DE102016110844A1

DE102016110844A1 - Vorbrennkammeraufbau mit Fluidoszillator

Info

Publication number: DE102016110844A1
Application number: DE102016110844.8A
Authority: DE
Inventors: Robert J. Moffat; Martin L. Willi
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2016-12-15
Also published as: US20160363041A1

Abstract

Ein Vorbrennkammeraufbau (130) für eine Hubkolbenmaschine umfasst einen Hauptkörper (300) mit einer Vorbrennkammer (134), mehrere Öffnungen (232), die sich durch den Hauptkörper (300) erstrecken und eine Fluidverbindung zwischen der Vorbrennkammer (134) und einer Hauptbrennkammer (110) der Hubkolbenmaschine bewirken, eine Kraftstoffeinlassleitung (316) und ein Fluidoszillatorkanalsystem (400) mit einem Oszillatoreinlass (328) der in Fluidverbindung mit einem Auslass (326) der Kraftstoffeinlassleitung (316) steht, und einem Oszillatorauslass (330), der in Fluidverbindung mit der Vorbrennkammer (134) steht. Eine Zündvorrichtung (138) ist betriebsmäßig mit der Vorbrennkammer (134) verbunden. Das Fluidoszillatorkanalsystem (400) umfasst mehrere Oszillatorkanäle (402,404), die strömungstechnisch parallel miteinander verbunden sind. Jeder Oszillatorkanal (402, 404) bewirkt eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass (328) und dem Oszillatorauslass (330).

Description

Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft allgemein eine Hubkolbenmaschine und insbesondere einen Vorbrennkammeraufbau für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben dergleichen.
Hintergrund
Hubkolbenmaschinen sind bekannt dafür, chemische Energie einer Kraftstoffzufuhr in mechanische Wellenenergie umzusetzen. Eine Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung wird in ein variables Volumen einer Hubkolbenmaschine, das durch einen sich in einer Zylinderbohrung bewegenden Kolben definiert ist, aufgenommen. Die Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung verbrennt im Inneren des variablen Volumens, um die in der Mischung enthaltene chemische Energie in Wärme umzusetzen. Die Expansion der Verbrennungsprodukte im Inneren des variablen Volumens verrichtet wiederum Arbeit am Kolben, die an eine Ausgangswelle der Hubkolbenmaschine übertragen werden kann.
Einige Bestandteile im Abgasstrom einer Hubkolbenmaschine wie beispielsweise Stickoxide (NOx), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHCs) und Partikel (PM) sind Gegenstand von staatlichen Regulierungen. Betreiber von Hubkolbenmaschinen wollen daher die Konzentrationen der in die Umgebung abgegebenen regulierten Abgasbestandteile kontrollieren. Die Zusammensetzung des von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgases kann beeinflusst werden, indem der Verbrennungsprozess im Inneren des variablen Volumens der Brennkammer, die Abgasnachbehandlung stromabwärts der Brennkammer oder Kombinationen von beiden gesteuert werden.
Einige Hubkolbenmaschinen verwenden äußere Zündquellen zum Initiieren einer Verbrennung der Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung im Inneren des variablen Volumens. Beispielsweise kann eine Hubkolbenmaschine eine Zündvorrichtung aufweisen wie beispielsweise eine Zündkerze mit einem definierten Spalt zwischen den Elektroden, wobei der Spalt in Fluidverbindung mit dem variablen Volumen steht und elektrisch mit einem elektrischen Potenzial verbunden ist. Durch ein Anlegen des elektrischen Potenzials an den Spalt, kann ein elektrischer Funkenbogen über dem Spalt erzeugt werden, sodass eine Verbrennung der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung im Inneren des variablen Volumens erzeugt wird.
EP 2 700 796 A1 betrifft einen Aufbau, der im Inneren eines Zylinderkopfs eines Motors angeordnet ist und eine Kammer aufweist, die mit einem gasförmigen Kraftstoff über eine Kraftstoffzufuhrverbindung versorgt wird. Der zugeführte gasförmige Kraftstoff kann sich mit einer Fluidmischung in der Kammer vermischen und eine Zündkerze der EP 2 700 796 A1 kann eine gasförmige Mischung in der Kammer entzünden und eine Front an brennendem Kraftstoff erzeugen. Die Front an brennendem Kraftstoff kann durch Öffnungen, die in einem Vorderende bzw. einer Spitze der Anordnung vorhanden sind, in eine Hauptbrennkammer der EP 2 700 796 A1 transportiert werden und eine Fluidmischung im Inneren der Hauptbrennkammer entzünden. Die in der EP 2 700 796 A1 beschriebenen Öffnungen sind dazu ausgebildet, thermische Spannungen, die auf das Vorderende wirken, zu verringern. EP 2 700 796 A1 gibt aber keinen Hinweis darauf, in welchem Ausmaß der aus der Kraftstoffzufuhrleitung zugeführte gasförmige Kraftstoff mit der Fluidmischung in der Kammer vermischt wird. Die Vermischung kann jedoch einen Einfluss auf die Kraftstoffmenge der insgesamt entzündeten Mischung und damit auf eine Effizienz des Brennprozesses haben.
Die vorliegende Offenbarung hat zum Ziel, diese und andere aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben.
Zusammenfassung
Ein Vorbrennkammeraufbau für eine Hubkolbenmaschine umfasst einen Hauptkörper (Körper) mit einer Vorbrennkammer, mehrere Öffnungen, die sich durch den Hauptkörper erstrecken und eine Fluidverbindung zwischen der Vorbrennkammer und einer Hauptbrennkammer der Hubkolbenmaschine bewirkt (schafft), eine Kraftstoffeinlassleitung und einen Fluidoszillatorströmungsweg (ein Fluidoszillatorkanalsystem) mit einem Oszillatoreinlass, der in Fluidverbindung mit einem Auslass der Kraftstoffeinlassleitung steht, und einem Oszillatorauslass, der in Fluidverbindung mit der Vorbrennkammer steht. Eine Zündvorrichtung ist betriebsmäßig mit der Vorbrennkammer verbunden. Der Fluidoszillatorströmungsweg umfasst mehrere Oszillatorkanäle, die strömungstechnisch miteinander parallel verbunden sind. Jeder Oszillatorkanal bewirkt (schafft) eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass und dem Oszillatorauslass.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Hubkolbenmaschine einen Zylinderblock, einen Zylinder, der im Inneren des Zylinderblocks angeordnet ist und eine Hauptbrennkammer aufweist, einen mit dem Zylinder verbundenen Zylinderkopf, einen Vorbrennkammeraufbau im Inneren des Zylinderkopfs, der in Fluidverbindung mit der Hauptbrennkammer steht, einen Einlasstrakt, der dazu ausgebildet ist, die Hauptbrennkammer mit einem ersten Kraftstoffstrom und einen Oxidationsmittelstrom zu versorgen, und ein Kraftstoffzufuhrsystem, das dazu ausgebildet ist, den Vorbrennkammeraufbau mit einem zweiten Kraftstoffstrom zu versorgen. Der Vorbrennkammeraufbau kann einen Hauptkörper (Köper) und eine Zündvorrichtung aufweisen, die betriebsmäßig mit der in dem Hauptkörper vorhandenen Vorbrennkammer verbunden ist. Der Hauptkörper des Vorbrennkammeraufbaus kann ferner mehrere Öffnungen, die sich durch den Hauptkörper erstrecken und eine Fluidverbindung zwischen der Vorbrennkammer und der Hauptbrennkammer der Hubkolbenmaschine bewirken, eine Kraftstoffeinlassleitung und einen Fluidoszillatorströmungsweg mit einem Oszillatoreinlass, der in Fluidverbindung mit einem Auslass der Kraftstoffeinlassleitung steht, und einem Oszillatorauslass, der in Fluidverbindung mit der Vorbrennkammer steht, aufweisen. Der Fluidoszillatorströmungsweg kann mehrere Oszillatorkanäle aufweisen, die strömungstechnisch parallel miteinander verbunden sind, so dass jeder Oszillatorkanal der mehreren Oszillatorkanäle eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass und dem Oszillatorauslass bewirkt.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zündenergie für eine Hauptbrennkammer einer Brennkraftmaschine durch einen mit der Hauptbrennkammer in Fluidverbindung stehenden Vorbrennkammeraufbau. Das Verfahren kann folgende Schritte aufweisen: Zuführen eines ersten Kraftstoffstroms und eines Oxidationsmittelstroms über die Hauptbrennkammer zu einer durch den Vorbrennkammeraufbau definierten Vorbrennkammer, Zuführen eines zweiten Kraftstoffstroms zu einem Oszillatoreinlass eines Fluidoszillatorströmungswegs, der mehrere Oszillatorkanäle aufweist, die strömungstechnisch parallel miteinander verbunden sind, sodass jeder Oszillatorkanal der mehreren Oszillatorkanäle eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass und einem Oszillatorauslass beeinflusst, passives Induzieren einer periodischen Modulation des zweiten Kraftstoffstroms, der den Oszillatorauslass verlässt, Vermischen des zweiten Kraftstoffstroms mit dem ersten Kraftstoffstrom und dem Oxidationsmittelstrom im Inneren der Vorbrennkammer, Zuführen der Zündenergie zur Vorbrennkammer und zünden der Mischung in der Vorbrennkammer zum Erzeugen von Verbrennungsprodukten, und Ausleiten (Überleiten) der Verbrennungsprodukte aus der Vorbrennkammer durch die mehreren in der Vorbrennkammer vorhandenen Öffnungen, um der Hauptbrennkammer die Zündenergie zur Verfügung zu stellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
2 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Zylinderkopfs mit einem Vorbrennkammeraufbau gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 2, der als Detail 3 bezeichnet ist,
4A und 4B zeigen einen vergrößerten Ausschnitt von 3, der als Detail 4 bezeichnet ist,
5A–C zeigen einen vergrößerten Ausschnitt von 3, der als Detail 5 bezeichnet ist,
6 zeigt eine isometrische Ansicht einer Baugruppe des Vorbrennkammeraufbaus von 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
7 zeigt eine obere Querschnittsansicht der Baugruppe von 6, die entlang der Schnittlinie 7-7 verläuft,
8 zeigt eine obere Schnittansicht der Baugruppe von 6, die entlang der Schnittlinie 7-7 verläuft und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung modifiziert ist,
9 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Vorbrennkammeraufbaus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
10 zeigt eine obere Schnittansicht des zweiten Gehäuses von 9, der entlang der Schnittlinie 10-10 verläuft,
11 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines Vorbrennkammeraufbaus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
12 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines Vorbrennkammeraufbaus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
13 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines Vorbrennkammeraufbaus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung und
14 zeigt eine Explosionsansicht des Vorbrennkammeraufbaus von 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Die Aspekte der Offenbarung werden im Folgenden detailliert mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, es sei denn, dass auf etwas anderes hingewiesen wird.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 100 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Die Brennkraftmaschine 100 kann eine Hubkolbenmaschine wie beispielsweise eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, eine kompressionsgezündete Brennkraftmaschine oder, wie der Fachmann erkennen wird, eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Hubkolbenmaschine sein, die eine Vorbrennkammer verwendet. Die Brennkraftmaschine 100 kann eine beliebige Größe mit einer beliebigen Anzahl an Zylindern aufweisen und kann in einer beliebigen Anordnung („V“-Anordnung, Reihenanordnung, radiale Anordnung etc.) vorliegen. Die Brennkraftmaschine 100 ist zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung eine 4-Takt-Gaskraftstoff betriebene Maschine. Jedoch kann die Brennkraftmaschine 100 in beliebigen Zyklen wie beispielsweise in einem 2-Takt Zyklus, einem Otto-Zyklus, einem Miller-Zyklus, einem homogenen Dieselverbrennungszyklus (HCCI), einem reaktionsgesteuerten Dieselverbrennungszyklus, in einer Kombinationen davon, oder in jedem anderen bekannten Brennkraftmaschinenzyklus betrieben werden. Die Brennkraftmaschine 100 kann eine „mager betriebene“ Maschine sein, die zumindest zeitweise unter mageren Bedingungen, bei den das Kraftstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis kleiner als das stöchiometrische Kraftstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis ist, betrieben wird und die Brennkraftmaschine 100 kann dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere Kraftstofftypen wie Benzin, Dieselkraftstoff, Erdgas, Kombinationen davon oder andere bekannte brennbare Kraftstoffe zu verbrennen. Ferner kann die Brennkraftmaschine 100 nicht gezeigte Komponenten aufweisen, wie beispielsweise Kraftstoffsysteme, Luftsysteme, Kühlsysteme, Zusatzsysteme, Antriebssysteme, Turbolader, Kombinationen davon oder andere bekannte Motorsysteme.
