten im Stand der Technik bekannten Zündvorrichtung durchgeführt wird.
In dem Fall der Ausführungsform der 1 könnte man erwarten, dass die elektronische Steuerung 15 das Gaskraftstoff-Common-Rail 25 bei einem hohen Druck und das Niedrigdruck-Rail 40 bei einem niedrigen Druck hält. Der Gaskraftstoff wird in die Zündvorkammer 14 durch Bewegen von Gaskraftstoff von dem Niedrigdruck-Rail 40 in ein gegenüberliegendes Ende 33 von einem der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge 31 bewegt.
In den Ausführungsformen der 3 und 4 weist die Bewegung von Gaskraftstoff in die Zündvorkammer 114, 214 das Bewegen von Gaskraftstoff von dem Gaskraftstoff-Common-Rail 125, 225 in Richtung des gegenüberliegenden Endes 133, 233 des jeweiligen Gaskraftstoffzufuhrkanals 131, 231 auf. Auch mit Blick auf die Ausführungsformen der 3 und 4 weist die Bewegung von Gaskraftstoff in die jeweiligen Zündvorkammern 114, 214 das Bewegen von Gaskraftstoff in dem einzelnen Gaskraftstoffinjektor 120, 220 auf. Letztendlich und auch unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der 3 und 4 wird der Schritt der Gemischzündung des Gaskraftstoff-Luft-Gemischs in der Zündvorkammer 114, 214 in dem Kraftstoffinjektor 120, 220 ausgeführt.
Es sollte bedacht werden, dass die obige Beschreibung einzig zu Beschreibungszwecken gedacht ist und nicht dazu gedacht ist, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu beschränken. Demnach werden Fachmänner erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche erhalten werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0187218 [0002]

Claims

Motor (10) mit einem Motorgehäuse (11), das mehrere Zylinder (12) festlegt, mehreren Kolben (13), die jeweils in einem der Zylinder (12) angeordnet und zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition, die ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 festlegen, bewegbar sind, mehreren Kraftstoffinjektoren (20), die jeweils zur Direkteinspritzung in einen der Zylinder (12) angeordnet sind, mehreren Zündvorkammern (14), die in dem Motorgehäuse (11) angeordnet sind und jeweils in Fluidverbindung mit einem der Zylinder (12) stehen, mehreren Zündvorrichtungen (30), die jeweils in einer der Zündvorkammern (14) angeordnet sind, mehreren Gaskraftstoffzufuhrkanälen (31), die in dem Motorgehäuse (11) angeordnet sind und jeweils an einem Ende (32) in eine der Zündvorkammern (14) münden, und einem Gaskraftstoff-Common-Rail (25), das in Fluidverbindung mit jedem der Kraftstoffinjektoren (20) steht.
Motor (10) nach Anspruch 1, wobei das Gaskraftstoff-Common-Rail (25) ein Hochdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail ist, und ein Niedrigdruck-Gaskraftstoff-Common-Rail (40) in Fluidverbindung mit einem gegenüberliegenden Ende (33) jedes der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (31) steht.
Motor (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündvorrichtungen (130) Zündkerzen (135) sind.
Motor (210) nach Anspruch 3, wobei jede der Zündkerzen (235) eine Elektrode (242) aufweist, die über einen Funkenspalt (244) von einem Stiel (243) getrennt ist, und der Stiel (243) an einer Außenfläche (222) des Kraftstoffinjektors (230) aufgebracht ist.
Motor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündvorrichtungen (30) Glühkerzen sind.
Motor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündvorrichtungen (30) Laserzünder sind.
Motor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein gegenüberliegendes Ende (33) jedes der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (31) in Fluidverbindung mit dem Gaskraftstoff-Common-Rail (25) steht.
Motor (10) nach Anspruch 7, wobei jeder der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (31) vollständig in einem der Kraftstoffinjektoren (20) angeordnet ist.
Motor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Zündvorkammern (14) in einem der Kraftstoffinjektoren (20) angeordnet ist.
Motor (210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Kraftstoffinjektoren (220) eine Spitze (221) mit einer Außenfläche (222) aufweist, die teilweise eine der Vorkammern (214) festlegt.
Verfahren zum Betreiben eines Motors (10) mit einem Motorgehäuse (11), das mehrere Zylinder (12) festlegt, mehreren Kolben (13), die jeweils in einem der Zylinder (12) angeordnet und zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition, die ein Verdichtungsverhältnis größer als 14:1 festlegen, bewegbar sind, mehreren Kraftstoffinjektoren (20), die jeweils zur Direkteinspritzung in einen der Zylinder (12) angeordnet sind, mehreren Zündvorkammern (14), die in dem Motorgehäuse (11) angeordnet sind und jeweils in Fluidverbindung mit einem der Zylinder (12) stehen, mehreren Zündvorrichtungen (30), die jeweils in einer der Zündvorkammern (14) angeordnet sind, mehreren Gaskraftstoffzufuhrkanälen (31), die in dem Motorgehäuse (11) angeordnet sind und jeweils an einem Ende (32) in eine der Zündvorkammern (14) münden, einem Gaskraftstoff-Common-Rail (25), das in Fluidverbindung mit jedem der Kraftstoffinjektoren (20) steht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bewegen von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern (14) von jeweils einem der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (31), Verdichten von Luft in einem der Zylinder (12) um mindestens ein Verhältnis von 14:1 durch Bewegen eines der Kolben (13) von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition, Zünden eines Luft-Gaskraftstoff-Gemischs mit einer der Zündvorrichtungen (30) in der einen der Zündvorkammern (14), Einspritzen von Gaskraftstoff von einem der Kraftstoffinjektoren (20) direkt in einen der Zylinder (12), Bewegen von Gaskraftstoff von dem Gaskraftstoff-Common-Rail (25) in Richtung des einen der Kraftstoffinjektoren (20) in Reaktion auf den Schritt des Einspritzens, und Zünden des eingespritzten Gaskraftstoffs mit heißen Gasen, die aus der einen der Zündvorkammern (14) in den einen der Zylinder (12) gedrückt werden in Reaktion auf den Schritt der Gemischzündung.
Verfahren nach Anspruch 11, aufweisend einen Schritt des Haltens des Gaskraftstoff-Common-Rails (125) bei einem hohen Druck, Halten eines Niedrigdruck-Rails (140) bei einem niedrigen Druck, wobei der Schritt des Bewegen von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern (114) das Bewegen von Gaskraftstoff aus dem Niedrigdruck-Rail (140) in ein gegenüberliegendes Ende (133) des einen der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (131) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt der Gemischzündung das Auslösen eines Funkens mit einer Zündkerze (135) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Schritt des Einspritzens nach dem Schritt der Gemischzündung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt der Gemischzündung das Einschalten einer Glühkerze aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bewegens von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern (14) ausgeführt wird, wenn der eine der Kolben (13) näher der oberen Totpunktposition als der unteren Totpunktposition ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt der Gemischzündung das Einschalten eines Laserzünders aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Schritt des Bewegens von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern (14) das Bewegen von Gaskraftstoff von dem Gaskraftstoff-Common-Rail (25) in Richtung eines gegenüberliegenden Endes (33) des einen der Gaskraftstoffzufuhrdurchgänge (31) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Schritt des Bewegens von Gaskraftstoff in eine der Zündvorkammern (14) das Bewegen von Gaskraftstoff in dem einen der Kraftstoffinjektoren (20) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei der Schritt der Gemischzündung in dem einen der Kraftstoffinjektoren (20) ausgeführt wird.