DE102015006785A1 - Dual-Brennstoffmotor mit selektiver Verringerung der Verdichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Motorsystem (10) wird offenbart. Das Motorsystem kann einen Motorblock (12) aufweisen, der zumindest teilweise eine Zylinderbohrung (14) definiert, und eine Zylinderbuchse (16), die in der Zylinderbohrung angeordnet ist. Das Motorsystem kann auch mindestens einen Lufteinlassanschluss (25) haben, der radial in der Zylinderbuchse ausgeformt ist, einen Kolben (20), der verschiebbar in der Zylinderbuchse angeordnet ist und konfiguriert ist, um den mindestens einen Lufteinlassanschluss zu öffnen und zu schließen, weiter einen Zylinderkopf (18), der konfiguriert ist, um ein Ende der Zylinderbuchse abzuschließen und eine Brennkammer (22) zu bilden, und mindestens ein Auslassventil (30), das in dem Zylinderkopf angeordnet ist. Das Motorsystem kann weiter ein Ventilbetätigungssystem (38) haben, das konfiguriert ist, um das mindestens eine Auslassventil zyklisch zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen, und eine variable Zeitsteuervorrichtung (52), die konfiguriert ist, um selektiv die zyklische Bewegung des mindestens einen Auslassventils zu unterbrechen, um ein Verdichtungsverhältnis des Motorsystems zu verändern.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Dual-Brennstoffmotor und insbesondere auf einen Dual-Brennstoffmotor mit selektiver Verringerung der Verdichtung.
  • Hintergrund
  • Dual-Brennstoffmotoren sind in der Technik wohlbekannt und verbrennen eine Mischung aus zwei unterschiedlichen Arten von Brennstoff. Ein beispielhafter Dual-Brennstoffmotor verbrennt eine Mischung aus flüssigem Brennstoff (beispielsweise einem Dieselbrennstoff) und gasförmigem Brennstoff (beispielsweise Erdgas). Durch Verbrennen von zwei unterschiedlichen Arten von Brennstoffen können Vorteile von beiden Brennstoffen realisiert werden (beispielsweise Effizienz, Leistung, Emissionen, Kosten usw.). Dieselbrennstoff kann beispielsweise eine größere Leistungsdichte aufweisen und somit eine größere Menge an Leistung pro Volumen von verbrauchtem Brennstoff erzeugen. Erdgas kann jedoch leichter verfügbar sein und daher nicht so teuer wie Diesel. Außerdem kann Erdgas in einigen Anwendungen reiner verbrennen.
  • Um die vollständigen Vorteile des Betriebs eines Dual-Brennstoffmotors zu verwirklichen, sollte darauf geachtet werden, eine ordnungsgemäße Verbrennung der unterschiedlichen Brennstoffe sicherzustellen. Das heißt, Dieselbrennstoff kann bei Verdichtungsverhältnissen von ungefähr 18:1 durch Verdichtung gezündet werden, während Erdgas bei Verdichtungsverhältnissen zünden kann, die viel geringer sind (beispielsweise bei ungefähr 12:1). Wenn entsprechend Erdgas in einen Dieselmotor mit hohen Verdichtungsverhältnissen eingeleitet wird, kann eine Vorzündung des Erdgases auftreten (die auch als Klopfen bekannt ist). Diese Vorzündung kann einen Wirkungsgrad eines Motors verringern, Geräusche erhöhen und/oder einen Schaden an dem Motor verursachen.
  • Ein beispielhafter Dual-Brennstoffmotor wird in dem Patent JP 2008/202545 („dem '545-Patent”) offenbart. Der Motor weist Einlassventilantriebsmittel auf, die ein Einlassventil antreiben, um einen Teil der Brennkammer zu öffnen und zu schließen. Ein Schließvorgang des Einlassventils wird selektiv durch die Einlassventilantriebsmittel während des Betriebs eines Verbrennungsmodus mit Vormischung beschleunigt, wenn man dies mit einem Verbrennungsmodus mit Diffusion vergleicht. Dieser beschleunigte Schließvorgang stellt das Verdichtungsverhältnis des Motors ein, um die Wärmeeffizienz oder Brennstoffzündungsfähigkeit zu verbessern, wodurch das Auftreten von Klopfen während einer Verbrennung mit Vormischung verhindert wird.
