DE102015100361A1

DE102015100361A1 - Verbrennungssystem einschließlich Kolbenboden und Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102015100361A1
Application number: DE102015100361.9A
Authority: DE
Inventors: Barry Record; Roy Primus; Gummadavelli Venu; James Henry Yager; Omowoleola Chukwuemeka Akinyemi; Adam Edgar Klingbeil; Thomas Michael Lavertu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: US9695723B2; CN104775890A; DE102015100361B4; US20150198070A1; CN104775890B

Abstract

Geschaffen sind unterschiedliche Verfahren und Systeme für ein Verbrennungssystem eines Motors. In einem Beispiel gehören zu einem Verbrennungssystem eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel, eine Brennkammer, die mit einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann, wobei die Brennkammer zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel gebildet ist, und ein Kraftstoffinjektor mit einer Düse, die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer hinein erstreckt und die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei die Düse mehrere Öffnungen definiert, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt.

Description

GEBIET
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstands betreffen beispielsweise einen Motor, Motorkomponenten und ein Motorsystem.
HINTERGRUND
Motoren können ein Abgasnachbehandlungssystem nutzen, um gesetzlich beschränkte Emissionen zu reduzieren. Allerdings können Nachbehandlungssysteme Wartungs- und Gesamtkosten des Motorsystems steigern. Während Emissionsanforderungen strikter werden, können Anforderungen an Motoren zu weiterer Reduzierung von NO_x- und Schwebstoffemissionen steigen. Kennwerte eines Brennkammersystems des Motors, wie beispielsweise ein Kompressionsverhältnis sowie Kraftstoffinjektionsparameter, können ebenfalls NO_x- und Schwebstoffemissionspegel beeinflussen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform enthält ein Verbrennungssystem (beispielsweise für einen Motor) eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel und eine Brennkammer, die bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann. Die Brennkammer ist zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel gebildet. Das System enthält ferner einen Kraftstoffinjektor mit einer Düse, die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer hinein erstreckt, die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen. Die Düse weist mehrere Öffnungen auf, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt.
Somit kann das Verbrennungssystem enthalten: eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel; eine Brennkammer, die bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann, wobei die Brennkammer zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel gebildet ist; und einen Kraftstoffinjektor mit einer Düse, die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer hinein erstreckt und dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei die Düse mehrere Öffnungen definiert, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt, und die eine Injektordüsenströmungsrate aufweist, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 90 cm³/s bis ungefähr 95 cm³/s liegt.
Die Kolbenbodenschüssel kann in einem Kolbenboden eines Kolbens ausgebildet sein, wobei der Kolbenboden entlang einer Mittelachse eines Zylinders zentriert ist, in dem der Kolben angeordnet ist, wobei der Kraftstoffinjektor und die Kolbenbodenschüssel entlang der Mittelachse zentriert sind, und wobei die Kolbenbodenschüssel um die Mittelachse symmetrisch ist.
Der Kraftstoffinjektor jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems kann in Relation zu der Mittelachse axial fluchtend ausgerichtet sein und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet sein.
Die Öffnungen jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems können symmetrisch um die Mittelachse und entlang eines Außenumfangs der Düse des Kraftstoffinjektors angeordnet sein.
Die Geometrie und Anzahl der Öffnungen jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems kann die Injektordüsenströmungsrate bereitstellen, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 92 cm³/s bis ungefähr 94 cm³/s liegt.
Der Düseninjektor jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems braucht lediglich acht Öffnungen zu definieren.
Der Kraftstoffinjektor jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems kann dazu eingerichtet sein, im Betrieb Kraftstoff in die Brennkammer mit einem Sprühwinkel zu liefern, der in Bezug auf gegenüber einer Mittelachse des Kraftstoffinjektors gegenüberliegende Öffnungen in einem Bereich von etwa 135 Grad bis zu 140 Grad liegt, wobei sich der Sprühwinkel teilweise aus einer Position und Geometrie der Öffnungen ergibt.
Jede Öffnung jedes beliebigen oben erwähnten Kraftstoffinjektors kann einen Einlassdurchmesser und einen Auslassdurchmesser aufweisen, wobei eine skalierte Differenz zwischen dem Einlassdurchmesser und dem Auslassdurchmesser fünf beträgt.
Jede Öffnung jedes beliebigen oben erwähnten Kraftstoffinjektors kann einen abgerundeten Rand mit einer hydraulischen Erosionsverrundung aufweisen, um die Strömung zu steigern, die im Vergleich zu einer Strömung vor der Verrundung in einem Bereich von etwa 25% bis ungefähr 30% liegt.
Der Kraftstoffinjektor jedes beliebigen oben erwähnten Verbrennungssystems kann Dichtungen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine Leckage von Kraftstoff zu vermeiden, der durch ein Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das einen Druck von 220.000 kPa oder weniger aufweist.
Die mindestens zwei der Öffnungen jedes beliebigen oben erwähnten Kraftstoffinjektors können in Bezug zueinander unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen.
Die mindestens eine der Öffnungen jedes beliebigen oben erwähnten Kraftstoffinjektors kann ein Querschnittsprofil aufweisen, das von der Kreisform abweicht.
Die mindestens eine der Öffnungen jedes beliebigen oben erwähnten Kraftstoffinjektors, die das von der Kreisform abweichende Querschnittsprofil aufweist, kann ein Querschnittsprofil der Form eines Schlitzes, einer Sichel, eines Ovals, eines Sterns, eines Dreiecks oder eines Quadrats aufweisen.
In einem Beispiel kann eine Verringerung eines Kompressionsverhältnisses des Motors Motoremissionen reduzieren. Darüber hinaus kann ein Bereitstellen spezieller Kraftstoffinjektionsparameter (wie sie hier beschrieben sind) Emissionen weiter reduzieren, während die Motorleistung aufrecht erhalten wird. Somit kann ein Verbrennungssystem, das bei einem Kompressionsverhältnis von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann und einen Kraftstoffinjektor mit sechs bis zehn Öffnungen enthält, die (im Vergleich zu sonstigen Kraftstoffinjektoren, die andere Konstruktionen aufweisen) mit Blick auf reduzierte Emissionen konfiguriert sind, einen Motor ergeben, der gegenüber Motoren mit höheren Kompressionsverhältnissen reduzierte NO_x- und Schwebstoffemissionen aufweist. Zusätzlich zu der Erfüllung von Emissionsanforderungen, die durch die Industrie vorgegeben sind, kann die Verringerung von Schwebstoff- und NO_x-Emissionen die Reduzierung der Abmessungen eines Nachbehandlungssystem des Motors oder einen Verzicht auf eine solches ermöglichen. Die Reduzierung der Abmessungen des Nachbehandlungssystems kann den Kraftstoffverbrauch des Motors verringern, während die Gesamt- und Wartungskosten des Motors ebenfalls gesenkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verbrennungssystem enthalten: einen Zylinder mit einer Mittelachse; einen Kolbenboden, der eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel aufweist, der auf der Mittelachse zentriert ist, wobei die Kolbenbodenschüssel eine Brennkammer mit einem Volumen bildet, das ein Kompressionsverhältnis von 15:1 bereitstellt; und einen zentralen Kraftstoffinjektor, der dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei der zentrale Kraftstoffinjektor acht Düsenlöcher aufweist und axial entlang der Mittelachse und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet ist.
Die Kolbenbodenschüssel kann symmetrisch um die Mittelachse sein, wobei eine Höhe des zentralen Scheitels kleiner ist als eine Höhe einer Oberseite des Kolbenbodens, wobei die Kolbenbodenschüssel einen gekrümmten Grund aufweist, wobei der gekrümmte Grund unter die Höhe des zentralen Scheitels abgesenkt und symmetrisch um den zentralen Scheitel angeordnet ist, und wobei der zentrale Scheitel eine konvexe, sphärische Form mit einem Scheitelradius aufweist, der in einem Bereich von 3 bis 5 mm liegt, und wobei der gekrümmte Grund eine konkave Form mit einem Grundradius aufweist, der in einem Bereich von 16 bis 20 mm liegt.
Die Düsenlöcher können symmetrisch um die Mittelachse und entlang eines Außenumfangs einer kuppelförmigen Düse angeordnet sein, und wobei jedes der Düsenlöcher einen K-Faktor von fünf und eine hydraulische Erosionsverrundung aufweist, die in einem Bereich von 28% bis 29% liegt, wobei der K-Faktor als eine Differenz zwischen einem Einlassdurchmesser und einem Auslassdurchmesser jedes der Düsenlöcher, geteilt durch einen Skalierungsfaktor von 10 µm definiert ist, und wobei die hydraulische Erosionsverrundung als ein Prozentsatz der Steigerung der Strömung der Düse zwischen vor und nach der Verrundung definiert ist.
Der zentrale Kraftstoffinjektor kann eine Düsenströmungsrate aufweisen, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von 92 bis 94 cm³/s liegt, wobei die Düsenströmungsrate auf die acht Düsenlöcher und den K-Faktor und auf die hydraulische Erosionsverrundung der Düsenlöcher begründet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Motor, der enthält: einen Zylinderblock, der zumindest teilweise einen Zylinder definiert; einen Kolben, der wenigstens teilweise in dem Zylinder angeordnet ist; einen Zylinderkopf, der an dem Zylinderblock befestigt ist und zumindest teilweise den Zylinder einkapselt; und ein beliebiges der zuvor erwähnten Brennkammersysteme, wobei die Kolbenbodenschüssel in einem Kolbenboden des Kolbens gebildet ist, und wobei die Brennkammer zwischen Zylinder, Zylinderkopf und/oder Kolbenboden definiert ist.
Das Verbrennungssystem kann enthalten: einen Zylinder mit einer Mittelachse; einen Kolben, der einen Kolbenboden mit einer Schüssel aufweist, wobei die Schüssel einen zentralen Scheitel aufweist, der entlang der Mittelachse zentriert ist, wobei die Schüssel eine Brennkammer bildet, die bei einem Kompressionsverhältnis von 15:1 betrieben werden kann; einen zentralen Kraftstoffinjektor zum Injizieren von Kraftstoff in die Brennkammer, wobei der zentrale Kraftstoffinjektor acht Düsenlöcher aufweist und entlang der Mittelachse axial fluchtend ausgerichtet ist und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet ist; und einen Abgaskanal ohne ein Nachbehandlungssystem.
Der Abgaskanal einer Ausführungsform der Erfindung kann ohne Abgaskatalysatoren oder Partikelfilter auskommen, wobei jedes der acht Düsenlöcher einen K-Faktor von fünf und eine hydraulische Erosionsverrundung von 28,5% aufweist, die eine Injektordüsenströmungsrate von 93,1 cm³/s bei einem Druck von etwa 10.000 kPa bereitstellt, wobei der K-Faktor als eine Differenz zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser jedes der acht Düsenlöcher, geteilt durch einen Skalierungsfaktor von 10 µm definiert ist, und wobei eine Düse des zentralen Kraftstoffinjektors einen Sprühwinkel in einem Bereich von 135 bis 140 Grad aufweist.
Das System kann ferner eine Steuereinrichtung enthalten, die einen Mikroprozessor mit Befehlen aufweist, die in dem Arbeitsspeicher gespeichert sind, um den zentralen Kraftstoffinjektor zu veranlassen, Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, um einen Motor zu betreiben, in dem das Verbrennungssystem eingebaut ist, um eine Verbrennung bei dem Kompressionsverhältnis von 15:1 durchzuführen.