Ein tatsächliches Kraftstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis kann mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis normiert werden, um ein Äquivalenzverhältnis (das Inverse der Luftzahl) zu erhalten. Eine Mischung mit einem Äquivalenzverhältnis von kleiner eins wird im Zusammenhang mit dieser Offenbarung, es sei denn, dass etwas anderes erwähnt wird, als kraftstoffarm bezeichnet und wird zu überschüssigem Sauerstoff und keinem unverbrannten Kraftstoff bei vollständiger Verbrennung führen. Eine Mischung mit einem Äquivalenzverhältnis größer eins wird im Zusammenhang mit dieser Offenbarung, es sei denn, dass etwas anderes erwähnt wird, als kraftstoffreich bezeichnet und wird zu unverbranntem Kraftstoff und keinem überschüssigen Sauerstoff bei vollständiger Verbrennung führen.
Die Brennkraftmaschine 100 kann dazu verwendet werden, eine beliebige Maschine oder andere Vorrichtungen zu betreiben, beispielsweise Lokomotiven, Lastkraftwägen oder Fahrzeuge, die auf Straßen fahren, Lastkraftwägen oder Maschinen, die abseits von Straßen erfahren, Erdbewegungsequipment, stationäre Stromgeneratoren, Pipelines, Gasspeicheranwendungen, Luftfahrtanwendungen, Marineanwendungen, Pumpen, stationäre Anwendungen oder andere von Motoren betriebene Anwendungen.
Die Brennkraftmaschine 100 weist einen Motorblock 102, der mindestens eine darin befindliche Zylinderbohrung 104 definiert, mindestens einen Kolben 106, der in der Zylinderbohrung 104 in gleitendem Eingriff angeordnet ist, und einen in dem Motorblock 102 angeordneten Zylinderkopf 108 auf. Die Zylinderbohrung 104, der Kolben 106 und der Zylinderkopf 108 definieren eine Hauptbrennkammer 110. Ein Volumen der Hauptbrennkammer 110 kann in Abhängigkeit von der Position des Kolbens 106 relativ zum Zylinderkopf 108 variieren, sodass das Volumen der Hauptbrennkammer 110 maximal ist, wenn sich der Kolben 106 am unteren Totpunkt (BDC) seines Taktes befindet, und sodass das Volumen der Hauptbrennkammer 110 minimal ist, wenn sich der Kolben 106 am oberen Totpunkt (TDC) seines Taktes befindet.
Die Brennkraftmaschine 100 kann in einem 4-Takt-Zyklus betrieben werden mit einem Einlasstakt (TDC bis BDC), einem Kompressionstakt (BDC bis TDC), einem Expansionstakt (TDC bis BDC) und einem Ausstoßtakt (BDC bis TDC). Alternativ kann die Brennkraftmaschine 100 in einem 2-Takt-Zyklus betrieben werden mit einem Kompression-/Ausstoßtakt (BDC bis TDC) und einem Expansion-/Ausstoß-/Einlasstakt (TDC bis BDC).
Der Kolben 106 ist über eine Verbindungsstange (Pleuel) 112 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) drehbar verbunden, um mechanische Leistung zwischen diesen Komponenten zu übertragen. Obwohl in 1 nur ein Kolben 106 und eine Zylinderbohrung 104 gezeigt sind, ist anzuerkennen, dass die Brennkraftmaschine 100 dazu ausgebildet sein kann, jede beliebige Zahl an Zylinderbohrungen 104 und jede beliebige Zahl an Kolben 106 aufzuweisen, die für ein spezielles Design oder eine spezielle Anwendung benötigt werden.
Die Brennkraftmaschine 100 empfängt einen Strom an Oxidationsmittel (I) von einem Einlasstrakt 114. Ein Einlassventil 116 kann dazu ausgebildet sein, selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Einlasstrakt 114 und der Hauptbrennkammer 110 zu schaffen (bewirken). Es können mehr als ein Einlassventil 116 vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine 100 gibt ein Strom an Abgas (E) an einen Abgastrakt 120 ab. Ein Auslassventil 118 kann dazu ausgebildet sein, selektiv eine Fluidverbindung zwischen der Hauptbrennkammer 110 und dem Auslasstrakt 120 zu schaffen (bewirken). Es können mehr als ein Auslassventil 118 vorgesehen sein. Das Einlassventil 116 und das Auslassventil 118 können durch eine Nocken-Schubstangen-Kipphebel-Anordnung (nicht gezeigt), einem Solenoid-Aktuator, einem Hydraulikaktuator oder durch jeden anderen bekannten Zylinderaktuator zum Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen betätigt werden.
Die Brennkraftmaschine 100 empfängt brennbaren Kraftstoff aus einem Kraftstoffzufuhrsystem 122. Das Kraftstoffzufuhrsystem 122 kann einen Kraftstoffspeicher, Verdichter, Pumpen, Ventile, Regler, Instrumente oder andere bekannte Elemente, die zum Zuführen eines Kraftstoffstroms benötigt werden, aufweisen. Ein Hauptkraftstoffinjektor 124 kann einen Kraftstoffstrom vom Kraftstoffzufuhrsystem 122 empfangen und kann in Fluidverbindung mit dem Einlasstrakt 114 stromaufwärts des Einlassventils 116 angeordnet sein. Alternativ kann der Hauptkraftstoffinjektor 124 in direkter Fluidverbindung mit der Hauptbrennkammer 110 angeordnet sein. Der Hauptkraftstoffinjektor 124 kann betriebsmäßig mit einer Steuerung 126 verbunden sein, die dazu ausgebildet sein kann, den Hauptkraftstoffinjektor 124 zu betreiben und eine Konfiguration der Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 und der Hauptbrennkammer 110 durch den Hauptkraftstoffinjektor 124 zu ändern. Beispielsweise kann die Steuerung 126 den Hauptkraftstoffinjektor 124 betreiben, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 und der Hauptbrennkammer 110 durch den Hauptkraftstoffinjektor 124 herzustellen oder zu blockieren.
Die Brennkraftmaschine 100 weist einen Vorbrennkammeraufbau 130 auf, der in Fluidverbindung mit der Hauptbrennkammer 110 steht. Der Vorbrennkammeraufbau 130 weist einen Vorkammerkraftstoffinjektor 132 auf, der in Fluidverbindung mit dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 steht. Wie schematisch in 1 gezeigt, steht der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 ferner in Fluidverbindung mit einer Vorbrennkammer 134 (im Folgenden als „Vorkammer“ bezeichnet) über einen Fluidoszillator 136, der stromaufwärts der Vorkammer 134 angeordnet ist. Der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 kann betriebsmäßig mit der Steuerung 126 verbunden sein, die dazu ausgebildet ist, den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 selektiv zu betreiben, um eine Konfiguration der Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 und der Hauptbrennkammer 110 durch den Vorbrennkammeraufbau 130 zu ändern. Beispielsweise kann die Steuerung 126 den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 betreiben, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 und der Hauptbrennkammer 110 durch den Vorbrennkammeraufbau 130 herzustellen oder zu blockieren.
Sowohl der Hauptkraftstoffinjektor 124 als auch der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 können einen Aktuator aufweisen, der mit der Steuerung 126 betriebsmäßig verbunden ist. Der Aktuator des Hauptkraftstoffinjektors 124 und des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 kann ein Solenoid-Aktuator, ein Hydraulikaktuator, ein pneumatischer Aktuator, ein mechanischer Aktuator wie beispielsweise ein Nocken-Aktuator, Kombinationen davon oder jeder beliebige, bekannte Kraftstoffinjektor-Aktuator sein. Die Steuerung 126 kann eine Kraftstoffmenge, die zur Hauptbrennkammer 110 geliefert wird, steuern, indem eine Öffnungsdauer, eine effektive Strömungs(durchgangs)fläche, oder Kombinationen davon für den Hauptkraftstoffinjektor 124 und den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 gesteuert werden.