  • Obwohl die Einlassventilantriebsmittel des '545 -Patentes das Verdichtungsverhältnis eines Dual-Brennstoffmotors einstellen können, haben sie möglicherweise nicht breite Anwendbarkeit. Insbesondere weil die Verdichtungsverhältniseinstellung über beschleunigtes Schließen eines Einlassventils erreicht wird, können die Einlassventilantriebsmittel nicht in einem Motor angewendet werden, der keine Einlassventile hat. Das heißt, die Einlassventilantriebsmittel können nicht in einem Zwei-Takt-Motor angewendet werden. Weiterhin kann es durch Einstellen des Einlassventilbetriebs möglich sein, eine unerwünschte Zunahme von Druck, Temperatur und/oder Brennstoffkonzentration in einer assoziierten Einlassluftbox oder Sammelleitung zu verursachen, was den Motorbetrieb instabil machen könnte. Zusätzlich kann eine Beschleunigung von nur dem Schließvorgang des Ventils nicht genügend Flexibilität zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses in allen Situationen bieten.
  • Der Motor der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme der Technik.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Motorsystem gerichtet. Das Motorsystem kann einen Motorblock aufweisen, der zumindest teilweise eine Zylinderbohrung definiert, und eine Zylinderbuchse, die in der Zylinderbohrung angeordnet ist. Das Motorsystem kann auch mindestens einen Lufteinlassanschluss aufweisen, der radial in der Zylinderbuchse ausgeformt ist, einen Kolben, der verschiebbar in der Zylinderbuchse angeordnet ist und konfiguriert ist, um den mindestens einen Lufteinlassanschluss zu öffnen und zu schließen, einen Zylinderkopf, der konfiguriert ist, um ein Ende der Zylinderbuchse abzuschließen und eine Brennkammer zu formen, und mindestens ein Auslassventil, das in dem Zylinderkopf angeordnet ist. Das Motorsystem kann weiter ein Ventilbetätigungssystem aufweisen, das konfiguriert ist, um zyklisch das mindestens eine Auslassventil zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen, und eine variable Zeitsteuervorrichtung, die konfiguriert ist, um selektiv eine zyklische Bewegung des mindestens einen Auslassventils zu unterbrechen, um ein Verdichtungsverhältnis des Motorsystems zu verändern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betrieb eines Motors gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, Luft radial in eine Brennkammer einzuleiten, selektiv gasförmigen Brennstoff in die Zylinderbuchse einzuspritzen und selektiv flüssigen Brennstoff in die Brennkammer einzuspritzen. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine Mischung aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen in der Brennkammer zu zünden, um einen Kolben zu bewegen und mechanische Leistung zu erzeugen. Das Verfahren kann weiter aufweisen, zyklisch ein Auslassventil zu bewegen, um eine Ladung aus der Brennkammer abzulassen, und selektiv eine zyklische Bewegung des Auslassventils zu unterbrechen, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors basierend auf der Mischung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen einzustellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 und 2 sind Darstellungen von Querschnittsansichten eines beispielhaften offenbarten Motorsystems; und