Es sollte verständlich sein, dass die obige Kurzbeschreibung unterbreitet ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzulegen, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die Ansprüche definiert ist, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind. Weiter ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Durchführungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die im Vorausgehenden oder in anderen Abschnitten dieser Offenbarung erwähnt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher:
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schienenfahrzeugs mit einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch ein Verbrennungssystem eines Motors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 veranschaulicht schematisch einen Kolbenboden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 veranschaulicht schematisch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine isometrische Ansicht einer Düse eines Kraftstoffinjektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Stirnansicht einer Düse eines Kraftstoffinjektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt in einer Querschnittsansicht eine Düse eines Kraftstoffinjektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft unterschiedliche Ausführungsformen eines Brennkammersystems für ein Motorsystem, z.B. für das in 1 gezeigte Motorsystem. Das Verbrennungssystem kann, wie in 2 gezeigt, eine Kolbenbodenschüssel, eine Brennkammer und einen Kraftstoffinjektor enthalten. Die Kolbenbodenschüssel kann eine Geometrie aufweisen, die wenigstens teilweise die Brennkammer bildet. Die Brennkammer kann bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden. Mit einem Abnehmen des Kompressionsverhältnisses können auch NO_x- und Schwebstoffemissionen abnehmen. Wie in 3 gezeigt, kann die Kolbenbodenschüssel bemessen sein, um das gewünschte Kompressionsverhältnis vorzusehen. Eine Geometrie einer Düse des Kraftstoffinjektors kann ebenfalls NO_x- und Schwebstoffemissionen beeinflussen. Insbesondere können mehrere Öffnungen der Düse gemeinsam mit einer Geometrie der Düsenöffnungen eine Düsenströmungsrate und einen Sprühwinkel bestimmen, die von der Kraftmaschine ausgehende NO_x- und Schwebstoffemissionen beeinflussen. Somit kann die Geometrie der Düse, wie in 4–7 dargestellt, in Entsprechung zu der Kolbenschüssel und der Geometrie definiert sein, um NO_x- und Schwebstoffemissionen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Motorleistung weiter zu verringern. Infolgedessen lassen sich Emissionspegel des Motors mit Blick auf eine Erfüllung gesetzlich beschränkter Emissionspegel reduzieren, wobei eine reduzierte oder überhaupt keine Nachbehandlung der Abgase eingesetzt wird.
Der hier beschriebene Ansatz kann in unterschiedlichen Motortypen und in vielfältigen motorbetriebenen Systemen verwendet werden. Einige dieser Systeme können stationär sein, während andere sich auf semimobilen oder vollständig mobilen Plattformen befinden können. Semimobile Plattformen können in Zeitspannen des Betriebs andernorts, beispielsweise auf Flachbettwagons, aufgestellt sein. Mobile Plattformen beinhalten Fahrzeuge mit Eigenantrieb. Solche Fahrzeuge können Straßentransportfahrzeuge sowie Minenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und andere straßenunabhängige Fahrzeuge (OHV) einschließen. Zur Verdeutlichung ist eine Lokomotive als ein Beispiel einer mobilen Plattform veranschaulicht, die ein System unterstützt, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
Vor einer näheren Erörterung des Brennkammersystems für reduzierte Motoremissionen ist ein Beispiel einer Plattform offenbart, bei dem das Motorsystem in einem Fahrzeug, z.B. in einem Schienenfahrzeug, eingebaut sein kann. Beispielsweise zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100, das hier als ein Schienenfahrzeug 106 (z.B. eine Lokomotive) dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, mittels vieler Räder 110 auf einer Schiene 102 zu fahren. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug 106 einen Motor 104. In weiteren nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsformen kann der Motor 104, z.B. in einer Kraftwerksanwendung, ein stationärer Motor sein, oder, wie oben erwähnt, ein Motor in einem Wasserfahrzeug oder in einem sonstigen straßenunabhängigen Fahrzeugantriebssystem sein.
Der Motor 104 nimmt von einer Ansaugöffnung, z.B. von einem Ansaugkrümmer 115, Ansaugluft zur Verbrennung auf. Die Ansaugöffnung kann auf einer oder mehreren beliebigen geeigneten Leitungen basieren, durch die Gase strömen, um in den Motor einzutreten. Beispielsweise kann die Ansaugöffnung den Ansaugkrümmer 115, den Ansaugkanal 114 und dergleichen beinhalten. Der Ansaugkanal 114 nimmt Umgebungsluft von einem (nicht gezeigten) Luftfilter auf, das Luft aus der Umgebung eines Fahrzeugs filtert, in dem sich der Motor 104 möglicherweise befindet. Abgas, das aus der Verbrennung in dem Motor 104 stammt, wird einem Auspuff zugeführt. Der Auspuff kann ein beliebiger geeigneter Kanal sein, durch den das von dem Motor stammende Gas strömt. Beispielsweise kann der Auspuff einen Auspuffkrümmer 117, einen Abgaskanal 116 und dergleichen enthalten. Abgas strömt durch den Abgaskanal 116 und aus einer Auspuffanlage des Schienenfahrzeugs 106. In einem Beispiel ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff mittels Selbstzündung verbrennt. In weiteren nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsbeispielen kann der Motor 104 beispielsweise Benzin, Kerosin, Biodiesel oder sonstige Erdöldestillate ähnlicher Dichte mittels Selbstzündung (und/oder mittels Funkenzündung) verbrennen.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Schienenfahrzeug 106 ein dieselelektrisches Fahrzeug. Wie in 1 dargestellt, ist der Motor 104 mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem verbunden, das einen Generator 140 und Elektroantriebsmotoren 112 enthält. Beispielsweise ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der ein Drehmoment erzeugt, das zu dem Generator 140 übertragen wird, der mit dem Motor 104 mechanisch verbunden ist. Der Generator 140 erzeugt elektrische Leistung, die gespeichert und genutzt werden kann, um danach zu unterschiedlichen nachgeschalteten elektrischen Komponenten geleitet zu werden. Beispielsweise kann der Generator 140 mit mehreren Elektroantriebsmotoren 112 elektrisch verbunden sein, und der Generator 140 kann den mehreren Elektroantriebsmotoren 112 elektrische Leistung liefern. Wie dargestellt, ist jeder der Elektroantriebsmotoren 112 jeweils mit einem von mehreren Rädern 110 verbunden, um für den Vortrieb des Schienenfahrzeugs 106 Zugkraft bereitzustellen. Ein Beispiel einer Anordnung beinhaltet pro Laufrad jeweils einen Elektroantriebsmotor. Wie hier dargestellt, entsprechen sechs Paare Elektroantriebsmotoren jeweils sechs Paaren Räder des Schienenfahrzeugs. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Generator 140 mit einem oder mehreren Widerstandsnetzwerken 142 verbunden sein. Die Widerstandsnetzwerke 142 können dazu eingerichtet sein, überschüssiges Motordrehmoment als Wärme abzuführen, die durch die Netzwerke aus der durch den Generator 140 erzeugten Elektrizität hervorgebracht wird.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 104 ein V-12 Motor mit zwölf Zylindern. In anderen Beispielen kann der Motor auf einem V-6, V-8, V-10, V-16, I-4, I-6, I-8, Gegenkolben-4 oder einem sonstigen Motortyp basieren. Wie dargestellt, enthält der Motor 104 eine Vorrichtung zur Verringerung von NO_x-Emissionen, die Abgasrückführung (AGR) verwendet. Die AGR wird durch Einsatz von Spender- und Nicht-Spenderzylindern erreicht. Ein Teilsatz von Nicht-Spenderzylindern 105, der sechs Zylinder aufweist, die Abgas ausschließlich einem Nicht-Spenderzylinder- Abgaskrümmer 117 zuführen, und ein Teilsatz von Spenderzylindern 107, der sechs Zylinder aufweist, die Abgas ausschließlich einem Spenderzylinder-Abgaskrümmer 119 zuführen. Die Nicht-Spenderzylinder 105 sind Teil einer ersten Zylindergruppe 109, und die Spenderzylinder 107 sind Teil einer zweiten Zylindergruppe 111 des Motors 104. In weiteren Ausführungsformen kann der Motor mindestens einen Spenderzylinder und mindestens einen Nicht-Spenderzylinder enthalten. Beispielsweise kann der Motor vier Spenderzylinder und acht Nicht-Spenderzylinder, oder drei Spenderzylinder und neun Nicht-Spenderzylinder aufweisen. Es ist selbstverständlich, dass der Motor jede gewünschte Anzahl von Spenderzylindern und Nicht-Spenderzylindern haben kann, wobei die Anzahl von Spenderzylindern gewöhnlich gleich oder kleiner ist als die Anzahl von Nicht-Spenderzylindern. Einem Fachmann sollte einleuchten, dass AGR auch durch alternative Verfahren erreicht werden kann, wie beispielsweise durch den Einsatz einer Hochdruck-/Niederdruckpumpe oder eines Staudrucksystems, oder anderer derartiger Mittel.
Wie in 1 dargestellt, sind die Nicht-Spenderzylinder 105 mit dem Abgaskanal 116 verbunden, um von dem Motor stammendes Abgas (nachdem es einen Turbolader 120 durchströmt hat) in die Atmosphäre zu entlassen. Insbesondere sind die Nicht-Spenderzylinder 105 mit dem Abgaskanal 116 verbunden, um Abgas von der Kraftmaschine zu dem Turbolader 120 zu verzweigen. Die Spenderzylinder 107, die Motorabgasrückführung (AGR) bereitstellen, sind ausschließlich mit einem AGR-Kanal 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, das Abgas von den Spenderzylindern 107 zu einem AGR-Kühler 166 verzweigt. Abgase strömen in diesem Fall von dem AGR-Kühler 166 zu dem Ansaugkanal 114 des Motors 104 und nicht in die Atmosphäre. Durch das Einführen von gekühltem Abgas zu dem Motor 104 wird der Anteil des zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs reduziert, was Flammentemperaturen verringert und die Bildung von Stickstoffoxiden (z.B. NO_x) reduziert.
Abgas, das von den Spenderzylindern 107 zu dem Ansaugkanal 114 strömt, durchquert einen Wärmetauscher, wie beispielsweise den AGR-Kühler 166, um die Temperatur des Abgases zu reduzieren (d.h. dieses zu kühlen), bevor das Abgas zu dem Ansaugkanal zurückkehrt. Der AGR-Kühler 166 kann beispielsweise ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. In einem solchen Beispiel können ein oder mehrere Ladeluftkühler, z.B. der Ladeluftkühler 134, die in dem Ansaugkanal 114 (z.B. stromaufwärts der Stelle, an der das rückgeführte Abgas eintritt) angeordnet sind, eingestellt werden, um die Kühlung der Ladeluft weiter zu steigern, so dass die Temperatur des Gemisches von Ladeluft und Abgas bei einem gewünschten Wert gehalten wird. In anderen Beispielen kann das AGR-System 160 einen AGR-Kühlerbypasskanal aufweisen. Alternativ kann das AGR-System 160 einen AGR-Kühlerbypasskanal aufweisen. Das AGR-Kühlersteuerungselement kann betätigt werden, so dass der durch den AGR-Kühler strömende Abgasstrom verringert wird; jedoch wird Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, in einem solchen Zustand nicht zu dem Ansaugkanal 114 sondern zu dem Abgaskanal 116 gelenkt.