Das Kraftstoffzufuhrsystem 122 kann verschiedene Quellen an brennbaren Kraftstoffen aufweisen. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung, ist das Kraftstoffzufuhrsystem 122 dazu ausgebildet, den Vorbrennkammeraufbau 130 mit einem ersten Kraftstoff zu versorgen und die Hauptbrennkammer 110 mit einem zweiten Kraftstoff zu versorgen, wobei sich der erste Kraftstoff von dem zweiten Kraftstoff in einem Zufuhrdruck, einer physikalischen Phase und/oder einer chemischen Zusammensetzung unterscheidet. Alternativ kann das Kraftstoffzufuhrsystem 122 dazu ausgebildet sein, den Vorbrennkammeraufbau 130 und die Hauptbrennkammer 110 mit dem gleichen Kraftstoff zu versorgen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 122 kann dazu ausgebildet sein, einen flüssigen Kraftstoff, einen gasförmigen Kraftstoff oder Kombinationen davon zur Verfügung zu stellen.
Die Vorkammer 134 ist in Fluidverbindung mit der Hauptbrennkammer 110. Insbesondere können Fluide bzw. kann ein Fluid zwischen der Vorkammer 134 und der Hauptbrennkammer 110 transportiert werden in Abhängigkeit von einem Betrieb der Brennkraftmaschine 100, wie im Einzelnen unten beschrieben wird. Die Vorkammer 134 kann benachbart zum Zylinderkopf 108 angeordnet sein und kann ein kleineres Volumen aufweisen als die Hauptbrennkammer 110, beispielsweise wenn sich der Kolben 106 am unteren Totpunkt befindet. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist eine Menge an Kraftstoff, die der Vorkammer 134 zugeführt wird weniger als ungefähr 3 % der insgesamten Kraftstoffmenge, die während des gleichen Verbrennungszyklus der Hauptbrennkammer 110 zugeführt wird. Alternative Motoranordnungen können ferner ein Abgasrezirkulationssystem (EGR) zum Rückführen von Abgasnebenprodukten zum Einlasstrakt 114 und/oder der Vorkammer 134 aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Brennkraftmaschine 100 eine durch einen Zündfunken betriebene Brennkraftmaschine. Wie im Folgenden näher beschrieben, kann die Brennkraftmaschine 100 während eines Betriebs durch eine Zündvorrichtung 138, die im Inneren des Vorbrennkammeraufbaus 130 angeordnet ist, mit Zündenergie versorgt werden. Die Zündvorrichtung 138 kann betriebsmäßig mit der Steuerung 126 verbunden sein, um diese zu steuern. Ein Fachmann wird anerkennen, dass die Zündvorrichtung 138 jede brauchbare Vorrichtung sein kann, die einen Zündenergiepuls ermöglicht. Insbesondere kann die Zündvorrichtung 138 jede beliebige Vorrichtung sein, die Zündenergie in Form eines Energiepulses oder in Form einer Serie von Energiepulsen zur Verfügung stellt, welche einen Zündbogen über einen Spalt einer Zündkerze erzeugen können, beispielsweise ein Laserlichtpuls oder jeder andere bekannte Zündenergiepuls.
2 zeigt eine vordere Querschnittsansicht eines Zylinderkopfs 108 mit einem Vorbrennkammeraufbau 130 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Vorbrennkammeraufbau 130 ist im Inneren eines Hauptfluiddurchlasses 201, der im Inneren eines Zylinderkopfkörpers 200 des Zylinderkopfs 108 vorhanden ist, angeordnet. Wie näher unten beschrieben wird, führt eine Fluidzufuhrleitung 202, die in dem Zylinderkopfkörper 200 des Zylinderkopfs 108 vorhanden ist, Fluid zum Hauptfluiddurchlass 201, um den Vorbrennkammeraufbau 130, der zwischen den Einlass- und den Auslassventilen (nicht gezeigt) angeordnet ist, zu kühlen. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Vorbrennkammeraufbau 130 auf verschiedene Weisen ausgebildet sein kann. Andere Anordnungen können den Vorbrennkammeraufbau 130 im Zylinderkopf 108 unterbringen, um, wenn Zündenergie zur Verfügung gestellt wird, eine Verbrennung außerhalb der Hauptbrennkammer 110 zu erzeugen und die Verbrennungsprodukte in die Hauptbrennkammer 110 zu leiten.
Der Vorbrennkammeraufbau 130 kann ein erstes Gehäuse 204, eine Spitze (ein Vorderende bzw. Ende) 206 und ein zweite Gehäuse 208, das zwischen dem ersten Gehäuse 204 und der Spitze 206 angeordnet ist, aufweisen. Alternativ kann der Vorbrennkammeraufbau 130 aus mehr oder weniger als drei Gehäusen (zusammen mit der Spitze) gebildet sein.
Das erste Gehäuse 204 kann sich durch eine erste Zylinderbohrung 210, die durch den Zylinderkopfkörper 200 des Zylinderkopfs 108 definiert ist, erstrecken und kann an dem Zylinderkopf 108 über einen Flansch 212 befestigt sein. Der Flansch 212 kann ein Paar von Öffnungen 214 aufweisen, um Befestigungsmittel 216, die den Vorbrennkammeraufbau 130 mit dem Zylinderkopf 108 verbinden, aufzunehmen. Die Befestigungsmittel 216 verhindern eine Drehbewegung und eine axiale Bewegung relativ zur ersten Zylinderbohrung 210. Alternativ kann das erste Gehäuse 204 über einen anderen Befestigungsmechanismus beispielsweise durch eine Schraubverbindung mit dem Zylinderkopf 108 verbunden sein.
Das erste Gehäuse 204 weist einen ersten Gehäusekörper 218 auf und Innenflächen des ersten Gehäusekörpers 218 können eine erste Gehäusezündbohrung 220 und eine erste Gehäuseinjektorbohrung 222 aufweisen. Die erste Gehäusezündbohrung 220 kann einen Abschnitt der Zündvorrichtung 138 zusammen mit einem Energieeinlassende 224 (beispielsweise einem Anschlussende) und den Abschnitt der Zündvorrichtung 138, der nicht in dem zweite Gehäuse 208 und der Spitze 206 angeordnet ist, aufnehmen. Das Energieeinlassende 224 kann an einem der Zündvorrichtung 138 gegenüberliegenden Ende des Zündendes 226, das in dem zweiten Gehäuse 208 angeordnet ist, angeordnet sein. Die erste Gehäuseinjektorbohrung 222 nimmt einen Abschnitt des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 auf, der nicht in dem zweiten Gehäuse 208 angeordnet ist. Das erste Gehäuse 204 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und kann aus jedem passenden Material hergestellt sein. Beispielsweise kann das erste Gehäuse 204 aus einem duktilen Gusseisen mit beispielsweise ferritisch-perlitischem Eisen sein. Das erste Gehäuse 204 kann mit dem zweite Gehäuse 208 durch ein Lötmaterial verbunden sein, das eine passende Zusammensetzung aufweist, die der Umgebung (Temperatur, chemische Zusammensetzung und mechanische Belastung), der es ausgesetzt ist, standhalten kann. Ein Silber-Nickel-Lötmaterial kann für eine derartige Anwendung passend sein.
Die Spitze 206 weist einen Spitzenkörper (Vorderendenkörper) 228 auf und Innenflächen des Spitzenkörpers 228 können einen ersten Abschnitt der Vorkammer 134 und eine Mehrzahl von Öffnungen 232 aufweisen. Die Vorkammer 134 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die Spitze 206 und kann sich an einem ersten Ende 234 der Spitze 206 öffnen, um das Zündende 226 (beispielsweise ein Ende, dass eine Anode, eine Kathode und einen Spalt zwischen der Anode und der Kathode aufweist) der Zündvorrichtung 138 aufnehmen. Die Form der Vorkammer 134 ist nicht auf die Form der Spitze 206 beschränkt und kann mit Flächen bzw. Oberflächen mit verschiedenen Konturen, die ein Vermischen eines Kraftstoffs mit einem Oxidationsmittel im Inneren der Vorkammer 134 fördern, versehen sein.
Die Vorkammer 134 ist in Fluidverbindung mit der Hauptbrennkammer 110 der Brennkraftmaschine 100 über die mehreren Öffnungen 232, die durch den Spitzenkörper 228 an einem zweiten Ende 236 der Spitze 206 definiert sind. Die mehreren Öffnungen 232 sind in einer voneinander beabstandeten Konfiguration angeordnet. Jedoch können die mehreren Öffnungen 232 in anderen Konfigurationen, die eine axiale Reihe von Öffnungen entlang einer Längsachse der Spitze 206, eine Umfangsreihe von Öffnungen um die Längsachse der Spitze 206 herum oder Kombinationen davon, umfassen. Das zweite Ende 236 der Spitze 206 erstreckt sich durch eine durch den Zylinderkopfkörper 200 des Zylinderkopfs 108 definierte zweite Zylinderbohrung 240, die sich in die Hauptbrennkammer 110 öffnet und das zweite Ende 236 der Spitze 206 aufnimmt. Die zweite Zylinderbohrung 240 ermöglicht, dass sich das zweite Ende 236 in die Hauptbrennkammer 110 erstreckt und der Hauptbrennkammer 110 zugewandt ist. In anderen Anordnungen kann sich das zweite Ende 236 der Spitze 206 durch die zweite Zylinderbohrung 240 erstrecken und plan mit einer Fläche des Zylinderkopfs 108 oder des Motorblocks 102 sein. Der Spitzenkörper 228 weist das zweite Ende 236 der Spitze 206 derart auf, dass es sich axial von einer Dichtfläche 238 der Spitze 206, die an einer in dem Zylinderkopf 108 vorhandenen Dichtfläche 242 anliegt, erstreckt, um zu verhindern, dass Kraftstoff, der durch die Kraftstoffzufuhrleitung 202 zugeführt wird, in die Hauptbrennkammer 110 entweicht.