  • 3 ist ein beispielhaftes offenbartes Zeitsteuerdiagramm, das mit dem Motorsystem der 1 und 2 assoziiert ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 veranschaulicht einen Teil eines beispielhaften Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 ist ein Zwei-Takt-Dual-Brennstoffmotor (beispielsweise für einen verdichtungsgezündeten Brennstoff, wie beispielsweise Diesel, und einen gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas), der unter anderem einen Motorblock 12 hat, der zumindest eine Zylinderbohrung 14 definiert. Eine Zylinderauskleidung bzw. Zylinderbuchse 16 kann in der Zylinderbohrung 14 angeordnet sein, und ein Zylinderkopf 18 kann mit dem Motorblock 12 verbunden sein, um ein Ende der Zylinderbohrung 14 abzuschließen. Ein Kolben 20 kann verschiebbar in der Zylinderbuchse 16 angeordnet sein und der Kolben 20 kann zusammen mit der Zylinderbuchse 16 und dem Zylinderkopf 18 eine Brennkammer 22 definieren. Es wird in Betracht gezogen, dass der Motor 10 irgendeine Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann, und dass die Brennkammern 22 in einer „Reihenkonfiguration”, in einer „V-Konfiguration”, in einer Boxerkonfiguration bzw. Konfiguration mit gegenüberliegenden Kolben oder irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
  • Der Kolben 20 kann konfiguriert sein, um sich in der Zylinderbuchse 16 zwischen einer oberen Totpunktposition (OT bzw. TDC = top dead center) und einer unteren Totpunktposition (UT bzw. BDC = bottom dead center) hin und her zu bewegen. Insbesondere kann der Kolben 20 schwenkbar mit einer Kurbelwelle 24 verbunden sein, die drehbar in dem Motorblock 12 angeordnet ist, so dass eine Gleitbewegung von jedem Kolben 20 in der Zylinderbuchse 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung des Kolbens 20 zur Folge haben. Wenn die Kurbelwelle 24 sich um ungefähr 180° dreht, kann sich der Kolben 20 über zwei volle Hübe bewegen (beispielsweise vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt). Der Motor 10 (wenn er ein Zwei-Takt-Motor ist) kann in dieser Zeit einen vollständigen Verbrennungszyklus ausführen, der einen Leistungs/Auslass/Einlasshub (oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt) und einen Einlass/Verdichtungshub (unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt) aufweist.
  • Während einer Endphase des Einlasshubes kann Luft in die Brennkammer 22 über einen oder mehrere Einlassanschlüsse 25 gezogen und/oder gedrückt werden, welche in einer ringförmigen Fläche 26 der Zylinderbuchse 16 angeordnet sind. Insbesondere wird, wenn der Kolben 20 sich in der Zylinderbuchse 16 nach unten bewegt, schließlich eine Position erreicht, bei der die Einlassanschlüsse 25 nicht länger durch den Kolben 20 blockiert werden und stattdessen strömungsmittelmäßig mit der Brennkammer 22 verbunden sind. Wenn die Einlassanschlüsse 25 in Strömungsmittelverbindung mit der Brennkammer 22 sind und ein Luftdruck an den Einlassanschlüssen 25 größer ist als ein Druck in der Brennkammer 22, wird Luft durch die Einlassanschlüsse 25 in die Brennkammer 22 laufen.
  • Gasförmiger Brennstoff (beispielsweise Erdgas) kann mit der Luft vermischt werden, und zwar bevor, während und/oder nachdem die Luft in die Brennkammer 22 eintritt. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel ist eine einzige radiale Brennstoffeinspritzvorrichtung 27 derart gezeigt, dass sie mit einem der Einlassanschlüsse 25 assoziiert ist (d. h., um gasförmigen Brennstoff durch den entsprechenden Anschluss 25 einzuspritzen). Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass irgendeine Anzahl von Einspritzvorrichtungen 27 verwendet werden kann, und dass die Einspritzvorrichtungen 27 in den Einlassanschlüssen 25 angeordnet sein können oder sonst irgendwo in dem Motor 10 angeordnet sein können, falls erwünscht. Der gasförmige Brennstoff von der Einspritzvorrichtung 27 kann sich mit der Luft aus den Einlassanschlüssen 25 vermischen, um eine Brennstoff/Luft-Mischung in der Brennkammer 22 zu bilden.