Darüber hinaus enthält das AGR-System 160 einen AGR-Bypasskanal 161, der dazu eingerichtet ist, Abgas von den Spenderzylindern zurück zu dem Abgaskanal 116 zu verzweigen. Der AGR-Bypasskanal 161 kann über ein AGR-Bypasskanalventil 163 gesteuert sein. Das AGR-Bypassventil 163 kann mit mehreren Begrenzungspunkten konstruiert sein, so dass eine variable Menge von Abgas zu dem Auslass verzweigt wird, um der Ansaugöffnung eine variable Menge von Abgasrückführung bereitzustellen.
Das AGR-System enthält ferner ein AGR-Ventil 165, um den AGR-Strom durch den AGR-Kanal 162 zu steuern/regeln. Somit kann das AGR-System 160 selektiv Abgas durch das AGR-Ventil 165 zu der Ansaugöffnung oder durch das AGR-Bypassventil 163 zu dem Abgaskanal verzweigen. Beispielsweise kann Abgas, wenn das AGR-Ventil 165 offen ist, von den Spenderzylindern zu dem AGR-Kühler 166 und/oder zu zusätzlichen Elementen verzweigt werden, bevor es zu dem Ansaugkanal 114 verzweigt wird. Desgleichen kann Abgas, wenn das AGR-Bypassventil 163 offen ist, von den Spenderzylindern zu dem Abgaskanal 116 verzweigt werden. Eine Kombination beider Ventilstellungen wird eine Rate des rückgeführten Abgasstroms durch den AGR-Kühler und durch das Bypass-Ventil steuern.
Das AGR-Ventil 165 und das AGR-Bypassventil 163 können Ein/Aus-Ventile sein, die durch die Überwachungseinheit 180 gesteuert sind (um den AGR-Strom ein- oder auszuschalten), oder sie können beispielsweise eine variable Menge von Abgasrückführung regeln/steuern. Dementsprechend können die Ventile in mehrere Stellungen zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen gebracht werden. In einigen Ausführungsformen kann das AGR-Bypassventil 163 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge) verringert wird (Abgas strömt durch den AGR-Bypasskanal 161 zu dem Abgaskanal 116. Beispielsweise kann die Öffnung des AGR-Bypassventils 163 erweitert werden, um dadurch den Abgasstrom von den Spenderzylindern zu dem Abgaskanal 116 zu steigern. In anderen Beispielen kann das AGR-Bypassventil 163 so betätigt werden, dass die AGR-Menge gesteigert wird (z.B. strömt Abgas von dem Spenderzylinderauslasskrümmer 119 zu dem Abgasrückführungskanal 162). Beispielsweise kann die Öffnung des AGR-Bypassventils 163 verringert werden, um dadurch den Strom zu dem Abgaskanal 116 zu reduzieren.
In einer solchen Konstruktion ist das AGR-Bypassventil 163 dazu eingerichtet, Abgas von den Spenderzylindern zu dem Abgaskanal 116 des Motors 104 zu verzweigen, und das AGR-Ventil 165 ist dazu eingerichtet, Abgas von den Spenderzylindern zu dem Ansaugkanal 114 des Motors 104 zu verzweigen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel können das AGR-Bypassventil 163 und das AGR-Ventil 165 mittels Motoröl oder hydraulisch betätigte Ventile sein, wobei beispielsweise ein (nicht gezeigtes) Wechselventil das Motoröl moduliert. In einigen Ausführungsformen können die Ventile so betätigt werden, das eines von dem AGR-Bypassventil 163 und dem AGR-Ventil 165 im Ruhezustand offen ist, und das jeweils übrige im Ruhezustand geschlossen ist. In anderen Beispielen können das AGR-Bypassventil 163 und das AGR-Ventil 165 pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder ein sonstiges geeignetes Ventil sein.
Wie in 1 gezeigt, enthält das Fahrzeugsystem 100 ferner einen AGR-Mischer 172, der das rückgeführte Abgas mit Ladeluft mischt, so dass das Abgas gleichmäßig in dem Gemisch aus Ladeluft und Abgas verteilt werden kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das AGR-System 160 ein Hochdruck-AGR-System, das Abgas von einer Stelle stromaufwärts des Turboladers 120 in dem Abgaskanal 116 zu einer Stelle stromabwärts des Turboladers 120 in dem Ansaugkanal 114 verzweigt. In weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System enthalten, das Abgas von stromabwärts des Turboladers 120 über den Abgaskanal 116 zu einer Stelle stromaufwärts des Turboladers 120 in dem Ansaugkanal 114 leitet.
Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeugsystem 100 einen Turbolader 120, der zwischen dem Ansaugkanal 114 und dem Abgaskanal 116 angeordnet ist. Der Turbolader 120 erhöht den Druck der Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal 114 angesaugt ist, um eine größere Ladedichte während der Verbrennung bereitzustellen, so dass die Ausgangsleistung und/oder der Motorwirkungsgrad gesteigert werden. Der Turbolader 120 kann einen (nicht gezeigten) Verdichter enthalten, der zumindest teilweise durch eine (nicht gezeigte) Turbine angetrieben wird. Während in diesem Falle ein einzelner Turbolader enthalten ist, kann das System auch mehrere Turbinenund/oder Verdichterstufen enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 außerdem ein Nachbehandlungssystem enthalten, das stromaufwärts und/oder stromabwärts des Turboladers 120 in dem Abgaskanal 116 angeschlossen ist. In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Rußpartikelfilter (DPF) enthalten. In weiteren Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Emissionsüberwachungsvorrichtungen enthalten. Solche Emissionsüberwachungsvorrichtungen können einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, einen Dreiwegekatalysator, einen NO_x-Abscheider oder unterschiedliche andere Vorrichtungen oder Systeme enthalten. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das Fahrzeugsystem 100 kein Nachbehandlungssystem. Speziell enthält der gesamte Abgaskanal 116 zwischen der Kraftmaschine 104 und einem Ende des Abgaskanal 116 an der Umgebungsluft kein Nachbehandlungssystem. Der Abgaskanal 116 des Fahrzeugsystems 100 enthält somit keinerlei Abgaskatalysatoren, Emissionsüberwachungsvorrichtungen oder Partikelfilter. Wie nachfolgend erörtert, kann das Verbrennungssystem des Fahrzeugsystems so konstruiert sein, dass NO_x- und Schwebstoffemissionen ausreichend gering sind, so dass auf ein Nachbehandlungssystem zur weiteren Verringerung von NO_x und Schwebstoffen verzichtet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 ein kleineres Nachbehandlungssystem enthalten, das weniger Bauteile aufweist als größere Nachbehandlungssysteme aus dem Stand der Technik.
Das Fahrzeugsystem 100 enthält ferner eine Regelungs-/Steuerungseinheit 180, die vorgesehen und dazu eingerichtet ist, unterschiedliche Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem 100 zu steuern. Im vorliegenden Beispiel kann die Regelungs-/Steuerungseinheit 180 auch als die Steuereinrichtung bezeichnet sein. In einem Beispiel enthält die Steuereinheit 180 ein Computersteuerungssystem. Die Steuereinheit 180 enthält ferner (nicht gezeigte) nichtflüchtige, von einem Computer auslesbare Speichermedien, die Kode aufweisen, um eine Überwachung und Steuerung des Motorbetriebs an Bord zu ermöglichen. Während die Steuerungseinheit 180 die Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugsystems 100 beaufsichtigt, kann sie, wie im Vorliegenden näher erläutert, in der Lage sein, Signale von vielfältigen Motorsensoren aufzunehmen, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu ermitteln, und um vielfältige Motoraktuatoren für die Steuerung des Betriebs des Fahrzeugsystems 100 entsprechend einzustellen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 180 von vielfältigen Motorsensoren Signale aufnehmen, wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Ladedruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Abgasauslassdruck, Turbinendrehzahl oder dergleichen. In Entsprechung kann die Steuereinheit 180 das Fahrzeugsystem 100 steuern, indem sie an unterschiedliche Komponenten, wie beispielsweise Elektroantriebsmotoren, Alternatoren, Zylinderventile, Drosseln, Wärmetauscher, Abgasbypassventile oder sonstige Ventile oder Strömungssteuerungselemente oder dergleichen, Steuerbefehle übermittelt.
Mit Bezug auf 2 ist ein Verbrennungssystem 200 eines Motors, z.B. des in 1 gezeigten Motors 104, dargestellt. Das Verbrennungssystem 200 enthält einen Kraftstoffinjektor 230, einen Kolben 206 und einen Zylinder 202.
3 zeigt einen Abschnitt des Kolbens 206 mehr im Einzelnen. 4–6 zeigen weitere Einzelheiten und Ansichten des Kraftstoffinjektors 230. 2–6 sind in etwa maßstäblich gezeichnet.
Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, kann der Motor 104 mehrere Zylinder enthalten, z.B. die Nicht-Spenderzylinder 105 und/oder die Spenderzylinder 107. Das Verbrennungssystem 200 kann dann mehrere Zylinder und entsprechende Brennkammerkomponenten enthalten. In 2 ist ein einzelner Zylinder 202 des Brennkammersystems 200 gezeigt.
Der Zylinder 202 weist eine Mittelachse 228 auf. Der Zylinder 202 kann durch einen Zylinderblock des Motors gebildet sein, z.B. kann der Zylinderblock einen Metallgrundkörper aufweisen, in dem eine oder mehrere zylindrische Öffnungen (die Zylinder des Motors) ausgebildet sind, um Kolben aufzunehmen. In dem Zylinder 202 ist ein Kolben 206 angeordnet, der ebenfalls entlang der Mittelachse 228 zentriert ist. Der Kolben 206 ist zylindrisch gestaltet. Äußere Wände des Kolbens 206 können Innenwände des Zylinders 202 berühren und darauf gleiten. Ein Koordinatensystem 208 ist mit einer vertikalen Achse 210 und einer horizontalen Achse 212 dargestellt. Der Kolben 206 kann sich in Relation zu der vertikalen Achse 210 innerhalb des Zylinders 202 vertikal bewegen. Weiter kann der Kolben 206 mit einer Kurbelwelle 214 verbunden sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 206 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 214 umgesetzt wird. In einigen Ausführungsformen ist der Motor ein Viertaktmotor, in dem jeder der Zylinder in einer Zündfolge während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 214 einmal zündet. In weiteren Ausführungsformen ist der Motor ein Zweitaktmotor, in dem jeder der Zylinder in einer Zündfolge während einer Umdrehung der Kurbelwelle 214 einmal zündet.
Der Zylinder 202 weist einen Zylinderkopf 204 auf. Der Zylinder 202 nimmt Ansaugluft von einer Ansaugkanalkonstruktion 216 auf und entlässt Verbrennungsgase zu einer Abgaskanalkonstruktion 218. Die Ansaugkanalkonstruktion 216 kann mit einem Ansaugkrümmer des Motors, z.B. mit dem in 1 gezeigten Ansaugkrümmer 115, verbunden sein, und die Abgaskanalkonstruktion 218 kann mit einem Auspuffkrümmer des Motors verbunden sein, z.B. mit dem Nicht-Spenderzylinderauslasskrümmer 117 oder mit dem Spenderzylinderauslasskrümmer 119, die in 1 gezeigt sind. Die Ansaugkanalkonstruktion 216 und die Abgaskanalkonstruktion 218 werden durch ein Ansaugventil 220 und ein Auslassventil 222 selektiv mit dem Zylinder 202 strömungsmäßig verbunden. In einigen Ausführungsformen weist der Zylinder 202 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile auf. Wie in 2 gezeigt, sind das Ansaugventil 220 und das Auslassventil 222 innerhalb des Zylinderkopfs 204 und in Relation zu der vertikalen Achse 210 an einer Oberseite des Zylinders 202 angeordnet.
