DE102014115172A1 - Doppelvorkammer-Kolbenmuldensystem - Google Patents

Doppelvorkammer-Kolbenmuldensystem Download PDF

Info

Publication number
DE102014115172A1
DE102014115172A1 DE102014115172.0A DE102014115172A DE102014115172A1 DE 102014115172 A1 DE102014115172 A1 DE 102014115172A1 DE 102014115172 A DE102014115172 A DE 102014115172A DE 102014115172 A1 DE102014115172 A1 DE 102014115172A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
cylinder bore
combustion system
piston
alignment grooves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102014115172.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014115172B4 (de
Inventor
Nayan Engineer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Hyundai America Technical Center Inc
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Hyundai America Technical Center Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp, Hyundai America Technical Center Inc filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of DE102014115172A1 publication Critical patent/DE102014115172A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014115172B4 publication Critical patent/DE102014115172B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1095—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with more than one pre-combustion chamber (a stepped form of the main combustion chamber above the piston is to be considered as a pre-combustion chamber if this stepped portion is not a squish area)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/14—Engines characterised by precombustion chambers with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/102—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the spark plug being placed offset the cylinder centre axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/103—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector having a multi-hole nozzle for generating multiple sprays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Verbrennungssystem für einen Motor, aufweisend einen Zylinderblock (108), der eine Zylinderbohrung (112) und einander gegenüberliegende Vorkammern (116) definiert, die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet sind, eine Kraftstoffeinspritzdüse (102), die abstandsgleich von dem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet ist und Kraftstoff (104) in einer Richtung senkrecht zu einem Durchmesser der Zylinderbohrung (112) einspritzt, und einen Kolben (106), der innerhalb der Zylinderbohrung (112) angeordnet ist und einen im Wesentlichen konisch geformten Boden (120) mit Kraftstoffausrichtungsnuten (122) aufweist, die den Kraftstoff (104) von der Kraftstoffeinspritzdüse (102) in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Vorkammern (116) leiten.