  • Während des Beginns des oben beschriebenen Verdichtungshubes kann Luft immer noch in die Brennkammer 22 über die Einlassanschlüsse 25 eintreten, wenn der Kolben 20 seinen aufwärts gerichteten Hub beginnt, um irgendwelches restliches Gas mit Luft und Brennstoff in der Brennkammer 22 zu vermischen. Schließlich können die Einlassanschlüsse 25 durch den Kolben 20 blockiert werden, und eine weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 kann die Mischung komprimieren. Wenn die Mischung in der Brennkammer 22 komprimiert wird, werden der Druck und die Temperatur der Mischung ansteigen. An einem Punkt nahe dem Ende des Aufwärtshubes des Kolbens kann eine Flüssigbrennstoffeinspritzvorrichtung 28 axial eine Menge an flüssigem Brennstoff unter hohem Druck einspritzen (beispielsweise Dieselbrennstoff, DME, Schweröl oder einen anderen Brennstoff zur Verdichtungszündung). Diese Einspritzung kann eine Verbrennung der Luft/Brennstoff-Mischung initialisieren, die schon in der Brennkammer 22 vorhanden ist, was eine plötzliche Freigabe von chemischer Energie zur Folge hat. Diese Freigabe kann eine weitere und beträchtliche Steigerung von Druck und Temperatur in der Brennkammer 22 zur Folge haben.
  • Nachdem der Kolben 20 den oberen Totpunkt erreicht, kann der gesteigerte Druck, der durch die Verbrennung bewirkt wird, den Kolben 20 nach unten drücken, wodurch mechanische Leistung auf die Kurbelwelle 24 aufgebracht wird. Während eines Rückweges des Kolbens 20 (d. h. während der darauf folgenden Aufwärtsbewegung des Auslasshubes) können ein oder mehrere Auslassventile 30, die in dem Zylinderkopf 18 angeordnet sind, sich öffnen, um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes Abgas in der Brennkammer 22 über entsprechende Auslassanschlüsse 34 in eine assoziierte Auslasssammelleitung 32 austritt. Insbesondere wenn der Kolben 20 sich in der Zylinderbuchse 16 nach oben bewegt, wird schließlich eine Position erreicht, an der die Auslassventile 30 sich bewegen, um die Brennkammer strömungsmittelmäßig mit den Auslassanschlüssen 34 zu verbinden. Wenn die Brennkammer 22 in Strömungsmittelverbindung mit den Auslassanschlüssen 34 ist und ein Druck in der Brennkammer 22 größer ist als ein Druck an den Auslassanschlüssen 34, wird Abgas aus der Brennkammer 22 durch die Auslassanschlüsse 34 in die Auslasssammelleitung 32 laufen.
  • In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann die Bewegung des Auslassventils (der Auslassventile) 30 zyklisch gesteuert werden, beispielsweise durch eine Nocke 36, die mechanisch mit der Kurbelwelle 24 verbunden ist. Insbesondere kann die Kurbelwelle 24 drehbar mit der Nocke 36 durch einen Getriebestrang, einen Riemen oder eine Kette verbunden sein (nicht gezeigt), und die Nocke 36 kann wiederum mit den Auslassventilen 30 durch eine Betätigungsanordnung 38 verbunden sein. In der beispielhaften Betätigungsanordnung 38, die in den 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Druckstange 40 an einem Ende mit einer Rolle 42 verbunden, die auf einem Nockenansatz 44 der Nocke 36 läuft, und an einem gegenüberliegenden Ende mit einem Kipphebel 46. Der Kipphebel 46 kann so konfiguriert sein, dass er um einen Punkt 48 schwenkt, wenn er durch die Bewegung der Nocke 36 über eine Druckstange 40 angehoben wird, und so dass er auf die Auslassventile 30 über eine Brücke 50 nach unten drückt. Auf diese Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 in eine zyklische Hubbewegung der Auslassventile 30 zu speziellen Zeitpunkten bezüglich der Bewegung des Kolbens 20 übertragen werden. Es wird in Betracht gezogen, dass die Betätigungsanordnung 38 eine andere Konfiguration haben kann, falls erwünscht.