In dem in 2 gezeigten Beispiel werden das Ansaugventil 220 und das Auslassventil 222 mittels Nockenbetätigungssystemen 224 bzw. 226 betätigt. Die Nockenbetätigungssysteme 224 und 226 weisen jeweils eine oder mehrere Nockenwellen auf und nutzen Nockenprofilumschaltung (CPS), variable Nockenzeitsteuerung (VCT), variable Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder Systeme mit variablem Ventilhub (VVL), die durch eine Steuereinrichtung, z.B. durch die in 1 gezeigte Steuereinheit 180, betrieben werden, um die Ventilbetätigung anzupassen.
Ein Kraftstoffinjektor 230 ist unmittelbar mit dem Zylinder 202 verbunden gezeigt, um darin unmittelbar Kraftstoff zu injizieren. Speziell ist der Kraftstoffinjektor 230 mit einer Düse gezeigt, die sich in einen zentralen Abschnitt einer Brennkammer 240 des Zylinders 202 erstreckt. Somit stellt der Kraftstoffinjektor 230 eine als Direkteinspritzung bekannte Injektion eines Kraftstoffs in den Zylinder 202 bereit. In einem Beispiel ist der Kraftstoff Dieselkraftstoff, der in dem Motor durch Selbstzündung verbrannt wird. In weiteren nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsformen ist der Kraftstoff Erdgas und/oder Benzin, Kerosin, Biodiesel oder ein sonstiges Erdöldestillat ähnlicher Dichte, das in dem Motor durch Selbstzündung (und/oder Funkenzündung) verbrannt wird. Weiter ist der Kraftstoffinjektor 230 in dem Zylinderkopf 204 des Zylinders 202 angeordnet. Wie in 2 gezeigt, ist der Kraftstoffinjektor 230 ein zentraler Kraftstoffinjektor, der in Relation zu der vertikalen Achse 210 axial angeordnet und entlang der Mittelachse 228 zentriert ist. Weitere Einzelheiten des Kraftstoffinjektors 230 sind weiter unten mit Bezug auf 4–6 erörtert.
Der Kraftstoffinjektor 230 ist Teil eines Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystems, das den Zylindern des Motors unter Druck stehenden Kraftstoff zuführt. Eine gemeinsame Kraftstoffschiene des Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystems führt dem Kraftstoffinjektor 230 des Brennkammersystems 200 Kraftstoff zu. Der Kraftstoffinjektor 230 enthält Dichtungen, die dazu eingerichtet sind, eine Leckage von Kraftstoff zu vermeiden, der durch das Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das einen Druck von 220.000 kPa oder weniger aufweist. In weiteren Ausführungsformen können die Dichtungen dazu eingerichtet sein, ein Entweichen von Kraftstoff zu verhindern, der durch das Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck des betreffenden Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystems einen Druck von über 220.000 kPa oder darunter aufweist. Die Dichtungen können Dichtungsflächen aufweisen, die mit dem Kraftstoffinjektor 230 einstückig ausgebildet oder mit dem Kraftstoffinjektor 230 verbunden sind.
Wie oben erörtert, ist der Kolben 206 innerhalb des Zylinders 202 angeordnet. Der Kolben weist einen Kolbenboden 232 und einen Kolbenmantel 234 auf. In einigen Ausführungsformen sind der Kolbenboden 232 und der Kolbenmantel 234 einstückig ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen sind der Kolbenboden 232 und der Kolbenmantel 234 gesonderte Teile, die miteinander (beispielsweise mechanisch) verbunden sind. Die Kolbenanordnung 234 ist mit der Kurbelwelle 214 verbunden. Der Kolbenboden 232 ist in Relation zu der vertikalen Achse 210 oberhalb des Kolbenmantels 234 angeordnet. Somit ist der Kolbenboden 232 in unmittelbarer Nähe einer Oberseite des Zylinders 202 angeordnet, und der Kolbenmantel 234 ist in unmittelbarer Nähe eines Bodens des Zylinders 202 angeordnet. Die Oberseite des Zylinders 202 kann ein erstes Ende des Zylinders sein, das dem Zylinderkopf 204, dem Kraftstoffinjektor 230, dem Ansaugventil 224 und dem Auslassventil 226 am nächsten ist. Der Boden des Zylinders 202 kann ein zweites Ende des Zylinders sein, das der Kurbelwelle 214 am nächsten ist.
Der Kolbenboden 232 enthält eine Kolbenschüssel 236. Die Brennkammer 240 ist durch die Kolbenschüssel 236, Seiten des Zylinders 202 und die Oberseite des Zylinders 202 gebildet. Weitere Einzelheiten der Gestalt der Kolbenschüssel sind weiter unten mit Bezug auf 3 erörtert. Falls der Motor ein Viertaktmotor ist, erfährt jeder Zylinder während des Motorbetriebs, in dem Motor einen Viertaktzyklus: der Zyklus weist den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Expansionstakt und den Ausstoßtakt auf. Während des Ansaugtakts schließt sich das Auslassventil 222 allgemein und das Ansaugventil 220 öffnet sich. Über die Ansaugkanalkonstruktion 216 wird Luft in die Brennkammer 240 eingeführt, und der Kolben 206 bewegt sich zu dem Boden des Zylinders 202, so dass das Volumen in der Brennkammer 240 vergrößert wird. Die Position, in der sich der Kolben 206 in der Nähe (z.B. in nächster Nähe) des Bodens des Zylinders 202 und an dem Ende seines Hubs befindet (beispielsweise, wenn die Brennkammer 240 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Fachwelt mit unterer Totpunkt (UTP) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts, sind das Ansaugventil 220 und das Auslassventil 222 geschlossen. Der Kolben 206 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs 204, so dass die Luft in der Brennkammer 240 verdichtet wird. Der Punkt, an dem der Kolben 206 sich am Ende seines Hubs befindet und dem Zylinderkopf 204 am nächsten ist, (beispielsweise, wenn die Brennkammer 240 ihr kleinstes Volumen aufweist) wird in der Fachwelt mit oberer Totpunkt (OTP) bezeichnet. In einem Verfahren, das im Folgenden als Einspritzung/Injektion bezeichnet wird, wird Kraftstoff über den Kraftstoffinjektor 230 in die Brennkammer 240 eingespeist. Mit anderen Worten injiziert der Kraftstoffinjektor 230 Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer 240. Während des Expansionstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 206 zurück zu dem UTP. Die Kurbelwelle 214 überführt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle. Zuletzt öffnet sich während des Ausstoßtakts das Auslassventil 222, um das verbrannte Luft/ Kraftstoff-Gemisch zu der Abgaskanalkonstruktion 218 zu entlassen, und der Kolben 206 kehrt zu dem OTP zurück. Zu beachten ist, dass das Vorausgehende lediglich als ein Beispiel beschrieben ist, und dass Zeitsteuerungen des Öffnens und Schließens der Ansaug- und Auslassventile variieren können, beispielsweise, um positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Ansaugventils oder unterschiedliche andere Beispiele vorzusehen.
Ein Kompressionsverhältnis des Zylinders 202 kann als das Verhältnis zwischen dem Volumen der Brennkammer 240, wenn der Kolben 206 sich am unteren Ende seines Hubs (z.B. an dem UTP) befindet, und dem Volumen der Brennkammer 240, wenn der Kolben 206 sich am oberen Ende seines Hubs (z.B. an dem OTP) befindet, definiert sein. Somit ist das Volumen der Brennkammer und folglich das Kompressionsverhältnis des Zylinders 202 wenigsten teilweise auf einer Geometrie (z.B. Gestalt) der Kolbenschüssel begründet. Die Gestalt der Kolbenschüssel bildet das Volumen der Kolbenschüssel und beeinflusst folglich das Volumen der Brennkammer 240. Die Kolbenschüsselgeometrie kann gemeinsam mit einer Gestalt des Zylinders 202 definiert werden, um ein spezielles Kompressionsverhältnis zu ergeben.
Ein erster Motor mit einem ersten, niedrigeren Kompressionsverhältnis kann geringere Emissionen (z.B. Schwebstoff- und NO_x-Emissionen) aufweisen als ein zweiter Motor mit einem zweiten, höheren Kompressionsverhältnis. Insbesondere kann eine Brennkammer des ersten Motors bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden. Eine Brennkammer des zweiten Motors kann bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich betrieben werden, der 13:1 bis 17:1 überschreitet (z.B. in einem Bereich von etwa 18:1 bis 22:1). Infolgedessen kann der erste Motor eine geringere Rate von Schwebstofferzeugung und eine geringere Rate von NO_x-Bildung aufweisen.
Somit kann ein Auslegen eines Verbrennungssystems mit einem kleineren Kompressionsverhältnis Emissionen des Motors reduzieren. Allerdings kann ein höheres Kompressionsverhältnis gleichzeitig den Wirkungsgrad des Motors erhöhen. Die in 2 gezeigte Kolbenschüssel 236 wird gestaltet, um ein Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 vorzusehen. Wie oben erörtert, kann dieser Kompressionsverhältnisbereich ein kleinerer Kompressionsverhältnisbereich sein, der Motoremissionen auf Pegel reduziert, die standardisierten oder regulierten Pegeln entsprechen, während dennoch ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad des Motors (z.B. gegenüber Motoren mit geringeren Kompressionsverhältnissen) aufrecht erhalten wird.
In einem Beispiel weist das in 2 gezeigte Verbrennungssystem ein Kompressionsverhältnis von etwa 15:1 auf. In diesem Beispiel kann die Kolbenschüsselkonstruktion, die ein Kompressionsverhältnis von 15:1 bereitstellt, einen Motor ergeben, der reduzierte Emissionspegel gegenüber einem anderen Motor mit einem Kompressionsverhältnis von mehr als 15:1 aufweist. Spezieller kann ein Kompressionsverhältnis von etwa 15:1 geringe Emissionen ermöglichen, während dennoch ein hoher Wirkungsgrad aufrecht erhalten wird. Beispielsweise kann das Kompressionsverhältnis von 15:1 ausreichend hoch sein, so dass der thermodynamische Wirkungsgrad des Brennkammersystems hoch ist. Allerdings kann das Kompressionsverhältnis dennoch ausreichend gering sein, um eine Zufuhr hoher Pegel von Luft und AGR zu dem Motor zu ermöglichen, ohne maximale Beschränkungen des Zylinderdrucks zu verletzen. Ein Kompressionsverhältnis von 15:1 kann diese Anforderungen ausgleichen, so dass zur NO_x-Begrenzung hohe Pegel von AGR, zur Schwebstoffbeschränkung hohe Luftstrompegel und mittels des Kompressionsverhältnisses ein hoher Wirkungsgrad der Antriebsmaschine ermöglicht sind.