Description

  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Doppelvorkammer-Verbrennungssystem, und insbesondere ein Kolbenmuldensystem, bei dem Kraftstoff in Richtung zu den Vorkammern geleitet wird.
  • Ein Nebenprodukt der inneren Verbrennung innerhalb eines Motors ist die Bildung von Stickoxid(NOx)-Gasen. Diese Arten von Gasen werden gebildet, wenn sich unter den mit dem Verbrennungsprozess verbundenen hohen Temperaturen Stickstoff (N2) mit Sauerstoff (O2) verbindet, um dadurch NOx-Gase, wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), zu bilden. Diese Gase können eine Anzahl von ungünstigen Auswirkungen auf die Umwelt haben, wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Zum Beispiel wurden saurer Regen, Smog, Ozonschichtabbau und andere ungünstige Umwelteinflüsse auf die Freisetzung von NOx-Gasen in die Atmosphäre zurückgeführt.
  • Ein Weg zum Reduzieren der Erzeugung von NOx-Gas in einem Verbrennungsmotor ist die Verwendung eines ausreichend mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches. Insbesondere hat die erhöhte Menge von Luft in einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch den Effekt der Verringerung der inneren Verbrennungstemperaturen des Motors, wodurch die Bildung von NOx-Gasen verringert wird. Jedoch ist die Verwendung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches nicht ohne Probleme. Zum Beispiel kann das Einströmen eines übermäßig mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches in einen herkömmlichen Verbrennungsmotor unter anderem einen Motorschaden und ein „Klopfen“ verursachen.
  • Einige Versuche zur Förderung der Verwendung von mageren und übermäßig mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen in einem Verbrennungsmotor wurden unternommen, indem bestimmte Modifikationen an dem Motor durchgeführt wurden. Eine solche Methode war die Verwendung einer Schichtladung in einem Motor mit Benzindirekteinspritzung (GDI). Zum Beispiel verwendet die Gestaltung einer wandgeführten GDI typischerweise spezielle Konturen an einem Kolben, um den von einer Seiteneinspritzdüse eingespritzten Kraftstoff in Richtung zu einer mittig gelegenen Zündkerze zu leiten. In anderen Fällen wurden Gestaltungen einer indirekten Einspritzung verwendet, bei denen sowohl eine Kraftstoffeinspritzdüse als auch eine Zündkerze innerhalb einer Vorkammer angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass die Verbrennung in der Vorkammer beginnt und sich in die Hauptbrennkammer ausbreitet. Jedoch erfordern solche Methoden komplexe Gestaltungen und können nur geringfügige Auswirkungen auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit haben.
  • Um die im Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen, besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines vereinfachten Verbrennungssystems, das sowohl die NOx-Gas-Emissionen reduziert als auch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
  • Mit der Erfindung werden Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung innerhalb eines Motors und insbesondere Techniken geschaffen, bei denen Kraftstoff, der entlang einer Mittelachse einer Zylinderbohrung eingespritzt wird, in Richtung zu Vorkammern umgelenkt wird, die entlang dem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet sind.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Verbrennungssystem für einen Motor einen Zylinderblock auf, der eine Zylinderbohrung und einander gegenüberliegende Vorkammern definiert, die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet sind. Das System weist auch eine Kraftstoffeinspritzdüse auf, die abstandsgleich von dem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet ist und Kraftstoff in einer Richtung senkrecht zu einem Durchmesser der Zylinderbohrung einspritzt. Das System weist ferner einen Kolben auf, der innerhalb der Zylinderbohrung angeordnet ist und einen im Wesentlichen konisch geformten Boden mit Kraftstoffausrichtungsnuten aufweist, die den Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzdüse in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Vorkammern leiten.