  • Wie unten genauer beschrieben wird, kann es vorteilhaft sein, selektiv den Zeitpunkt zu verändern, zu dem die Auslassventile 30 bezüglich der Bewegung der Kurbelwellen 24 und des Kolbens 20 geöffnet werden. Insbesondere kann der Zeitpunkt, zu dem die Auslassventile 30 öffnen und schließen, einen Druck und/oder eine Temperatur vorgeben, die darauf folgend in der Brennkammer 22 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 erzeugt werden. Außerdem können in einigen Anwendungen der Druck und/oder die Temperatur groß genug sein, um eine vorzeitige Zündung der Luft/Brennstoff-Mischung in der Brennkammer 22 zu bewirken. Eine vorzeitige Zündung kann ineffizientes Verhalten, Geräusche und/oder einen Schaden am Motor 10 zur Folge haben. Entsprechend kann in einigen Anwendungen eine variable Zeitsteuervorrichtung (VTD = variable timing device) 52 verwendet werden, um selektiv ein Verdichtungsverhältnis des Kolbens 20 zu verringern, so dass eine vorzeitige Zündung verhindert wird.
  • In dem offenbarten Ausführungsbeispiel ist die variable Zeitsteuervorrichtung 52 ein Mechanismus mit verlorener Bewegung, der konfiguriert ist, um einen Betrieb des Kipphebels 46 zu verändern. Insbesondere kann der Kipphebel 46 zwei gegenüberliegende Arme 54, 56 aufweisen, die an einem Schwenkpunkt 48 miteinander durch Bolzen verbunden sind. Der Arm 54 kann mit der Druckstange 40 in Eingriff stehen, während der Arm 56 mit der Brücke 50 in Eingriff steht. Beide Arme 54, 56 können frei in gewisser Weise unabhängig um den Punkt 48 schwenken, und die variable Zeitsteuervorrichtung 52 kann den Bereich des freien Schwenkens beschränken. Wenn die variable Zeitsteuervorrichtung 52 beispielsweise in einer (in 1 gezeigten) ersten Position verriegelt ist, kann sie starr den Arm 54 mit dem Arm 56 verbinden, so dass die gesamte Bewegung der Druckstange 40 direkt auf die Brücke 50 übertragen wird. Wenn jedoch die variable Zeitsteuervorrichtung 52 in einer (in 2 gezeigten) zweiten Position verriegelt ist, kann der Arm 54 frei über einen erwünschten Bereich schwenken, bevor die variable Zeitsteuervorrichtung 52 in Eingriff kommt und eine Bewegung auf den Arm 56 überträgt. Anders gesagt, wenn die variable Zeitsteuervorrichtung 52 in der zweiten Position ist, kann ein Teil der Bewegung der Druckstange 40 während der Zeit verloren gehen, während der der Arm 54 frei schwenkt. Es wird in Betracht gezogen, dass die variable Zeitsteuervorrichtung 52 nur zwei getrennte Positionen haben kann, oder dass sie alternativ irgendeine Anzahl von Positionen zwischen den ersten und zweiten Positionen haben kann.
  • Die variable Zeitsteuervorrichtung 52 kann irgendeine in der Technik bekannte Konfiguration mit verlorener Bewegung sein. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel ist die variable Zeitsteuervorrichtung 52 jedoch ein Hydraulikkolben, der an einem Ende mit dem Arm 54 und an dem anderen Ende mit dem Arm 56 verbunden ist. Wenn er vollständig mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel gefüllt ist, wird der Kolben hydraulisch in der ersten Position verriegelt, wodurch irgendeine Bewegung des Arms 54 gegenüber einer entsprechenden Bewegung des Arms 56 verriegelt wird. Wenn er teilweise gefüllt (oder überhaupt nicht gefüllt ist) kann ein Teil der Bewegung des Arms 54 verloren gehen und nicht auf den Arm 56 übertragen werden. Das heißt, der Arm 54 kann fähig sein, über einen Bereich von Winkeln zu schwenken, der durch die Menge des Strömungsmittels in dem Kolben der variablen Zeitsteuervorrichtung 52 begrenzt wird, bevor die variable Zeitsteuervorrichtung 52 in Eingriff kommt und eine Bewegung auf den Arm 56 überträgt.