Die Spitze 206 ist aus einem Hochtemperaturmaterial hergestellt. Beispielsweise aus einer thermisch stabilen und umgebungsresistenten Hochtemperaturlegierung wie einer geeigneten Nickel-Chrom-Tungsten-Molybden-Legierung. Es sollte verstanden werden, dass andere Hochtemperaturmaterialen mit geeigneten Bestandteilen zur Herstellung der Spitze 206 verwendet werden können. Die Spitze 206 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und das erste Ende 234 der Spitze 206 kann mit dem zweiten Gehäuse 208 auf jede passende Weise wie beispielsweise durch Löten oder Schweißen verbunden sein. Beispielsweise kann ein Schweißverfahren mit definierter Tiefenpenetration wie beispielsweise eine Laser- oder Elektronenstrahlschweißung dazu verwendet werden, die Spitze 206 mit dem zweiten Gehäuse 208 zu verbinden.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 2, der als Detail 3 bezeichnet ist. Wie in 3 gezeigt, weist das zweite Gehäuse 208 einen zweiten Gehäusekörper 300 auf, der sich von einem ersten Ende 302 zu einem zweiten Ende 304 des zweiten Gehäuses 208 erstreckt. Innenflächen des zweiten Gehäusekörpers 300 können eine zweite Gehäusezündbohrung 306 und eine zweite Gehäuseinjektorbohrung 308, die jeweils der ersten Gehäusezündbohrung 220 und der ersten Gehäuseinjektorbohrung 222 entsprechen, definieren. Die Zündvorrichtung 138 kann in der ersten Gehäusezündbohrung 220 und der zweiten Gehäusezündbohrung 306 angeordnet sein. Die zweite Gehäusezündbohrung 306 kann eine abgestufte Bohrung sein, die dazu ausgebildet sein kann, einen Abschnitt der Zündvorrichtung 138, der sich von dem ersten Gehäuse 204 erstreckt, aufzunehmen. Der Körper 300 kann einen inneren Fluiddurchgang 310 definieren, der die zweite Gehäusezündbohrung 306 umgibt, um die Zündvorrichtung 138 während eines Betriebs zu kühlen, wie unten näher beschrieben wird.
Das zweite Gehäuse 208 kann aus einem beliebigen, passenden Material hergestellt sein. Beispielsweise kann das zweite Gehäuse 208 aus einem Edelstahlmaterial wie beispielsweise (geschmiedete) Edelstahllegierungen vom Typ 347 hergestellt sein, das den relativ hohen Temperaturen standhalten kann. Das zweite Gehäuse 208 kann über jedes gängige Mittel mit der Spitze 206 verbunden sein. Beispielsweise kann ein Schweißverfahren mit definierter Tiefenpenetration wie beispielsweise eine Laser- oder Elektronenstrahlschweißung dazu verwendet werden, das zweite Gehäuse 208 mit dem ersten Ende 234 der Spitze 206 zu verbinden.
Die zweite Gehäuseinjektorbohrung 308 kann ein Auslassende 312 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 (2) aufnehmen oder in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffzufuhrauslass 314 sein, der in dem Auslassende 312 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 vorhanden ist. Die zweite Gehäuseinjektorbohrung 308 ist über einen Leitungseinlass 318 in Fluidverbindung mit einer Kraftstoffeinlassleitung 316, die durch Innenflächen des zweiten Gehäusekörpers 300 definiert ist. Der Leitungseinlass 318 ist an einem Ende eines stromaufwärtsseitigen Endes 320 der Kraftstoffeinlassleitung 316. Das stromaufwärtsseitige Ende 320 erstreckt sich entlang einer ersten Achse A₁ (im Folgenden als „Injektorauslassachse A₁“ bezeichnet), entlang der sich auch der Kraftstoffzufuhrauslass 314 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 erstreckt. Das stromaufwärtsseitige Ende 320 ist in Fluidverbindung mit dem Leitungseinlass 318 und einem stromabwärtsseitigen Ende 322 der Fluideinlassleitung 316. Das stromabwärtsseitige Ende 322 erstreckt sich entlang einer zweite Achse, die eine Längsachse A₂ (im Folgenden als „Oszillatorachse A₂“ bezeichnet) des Fluidoszillators 136 definiert, der durch den zweiten Gehäusekörper 300 definiert ist.
Sowohl die Injektionsauslassachse A₁ als auch die Oszillatorachse A₂ sind parallel zu einer Längsachse A₃ (im Folgenden als „Längsachse A₃“ bezeichnet) des Vorbrennkammeraufbaus 130, die koaxial mit einer Längsachse der Vorkammer 134 sein kann. Es wird anerkannt werden, dass die Vorkammer 134 durch den zweiten Gehäusekörper 300 derart definiert werden kann, dass die Längsachse der Vorkammer 134 nicht koaxial mit der Längsachse A₃ ist. Die Kraftstoffeinlassleitung 316 weist zwischen dem stromaufwärtsseitigen Ende 320 und dem stromabwärtsseitigen Ende 322 einen Übergang 324 auf, der eine gewisse Krümmung aufweisen kann. Der Übergang 324 kann einen Abschnitt des zweiten Gehäusekörpers 300 zwischen der Injektorauslassachse A₁ und der Oszillatorachse A₂ kreuzen. Wände des zweiten Gehäusekörpers 300, die die Kraftstoffeinlassleitung 316 definieren, können sich kontinuierlich von dem Leitungseinlass 318 zu einem Leitungsauslass 326, der an dem Ende des stromabwärtsseitigen Endes 322 angeordnet ist, verjüngen. Der Leitungsauslass 326 definiert eine konvergierende Düse, die in Fluidverbindung mit einem Oszillatoreinlass 328 des Fluidoszillators 136 ist. Dementsprechend wird ein Fluidstrom von dem Übergang 324 und dem stromabwärtsseitigen Ende 322 zum Leitungsauslass 326 beschleunigt, indem eine Strömungsfläche durch den Leitungsauslass 326 verringert wird, um einen in den Fluidoszillator 136 hineinragenden Fluidjet zu erzeugen. Die Struktur (Form) des Leitungsauslasses 326 kann einen Kraftstoffstrom von der Kraftstoffeinlassleitung 316 zu dem Fluidoszillator 136 ausrichten und einen Kraftstoffstrom von der Kraftstoffeinlassleitung 316 zum Fluidoszillator 136 hin beschleunigen. Dementsprechend wird eine Fähigkeit des Kraftstoffstroms, Wände am zweiten Gehäusekörper 300, die die Kraftstoffeinlassleitung 316 und den Fluidoszillator 136 definieren, zu benetzen, verringert. Mit anderen Worten wird verhindert, dass Kraftstoff die Wände des zweiten Gehäusekörpers 300, die die Kraftstoffeinlassleitung 316 und den Fluidoszillator 136 bilden, benetzt.
Der Fluidoszillator 136 kann vollständig durch den zweiten Gehäusekörper 300 stromabwärts der Kraftstoffeinlassleitung 316 definiert sein und kann keine beweglichen Teile aufweisen. Es sind jedoch andere Konfigurationen und Anordnungen möglich. Der Oszillatoreinlass 328 ist in Fluidverbindung mit einem Oszillatorauslass 330, der in Fluidverbindung mit einem Vorkammerzufuhranschluss 332 steht. Der Vorkammerzufuhranschluss 332 mündet in eine untere Wand 334 des zweiten Gehäuses 208. Die untere Wand 334 des zweiten Endes 304 des zweiten Gehäuses 208 definiert einen zweiten Abschnitt der Vorkammer. Der Vorkammerzufuhranschluss 332 ist daher in Fluidverbindung mit der Vorkammer 134.
4A und 4B zeigen einen vergrößerten Ausschnitt von 3, der als Detail 4 bezeichnet ist. Insbesondere zeigen 4A und 4B einen Fluidoszillationsströmungsweg (Fluidoszillatorströmungspfad) 400 des Fluidoszillators 136 mit dem Oszillatoreinlass 328, einem zentralen Oszillatorkanal 402, Oszillatorrückführkanäle (im Folgenden als „Rückführkanäle“ bezeichnet) 404 und dem Oszillatorauslass 330. Der Oszillatoreinlass 328 ist in Fluidverbindung mit dem Leitungsauslass 326 und dem zentralen Oszillatorkanal 402 des Fluidoszillators 136. Der zentrale Oszillatorkanal 402 ist definiert durch eine erste Oszillatorwand 402a und eine zweite Oszillatorwand 402b, die in dem zweiten Gehäusekörper 300 stromaufwärts des Oszillatorauslasses 330 ausgebildet sind. Die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b können divergierende Wände sein, die gleiche oder entsprechend verschiedene Neigungswinkel aufweisen. Mit anderen Worten können die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b schräg aufeinander zu laufen bzw. voneinander weg laufen. Ein erster Bereich 406 zwischen dem Oszillatoreinlass 328 und dem zentralen Oszillatorkanal 402 ist über stromaufwärtsseitige Anschlüsse 408, die stromaufwärts des zentralen Oszillatorkanals 402 vorhanden sind, in Fluidverbindung mit den Rückführkanälen 404 und damit dem Oszillatorauslass 330. Ein zweiter Bereich 410 zwischen dem zentralen Oszillatorkanal 402 und dem Oszillatorauslass 330 ist über stromabwärtsseitige Anschlüsse 412, die stromabwärts des zentralen Oszillatorkanals 402 vorhanden sind, in Fluidverbindung mit den Rückführkanälen 404 und damit dem Oszillatoreinlass 328.