  • Die Kraftstoffausrichtungsnuten an dem Boden des Kolbens können in einer Anzahl von unterschiedlichen Weisen konfiguriert sein. Die Kraftstoffausrichtungsnuten können sich radial in entgegengesetzten Richtungen von einem Scheitelpunkt des Kolbens weg erstrecken. Die Kraftstoffausrichtungsnuten können Abschnitte aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchmesser der Zylinderbohrung erstrecken, und Abschnitte aufweisen, die sich entlang dem Durchmesser der Zylinderbohrung erstrecken. Einer oder beide von den Abschnitten können gekrümmt sein. Die Kraftstoffausrichtungsnuten können in Richtung zu den Vorkammern spitz zulaufend sein. Die Kraftstoffausrichtungsnuten können von einem Scheitelpunkt des Bodens des Kolbens versetzt sein. Die Kraftstoffausrichtungsnuten können in manchen Fällen Wände aufweisen, die größer als neunzig Grad voneinander entfernt sind.
  • Der Boden des Kolbens kann auch Einlass- und Auslassventilausschnitte aufweisen. Die Einlass- und Auslassventilausschnitte können in Richtung zu einem Scheitelpunkt des Bodens des Kolbens spitz zulaufend sein, wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten von dem Scheitelpunkt weg spitz zulaufend sind. Die Einlass- und Auslassventilausschnitte können durch die Kraftstoffausrichtungsnuten halbiert sein.
  • Der Zylinderblock des Systems kann einen Kühlmittelmantel definieren, der wenigstens teilweise die Zylinderbohrung umschließt. Der Zylinderblock kann aus einem geeigneten Material konstruiert sein und kann Aluminium enthalten. Das Verbrennungssystem kann auch Zündkerzen aufweisen, die in den einander gegenüberliegenden Vorkammern angeordnet sind.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren das Einspritzen von Kraftstoff in Richtung zu einer Mitte einer Zylinderbohrung. Das Verfahren umfasst auch das Umlenken des eingespritzten Kraftstoffes in Richtung zu Vorkammern, die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet sind, über Kraftstoffausrichtungsnuten in einem Boden eines Kolbens. Das Verfahren umfasst ferner das Zünden des umgelenkten Kraftstoffes innerhalb der Vorkammern.
  • Das Verfahren kann auch das Bereitstellen einer Flüssigkeitskühlung für die Zylinderbohrung umfassen. Der Kraftstoff kann während eines Kompressionshubes des Kolbens eingespritzt und umgelenkt werden.
  • Nach noch einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Verbrennungssystem für einen Motor Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung zu einer Mitte einer Zylinderbohrung auf. Das System weist auch Mittel zum Umlenken des eingespritzten Kraftstoffes in Richtung zu entlang einem Umfang der Zylinderbohrung angeordneten Vorkammern auf. Das System kann ferner Mittel zum Zünden des umgelenkten Kraftstoffes innerhalb der Vorkammern oder Mittel zum Kühlen der Zylinderbohrung aufweisen.
  • Vorteilhafterweise schaffen die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eine Umlenkung von Kraftstoff von der Mitte einer Zylinderbohrung weg in Richtung zu Vorkammern, die entlang dem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet sind, wodurch es möglich ist, dass ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch während der Verbrennung verwendet werden kann.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht eines Doppelvorkammer-Verbrennungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Systems aus 1;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines in den 1 und 2 gezeigten Kolbens; und
  • 4 eine Draufsicht des in 3 gezeigten Kolbens.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die Erfindung stellt ein Verbrennungssystem und Techniken bereit, bei denen einander gegenüberliegende Vorkammern entlang einem Umfang einer Zylinderbohrung eines Motors angeordnet sind. Eine Kraftstoffeinspritzdüse, die abstandsgleich von dem Umfang angeordnet ist, spritzt Kraftstoff in Richtung zu der Mitte der Zylinderbohrung entlang einer Achse ein, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchmesser der Zylinderbohrung ist. Ein Kolben ist auch innerhalb der Zylinderbohrung vorgesehen und derart konturiert, dass der eingespritzte Kraftstoff in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Vorkammern geleitet wird.
  • Mit Bezug auf die 1 und 2 weist ein Doppelvorkammer-Verbrennungssystem 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Zylinderblock 108 auf, durch den hindurch eine Zylinderbohrung 112 ausgebildet ist. Der Zylinderblock 108 kann eine Anzahl von Zylinderbohrungen aufweisen, die gleich der Zylinderbohrung 112 sind. Zum Beispiel kann der Zylinderblock 108 insgesamt vier Zylinderbohrungen aufweisen, wenn er für die Verwendung bei einem Vierzylindermotor konfiguriert ist. Der Zylinderblock 108 kann aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen leichten Material geformt sein. In solchen Fällen kann die Zylinderbohrung 112 eine Zylinderlaufbuchse 114 aufweisen, die aus einem geeigneten Material, wie Stahl, konstruiert ist, um die Innenseite der Zylinderbohrung 112 zu verstärken.