In einigen Ausführungsformen kann der weiter unten beschriebene Kraftstoffinjektor 230 dazu eingerichtet sein, in Verbindung mit der Kolbenschüsselkonstruktion, die ein Kompressionsverhältnis von 15:1 bereitstellt, Motoremissionen und Schwebstoffe zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Düsensprühwinkel des Kraftstoffinjektors 230 einen Anteil von Schwebstoffemissionen beeinflussen. Falls der Düsensprühstrahl zu breit ist, kann es zu einer Wechselwirkung des Sprühstrahls mit dem Zylinderkopf kommen, was zu höheren Schwebstoffemissionen führen kann. Desgleichen kann ein zu kleiner Düsensprühwinkel zu einer Verringerung der Vermischung und zu höheren Schwebstoffemissionen führen. Folglich kann ein Konfigurieren des Düsensprühwinkels mit Blick auf reduzierte Emissionen ein Verbrennungssystem ergeben, das reduzierte Emissionen aufweist. Darüber hinaus kann eine Kraftstoffinjektordüsenströmungsrate durch eine Gesamtabmessung des Kraftstoffinjektorlochs (z.B. der Öffnungsabmessung) gesteuert werden und ebenfalls Schwebstoffemissionen beeinflussen. Beispielsweise kann eine höhere Düsenströmungsrate den Wirkungsgrad aufgrund der Tatsache erhöhen, das die Verbrennung rascher auftritt, als dies bei einer geringeren Düsenströmungsrate der Fall wäre. Allerdings kann eine raschere Verbrennung zu einem Anstieg der Schwebstoffemissionen führen. Daher ist zwischen einer Düsenströmungsrate mit Blick auf eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und auf die gleichzeitige Erfüllung angestrebter Emissionspegel ein Kompromiss einzugehen.
Somit können das Kompressionsverhältnis von 15:1, die Kolbenschüsselkonstruktion und die weiter unten beschriebene Kraftstoffinjektorkonstruktion in der Kombination gemeinsam einen Motor mit relativ mit hohem Wirkungsgrad und verringerten NO_x- und Schwebstoffemissionen gegenüber Standardmotoren mit einem höheren Kompressionsverhältnis und einer anderen Injektorkonstruktion ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform weist das in 2 gezeigte Verbrennungssystem ein Kompressionsverhältnis von etwa 16:1 auf. 3 zeigt weitere Einzelheiten der Geometrie der Kolbenschüssel 236, die ein Kompressionsverhältnis in diesem Bereich vorsehen.
Darüber hinaus kann ein Konfigurieren von Kraftstoffinjektionsparametern des Kraftstoffinjektors Emissionen weiter reduzieren, während die Motorleistung aufrecht erhalten wird. Wie nachfolgend mit Bezug auf 4–6 erörtert, kann eine Düse des Kraftstoffinjektors 230 mit Blick auf das vorgegebene Kompressionsverhältnis konfiguriert werden, um Schwebstoff- und NO_x-Emissionen auf Schwellwertpegel oder darunter zu reduzieren. In einem Beispiel können die Schwellwertpegel auf Werten begründet sein, die in der Industrie reguliert oder standardisiert sind. Weiter kann das Verbrennungssystem von 2 in einem Fahrzeugsystem genutzt werden, das auf ein Nachbehandlungssystem verzichtet (beispielsweise sind in dem gesamten Abgaskanal keine Partikelfilter, Abgaskatalysatoren oder dergleichen zur Behandlung von Abgasen der Kraftmaschine enthalten). Somit kann die Düse des Kraftstoffinjektors 230 für das vorgegebene Kompressionsverhältnis konfiguriert sein, um Schwebstoff- und NO_x-Emissionen auf oder unter vorgeschriebene Pegel ohne eine Behandlung der Abgase in dem Abgaskanal zu reduzieren. Beispielsweise kann eine Geometrie der Düse, beispielsweise eine Größe und Anzahl von Öffnungen (z.B. Düsenlöchern), die Pegel von Schwebstoffen und NO_x beeinflussen, die durch den Motor emittiert werden. Insbesondere kann die Geometrie der Düse die Düsenströmungsrate beeinflussen. In einem Beispiel kann eine Verringerung der Düsenströmungsrate (z.B. einer Strömungsrate von Kraftstoff durch die Injektordüse) Schwebstoffemissionen reduzieren. Weitere Einzelheiten über die Geometrie der Düse des Kraftstoffinjektors 230 sind weiter unten mit Bezug auf 4–6 erörtert.
Das Konfigurieren der Geometrie des Verbrennungssystems in dieser Weise kann Schwebstoffemissionen und NO_x-Emissionen verringern. Weiter kann das konfigurierte Verbrennungssystem den Verzicht auf ein Nachbehandlungssystem ermöglichen. Ein Eliminieren des Nachbehandlungssystems kann die Kosten des Motors senken, während die Emissionsanforderungen dennoch erfüllt werden. Ein Eliminieren des Nachbehandlungssystems kann außerdem den Kraftstoffverbrauch des Motors verringern, mit der Folge geringerer Kosten über die Lebensdauer des Motors hinweg. In abgewandelten Ausführungsformen kann das optimierte Verbrennungssystem ein kleineres Nachbehandlungssystem enthalten, das eine geringer Anzahl von Bauteilen aufweist als ein Fahrzeugabgas-Nachbehandlungssystem des Standards.
Mit Bezug auf 3 ist eine schematische Darstellung 300 eines Querschnitts des Kolbenbodens 232 gezeigt. Die schematische Darstellung 300 schließt auch das Koordinatensystem 208 mit der vertikalen Achse 210 und der horizontalen Achse 212 ein. Der Querschnitt des Kolbenbodens 232 ist in der x-y-Ebene genommen, die durch die vertikale Achse 210 und die horizontale Achse 212 gebildet ist. Der Kolbenboden 232 weist eine allgemein zylindrische Form auf und ist (wie in 2 gezeigt) in dem Zylinder 202 entlang der Mittelachse 228 zentriert. Der Kolbenboden 232 weist eine Mittelachse 302 auf, die zu der in 2 gezeigten Mittelachse 228 parallel verläuft und mit dieser zusammenfällt. An sich ist der Kolbenboden 232 sowohl um die Mittelachse 302 als auch um die Mittelachse 288 symmetrisch.
Wie in 2 gezeigt, weist der Kolbenboden 232 eine äußere (z.B. Außen-)Wand 304 auf, die eine innere Wand des Zylinders berühren kann. Weiter weist der Kolbenboden 232 eine Oberseite 306 auf. Die Oberseite 306 ist im Wesentlichen eben und um einen Außenumfang des Kolbenbodens 232 ausgebildet. Eine Höhe H der Oberseite 306 ist ausgehend von einer horizontalen Bohrungsachse 308 des Kolbenbodens 232 gemessen. In einem Beispiel kann die Höhe H der Oberseite von 60 bis 80 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Höhe H der Oberseite 306 größer als 80 mm oder kleiner als 60 mm sein. Die Höhe H der Oberseite 306 kann auf einer Abmessung des Kolbenrandwulsts (oder einer Gesamtabmessung des Kolbens) und einer Abmessung des Zylinders (z.B. der Höhe oder Länge des Zylinders) begründet sein.
Wie oben mit Bezug auf 2 eingeführt, weist der Kolbenboden 232 eine Kolbenschüssel 236 auf. Die Kolbenschüssel 236 kann hier auch als die Kolbenbodenschüssel oder die Schüssel des Kolbenbodens 232 bezeichnet sein. Die Kolbenschüssel 236 ist um die Mittelachse 302 symmetrisch. Die Kolbenschüssel 236 weist einen zentralen Scheitel 310, der entlang der Mittelachse 302 zentriert ist. Der Scheitel 310 weist eine konvexe sphärische Form mit einem Scheitelradius R1 auf. In einem Beispiel beträgt der Scheitelradius von 3 mm bis 5 mm. Beispielsweise kann der Scheitelradius R1 im Wesentlichen 4 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Scheitelradius R1 größer als 5 mm oder kleiner als 3 mm sein. Eine Höhe des Scheitels 310 stimmt im Wesentlichen mit der Höhe H der Oberseite 306 überein. In abgewandelten Ausführungsformen kann die Höhe des Scheitels 310 kleiner als die Höhe H der Oberseite 306 sein.
Die Kolbenschüssel 236 fällt ausgehend von dem Scheitel 310 in der Richtung der vertikalen Achse 210 und in Richtung eines gekrümmten Grundes 312 der Kolbenschüssel 236 ab. Der gekrümmte Grund 312 ist unter die Höhe H der Oberseite 306 und des Scheitels 310 abgesenkt. Insbesondere weist die Kolbenschüssel 236 eine Tiefe D auf, die von der Oberseite 306 zu dem gekrümmten Grund 312 definiert ist. Darüber hinaus ist der gekrümmte Grund 312 symmetrisch um den Scheitel 310 angeordnet. Der gekrümmte Grund 312 weist eine allgemein konkave Form mit einem Grundradius R4 auf. In einem Beispiel beträgt der Grundradius R4 von 16 mm bis 20 mm. Beispielsweise kann der Grundradius R4 18 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Grundradius R4 größer als 20 mm oder kleiner als 16 mm.
Der gekrümmte Grund 312 weist einen Grunddurchmesser D3 auf. Der Grunddurchmesser D3 ist kleiner als der Schüsseldurchmesser D2 und der Kolbendurchmesser D1. Falls der Schüsseldurchmesser D3 abnimmt, nähert sich der gekrümmte Grund 312 dem Scheitel 310. An sich kann die Schräge zwischen dem Scheitel 310 und dem gekrümmten Grund 312 steiler werden und einen größeren Winkel aufweisen, wobei der Winkel ausgehend von einer horizontalen Ebene definiert ist, die den Scheitel 310 tangiert und senkrecht zu der Mittelachse 302 ist. Gleichzeitig bewirkt ein Bewegen des gekrümmten Grunds 312 näher an den Scheitel 310, dass eine Schräge zwischen dem gekrümmten Grund 312 und der Oberseite 306 weniger steil wird (z.B. nimmt eine Steigung der Schräge ab). Somit kann der Grunddurchmesser D3 eine Form der Kolbenschüssel 236 beeinflussen.
Die Kolbenschüssel 236 geht von dem gekrümmten Grund 312 über einen gekrümmten Übergang (z.B. eine Hohlkehle) in die Oberseite 306 des Kolbenbodens 232 über. Der gekrümmte Übergang weist einen Übergangsradius R3 auf. In einem Beispiel beträgt der gekrümmte Übergangsradius von 6 mm bis 14 mm. In einer weiteren Ausführungsform kann der Übergangsradius R3 kleiner als 6 mm oder größer als 14 mm sein.
Der Kolbenboden 232 weist außerdem einen zentralen Hohlraum 314 auf. Der zentrale Hohlraum 314 weist eine gekrümmte Kolbenbodenform auf und ist entlang der Mittelachse 302 zentriert. In einer weiteren Ausführungsform kann der zentrale Hohlraum 314 eine andere Form aufweisen, beispielsweise eine offene zylindrische Form. Darüber hinaus weist der Kolbenboden 232, wie in 3 gezeigt, Hohlraumabschnitte 340 mit einer gekrümmten und länglichen Form auf. In abgewandelten Ausführungsformen können die Hohlraumabschnitte 340 eine unterschiedliche Gestalt oder Größe, z.B. eine mehr kreisförmige oder quadratische Form, aufweisen.