  • Ein beispielhaftes Zeitsteuerdiagramm, welches mit dem Motor 10 assoziiert ist, ist in 3 gezeigt. Dieses Diagramm wird unten genauer besprochen, um die offenbarten Konzepte weiter zu veranschaulichen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Motorsystem kann in irgendeiner Maschine oder einer Leistungssystemanwendung verwendet werden, wo es vorteilhaft ist, Emissionen von schädlichen Gasen zu reduzieren, während auch kostengünstig Leistung geliefert wird. Das offenbarte Motorsystem ist speziell anwendbar in mobilen Maschinen, wie beispielsweise in Lokomotiven, die großen Variationen bezüglich Last und Emissionsanforderungen unterworfen sein können. Das offenbarte Motorsystem kann einen effizienten Weg zum selektiven Liefern von gasförmigem Brennstoff vorsehen, der bekannter Weise niedrigere Niveaus von regulierten Abgasemissionen erzeugt, weiter um flüssigen Brennstoff zu liefern, der bekannter Weise größere Mengen an Leistung erzeugt, und/oder um Mischungen von gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff zu liefern.
  • Das in 3 veranschaulichte Zeitsteuerdiagramm veranschaulicht das Öffnen und das Schließen der Auslassventile 30 bezüglich eines Drehwinkels der Kurbelwelle 24. Beim Betrieb unter Verwendung von hauptsächlich flüssigem Brennstoff können sich die Auslassventile 30 bei ungefähr 100° nach dem oberen Totpunkt öffnen und bei ungefähr 240° nach dem oberen Totpunkt schließen. Die variable Zeitsteuervorrichtung 52 kann in der zweiten Position verriegelt sein, um diese Zeitsteuerung zu erreichen, und bei dieser Zeitsteuerung kann die Bewegung des Kolbens 20 ein Verdichtungsverhältnis von ungefähr 18:1 zur Folge haben. Wie oben beschrieben kann dieses Verdichtungsverhältnis ausreichen, um durch Verdichtung den eingespritzten Brennstoff zu zünden. Wenn jedoch gasförmiger Brennstoff oder eine Mischung aus gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff in die Brennkammer 22 eingeleitet werden sollte, könnte das Verdichtungsverhältnis bewirken, dass der Brennstoff vorzeitig zündet.
  • Das Zeitsteuerdiagramm der 3 veranschaulicht auch die Öffnungs- und Schließvorgänge der Auslassventile 30, die selektiv während des Betriebs mit gasförmigem Brennstoff verwendet werden können. Wenn in Betrieb in erster Linie gasförmiger Brennstoff verwendet wird, können sich die Auslassventile 30 zu einem früheren Zeitpunkt von ungefähr 80° nach dem oberen Totpunkt öffnen und bei einem nachgestellten Zeitpunkt von ungefähr 260° nach dem oberen Totpunkt schließen. Die variable Zeitsteuervorrichtung 52 kann in der ersten Position verriegelt sein, um diese Zeitsteuerung zu erreichen, und bei dieser Zeitsteuerung kann die Bewegung des Kolbens 20 ein Verdichtungsverhältnis von ungefähr 12:1 zur Folge haben. Insbesondere kann durch früheres Öffnen der Auslassventile 30 und durch späteres Schließen der Auslassventile 30 eine größere Menge an Ladung in der Brennkammer 22 in die Auslasssammelleitung 32 abgelassen werden und kann nicht durch den Kolben 20 verdichtet werden. Entsprechend kann ein Druck in der Brennkammer 22 durch Ablassen von mehr Ladung in die Auslasssammelleitung 32 niedriger sein. Wie oben beschrieben, kann dieses Verdichtungsverhältnis ausreichen, um den gasförmigen Brennstoff zu komprimieren, ohne eine vorzeitige Zündung zu verursachen.