Der zweite Gehäusekörper 300 kann den Fluidoszillatorströmungsweg 400 derart definieren, dass mindestens zwei Rückführkanäle 404 an gegenüberliegenden Seiten des zentralen Oszillatorkanals 402 vorhanden sind. Die Rückführkanäle 404 können in Umfangsrichtung um die Oszillatorachse A₂ gleich beanstandet sein (d.h. zwei Rückführkanäle 404 sind um die Oszillatorachse A₂ um 180° getrennt, vier Rückführkanäle 404 sind um 90° getrennt etc.). Der Fluidoszillator 136 kann eine Oszillatorwand wie beispielsweise die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b für jede der Rückführkanäle 404 aufweisen. Die Oszillatorwände können planar und in der Umfangsrichtung um die Oszillatorachse A₂ gleich beanstandet sein. Jede der Rückführkanäle 404 kann einen ersten Teilkanal 404a, einen zweiten Teilkanal 404b und einen dritten Teilkanal 404c aufweisen. Jeder erste Teilkanal 404a und jeder dritte Teilkanal 404c erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Oszillatorachse A₂. Und jeder zweite Teilkanal 404b erstreckt sich parallel zur Oszillatorachse A₂. Alternativ könnte jeder der Rückführkanäle 404 in dem zweiten Gehäusekörper 300 als ein einzelner Halbkreiskanal, der durch durchgehend gewölbte Wände ausgebildet ist, definiert sein.
4A–B zeigen den Fluidoszillator 136 während eines Betriebs des Vorbrennkammeraufbaus 130, bei der der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 die Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrsystem 122 und der Vorkammer 134 beeinflusst. 4A–B zeigen insbesondere den Fluidoszillator 136 während dem Oszillatoreinlass 328 ein Fluidstrom 450 zugeführt wird. Der Fluidstrom 450 kann ein Kraftstoffstrom oder ein Strom einer Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung sein. Der Fluidstrom 450 strömt durch den Oszillatoreinlass 328 und den ersten Bereich 406 in Form eines Jets aufgrund der konvergierenden Düse, die am Leitungsauslass 326 vorhanden ist. Die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b weisen eine Länge und einen Neigungswinkel auf, die ausreichende groß sind, um einen Coanda Effekt hervorzurufen, wenn der Fluidstrom 450 durch den Fluidoszillator 136 strömt. Der Fluidstrom 450 kann daher zur ersten Oszillatorwand 402a oder zur zweiten Oszillatorwand 402b gelenkt werden und aufgrund des Coanda Effekts an der ersten Oszillatorwand 402a oder der zweite Oszillatorwand 402b anliegen.
Zur besseren Erklärung des nun folgenden, wird der Fluidstrom 450 in der 4A zunächst als an der ersten Oszillatorwand 402a anliegend gezeigt. Aufgrund des Fluidstroms 450 wird eine Druckverteilung in dem zentralen Oszillatorkanal 402 geändert und kann durch ein Anliegen des Fluidstrom 450-Jets an der zweiten Oszillatorwand 402a ein Druckpuls erzeugt werden. Der Druckpuls kann durch den Rückführkanal 404, der benachbart zur ersten Oszillatorwand 402a ist, in Form eines ersten Fluidteils 450a des Fluidstroms 450 übertragen werden. Wenn der erste Fluidteil 450a in den Rückführkanal 404 strömt, wird der verbleibende Fluidstrom 450 in den zweiten Bereich 410 von einer Seite des Fluidoszillators 136 mit der ersten Oszillatorwand 402a zu einer Seite des Fluidoszillators 136 mit der zweiten Oszillatorwand 402b und durch den Oszillatorauslass 330 hindurch umgelenkt.
Der Druckpuls in Form des ersten Fluidteils 450a, der durch den Rückführkanal 404 strömt, wird in den ersten Bereich 406 übertragen und lenkt den Fluidstrom 450 zur zweiten Oszillatorwand 402b. Daraufhin liegt der Fluidstrom 450 an der zweiten Oszillatorwand 402b an. Ein Druckpuls, der durch das Anliegen des Fluidstrom 450-Jets an der zweiten Oszillatorwand 402b erzeugt wird, wird durch der Rückführkanal 404 benachbart zur zweiten Oszillatorwand 402b in Form eines zweite Fluidteils 450b des Fluidstroms 450 übertragen. Gleichzeitig wird, wie in 4B gezeigt, der verbleibende Fluidstrom 450 durch den zweiten Bereich 410 hindurch umgelenkt, um den Fluidoszillator 136 an der Seite des Fluidoszillator, die die erste Oszillatorwand 402a aufweist, verlassen. Der Druckpuls in Form des zweiten Fluidteils 450b, der durch den Rückführkanal 404 strömt, wird in den ersten Bereich 406 übertragen und lenkt den Fluidstrom 450 hin zur ersten Oszillatorwand 402a.
Der hier beschriebene Ablauf bzw. das hier beschriebene Verhalten kann sich wiederholen und eine bistabile Strömung im Fluidoszillator 136 so lange aufrechterhalten, solange der Fluidstrom 450 zugeführt wird. Solange der Fluidstrom 450 durch den Oszillatoreinlass 328 strömt, werden Teile des Fluidstroms 450 weiterhin zwischen den Rückführkanälen 404 zyklisch alternieren. Folglich wird der Fluidstrom 450 zwischen den Seiten des Fluidoszillators 136 oszillieren und den Fluidstrom 450 dazu bringen, den Oszillatorauslass 330 in einer pulsierenden oder pendelnden (wischenden) Bewegung zu verlassen. Der Fluidoszillator 136 kann daher dazu beitragen, dass aus dem Oszillatorauslass 330 Kraftstoff in einer pulsierenden oder pendelnden (wischenden) Weise, die unten näher beschrieben wird, versprüht wird.
5A–C zeigen einen vergrößerten Ausschnitt von 3, der als Detail 5 bezeichnet wird. 5A–C zeigen einen Bereich, der einen Teil der Vorkammer 134, das Zündende 226 der Zündvorrichtung 138 und den Vorkammerzufuhranschluss 332 zeigt. Eine wischende (pendelnde) oder pulsierende Strömung des Fluidstroms 450 kann den Vorkammerzufuhranschluss 332 erreichen und in die Vorkammer 134 geführt werden. Es ist anzuerkennen, dass die in 5A–C gezeigte Anordnung des Vorkammerzufuhranschlusses 332 und des Fluidoszillators 136 relativ zur Vorkammer 134 exemplarisch ist und andere Anordnungen möglich sind. Beispielsweise kann der Vorkammerzufuhranschluss 332 näher zur Längsachse A₃, die sich durch eine Mitte der Vorkammer 134 erstrecken kann, angeordnet sein.
Die bistabile Strömung in dem Fluidoszillator 136, die dazu führt, dass der Fluidstrom 450 zwischen den Seiten des Fluidoszillators 136 oszilliert, wird aufgrund der Struktur des Fluidoszillators 136, der keine beweglichen Teile aufweist, passiv erzeugt. Die bistabile Strömung kann im Fluidoszillator 136 einen pendelnden (wischenden) oder pulsierenden Strom erzeugen, der den Oszillatorauslass 330 und den Vorkammerzufuhranschluss 332 auf verschiedene wie in 5A–C gezeigte Weisen verlässt. Die Frequenz der Oszillationen wird von dem Zufuhrdruck, der Strömungsrate des Fluidstroms 450 oder von beiden sowie von Größendimensionen des Fluidoszillators 136 abhängen. Beispielsweise wird eine Erhöhung des Zufuhrdrucks des Fluidstroms 450 in einer höheren Oszillationsfrequenz resultieren. Eine Geometrie der Wandanlagebereiche (d.h. eine Größe und eine Form der Oszillatorwände wie die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b) und eine Länge der Rückführkanäle 404 kann in Abhängigkeit einer gewünschten Verweilzeit des Fluidstroms 450 an spezifischen Orten innerhalb des Fluidoszillators 136 und in Abhängigkeit von gewünschten Oszillationsmoden gewählt werden. Folglich kann ein Profil eines Strömungsverlaufs, das aus dem Vorkammerzufuhranschluss 332 in die Vorkammer 134 eintritt, in Form einer Welle, beispielsweise einer Sinuswelle 500a, einer Sägezahnwelle 500b und einer Rechteckwelle 500c, wie in 5A–C gezeigt, sein. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Verwendung des Fluidoszillators 136 im Allgemeinen einen turbulenten Kraftstoffstrom oder einen turbulenten Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischungs-Strom in der Vorkammer 134 erzeugen.
Ein Paar von divergierenden Wänden, die im Inneren des zweiten Gehäusekörpers 300 ausgebildet sind, erstrecken sich vom Oszillatorauslass 330 und begrenzen den Vorkammerzufuhranschluss 332. Es wird anerkannt werden, dass die divergierenden Wände in anderen Konfigurationen und anderen Längen ausgebildet werden können, die dazu geeignet sind, Fluid in Abhängigkeit des gewünschten Strömungsprofils von dem Fluidoszillator 136 in die Vorkammer 134 zu leiten. Beispielsweise kann ein Winkel zwischen den divergierenden Wänden modifiziert werden oder können Wände zwischen dem Oszillatorauslass und dem Vorkammerzufuhranschluss 332 kurz und glockenförmig geformt sein. Die Konfiguration des Vorkammerzufuhranschlusses 132 kann das Profil des Strömungsverlaufs des in einer wischenden oder pulsierenden Weise in die Vorkammer 134 eintretenden Fluidstroms beeinflussen. Beispielsweise kann eine erwünschte Amplitude der Wellenform, die aus einem wischenden oder pulsierenden Strom, der den Oszillatorauslass 330 verlässt und in die Vorkammer 134 eintritt, dadurch erzielt werden, dass ein Abstand, ein Winkel und eine Länge der Wände, die den Vorkammerzufuhranschluss 332 begrenzen, modifiziert werden.