  • Der Zylinderblock 108 kann einen Kühlmittelmantel 110 aufweisen, der wenigstens teilweise die Zylinderbohrung 112 einkapselt. Zum Beispiel kann, wie in 2 detaillierter gezeigt, der Kühlmittelmantel 110 eine hohle Struktur innerhalb des Zylinderblockes 108 sein, die den Umfang der Zylinderbohrung 112 umschließt und dieser eine Flüssigkeitskühlung bereitstellt. In dem Kühlmittelmantel 110 kann eine geeignete Form von Kühlmittel, wie Wasser, Äthylenglykol, Verbindungen davon usw., verwendet werden.
  • Innerhalb der Zylinderbohrung 112 ist ein Kolben 106 angeordnet, der durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem System 100 angetrieben wird. Der Kolben 106 ist über eine Kolbenstange mit einer Kurbelwelle verbunden (nicht gezeigt) und trägt dazu bei, durch seine Bewegung innerhalb der Zylinderbohrung 112 die Kurbelwelle zu drehen. Während des Betriebs wechselt der Kolben 106 durch den gesteuerten Betrieb des Verbrennungssystems 100 zwischen einer Position des oberen Totpunktes (OT) (z.B. einer obersten Position des Kolbens 106 innerhalb der Zylinderbohrung 112) und einer Position des unteren Totpunktes (UT) (z.B. einer untersten Position des Kolbens 106 innerhalb der Zylinderbohrung 112).
  • Das Verbrennungssystem 100 weist eine mittig gelegene Kraftstoffeinspritzdüse 102 auf, die Kraftstoff 104 in Richtung zu der Mitte der Zylinderbohrung 112 einspritzt. Mit anderen Worten kann die Kraftstoffeinspritzdüse 102 in dem Verbrennungssystem 100 abstandsgleich von allen Punkten entlang einem Umfang der Zylinderbohrung 112 angeordnet sein. Wie gezeigt, kann der Zylinderblock 108 auch Vorkammern 116 definieren, in denen eine Verbrennung wenigstens eines Teils des Kraftstoffes 104 stattfindet. Zum Beispiel können Zündkerzen in den Vorkammern 116 angeordnet sein und zum Zünden eines Teils des Kraftstoffes 104 verwendet werden, der mit Luft vermischt wurde. Die Vorkammern 116 sind als Teil einer Doppelvorkammer-Konfiguration an einander gegenüberliegenden Seiten des Umfangs der Zylinderbohrung 112 angeordnet. Jede Vorkammer 116 kann auch eine Anzahl von Öffnungen aufweisen, die entlang der Zylinderbohrung 112 angeordnet sind und das gezündete Luft-Kraftstoff-Gemisch in Richtung zu der Mitte der Zylinderbohrung 112 leiten. Ebenso kann eine Anzahl von Vorkammern entlang dem Umfang der Zylinderbohrung 112 an verschiedenen Stellen angeordnet sein.
  • Das Verbrennungssystem 100 kann einen Viertaktbetrieb zum Antreiben des Kolbens 106 verwenden. Zuerst wird während eines Ansaughubes des Verbrennungssystems 100 (z.B. wenn sich der Kolben 106 in der Zylinderbohrung 112 vom OT zum UT bewegt) über die Kraftstoffeinspritzdüse 102 und ein Einlassventil (nicht gezeigt) ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Zylinderbohrung 112 bereitgestellt. Da der Kolben 106 in dieser Phase zwischen OT und UT angeordnet ist, ist das magere Luft-Kraftstoff-Gemisch somit in der gesamten Brennkammer vorgesehen. Als nächstes erfolgt als Teil eines Kompressionshubes (z.B. wenn der Kolben 106 vom UT zum OT zurückkehrt) eine zweite Einspritzung von Kraftstoff, wenn sich der Kolben 106 dem OT nähert, wodurch der Kraftstoff 104 über den Boden 120 des Kolbens 106 zu den Vorkammern 116 geführt wird. Gerade vor dem Erreichen des OT werden die Zündkerzen in den Vorkammern 116 benutzt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Vorkammern 116 zu zünden und einen Arbeitshub zu beginnen. In Reaktion auf die Zündung des Gemisches in den Vorkammern 116 werden starke Zündstrahlflammen in Richtung zu der Mitte der Zylinderbohrung 112 nach innen geleitet. Dies stellt dem in der Mitte der Brennkammer befindlichen mageren Gemisch einen starken primären Flammenkern bereit, wodurch eine magere Verbrennung erleichtert wird. Zum Beispiel kann jede Vorkammer 116 drei Öffnungen aufweisen, die entlang dem Umfang der Zylinderbohrung 112 angeordnet sind, wodurch sechs Strahlflammen in Richtung zu der Mitte der Brennkammer geleitet werden. Die Verbrennung des primären Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Mitte der Zylinderbohrung 112 treibt den Kolben 106 in Richtung zu der Position des UT zurück. Schließlich werden während eines Auslasshubes (z.B. wenn der Kolben 106 vom UT zum OT zurückkehrt) die Abgase über ein Auslassventil (nicht gezeigt) an einen Abgaskrümmer abgeführt, und der Prozess wiederholt sich.