  • Wenn der Motor 10 unter Verwendung einer Mischung aus gasförmigem und flüssigem Brennstoff betrieben wird, sollte die Zeitsteuerung der Auslassventile 30 gesteuert werden, um ein Verdichtungsverhältnis irgendwo zwischen 18:1 und 12:1 zu erzeugen, und zwar abhängig von der Mischung. Idealerweise sollte man bewirken, dass der Motor 10 das höchst mögliche Verdichtungsverhältnis hat, ohne eine vorzeitige Zündung von gasförmigem Brennstoff zu verursachen. Somit sollte für eine größere Konzentration von flüssigem Brennstoff ein höheres Verdichtungsverhältnis eingerichtet werden. Außerdem sollte für eine größere Konzentration von gasförmigem Brennstoff ein geringeres Verdichtungsverhältnis eingerichtet werden. Dieses Verdichtungsverhältnis kann durch selektives Füllen des Kolbens der variablen Zeitsteuervorrichtung 52 mit variierenden Mengen von unter Druck gesetztem Strömungsmittel eingestellt werden, wodurch bewirkt wird, dass verschiedene Anteile der Bewegung der Druckstange 40 verloren gehen und die Auslassventile 30 folglich zu unterschiedlichen Zeitpunkten geöffnet und geschlossen werden.
  • Man sollte beim Übergang zwischen dem Betrieb mit flüssigem Brennstoff mit höheren Verdichtungsverhältnissen und dem Betrieb mit gasförmigem Brennstoff mit niedrigeren Verdichtungsverhältnissen vorsichtig sein. Beispielsweise sollte der Übergang vergleichsweise sanft und linear sein, so dass der Betrieb des Motors nicht signifikant beeinflusst wird. In einem Ausführungsbeispiel kann der Übergang über mehrere Motorzyklen (beispielsweise über ungefähr fünf Zyklen oder während ungefähr einer Sekunde des Motorbetriebs) vorgenommen werden, wobei die Veränderung der Zeitsteuerung nicht mehr als ungefähr 2° pro Zyklus ist. In dieser Weise kann die Leistungsausgabe und Leistungsstabilität des Motors 10 aufrechterhalten werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann es möglich sein, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Auslassventile 30 unabhängig zu variieren. Insbesondere kann es möglich sein, zu bewirken, dass die variable Zeitsteuervorrichtung 52 sich zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegt, während die Auslassventile 30 offen sind. Dies kann gestatten, dass das Auslassventil 30 zu herkömmlichen Zeitpunkten öffnet und früh schließt, oder spät öffnet und zu herkömmlichen Zeitpunkten schließt. Wenn man dies so tut, kann dies außerdem eine feinere Steuerung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkammer 22 vorsehen. Es kann auch möglich sein, die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von einem Auslassventil 30, welches mit einer Brennkammer 20 assoziiert ist, separat und unabhängig von einem anderen Auslassventil zu variieren, welches mit einer anderen Brennkammer 22 assoziiert ist. Dies kann eine noch feinere Steuerung des Motorbetriebs gestatten.
  • Das offenbarte System kann auf irgendeine Art von Dual-Brennstoffmotor anwendbar sein, was sowohl Zwei- als auch Vier-Takt-Motoren mit einschließt. Durch Freigeben einer Ladung aus der Brennkammer 22 in die Auslasssammelleitung 32 über die Auslassanschlüsse 34 (anstatt durch die Einlassanschlüsse 25) kann zusätzlich eine Steuerung des Lufteinlassdruckes, der Temperatur und der Brennstoffkonzentration aufrechterhalten werden. Das offenbarte System kann auch feine Einstellungen an den Ventilöffnungs- und -schließzeiten gestatten, was eine größere Flexibilität bei der Motorsteuerung vorsehen kann.
  • Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den offenbarten Motorsystemen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Motorsysteme werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Motorsysteme offensichtlich werden. Beispielsweise ist das offenbarte Ausführungsbeispiel der variablen Zeitsteuervorrichtung 52 nur ein Beispiel. Andere Betätigungsvorrichtungen „mit verlorener Bewegung” können mit Auslassventilen 30 gepaart werden, um die erwünschten Öffnungs- und Verschlusszeitpunkte zu erreichen, die oben beschrieben wurden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008/202545 [0004, 0005]

Claims (10)

  1. Motorsystem (10), das Folgendes aufweist: einen Motorblock (12), der zumindest teilweise eine Zylinderbohrung (14) definiert; eine Zylinderbuchse (16), die in der Zylinderbohrung angeordnet ist; zumindest einen Lufteinlassanschluss (25), der radial in der Zylinderbuchse ausgebildet ist; einen Kolben (20), der verschiebbar in der Zylinderbuchse angeordnet ist und konfiguriert ist, um den zumindest einen Lufteinlassanschluss zu öffnen und zu schließen; einen Zylinderkopf (18), der konfiguriert ist, um ein Ende der Zylinderbuchse zu verschließen und eine Brennkammer (22) zu bilden; zumindest ein Auslassventil (30), das in dem Zylinderkopf angeordnet ist; ein Ventilbetätigungssystem (38), das konfiguriert ist, um das mindestens eine Auslassventil zwischen offenen und geschlossenen Positionen zyklisch zu bewegen; und eine variable Zeitsteuervorrichtung (52), die konfiguriert ist, um selektiv eine zyklische Bewegung des mindestens einen Auslassventils zu unterbrechen, um ein Verdichtungsverhältnis des Motorsystems zu verändern.
  2. Motorsystem nach Anspruch 1, welches weiter Folgendes aufweist: eine Gasbrennstoffeinspritzvorrichtung (27), die konfiguriert ist, um gasförmigen Brennstoff in die Brennkammer einzuspritzen; und eine Flüssigbrennstoffeinspritzvorrichtung (28), die konfiguriert ist, um flüssigen Brennstoff in die Brennkammer einzuspritzen.
  3. Motorsystem nach Anspruch 2, wobei die Gasbrennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um gasförmigen Brennstoff radial in die Brennkammer durch den mindestens einen Lufteinlassanschluss einzuspritzen; und wobei die Flüssigbrennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um flüssigen Brennstoff axial in die Brennkammer einzuspritzen.
  4. Motorsystem nach Anspruch 2, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Verdichtungsverhältnis des Motorsystems basierend auf einer Mischung der Brennstoffe zu verändern, die in die Brennkammer eingespritzt werden.
  5. Motorsystem nach Anspruch 4, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich das mindestens eine Auslassventil bei ungefähr 100° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens öffnet und bei ungefähr 240° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens schließt, wenn nur flüssiger Brennstoff eingespritzt wird.
  6. Motorsystem nach Anspruch 5, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich das mindestens eine Auslassventil bei ungefähr 80° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens öffnet und bei ungefähr 260° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens schließt, wenn nur gasförmiger Brennstoff eingespritzt wird.
  7. Motorsystem nach Anspruch 6, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um von einer ersten Zeitsteuerung, die mit einem Betrieb nur mit gasförmigem Brennstoff assoziiert ist, mit einer Rate von ungefähr 2° pro Zyklus auf eine zweite Zeitsteuerung überzugehen, die mit einem Betrieb nur mit flüssigem Brennstoff assoziiert ist.
  8. Motorsystem nach Anspruch 7, wobei der Kolben sich über zwei Hübe bewegt, um einen vollständigen Zyklus zu vollenden.
  9. Motorsystem nach Anspruch 3, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich das mindestens eine Auslassventil bei ungefähr 80° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens öffnet und bei ungefähr 260° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens schließt, wenn nur gasförmiger Brennstoff eingespritzt wird.
  10. Motorsystem nach Anspruch 3, wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Verdichtungsverhältnis von ungefähr 12:1 zu bewirken, wenn nur gasförmiger Brennstoff eingespritzt wird; und wobei die variable Zeitsteuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Verdichtungsverhältnis von ungefähr 18:1 zu bewirken, wenn nur flüssiger Brennstoff eingespritzt wird.
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