Während eines Betriebs kann die Zufuhr einer Zündenergie beispielsweise einen Bogen über einem Spalt 504 zwischen einer ersten Elektrode 502 und einer zweiten Elektrode 506 der in den 5A–C gezeigten Zündvorrichtung 138 erzeugen und in der Vorkammer 134 eine Verbrennungsreaktion in einer Fluidmischung, wie unten näher beschrieben wird, erzeugen. Die Verbrennung in der Vorkammer 134 kann sich ausbreiten und die expandierenden Gase durch die mehreren Öffnungen 232 in der Spitze 206 drücken (treiben) und eine Hauptkraftstoffmenge in der Hauptkraftstoffkammer 110 entzünden. Eine Flamme der Brennkammer 134 kann sich an mehreren Fronten durch die mehreren Öffnungen 232 verbreiten. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist eine Querdimension einer oder mehrerer Öffnungen 232 weniger als 25 % einer Querdimension der Vorbrennkammer 134. Mit anderen Worten ist gemäß einem Aspekt der Offenbarung eine Breite von ein oder mehreren Öffnungen 232 weniger als 25 % einer Breite der Vorbrennkammer 134. Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist eine Querdimension einer oder mehrerer Öffnungen 232 weniger als 15 % einer Querdimension der Vorbrennkammer 134. Mit anderen Worten ist gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung eine Breite von ein oder mehreren Öffnungen 232 weniger als 15 % einer Breite der Vorbrennkammer 134. Dementsprechend wird ein Fluidstrom von der Vorbrennkammer 134 durch die mehreren Öffnungen 232 zur Hauptbrennkammer 110 beschleunigt, indem eine Strömungsfläche durch die mehreren Öffnungen 232 verringert wird, sodass Fluidjets, die in die Hauptbrennkammer 110 ragen, erzeugt werden.
6 zeigt eine isometrische Ansicht einer Baugruppe 600 für den Vorbrennkammeraufbau 130 von 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Die Baugruppe 600 weist die Spitze 206 und das zweite Gehäuse 208 auf, wobei das erste Ende 234 der Spitze 206 mit einem zweiten Ende 304 des zweiten Gehäuses 208 durch geeignete wie oben beschriebene Mittel wie beispielsweise Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind. 6 zeigt ferner eine Außenfläche 604 des zweiten Gehäuses 208 und in der Außenfläche 604 ausgebildete Fluiddurchgangsöffnungen 602, die in einen Bereich, der die Baugruppe 600 umgibt, münden. An einer Seite jeder Fluiddurchgangsöffnung 602 kann sich eine Rippe 606 von der Außenfläche 604 entlang einer Längsachse A₃ des Vorbrennkammeraufbaus 130 und der Baugruppe 600 erstrecken. Ferner kann in der Außenfläche 604 an einer Seite jeder Fluiddurchgangsöffnung 602, die der die Rippe 606 aufweisenden Seite gegenüberliegt, eine untere Kante 608 ausgebildet sein.
7 zeigt eine obere Querschnittsansicht der Baugruppe 600 von 6, die entlang der Schnittlinie 7-7 erzeugt ist. Ein Fluiddurchgang 700 ist in dem zweiten Gehäuse 208 um eine zylindrische Wand 702, die die zweite Gehäusezündbohrung 306 definiert, ausgebildet. Der Fluiddurchgang 700 weist den inneren Fluiddurchgang 310 und sich nach außen erstreckende Durchlässe 704 auf, die zwischen Wandabschnitten 706 des zweiten Gehäuses 208 ausgebildet sind und sich in Radialrichtungen von dem inneren Fluiddurchlass 310 erstrecken. Der innere Fluiddurchlass 310 ist durch eine Außenfläche 702a der zylindrischen Wand 702 und inneren Seitenflächen 706a der Wandabschnitte 706, die die zylindrische Wand 702 umgeben, definiert. Die inneren Seitenflächen 706a sind von der Außenfläche 702a der zylindrischen Wand 702 radial beanstandet und mit Endflächen 706b der Wandabschnitte 706, die die sich nach außen erstreckenden Durchlässe 704 definieren, verbunden.
Der Fluiddurchlass 700 ist dazu ausgebildet, Fluid nahe bei der zweiten Gehäusezündbohrung 306 passieren zu lassen. Insbesondere sind die sich nach außen erstreckenden Durchlässe 704 in Fluidverbindung mit den Fluiddurchlassöffnungen 602 und dazu ausgebildet, Fluid über den inneren Fluiddurchlass 310 durch das zweite Gehäuse 208 passieren zu lassen. Die Spitze 206 ist mit Bezug zu den 2, 6 und 7 im Zylinderkopf 108 benachbart zur Fluidzufuhrleitung 202 angeordnet. Das von der Fluidzufuhrleitung 202 strömende Fluid strömt um die Spitze 206 und nach oben in den Hauptfluiddurchlass 201. Wenn das Fluid nach oben durch den Hauptfluiddurchlass 201 strömt, lenken die zu den Fluiddurchgangsöffnungen 602 gehörenden Rippen 606 einen Teil des Fluids in die Fluiddurchgangsöffnungen 602 und in die sich entsprechend nach außen erstreckenden Durchlässe 704. Darüber hinaus können die unteren Kanten 608 der Fluiddurchlassöffnungen 602 einen relativ geringen Strömungswiderstand für das umgelenkte Fluid darstellen. Die Baugruppe 600 und damit der Vorbrennkammeraufbau 130 können daher strukturelle Elemente aufweisen, die ein Strömen von Fluid durch den Fluiddurchlass 700 in das zweite Gehäuse 208 erleichtern.
Wie in 7 gezeigt, ist der Fluidoszillator 136 in einer der Wandabschnitte 706 ausgebildet, die den Fluiddurchlass 700 definieren. Der Fluidoszillator 136 weist zwei Rückführkanäle 404 mit dritten Teilkanälen 404c auf, die sich an gegenüberliegenden Seiten eines ersten Bereichs 406 entlang einer Querachse A₄ des zweiten Gehäuses 208 erstrecken. Die ersten Teilkanäle 404a (nicht gezeigt) sind parallel zu den dritten Teilkanälen 404c. Ein Gehäusezentrum C₁ des zweiten Gehäuses 208 und ein Oszillatorzentrum C₂ des Fluidoszillators 136 sind entlang der Querachse A₄ angeordnet. Das Oszillatorzentrum C₂ kann ebenfalls entlang der Oszillatorachse A₂ angeordnet sein.
Es wird anerkannt werden, dass der Fluidoszillator 136 derart in dem zweiten Gehäuse definiert (angeordnet bzw. ausgebildet) ist, dass die ersten und dritten Teilkanäle (404a, 404c) unter einem Winkel zur Querachse A₄ orientiert sind. In anderen Anordnungen kann das Oszillatorzentrum C₂ nicht entlang der Querachse A₄ angeordnet sein und können sich die ersten und dritten Teilkanäle (404a, 404c) parallel oder unter einem Winkel zur Querachse A₄ erstrecken.
8 zeigt eine obere Schnittansicht der Baugruppe 600 von 6, die entlang der Schnittlinie 7-7 erzeugt ist und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung modifiziert ist. Insbesondere weist der Fluidoszillator 136 von 8 vier Rückführkanäle 404 auf. Die Rückführkanäle 404 sind in einer Umfangsrichtung um die Oszillatorachse A₂ des Fluidoszillators 136, wie bereits beschrieben, gleichmäßig beanstandet. Das Vorsehen von vier Rückführkanälen 404 kann die Zahl von den Oszillatorauslass 130 verlassenden Fluidströmungsverläufen, die der Fluidoszillator 136 bei verschiedenen vorhandenen Zufuhrdrücken erzeugen kann, erhöhen. Darüber hinaus können die Strömungsverläufe, die durch den Fluidoszillator 136 mit vier Rückführkanälen 402 erzeugt werden, ein Vermischung von Fluiden im Inneren der Vorkammer 134 während eines Betriebs verbessern. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Konfigurationen des Fluidoszillators 136 eine andere Zahl von Rückführkanälen 404 aufweisen können. Wie bereits im Zusammenhang mit 4 erläutert, kann im Inneren des zweiten Gehäusekörpers 300 eine Oszillatorwand wie beispielsweise die erste Oszillatorwand 402a und die zweite Oszillatorwand 402b für jede der Rückführkanäle 404 ausgebildet sein.
9 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Zylinderkopfs 108 mit einem Vorbrennkammeraufbau 930 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Vorbrennkammeraufbau 930 ist im Inneren des Hauptfluiddurchlasses 201, der sich im Inneren des Zylinderkopfs 108 befindet, angeordnet. Die Fluidzufuhrleitung 202 führt dem Hauptfluiddurchlass 201 Fluid zu, um den Vorbrennkammeraufbau 930 zu kühlen. Der Vorbrennkammeraufbau 930 kann das erste Gehäuse 204, ein zweites Gehäuse 908, das mit dem ersten Gehäuse 204 verbunden ist, und die Spitze 206, die mit dem zweiten Gehäuse 908 verbunden ist, aufweisen. Das zweite Gehäuse 908 weist einen zweiten Gehäusekörper 900, der eine zweite Gehäusezündbohrung 906 aufweist, eine Kraftstoffeinlassleitung 916 und einen Fluidoszillator 936 in Fluidverbindung mit der Kraftstoffeinlassleitung 916 auf.
Die zweite Gehäusezündbohrung 906 kann eine gestufte Bohrung sein, die dazu ausgebildet ist, einen Abschnitt der Zündvorrichtung 138 aufzunehmen. Der zweite Gehäusekörper 900 kann einen ersten inneren Fluiddurchlass 910 aufweisen, der die zweite Gehäusezündbohrung 906 umgibt, um die Zündvorrichtung 138 während eines Betriebs zu kühlen. Darüber hinaus kann der zweite Gehäusekörper 900 einen zweiten inneren Fluiddurchlass 920 aufweisen, der einen Abschnitt des Fluidoszillators 936 und/oder einen mit dem Fluidoszillator 936 in Fluidverbindung stehenden Vorkammerzufuhranschluss 932 aufweist.