Die Tiefe D der Kolbenschüssel 236 bestimmt gemeinsam mit den unterschiedlichen Radien des Kolbenbodens 232, wie oben erörtert, ein Volumen der Kolbenschüssel 236. Die Kolbenschüssel 236 weist einen Schüsseldurchmesser D2 auf, der zwischen einem Innenrand der Oberseite 306 definiert ist. Der Schüsseldurchmesser D2 bestimmt ferner das Kolbenschüsselvolumen. Somit können die Tiefe D, die Radien und der Schüsseldurchmesser D2 gewählt werden, um ein gewünschtes Kolbenschüsselvolumen zu ergeben. Das gewünschte Kolbenschüsselvolumen kann auf dem gewünschten Kompressionsverhältnis (z.B. 15:1) des Zylinders und des Motors begründet sein.
Darüber hinaus weist der Kolbenboden einen Kolbengesamtdurchmesser D1 auf, der auch der Durchmesser des Kolbens ist. In einem Beispiel beträgt der Kolbendurchmesser D1 200 mm bis 300 mm. Beispielsweise kann der Kolbendurchmesser 250 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kolbendurchmesser D1 kleiner als 200 mm oder größer als 300 mm sein. Der Kolbendurchmesser D1 kann auf dem Zylinderdurchmesser begründet sein. Beispielsweise kann der Kolbendurchmesser D1 geringfügig kleiner als der Zylinderdurchmesser sein. Darüber hinaus kann der Kolbendurchmesser D1 auf der Grundlage eines gewünschten Kompressionsverhältnisses des Zylinders angepasst werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung 400 eines Querschnitts eines Kraftstoffinjektors 230. Speziell zeigt die schematische Darstellung 400 eine Düse 402 des Kraftstoffinjektors 230 (z.B. eine Injektordüse). Die schematische Darstellung 400 schließt ferner das Koordinatensystem 208 mit der vertikalen Achse 210, der horizontalen Achse 212 und einer lateralen Achse 450 ein. Der Querschnitt des Kraftstoffinjektors 230 ist in der x-y-Ebene genommen, die durch die vertikale Achse 210 und die horizontale Achse 212 definiert ist. Der Kraftstoffinjektor 230 weist eine Mittelachse 404 auf. Wie in 2 gezeigt, ist die Mittelachse 404 entlang der Mittelachse 228 des Zylinders 202 angeordnet.
Der Kraftstoffinjektor 230 ist zylindrisch gestaltet. Ein Durchmesser 410 eines Körpers 408 des Kraftstoffinjektors 230 ist größer als ein Düsendurchmesser 412 der Düse 402. Die Düse 402 weist eine Düsenlänge 414 auf. In einem Beispiel beträgt die Düsenlänge 414 30 mm bis 40 mm. Die Düsenlänge 414 kann beispielsweise 34 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Düsenlänge 414 größer als 40 mm oder kleiner als 30 mm sein. Die Düsenlänge 414 kann etwa 1/5 der gesamten Länge des Kraftstoffinjektors 230 betragen. Wenn der Kraftstoffinjektor 230 in einem Zylinder angeordnet ist, ragt die Düse 402 in einen zentralen Abschnitt einer Brennkammer des Zylinders hinein. Beispielsweise ragt eine Düsenspitze 420 der Düse 402, wie in 2 gezeigt, in die Brennkammer. Die Düse 402 ist dazu eingerichtet, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen.
Die Düse 402 enthält einen Düsengrundkörper 415, wobei der Düsengrundkörper 415 einen Düsenströmungskanal 416 und eine Düsennadel 418 aufweist. Die Düse 402 enthält zudem eine Düsenspitze 420. Kraftstoff für die Einspritzung strömt durch den Strömungskanal 406 des Kraftstoffinjektors 230 und stromabwärts zu dem Düsenströmungskanal 416. Die Düsennadel 418 steuert den Kraftstoffstrom, der durch den Düsenströmungskanal 416 und aus der Düsenspitze 420 strömt.
Die Düsenspitze 420 der Düse 402 weist eine konvexe Kuppelform mit einem Durchmesser 422 auf. In einem Beispiel beträgt der Durchmesser 422 5 mm bis 7 mm. Der Durchmesser 422 der Düsenspitze 420 kann beispielsweise 6 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Durchmesser 422 größer als 7 mm oder kleiner als 5 mm sein. Darüber hinaus weist die Düsenspitze 420 eine Kuppelhöhe 438 von 2 mm bis 4 mm auf. Beispielsweise kann die Kuppelhöhe 438 etwa 3 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kuppelhöhe 438 etwa die Hälfte des Durchmessers 422 der Düsenspitze 420 betragen.
Kraftstoff wird von der Düsenspitze 420 her in die Brennkammer injiziert. Die kuppelförmige Düsenspitze 420 der Düse 402 definiert mehrere Öffnungen. D.h. die Düsenspitze 420 weist eine Anzahl von Öffnungen auf. Die Öffnungen sind kleine Durchlässe oder Kanäle, in denen Kraftstoff aus dem Inneren der Düse 402 zu der Brennkammer strömt. Die Düsenspitze 420 weist mehrere Öffnungen auf, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt. Wie in 4 und 7 gezeigt (wobei 7 weiter unten erläutert wird) weisen die Öffnungen in einer Ausführungsform ein kreisförmiges Querschnittsprofil auf und können als Düsenlöcher bezeichnet sein. Insbesondere weist die Düsenspitze 420 eine zylindrische innere Kammer 424 mit mehreren Düsenlochöffnungen auf. Die Düsenspitze 420 ist mit mehreren Düsenlöchern 426 ausgebildet. Die Düsenlöcher 426 sind symmetrisch um die Mittelachse 404 angeordnet. Die Düsenlöcher 426 weisen eine innere Lochöffnung 428, eine äußere Lochöffnung 430 und einen Anschlusskanal 432 auf, der sich zwischen der inneren Lochöffnung 428 und der äußeren Lochöffnung 430 erstreckt. Die äußeren Lochöffnungen 428 der Düsenlöcher 426 sind entlang eines Außenumfangs der Düsenspitze 420 angeordnet. An sich weist jedes Düsenloch 426 eine Länge auf, entlang der sich Kraftstoff von der entsprechenden inneren Lochöffnung 428 zu der äußeren Lochöffnung 430 bewegt, die an einer Außenseite der Düsenspitze angeordnet ist.
Die innere Kammer 424 weist einen Durchmesser 434 auf, der kleiner ist als der Durchmesser 422 der Düsenspitze 420. In einem Beispiel beträgt der Durchmesser 424 von 1,5 mm bis 2,5 mm. Beispielsweise kann der Durchmesser 424 2 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Durchmesser 424 größer als 2,5 mm oder kleiner als 1,5 mm. In noch einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser 424 etwa 1/3 des Durchmessers 422.
Jedes der Düsenlöcher 426 ist in Bezug auf ein über die Mittelachse 404 hinweg gegenüberliegendes Düsenloch abgewinkelt, so dass die Düsenspitze 420 der Düse 402 einen Sprühwinkel 436 von 135 Grad bis 140 Grad aufweist. An sich ist der Kraftstoffinjektor 230 dazu eingerichtet, im Betrieb Kraftstoff mit einem Sprühwinkel von 135 Grad bis 140 Grad in Bezug auf über die Mittelachse 404 hinweg gegenüberliegende Düsenlöcher 426 des Kraftstoffinjektors 230 in eine Brennkammer zu liefern. In einem Beispiel weist die Düse 402 einen Sprühwinkel 436 von etwa 137,5 Grad mit einer Bearbeitungstoleranz von ±2,5 Grad auf. Wie in 4 gezeigt, ist der Sprühwinkel 436 zwischen einem ersten Düsenloch und einem zweiten Düsenloch definiert, wobei das erste Düsenloch und das zweite Düsenloch entsprechende Düsenlöcher sind, die rund um einen Umfang der Düsenspitze 420 um etwa 180° voneinander getrennt sind. Dies lässt sich besser aus 6 ersehen, die weiter unten beschrieben ist. Der Sprühwinkel 436 kann zumindest teilweise auf der Position und der Geometrie der Düsenlöcher 426 begründet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein zentraler Sprühwinkel zwischen der Mittelachse 404 und einem Düsenloch definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann der zentrale Sprühwinkel etwa die Hälfte des oben beschriebenen Sprühwinkels 436 betragen. Beispielsweise kann die Düse 402 einen zentralen Sprühwinkel von etwa 68,75 Grad mit einer Bearbeitungstoleranz von ±2,5 Grad aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zentrale Sprühwinkel in einem Bereich von etwa 67,5 bis 70 Grad liegen. Der zentrale Sprühwinkel kann genutzt werden, um einen Sprühwinkel einer Düse 402 zu definieren, die eine ungerade Anzahl von Düsenlöchern 426 aufweist.
5 zeigt eine isometrische Ansicht 500 der Düse 402 des Kraftstoffinjektors 230. Das Koordinatensystem 208 ist mit der vertikalen Achse 210, der horizontalen Achse 212 und der lateralen Achse 450 gezeigt. Die mehreren Düsenlöcher 426 sind um einen Außenumfang der Düsenspitze 420 angeordnet gezeigt. Weiter sind die mehreren Düsenlöcher 426 in der Nähe eines Grundes der kuppelförmigen Düsenspitze 420 angeordnet.
6 zeigt eine Stirnansicht 600 der Düsenspitze 420 des Kraftstoffinjektors 230. Das Koordinatensystem 208 ist mit der horizontalen Achse 212 und der lateralen Achse 450 gezeigt. Die Stirnansicht 600 ist in einer Ebene genommen, die durch die laterale Achse 450 und die horizontale Achse 212 definiert ist. Die Stirnansicht 600 zeigt acht Düsenlöcher 426 (z.B. Öffnungen), die symmetrisch um die Mittelachse 404 angeordnet sind. Wie in 4 eingeführt, enthält jedes Düsenloch 426 eine entsprechende innere Lochöffnung 428, eine äußere Lochöffnung 430 und einen Anschlusskanal 432. Die inneren Lochöffnungen 428 der Düsenlöcher 426 sind symmetrisch um einen Umfang der inneren Kammer 424 angeordnet. Die äußeren Lochöffnungen 430 der Düsenlöcher 426 sind symmetrisch um den Außenumfang der Düsenspitze 420 angeordnet.
Wie in 6 gezeigt, sind sämtliche acht Düsenlöcher 426 durch einen Winkel 602 voneinander beabstandet. Im vorliegenden Fall beträgt der Winkel 602 etwa 45°, so dass die acht Düsenlöcher 426 im Wesentlichen voneinander gleich beabstandet sind. In einer Ausführungsform definiert die Düse, wie in 6 gezeigt, lediglich acht Düsenlöcher 426 (z.B. Öffnungen). In einem alternativen Beispiel kann die Düsenspitze 420 von sechs bis zehn Düsenlöcher 426 aufweisen. Beispielsweise kann die Düsenspitze 420 in einer Ausführungsform lediglich sechs Düsenlöcher 426 aufweisen. In dieser Ausführungsform würde der Winkel 602 etwa 60 Grad betragen.