  • Der Kolben 106 ist derart konturiert, dass als Teil der zweiten Kraftstoffeinspritzung, die während des Kompressionshubes erfolgt, der Kraftstoff 104 in Richtung zu den Vorkammern 116 geleitet wird. Zum Beispiel kann der Boden 120 des Kolbens 106 in der Form im Wesentlichen konisch sein, wodurch der Kraftstoff 104 naturgemäß in Richtung zu dem Umfang der Zylinderbohrung 112 geleitet wird. Der Boden 120 weist auch Kraftstoffausrichtungsnuten 122 auf. Die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 dienen im Allgemeinen als „Mulden“, die den Kraftstoff 104 von der Kraftstoffeinspritzdüse 102 auffangen und in Richtung zu den Vorkammern 116 leiten. Im Gegensatz zu anderen Kraftstoffausrichtungsmechanismen leiten die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 den Kraftstoff 104 von der Mitte der Zylinderbohrung 112 weg. Zum Beispiel wirken wandgeführte Kolbenmulden, die in Motoren mit Benzindirekteinspritzung (GDI) verwendet werden, typischerweise derart, dass der Kraftstoff in Richtung zu der Mitte der Brennkammer geleitet wird, wo eine Zündkerze mittig angeordnet ist.
  • Wie in den 3 und 4 detaillierter gezeigt, können sich die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 radial in entgegengesetzten Richtungen von einem Scheitelpunkt 126 des Bodens 120 weg erstrecken und derart spitz zulaufend sein, dass der Kraftstoff in Richtung zu den Vorkammern 116 geleitet wird. Die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 können von dem Scheitelpunkt 126 versetzt sein, wodurch es möglich ist, dass der Scheitelpunkt 126 den Kraftstoff, der in Richtung zu dem Scheitelpunkt 126 gespritzt wird, in die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 hinein leitet. Jede Kraftstoffausrichtungsnut 122 kann einen horizontalen Abschnitt 128 aufweisen, der sich entlang dem Durchmesser der Zylinderbohrung 116 erstreckt (z.B. dem Durchmesser der Zylinderbohrung 116, der sich bis zu den Vorkammern 116 erstreckt). Jede Kraftstoffausrichtungsnut 122 kann auch einen im Wesentlichen vertikalen Abschnitt 130 aufweisen, der sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchmesser der Zylinderbohrung 116 erstreckt. Einer oder beide von den Abschnitten 128, 130 können auch gekrümmt sein. Zum Beispiel kann der Abschnitt 130 derart gekrümmt sein, dass die Menge des von der Kraftstoffeinspritzdüse 102 aufgefangenen Kraftstoffs maximiert wird. Die Größe der Abwinklung zwischen den Abschnitten 128, 130 kann auch derart ausgewählt werden, dass die Strömung des Kraftstoffes in Richtung zu den Vorkammern 116 maximiert wird. Zum Beispiel kann der Winkel zwischen den Abschnitten 128, 130 größer als neunzig Grad sein, um die Strömung des Kraftstoffes in Richtung zu den Vorkammern 116 zu erhöhen.
  • Der Boden 120 des Kolbens 106 kann Einlass- und Auslassventilausschnitte 124 aufweisen, die in Ventilüberdeckungszuständen mit den Ventilen in Kontakt gelangen können. Wie gezeigt, können die Ventilausschnitte 124 in Richtung zu dem Scheitelpunkt 126 spitz zulaufend sein, während die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 von dem Scheitelpunkt 126 weg spitz zulaufend sind. Die Ventilausschnitte 124 können an jeder Seite des Kolbens 106 durch die Kraftstoffausrichtungsnuten 122 halbiert sein.
  • Vorteilhafterweise stellen die hierin beschriebenen Techniken ein Verbrennungssystem bereit, das die Verwendung von sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen fördert, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird und die Emission von NOx-Gasen reduziert wird. Außerdem ist eine verbesserte Kolbengestaltung offenbart, bei der Kraftstoff von einer mittig gelegenen Kraftstoffeinspritzdüse innerhalb der Brennkammer in Richtung zu Vorkammern geleitet wird, die entlang dem Umfang der Zylinderbohrung angeordnet sind. Solche Vorkammern fördern eine magere Verbrennung, indem Zündstrahlen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in Richtung zu der Mitte der Brennkammer zurückführt werden, um das primäre Gemisch in der Brennkammer zu zünden.