10 zeigt eine obere Schnittansicht des zweiten Gehäuses von 9, die entlang der Schnittlinie 10-10 erzeugt ist. Ein erster Fluiddurchlass 1000 ist in dem zweiten Gehäuse 908 ausgebildet und umfasst den ersten inneren Fluiddurchlass 910 und erste sich nach außen erstreckenden Durchlässe 1004, die sich zwischen Wandabschnitten 1006 erstrecken. Die ersten sich nach außen erstreckenden Durchlässe 1004 stehen in Fluidverbindung mit ersten Fluiddurchlassöffnungen 1002 und sind dazu ausgebildet, Fluid durch das zweite Gehäuse 908 über die ersten inneren Durchlässe 910 passieren zu lassen. Darüber hinaus ist in einem Wandabschnitt 1006, der den Fluidoszillator 936 aufweist, ein zweiter Fluiddurchlass 1010 ausgebildet. Der zweite Fluiddurchlass 1010 weist den zweiten inneren Fluiddurchlass 920, zweite Fluiddurchlassöffnungen 1012 und zweite sich nach außen erstreckende Durchlässe 1014 auf. Wie in 10 gezeigt, sind die zweiten Fluiddurchlassöffnungen 1012 und die zweiten sich nach außen erstreckenden Durchlässe 1014 in dem Wandabschnitt 1006, der in Fluidverbindung mit dem zweiten inneren Fluiddurchlass 920 steht, ausgebildet.
Der erste Fluiddurchlass 1000 und der zweite Fluiddurchlass 1010 sind dazu ausgebildet, Fluid nahe der zweiten Gehäusezündbohrung 906 bzw. dem Fluidoszillator 936 passieren zu lassen. Wie in 9 gezeigt, ist die Spitze 206 im Zylinderkopf 108 benachbart zur Fluidzufuhrleitung 202 angeordnet. Das von der Fluidzufuhrleitung 202 strömende Fluid strömt um die Spitze 206 und nach oben in den Hauptfluiddurchlass 201. Ebenso wie in der in 6 gezeigten Baugruppe 600 wird ein Teil des Fluid, das zum Hauptfluiddurchlass 201 nach oben strömt, in die ersten sich nach außen erstreckenden Durchlässe 1004 und in die zweiten sich nach außen erstreckenden Durchlässe 1014 umgelenkt. Wenn das Fluid in den zweiten sich um den Fluidoszillator 936 befindlichen Fluiddurchlass 1010 strömt, können Abschnitte des zweiten Gehäusekörpers 900 (9), die die Kraftstoffeinlassleitung 916, den Fluidoszillator 936 und den Vorkammerzufuhranschluss 932 aufweisen, und ebenso der Kraftstoff, der dort hindurchströmt, gekühlt werden. Eine Kühlung des Kraftstoffs, der durch den Fluidoszillator 936 strömt, kann dabei helfen, ein Verklumpen des Kraftstoffs entlang des Fluidoszillators 936 und des Vorkammerzufuhranschlusses 932 zu verhindern.
11 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Zylinderkopfs 108 mit einem Vorbrennkammeraufbau 1130 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Vorbrennkammeraufbau 1130 ist im Inneren eines Hauptfluiddurchlasses 201, der sich im Inneren des Zylinderkopfs 108 befindet, angeordnet. Der Vorbrennkammeraufbau 1130 kann das erste Gehäuse 204, ein zweites Gehäuse 1138, das mit dem ersten Gehäuse 204 verbunden ist, und die Spitze 206, die an dem zweiten Gehäuse 1138 angebracht ist, aufweisen. Das zweite Gehäuse 1138 kann einen zweiten Gehäusekörper 1160 aufweisen, der eine zweite Gehäusezündbohrung 1168, eine Kraftstoffeinlassleitung 1176 und einen mit der Kraftstoffeinlassleitung 1176 in Fluidverbindung stehenden Fluidoszillator 1186 aufweist.
Die zweite Gehäusezündbohrung 1168 ist in Fluidverbindung mit einem Leitungseinlass 1178 der Kraftstoffeinlassleitung 1176, die sich im zweiten Gehäusekörper 1160 befindet. Der Leitungseinlass 1178 ist an einem Ende eines stromaufwärtsseitigen Endes 1180 der Kraftstoffeinlassleitung 1176. Das stromaufwärtsseitige Ende 1180 erstreckt sich entlang einer Injektorauslassachse A₁, entlang sich ebenfalls der Kraftstoffzufuhrauslass 314 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 erstreckt. Das stromaufwärtsseitige Ende 1180 steht in Fluidverbindung mit dem Leitungseinlass 1178 und einem stromabwärtsseitigen Ende 1182 der Kraftstoffeinlassleitung 1176. Das stromabwärtsseitigen Ende 1182 erstreckt sich entlang einer Oszillatorachse A₂ des Fluidoszillators 1186, der sich im zweiten Gehäusekörper 1160 befindet.
Die Injektorauslassachse A₁ ist parallel zu einer Längsachse A₃ des Vorbrennkammeraufbaus 1130, wohingegen die Oszillatorachse A₂ unter einem Oszillatorwinkel θ zur Längsachse A₃ angeordnet ist. Der Oszillatorwinkel θ kann in einem Bereich von ungefähr 25° bis 45°, vorzugsweise 45° sein, sodass ein Oszillatorauslass 1190 in eine Richtung hin zur Längsachse A₃ zeigt und womöglich zu einer Mitte der Vorkammer 134, die entlang der Längsachse A₃ angeordnet ist. Kraftstoff, der den Vorkammerzufuhranschluss 1192 in dieser Anordnung verlässt, kann zu einer Mitte einer nicht verwirbelten Fluidstrommischung, die von den mehreren Öffnungen 232 in der Spitze 206 ausströmt, geleitet werden und sich mit dem nicht verwirbelnden Strom vermischen. Es wird anerkannt werden, dass in einer Konfiguration, in der die Längsachse A₃ nicht koaxial mit einer Längsachse der Vorkammer 134 ist, der Oszillatorwinkel θ bezogen auf die Längsachse der Vorkammer 134 ist.
12 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Vorbrennkammeraufbaus 1230 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Vorbrennkammeraufbau 1230 ist im Inneren des Hauptfluiddurchlasses 201, der sich im Inneren des Zylinderkopfs 108 befindet, angeordnet. Der Vorbrennkammeraufbau 1230 kann ein erstes Gehäuse 1234, ein zweites Gehäuse 1238, das mit dem ersten Gehäuse 1234 verbunden ist, und die Spitze 206, die am zweiten Gehäuse 1238 angebracht ist, aufweisen. Das erste Gehäuse 1234 weist einen ersten Gehäusekörper 1248 auf, der eine erste Gehäusezündbohrung 1052 und eine erste Gehäuseinjektorbohrung 1252 aufweist. Das zweite Gehäuse 1238 weist einen zweiten Gehäusekörper 1260 auf, der eine zweite Gehäusezündbohrung 1266, eine zweite Gehäuseinjektorbohrung 1268, eine Kraftstoffeinlassleitung 1276 und einen mit der Kraftstoffeinlassleitung 1276 in Fluidverbindung stehenden Fluidoszillator 1286 aufweist.
Wie in 12 gezeigt, kann die erste Gehäuseinjektorbohrung 1252 den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 aufnehmen. Die zweite Gehäuseinjektorbohrung 308 kann ein Auslassende 312 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 aufnehmen oder kann in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffzufuhrauslass 314 des Vorkammerkraftstoffinjektors 132 stehen.
Die zweite Gehäuseinjektorbohrung 1268 steht in Fluidverbindung mit einem Leitungseinlass 1278 einer Kraftstoffeinlassleitung 1276, die sich im zweiten Gehäusekörper 1260 befindet. Der Leitungseinlass 1278 befindet sich an einem Ende eines stromaufwärtsseitigen Endes 1280 der Kraftstoffeinlassleitung 1276, die in Fluidverbindung mit einem stromabwärtsseitigen Ende 1282 der Kraftstoffeinlassleitung 1276 steht, wobei die Kraftstoffeinlassleitung 1276 wiederum in Fluidverbindung mit einem in dem zweiten Gehäusekörper 1260 vorhandenen Fluidoszillator 1286 steht.
Sowohl die erste Gehäuseinjektorbohrung 1252, als auch die zweite Gehäuseinjektorbohrung 1268, das stromaufwärtsseitige Ende 1280 und das stromabwärtsseitige Ende 1282 der Kraftstoffeinlassleitung 1276 und der Fluidoszillator 1286 erstrecken sich entlang einer Oszillatorachse A₂, die unter einem Oszillatorwinkel θ gegenüber der Längsachse A₃ des Vorbrennkammeraufbaus 1230 angeordnet ist. Dementsprechend ist die Kraftstoffeinlassleitung 1276 als eine gerade sich stetig verjüngende Leitung vorgesehen. Dadurch lässt sich wiederum ein Druckverlust aufgrund des durch die Biegungen in der Kraftstoffeinlassleitung 1276 strömenden Fluids verringern. Eine Erhöhung des Zufuhrdrucks oder die Möglichkeit einer Erhöhung des Zufuhrdrucks zum Fluidoszillator 1286 ermöglicht, dass ein gewünschter Strömungsverlauf des den Fluidoszillator 1286 verlassenden Kraftstoffs erzeugt wird.
Die Platzverhältnisse in dem ersten Gehäuse 1234 für den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 können eine obere Grenze für den Oszillatorwinkel θ festlegen. Jedoch kann die Oszillatorachse A₂ weiterhin so angeordnet sein, dass sie die Längsachse A₃ kreuzt, die wiederum durch eine Mitte der Vorkammer 134 verlaufen kann. Ein Kraftstoffstrom kann daher mit einem vorgegebenen Strömungsverlauf zur Mitte der Vorkammer geleitet, eine Mischung zwischen Fluid, das einen Oszillatorauslass 1290 verlässt, und Fluid das einen Vorkammerzufuhranschluss 1292 verlässt, kann erhöht und eine Fluidmenge, die in die Vorkammer 134 durch die mehreren Öffnungen 232 strömt, kann erhöht werden. Alternativ kann das stromaufwärtsseitige Ende 1280 der Kraftstoffeinlassleitung 1276 unter einem zweiten Winkel gegenüber der Längsachse A₃, der größer als der Oszillatorwinkel θ aber nicht parallel zur Längsachse A₃ ist, angeordnet sein, um eine Strömungsänderung des durch die Kraftstoffeinlassleitung 1276 strömenden Fluids zu minimieren.