Darüber hinaus weist jedes Düsenloch 426 einen Einlassdurchmesser und einen Auslassdurchmesser auf. Insbesondere weist die innere Lochöffnung 428 jedes Düsenlochs 426 einen Einlassdurchmesser auf, und die äußere Lochöffnung 430 jedes Düsenlochs 426 weist einen Auslassdurchmesser auf. An sich kann die innere Lochöffnung 428 als der Einlass des Düsenloches 426 bezeichnet sein, und die äußere Lochöffnung 430 kann als der Auslass des Düsenloches 426 bezeichnet sein. In einem Beispiel beträgt der Einlassdurchmesser 0,25 bis 0,35 mm. Der Einlassdurchmesser ist größer als der Auslassdurchmesser. Ein K-Faktor ist als eine skalierte Differenz zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser definiert. Insbesondere ist der K-Faktor eine Differenz zwischen dem Einlassdurchmesser und dem Auslassdurchmesser, geteilt durch einen Skalierungsfaktor von 10 µm. Die Düse 402 weist einen K-Faktor von fünf auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die Düse 402 einen K-Faktor auf, der größer oder kleiner als fünf ist. Falls der K-Faktor der Düse 402 etwa gleich fünf ist, kann der Auslassdurchmesser in einem Beispiel in einem Bereich von etwa 0,2 mm bis ungefähr 0,3 mm liegen.
Darüber hinaus ist der Einlassdurchmesser mittels eines hydraulischen Verrundungsverfahren abgerundet. Insbesondere weisen die Düsenlöcher 426 einen abgerundeten Rand mit einer hydraulischen Erosionsverrundung auf, um die Strömung im Vergleich zu einer Strömung vor der Verrundung in einem Bereich von etwa 25% bis ungefähr 30% zu steigern. D.h., die hydraulische Erosionsverrundung kann einen Strom durch die Düsenlöcher 426 im Vergleich zu einem Strom durch die Düsenlöcher 426 vor einer Anwendung des speziellen Prozentsatzes hydraulischer Verrundung erhöhen. In einem Beispiel liegt die hydraulische Erosionsverrundung in einem Bereich von etwa 28% bis ungefähr 29%. Beispielsweise kann die hydraulische Erosionsverrundung 28,5% betragen.
Die Geometrien der Düse 402 und der Düsenlöcher 426 beeinflussen eine Düsenströmungsrate der Düse 402. Insbesondere stellen die Geometrie und Anzahl von oben beschriebenen Düsenlöchern 426 eine Injektordüsenströmungsrate bereit, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 90 cm³/s bis ungefähr 95 cm³/s liegt. Beispielsweise ergibt eine Düse 402, die lediglich acht Düsenlöcher 426 mit den oben beschriebenen Geometriebereichen aufweist, bei einem Druck von etwa 10.000 kPa eine Düsenströmungsrate in einem Bereich von etwa 92 cm³/s bis ungefähr 94 cm³/s. In einem Beispiel ergeben acht Düsenlöcher 426 mit einem K-Faktor von fünf und einer hydraulischen Verrundung von 28,5% bei einem Druck von etwa 10.000 kPa eine Injektordüsenströmungsrate von etwa 93,1 cm³/s. In einem Beispiel kann die Injektordüsenströmungsrate von etwa 93,1 cm³/s eine Soll-Strömungsrate für reduzierte Emissionen mittels der in 3 gezeigten Kolbenbodenkonstruktion sein. Ein Motor, der einen Kraftstoffinjektor mit einer anderen Anzahl von Düsenlöchern (z.B. mit vier Düsenlöchern) enthält, die eine andere Geometrie (z.B. einen anderen K-Faktor und eine andere hydraulische Verrundung) aufweisen, kann eine andere Düsenströmungsrate bereitstellen, mit der Folge höherer Emissionen als im Falle des Motors, der die Soll-Strömungsrate der Düse aufweist. Somit kann eine Düse 402, die speziell lediglich acht Düsenlöcher 426 aufweist, zumindest teilweise zu einem Motor beitragen, der, wie oben beschrieben, in Verbindung mit der speziellen Kolbenbodenkonstruktion und dem Kompressionsverhältnis verringerte Emissionen aufweist.
7 zeigt zwei Schnittansichten unterschiedlicher Düsenkonstruktionen. Das Koordinatensystem 208 ist mit der horizontalen Achse 212 und der vertikalen Achse 210 gezeigt. Die Schnittansichten sind in einer Ebene genommen, die durch die vertikale Achse 210 und die horizontale Achse 212 definiert ist. 7 zeigt eine erste schematische Darstellung 702 einer Düsenspitze 420 einer Düse 402, wobei die Düsenspitze 420 Öffnungen 706 (z.B. Düsenlöcher) aufweist. Die Öffnungen 706 weisen ein kreisförmiges Querschnittsprofil (z.B. Querschnittsfläche) auf.
In abgewandelten Ausführungsformen können die Öffnungen der Düse ein unterschiedliches Querschnittsprofil aufweisen, so dass die Öffnungen unterschiedlich gestaltete Düsenlöcher sind. Beispielsweise können die Öffnungen der Düse ein von der Kreisform abweichendes Querschnittsprofil aufweisen. In einem Beispiel kann das von der Kreisform abweichende Querschnittsprofil der Öffnungen ein Schlitz, eine Sichel, ein Stern, ein Oval, ein Quadrat, ein Dreieck, ein Rechteck oder dergleichen sein. 7 zeigt eine zweite schematische Darstellung 704 einer Düsenspitze 420 einer Düse 402, wobei die Düsenspitze 420 Öffnungen 708 mit einer alternativen Querschnittsfläche aufweist. Speziell weisen die Öffnungen 708 ein quadratisches Querschnittsprofil auf. Öffnungen einer Düse, die ein von der Kreisform abweichendes Querschnittsprofil aufweisen, können dann (ähnlich, wie im Vorausgehenden mit Bezug auf die Düsenlöcher beschrieben) eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Anschlusskanal mit dem von der Kreisform abweichenden Querschnittsprofil (z.B. mit dem quadratischen Querschnittsprofil) aufweisen. Die Öffnungen mit dem von der Kreisform abweichenden Querschnittsprofil können eine ähnliche Geometrie (z.B. Abwinkelung, Länge oder dergleichen) und Stellung in der Düse aufweisen, wie oben in 4–6 gezeigt.
Darüber hinaus kann die Düse in einigen Ausführungsformen Öffnungen mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen aufweisen. Beispielsweise kann die Düse mehrere Öffnungen aufweisen, wobei mindestens zwei der mehreren Öffnungen in Bezug zueinander unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen. Beispielsweise kann eine Öffnung in einer Düse ein kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen, und eine zweite Öffnung in der Düse kann ein sichelförmiges Querschnittsprofil haben. In einer weiteren Ausführungsform kann die Hälfte der Öffnungen in einer Düse ein kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen, und die andere Hälfte der Öffnungen in der Düse kann ein dreieckiges Querschnittsprofil aufweisen.
In einer noch weiteren Ausführungsform können die Öffnungen spiralförmig gestaltet sein. Beispielsweise kann der in die Düse geleitete Kraftstoffstrom unter einem Winkel oder in einer Kurve in die Düse eintreten, so dass dem Kraftstoffsprühstrahl eine Drehung oder Verwirbelung verliehen wird Die spiralförmigen Öffnungen können den Kraftstoffsprühstrahl anschließend weiter krümmen und verwirbeln. In noch einer Ausführungsform können die Öffnungen der Düse eine Venturiverengung oder eine Konfiguration nach De Laval aufweisen. Beispielsweise können eine oder mehrere Öffnungen der Düse eine zylindrische Gestalt aufweisen, die in der Mitte eingeschnürt ist, so dass die Gestalt einer Sanduhr entsteht. Infolgedessen kann Kraftstoff, der durch die Öffnungen strömt, aus den Öffnungen und aus der Düse heraus beschleunigt werden. In den obigen Ausführungsformen kann die Anzahl von Öffnungen noch in einem Bereich von sechs bis zehn Öffnungen liegen. Beispielsweise kann die Düse acht Öffnungen mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen aufweisen. Die Querschnittsprofile können auf der Grundlage einer gewünschten Kraftstoffströmungsrate für einen angestrebten NO_x- und Schwebstoffemissionspegel gewählt werden.
Ein Verbrennungssystem kann somit einen zentralen Kraftstoffinjektor und einen Kolben enthalten, der eine Kolbenbodenschüssel aufweist. Eine Geometrie der Kolbenbodenschüssel und eine Düse des Kraftstoffinjektors können Motoremissionspegel beeinflussen. Die Bauteile des Brennkammersystems können daher, wie im Vorausgehenden beschrieben, bemessen sein, um einen Motor mit einem reduzierten Kompressionsverhältnis zu schaffen, der reduzierte Emissionspegel aufweist. Folglich können die Abmessungen eines Nachbehandlungssystems des Motors verkleinert werden, oder es kann ganz auf ein Nachbehandlungssystem verzichtet werden. Dies kann wiederum die Kosten und/oder die Wartungsanforderungen des Motors reduzieren.
In einer Ausführungsform gehören zu einem Verbrennungssystem eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel, eine Brennkammer, die bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann, wobei die Brennkammer zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel gebildet ist, und ein Kraftstoffinjektor mit einer Düse, die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer hinein erstreckt und die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei die Düse mehrere Öffnungen definiert, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt.
Die Kolbenbodenschüssel ist in einem Kolbenboden eines Kolbens ausgebildet, wobei der Kolbenboden entlang einer Mittelachse eines Zylinders zentriert ist, in dem der Kolben angeordnet ist. Außerdem sind der Kraftstoffinjektor und die Kolbenbodenschüssel entlang der Mittelachse zentriert, und die Kolbenbodenschüssel ist um die Mittelachse symmetrisch. Weiter ist der Kraftstoffinjektor in Relation zu der Mittelachse axial fluchtend ausgerichtet und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet.
Die Öffnungen sind symmetrisch um die Mittelachse und entlang eines Außenumfangs einer Düse des Kraftstoffinjektors angeordnet. Eine Geometrie und eine Anzahl der Öffnungen stellen eine Injektordüsenströmungsrate bereit, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 90 cm³/s bis ungefähr 95 cm³/s liegt. In einem Beispiel definiert die Düse lediglich acht Öffnungen. Darüber hinaus ist der Kraftstoffinjektor dazu eingerichtet, im Betrieb Kraftstoff in die Brennkammer mit einem Sprühwinkel zu liefern, der in Bezug auf gegenüber einer Mittelachse gegenüberliegende Öffnungen des Kraftstoffinjektors in einem Bereich von etwa 135 Grad bis etwa 140 Grad liegt, wobei sich der Sprühwinkel zumindest teilweise auf der Grundlage einer Position und Geometrie der Öffnungen ergibt.
Jede Öffnung weist einen Einlassdurchmesser und einen Auslassdurchmesser auf, und eine skalierte Differenz zwischen dem Einlassdurchmesser und dem Auslassdurchmesser ist gleich fünf. Darüber hinaus weist jede Öffnung einen abgerundeten Rand mit einer hydraulischen Erosionsverrundung auf, die in einem Bereich von etwa 25% bis ungefähr 30% liegt.
Der Kraftstoffinjektor enthält außerdem Dichtungen, die dazu eingerichtet sind, eine Leckage von Kraftstoff zu vermeiden, der durch ein Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das einen Druck von 300.000 kPa oder darunter aufweist.