Claims (20)

  1. Verbrennungssystem für einen Motor, aufweisend: einen Zylinderblock (108), der eine Zylinderbohrung (112) und einander gegenüberliegende Vorkammern (116) definiert, die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet sind; eine Kraftstoffeinspritzdüse (102), die abstandsgleich von dem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet ist und Kraftstoff (104) in einer Richtung senkrecht zu einem Durchmesser der Zylinderbohrung (112) einspritzt; und einen Kolben (106), der innerhalb der Zylinderbohrung (112) angeordnet ist und einen im Wesentlichen konisch geformten Boden (120) mit Kraftstoffausrichtungsnuten (122) aufweist, die den Kraftstoff (104) von der Kraftstoffeinspritzdüse (102) in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Vorkammern (116) leiten.
  2. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei sich die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) radial in entgegengesetzten Richtungen von einem Scheitelpunkt (126) des Kolbens (106) weg erstrecken.
  3. Verbrennungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) Abschnitte (130) aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchmesser der Zylinderbohrung (116) erstrecken, und Abschnitte (128) aufweisen, die sich entlang dem Durchmesser der Zylinderbohrung (116) erstrecken.
  4. Verbrennungssystem nach Anspruch 3, wobei die Abschnitte (130), die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchmesser der Zylinderbohrung (116) erstrecken, gekrümmt sind.
  5. Verbrennungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Abschnitte (128), die sich entlang dem Durchmesser der Zylinderbohrung (116) erstrecken, gekrümmt sind.
  6. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) in Richtung zu den Vorkammern (116) spitz zulaufend sind.
  7. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) von einem Scheitelpunkt (126) des Bodens (120) des Kolbens (106) versetzt sind.
  8. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) Wände aufweisen, die größer als neunzig Grad voneinander entfernt sind.
  9. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Boden (120) des Kolbens (106) Einlass- und Auslassventilausschnitte (124) aufweist.
  10. Verbrennungssystem nach Anspruch 9, wobei die Einlass- und Auslassventilausschnitte (124) in Richtung zu einem Scheitelpunkt (126) des Bodens (120) des Kolbens (106) spitz zulaufend sind, und wobei die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) von dem Scheitelpunkt (126) weg spitz zulaufend sind.
  11. Verbrennungssystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Einlass- und Auslassventilausschnitte (124) durch die Kraftstoffausrichtungsnuten (122) halbiert sind.
  12. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Zylinderblock (108) einen Kühlmittelmantel (110) definiert, der wenigstens teilweise die Zylinderbohrung (112) umschließt.
  13. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend Zündkerzen, die in den einander gegenüberliegenden Vorkammern (116) angeordnet sind.
  14. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Zylinderblock (108) aus Aluminium besteht.
  15. Verfahren, aufweisend: Einspritzen von Kraftstoff (104) in Richtung zu einer Mitte einer Zylinderbohrung (112); Umlenken des eingespritzten Kraftstoffes (104) in Richtung zu Vorkammern (116), die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet sind, über Kraftstoffausrichtungsnuten (122) in einem Boden (120) eines Kolbens (106); und Zünden des umgelenkten Kraftstoffes (104) innerhalb der Vorkammern (116).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend: Bereitstellen einer Flüssigkeitskühlung für die Zylinderbohrung (112).
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Kraftstoff (104) während eines Kompressionshubes des Kolbens (106) eingespritzt und umgelenkt wird.
  18. Verbrennungssystem für einen Motor, aufweisend: Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff (104) in Richtung zu einer Mitte einer Zylinderbohrung (112); und Mittel zum Umlenken des eingespritzten Kraftstoffes (104) in Richtung zu Vorkammern (116), die entlang einem Umfang der Zylinderbohrung (112) angeordnet sind.
  19. Verbrennungssystem nach Anspruch 18, ferner aufweisend: Mittel zum Zünden des umgelenkten Kraftstoffes (104) innerhalb der Vorkammern (116).
  20. Verbrennungssystem nach Anspruch 18 oder 19, ferner aufweisend: Mittel zum Kühlen der Zylinderbohrung (112).
DE102014115172.0A 2014-07-23 2014-10-17 Doppelvorkammer-Kolbenmuldensystem Active DE102014115172B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/338,511 2014-07-23
US14/338,511 US9562465B2 (en) 2014-07-23 2014-07-23 Dual pre-chamber piston bowl system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014115172A1 true DE102014115172A1 (de) 2016-01-28
DE102014115172B4 DE102014115172B4 (de) 2020-11-05

Family

ID=55065324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014115172.0A Active DE102014115172B4 (de) 2014-07-23 2014-10-17 Doppelvorkammer-Kolbenmuldensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9562465B2 (de)
KR (1) KR101588734B1 (de)
CN (1) CN105275585B (de)
DE (1) DE102014115172B4 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017009607A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Daimler Ag Zuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotor und Verfahren zum Betrieb einer Zuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotor
US10830173B2 (en) * 2018-09-18 2020-11-10 Transportation Ip Holdings, Llc Engine and systems for an engine
CN113586227A (zh) * 2021-08-25 2021-11-02 中国第一汽车股份有限公司 一种汽油机的燃烧室结构及汽油机

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2657677A (en) * 1948-10-06 1953-11-03 Justin W Macklin Self-ignition internal-combustion engine
JPS5422007B1 (de) 1971-02-22 1979-08-03
US3955362A (en) * 1974-08-02 1976-05-11 Ford Motor Company Exhaust heat conservation
JPS5422007A (en) * 1977-07-20 1979-02-19 Mitsubishi Motors Corp Internal combustion engine with precombustion chamber
US5309879A (en) * 1993-03-08 1994-05-10 Chrysler Corporation Double overhead camshaft four valve diesel engine with side prechamber
JP3329170B2 (ja) 1996-01-31 2002-09-30 日産自動車株式会社 筒内直噴式内燃機関
KR19980034924U (ko) 1996-12-11 1998-09-15 박병재 디젤기관의 연소실구조
JP3837833B2 (ja) * 1997-06-03 2006-10-25 日産自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関
US6209511B1 (en) * 1998-05-14 2001-04-03 Niigata Engineering Co., Ltd. Lean combustion gas engine
US7210448B2 (en) 2002-06-11 2007-05-01 Cummins, Inc. Internal combustion engine producing low emissions
JP4002823B2 (ja) 2002-12-11 2007-11-07 ヤンマー株式会社 エンジンの燃焼室
FR2852634B1 (fr) * 2003-03-21 2006-06-30 Renault Sa Moteur a combustion interne a injection directe
JP2008175081A (ja) 2007-01-16 2008-07-31 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃焼室構造
KR20090064227A (ko) 2007-12-15 2009-06-18 현대자동차주식회사 대형차량용 엔진의 연소실 구조
JP2010112347A (ja) * 2008-11-10 2010-05-20 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストン
US8291881B2 (en) * 2009-12-22 2012-10-23 Perkins Engine Company Limited Piston for internal combustion engine
JP6085294B2 (ja) * 2011-05-18 2017-02-22 アカーテース パワー，インク． 対向ピストンエンジンの燃焼室構造
JP2013204472A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Mitsubishi Motors Corp エンジンのピストン
CN202531300U (zh) * 2012-04-12 2012-11-14 宁波市鄞州德来特技术有限公司 缸内直喷活塞顶结构
CN203189138U (zh) * 2013-03-28 2013-09-11 北汽福田汽车股份有限公司 用于发动机的活塞、燃烧室及具有其的发动机

Also Published As

Publication number Publication date
CN105275585B (zh) 2019-06-04
KR101588734B1 (ko) 2016-01-26
US9562465B2 (en) 2017-02-07
DE102014115172B4 (de) 2020-11-05
US20160024996A1 (en) 2016-01-28
CN105275585A (zh) 2016-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014115142B4 (de) Doppelvorkammer-Verbrennungssystem
DE10147529B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer mit selbstzündbarem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine
DE112013000183B4 (de) Brennkammeraufbau für einen Motor
DE112011103649T5 (de) Vorkammerverbrennungssystem mit turbulentem Zündstrahl für Ottomotoren
DE102016003251A1 (de) Kraftstoffregelung bzw. -Steuerung
DE102018128712A1 (de) Vorkammerzündeinrichtung für verbrennungsmotoren und verfahren
DE10242226A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
DE102011077342A1 (de) Flache Kolbenmulde und Einspritzventilstrahlbild für einen Benzinmotor mit Direkteinspritzung
DE112015000460B4 (de) Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102018000706A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
AT522462A4 (de) Brennkraftmaschine mit einem zylinderkopf
WO2019144169A1 (de) Verfahren zum betreiben einer otto-brennkraftmaschine
DE102016218707A1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE102017009235A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
DE102014115172B4 (de) Doppelvorkammer-Kolbenmuldensystem
DE102016221979A1 (de) Einrichtung zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors und Verfahren zum Steuern eines Benzin-Diesel-Komplex-Verbrennungsmotors
DE102012202080A1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE102014017124A1 (de) Verfahren und Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Motors
DE10354682B4 (de) Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung über einen einlaßseitig angeordneten Injektor
DE102018212917A1 (de) Brennkraftmaschine
EP1533491A1 (de) Brennstoffeinspritzsystem
DE2602127A1 (de) Mehrfach fremdgezuendeter verbrennungsmotor mit auspuffgasrueckfuehrung
DE102021126450A1 (de) Verbrennungsvorkammer für eine brennkraftmaschine
DE10320848B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
WO2006048129A1 (de) Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: VIERING, JENTSCHURA & PARTNER MBB PATENT- UND , DE

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final