In einem Beispiel weisen mindestens zwei der Öffnungen in Bezug zueinander unterschiedliche Querschnittsprofile auf. In einer weiteren Ausführungsform hat mindestens eine der Öffnungen ein Querschnittsprofil, das von der Kreisform abweicht. In noch einer Ausführungsform hat die mindestens eine der Öffnungen, die das von der Kreisform abweichende Querschnittsprofil aufweist, ein Querschnittsprofil der Form eines Schlitzes, einer Sichel, eines Ovals, eines Sterns, eines Dreiecks oder eines Quadrats.
Weiter kann ein Motor einen Zylinderblock, der zumindest teilweise einen Zylinder definiert, einen Kolben, der wenigstens teilweise in dem Zylinder angeordnet ist, einen Zylinderkopf, der an dem Zylinderblock befestigt ist und zumindest teilweise den Zylinder umschließt, und das oben beschriebene Verbrennungssystem aufweisen. Die Kolbenbodenschüssel ist in einem Kolbenboden des Kolbens ausgebildet, und die Brennkammer ist zwischen dem Zylinder, dem Zylinderkopf und/oder dem Kolbenboden definiert.
In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verbrennungssystem einen Zylinder mit einer Mittelachse, einen Kolbenboden, der eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel aufweist, der auf der Mittelachse zentriert ist, wobei die Kolbenbodenschüssel eine Brennkammer mit einem Volumen bildet, das ein Kompressionsverhältnis von 15:1 bereitstellt, und einen zentralen Kraftstoffinjektor, der dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei der zentrale Kraftstoffinjektor acht Düsenlöcher aufweist und axial entlang der Mittelachse und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet ist.
Die Kolbenbodenschüssel ist um die Mittelachse symmetrisch. Darüber hinaus ist eine Höhe des zentralen Scheitels kleiner als eine Höhe einer Oberseite des Kolbenbodens, und die Kolbenbodenschüssel weist einen gekrümmten Grund auf, wobei der gekrümmte Grund unter die Höhe des zentralen Scheitel abgesenkt und symmetrisch um den zentralen Scheitel angeordnet ist. Der zentrale Scheitel weist eine konvexe, sphärische Form mit einem Scheitelradius auf, der in einem Bereich von 3 bis 5 mm liegt, und der gekrümmte Grund weist eine konkave Form mit einem Grundradius auf, der in einem Bereich von 16 bis 20 mm liegt.
Die Düsenlöcher sind symmetrisch um die Mittelachse und entlang eines Außenumfangs einer kuppelförmigen Düse angeordnet. Jedes der Düsenlöcher weist einen K-Faktor von fünf und eine hydraulische Erosionsverrundung auf, die in einem Bereich von 28% bis 29% liegt, wobei der K-Faktor als eine Differenz zwischen einem Einlassdurchmesser und einem Auslassdurchmesser jedes der Düsenlöcher, geteilt durch einen Skalierungsfaktor von 10 µm definiert ist, und wobei die hydraulische Erosionsverrundung als ein Prozentsatz der Steigerung der Strömung der Düse zwischen vor und nach der Verrundung definiert ist. Der zentrale Kraftstoffinjektor weist eine Düsenströmungsrate auf, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von 92 bis 94 cm³/s liegt, wobei die Düsenströmungsrate auf den acht Düsenlöchern und dem K-Faktor und der hydraulischen Erosionsverrundung der Düsenlöcher begründet ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verbrennungssystem einen Zylinder mit einer Mittelachse, einen Kolben, der einen Kolbenboden mit einer Schüssel aufweist, wobei die Schüssel einen zentralen Scheitel aufweist, der entlang der Mittelachse zentriert ist, wobei die Schüssel eine Brennkammer bildet, die bei einem Kompressionsverhältnis von 15:1 betrieben werden kann, einen zentralen Kraftstoffinjektor zum Injizieren von Kraftstoff in die Brennkammer, wobei der zentrale Kraftstoffinjektor acht Düsenlöcher aufweist und axial fluchtend entlang der Mittelachse ausgerichtet und in einem Zylinderkopf des Zylinders angeordnet ist, und einen Abgaskanal ohne ein Nachbehandlungssystem. Der Abgaskanal enthält keine Abgaskatalysatoren oder Partikelfilter.
Jedes der acht Düsenlöcher weist einen K-Faktor von fünf und eine hydraulische Erosionsverrundung von 28,5% auf, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa eine Injektordüsenströmungsrate von 93,1 cm³/s bereitstellt, wobei der K-Faktor als eine skalierte Differenz zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser jedes der acht Düsenlöcher definiert ist. Darüber hinaus weist eine Düse des zentralen Kraftstoffinjektors einen Sprühwinkel in einem Bereich von 135 bis 140 Grad auf.
Das System weist ferner eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den zentralen Kraftstoffinjektor zu veranlassen, Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, um einen Motor zu betreiben, in dem das Verbrennungssystem eingebaut ist, um eine Verbrennung bei dem Kompressionsverhältnis von 15:1 durchzuführen.
In dem hier verwendeten Sinne sollten im Singular erwähnte Elemente oder Schritte, denen der unbestimmte Artikel vorangestellt ist, in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, es sei den ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Ferner soll die Bezugnahme auf "eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher Ausführungsformen interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale verkörpern. Außerdem können Ausführungsformen, die ein oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft "beinhalten", "enthalten" oder "aufweisen", weitere derartige Elemente einschließen, es sei denn, es ist ausdrücklich Anderslautendes angegeben. Die Begriffe "enthaltend" und "in dem/der/den" sind als allgemeinsprachliche Äquivalente der entsprechenden Begriffe "aufweisen" und "wobei" verwendet. Weiter dienen die Begriffe "erster", "zweiter", "dritter" und dergleichen lediglich zur Kennzeichnung und sollen ihren Objekten weder numerische Anforderungen noch eine spezielle Reihenfolge der Anordnung auferlegen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu beschreiben und darüber hinaus einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Geschaffen sind unterschiedliche Verfahren und Systeme für ein Verbrennungssystem eines Motors. In einem Beispiel gehören zu einem Verbrennungssystem eine Kolbenbodenschüssel mit einem zentralen Scheitel, eine Brennkammer, die mit einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann, wobei die Brennkammer zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel gebildet ist, und ein Kraftstoffinjektor mit einer Düse, die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer hinein erstreckt und die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer einzuspritzen, wobei die Düse mehrere Öffnungen definiert, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt.

Claims

Verbrennungssystem, zu dem gehören: eine Kolbenbodenschüssel (236) mit einem zentralen Scheitel (310); eine Brennkammer (240), die bei einem Kompressionsverhältnis in einem Bereich von etwa 13:1 bis ungefähr 17:1 betrieben werden kann, wobei die Brennkammer (240) zumindest teilweise durch die Kolbenbodenschüssel (236) gebildet ist; und ein Kraftstoffinjektor (230) mit einer Düse (402), die sich in einen zentralen Abschnitt der Brennkammer (240) hinein erstreckt, und der dazu eingerichtet ist, Kraftstoff unmittelbar in die Brennkammer (240) einzuspritzen, wobei die Düse (402) mehrere Öffnungen (426) definiert, deren Anzahl in einem Bereich von sechs bis zehn liegt und die eine Injektordüsenströmungsrate aufweisen, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 90 cm³/s bis ungefähr 95 cm³/s liegt.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kolbenbodenschüssel (236) in einem Kolbenboden (232) eines Kolbens (206) gebildet ist, wobei der Kolbenboden (232) entlang einer Mittelachse (228) eines Zylinders (202) zentriert ist, in dem der Kolben (206) angeordnet ist, wobei der Kraftstoffinjektor (230) und die Kolbenbodenschüssel (236) entlang der Mittelachse (228) zentriert sind, und wobei die Kolbenbodenschüssel (236) um die Mittelachse (228) symmetrisch ist.
Verbrennungssystem nach Anspruch 2, wobei der Kraftstoffinjektor (230) in Relation zu der Mittelachse (228) axial fluchtend ausgerichtet ist und in einem Zylinderkopf (204) des Zylinders (202) angeordnet ist, und wobei die Öffnungen (426) symmetrisch um die Mittelachse (228) und entlang eines Außenumfangs der Düse (402) des Kraftstoffinjektors (230) angeordnet sind.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Geometrie und Anzahl der Öffnungen (426) die Injektordüsenströmungsrate bereitstellt, die bei einem Druck von etwa 10.000 kPa in einem Bereich von etwa 92 cm³/s bis ungefähr 94 cm³/s liegt.
Verbrennungssystem nach Anspruch 4, wobei die Düse (402) lediglich acht Öffnungen (426) definiert; und/oder wobei der Kraftstoffinjektor (230) dazu eingerichtet ist, im Betrieb Kraftstoff in die Brennkammer (240) mit einem Sprühwinkel (436) zu liefern, der in Bezug auf über eine Mittelachse (404) des Kraftstoffinjektors (230) gegenüberliegende Öffnungen in einem Bereich von etwa 135 Grad bis zu 140 Grad liegt, wobei sich der Sprühwinkel (436) teilweise aus einer Position und Geometrie der Öffnungen (426) ergibt; und/oder wobei jede Öffnung (426) einen Einlassdurchmesser und einen Auslassdurchmesser aufweist, wobei eine skalierte Differenz zwischen dem Einlassdurchmesser und dem Auslassdurchmesser fünf beträgt, und wobei jede Öffnung (426) einen abgerundeten Rand mit einer hydraulischen Erosionsverrundung aufweist, um die Strömung zu steigern, die im Vergleich zu einer Strömung vor der Verrundung in einem Bereich von etwa 25% bis ungefähr 30% liegt.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffinjektor (230) Dichtungen enthält, die dazu eingerichtet sind, eine Leckage von Kraftstoff zu vermeiden, der durch ein Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das einen Druck von 220.000 kPa oder weniger aufweist.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei der Öffnungen (426) in Bezug zueinander unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Öffnungen (426) ein Querschnittsprofil aufweist, das von der Kreisform abweicht, und wobei die wenigstens eine der Öffnungen (426), die das von der Kreisform abweichende Querschnittsprofil aufweist, ein Querschnittsprofil der Form eines Schlitzes, einer Sichel, eines Ovals, eines Sterns, eines Dreiecks oder eines Quadrats aufweist.
Verbrennungssystem nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: ein Zylinder (202) mit einer Mittelachse (228); und ein Kolbenboden (232), der die Kolbenbodenschüssel (236) aufweist, wobei der zentrale Scheitel (310) der Kolbenbodenschüssel (236) auf der Mittelachse (228) zentriert ist, wobei die Kolbenbodenschüssel (236) die Brennkammer (240) mit einem Volumen bildet, das ein Kompressionsverhältnis von 15:1 erbringt; wobei der Kraftstoffinjektor (230) acht der Öffnungen (426) aufweist und axial entlang der Mittelachse (228) und in einem Zylinderkopf (204) des Zylinders (202) angeordnet ist.
Motor, zu dem gehören: ein Zylinderblock, der zumindest teilweise einen Zylinder (202) definiert; ein Kolben (206), der wenigstens teilweise in dem Zylinder (202) angeordnet ist; ein Zylinderkopf (204), der an dem Zylinderblock befestigt ist und den Zylinder (202) zumindest teilweise umschließt; und das Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kolbenbodenschüssel (236) in einem Kolbenboden (232) des Kolbens (206) gebildet ist, und wobei die Brennkammer (240) zwischen wenigstens zweien von dem Zylinder (202), dem Zylinderkopf (204) oder dem Kolbenboden (236) definiert ist.