13 zeigt eine vordere Schnittansicht eines Vorbrennkammeraufbaus 1330 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Vorbrennkammeraufbau 1330 ist im Inneren des Hauptfluiddurchlasses 201, der sich im Zylinderkopfkörper 200 des Zylinderkopfs 108 befindet, angeordnet. Der Vorbrennkammeraufbau 1330 kann ein erstes Gehäuse 1334, ein zweites Gehäuse 1338, das mit dem ersten Gehäuse 1334 verbunden ist, und die Spitze 206, die an dem zweiten Gehäuse 1338 angebracht ist, aufweisen. Wie in 13 gezeigt, erstreckt sich ein Injektorgehäuse 1300 unter einem Winkel zum zweiten Gehäuse 1338. Es wird anerkannt werden, dass sich das Injektorgehäuse 1300 von dem ersten Gehäuse 1334 erstreckt. Das zweite Gehäuse 1338 kann eine zweite Gehäuseinjektorbohrung 1168 aufweisen, die ein Ende des in dem Injektorgehäuse 1300 vorhandenen Vorkammerkraftstoffinjektors 132 aufnimmt.
Sowohl das Injektorgehäuse 1300, als auch die zweite Gehäuseinjektorbohrung 1368, eine Kraftstoffeinlassleitung 1376, die in Fluidverbindung mit der zweiten Gehäuseinjektorbohrung 1368 steht, und ein Fluidoszillator 1386, der in Fluidverbindung mit der Kraftstoffeinlassleitung 1376 steht, können sich entlang einer Oszillatorachse A₂ unter einem Oszillatorwinkel θ zur Längsachse A₃ des Vorbrennkammeraufbaus 1330 erstrecken. Indem der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 im Injektorgehäuse 1300 untergebracht ist, können die hier angesprochenen Komponenten unter einem Oszillatorwinkel θ mit mehr als 45° gegenüber der Längsachse A₃ angeordnet sein. Daher kann das Vorsehen des Injektorgehäuses 1300 zu mehr Konstruktionsfreiheiten bezüglich eines Winkels, unter dem ein Strömungsverlauf des den Fluidoszillator 1386 verlassenden Fluids oszillieren kann, und bezüglich einer Position, mit der der Strömungsverlauf in eine Vorkammer 134 eintritt, führen.
14 zeigt eine Explosionsansicht des Vorkammeraufbaus 130 von 2, um mögliche Herstellungstechniken zur Konstruktion des Vorbrennkammeraufbaus 130 zu erläutern. Es wird jedoch anerkannt werden, dass die nun folgende Beschreibung der Herstellung des Vorbrennkammeraufbaus 130 gleichsam auf jede der anderen hier beschriebenen Vorkammeraufbauten (930, 1130, 1230, 1330) und insbesondere auf jedes der anderen hier beschriebenen zweiten Gehäuse (908, 1138, 1238, 1338) anwendbar ist.
Der Vorbrennkammeraufbau 130 weist das erste Gehäuse 204, die Spitze 206 und das zweite Gehäuse 208 zwischen dem ersten Gehäuse 204 und der Spitze 206 auf. Der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 und die Zündvorrichtung 138 befinden sich in der ersten Gehäusezündbohrung 220 bzw. der ersten Gehäuseinjektorbohrung 222. Die Spitze 206 weist mehrere Öffnungen 232 auf. Das zweite Gehäuse 208 weist das erste Ende 302 und das zweite Ende 304 auf, wobei ein Teil der Vorkammer 134 am zweiten Ende 304 durch die untere Wand 334 gebildet wird. Die zweite Gehäusezündbohrung 306 und der Vorkammerzufuhranschluss 332 sind in der unteren Wand ausgebildet. Die Fluiddurchlassöffnungen 602 sind in der Außenfläche 604 des zweiten Gehäuses 208 ausgebildet.
Das in der 14 gezeigte zweite Gehäuse 208 ist in einem hergestellten und nicht zusammengesetzten Zustand gezeigt und weist den Fluidoszillator 136 oder, wie anerkannt werden wird, jeden anderen hier beschriebenen Fluidoszillator (936, 1186, 1286, 1386) bzw. Variationen davon auf. Das erste Gehäuse 204, die Spitze 206 und das zweite Gehäuse 208 können durch jedes bekannte Verfahren hergestellt sein. Insbesondere kann das zweite Gehäuse 208 durch ein additives Herstellungsverfahren (AM) gefertigt sein.
Herstellungsverfahren wie das additive Herstellungsverfahren oder Freiflächenherstellungsverfahren (SFF) von Metallteilen können dazu verwendet werden, kompliziert geformte Strukturen eines zweiten Gehäuses, das den darin ausgebildeten Fluidoszillator aufweist, durch additive Schritte direkt auf Basis von Computerdaten herzustellen. Beispielsweise kann ein dreidimensionales Computermodell eines zweiten Gehäuses, das einen sich parallel oder unter einem Winkel zu einer Längsachse des Vorbrennkammeraufbaus erstreckenden Fluidoszillator aufweist, in dünne Querschnittsscheiben zerlegt werden. Die so entstehenden Querschnitte können in zweidimensionale Positionsdaten übersetzt werden, die einer Steueranlage, die eine metallische, dreidimensionale Struktur in einem schichtweisen Aufbau herstellt, zugeführt werden. Daher können Komponenten, die während eines Betriebs einer Maschine oder eines Apparats, in denen sie untergebracht sind hohen Temperaturen standhalten müssen, wie beispielsweise ein zweites Gehäuse gemäß der vorliegenden Offenbarung, durch metallische AM- oder SFF-Herstellungsverfahren produziert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Haupthülle für ein zweites Gehäuse durch ein AM-Verfahren, das Teile eines pulverförmigen Materials, die aneinander haften, miteinander verschmolzen oder anderweitig an Kontaktpunkten zwischen benachbarten Teilen des pulverförmigen Materials verbunden werden und Poren oder Freiräume zwischen benachbarten Teilen des pulverförmigen Materials, die keinen gemeinsamen Kontaktpunkt aufweisen, hinterlassen, hergestellt werden. Die Haupthülle kann additiv hergestellt werden, um eine untere Wand und einen Zylinder, der sich von der unteren Wand erstreckt, aufzuweisen. Die untere Wand kann an einem Ende der Hauptfülle, das einem zweiten Ende eines zweiten Gehäuses entspricht, hergestellt werden und der Zylinder kann einer zweiten Gehäusezündbohrung entsprechen. Darüber hinaus kann die Hauptfülle additiv mit einer inneren Hülle, die sich von der unteren Wand erstreckt, hergestellt werden. Die innere Hülle kann in Form einer Hülle ausgebildet sein, die sich um einen Vorkammerzufuhranschluss, einen Fluidoszillator, einer Kraftstoffeinlassleitung und einer zweiten Gehäuseinjektorbohrung erstreckt. Die Haupthülle kann in ein Wärmeübertragungsmedium eingetaucht sein, mit dem Wärmeübertragungsmedium angesprüht werden oder anderweitig abgeschreckt werden. Enden des Zylinders und der inneren Hülle können an einem Ende der Haupthülle, das einem ersten Ende eines zweiten Gehäuses entspricht, verschlossen werden und die Haupthülle kann mit einem Fluidfüllmaterial, das zum Verbinden mit der Haupthülle ausgewählt wird, durch Injektion oder einen Gießprozess gefüllt werden. Das Fluidfüllmaterial kann die Poren in der Haupthülle füllen und verfestigen.
Weitere AM-Verfahren, die verwendet werden können, können unter anderem die folgenden Verfahren sein: Stereolithographie, Photopolymerisationsstereolithographie, Masken-Bild-Stereolithographie, Metalsintern, selektives Lasersintern, direktes Metallasersintern, selektives Laserschmelzen, Laser unterstützte Netzformgebung, Drahtbogenverfahren, Elektronenstrahlschmelzen, Fused Deposition Modeling, Injekt Deposition, Mehrstrahldruck (polyjet printing), Druckmaterialablagerung (injet material deposition), Drop-on-Drop Material Deposition, Laminated Object Manufacturing, subtraktive Herstellungsverfahren, kombinierte additive und subtraktive Herstellungsverfahren, ARBUG Kunststoff Freeformer, Kombinationen davon und andere bekannte additive Herstellungsverfahren.
Obige Herstellungsverfahren können in einer kurzen Zeit durchgeführt werden, wodurch verschiedene Konfigurationen des Fluidoszillators getestet werden können. Es wird anerkannt werden, dass eine Länge und Anzahl der Rückführkanäle, Größen eines Oszillatoreinlasses und/oder Oszillatorauslasses, ein Neigungswinkel der Oszillatorwände eines zentralen Oszillatorkanals oder eines Fluidzufuhranschlusses, eine Länge des Fluidzufuhranschlusses oder Größen der Teilkanäle in Abhängigkeit von Daten, die ein Fluidverhalten vorhersagen, variiert werden können und verschiedene zweite Gehäuse einfach und schnell hergestellt werden können.
Sobald die zweiten Gehäuse hergestellt wurden, können diese getestet werden, indem ein Fluid durch eine Kraftstoffeinlassleitung strömt und ein Strömungsverlauf des Fluid, das den Fluidzufuhranschluss verlässt, beobachtet wird. In anderen Testverfahren können ein zweites Gehäuse an einer Spitze angebracht und eine Verbrennung in der Brennkammer simuliert werden, um eine Vermischung von Oxidationsmittel und Kraftstoff, NOx-Werten, thermische Effizienz und Oberflächenmaximaltemperaturen einer Vorkammer zu testen. Darüber hinaus kann eine Verbrennung für eine Baugruppe mit einer Spitze (einem Vorderende) und einem zweiten Gehäuse mehrmals simuliert werden, um festzustellen, welche Fluidoszillatoranordnung einen längeren Vorkammer-Lebenszyklus hervorruft.
Wie hierin beschrieben, ist ein Vorbrennkammeraufbau mit einem Fluidoszillator versehen, um Kraftstoff von einem Vorkammerkraftstoffinjektor in eine Vorkammer zu führen und den Kraftstoff mit einer Fluidmischung im Inneren der Vorkammer zu vermischen. Es wird anerkannt werden, dass ein Fluidoszillator auch zwischen einem Hauptkraftstoffinjektor und einem Einlasstrakt oder einer Hauptbrennkammer vorgesehen sein kann. Indem eine bistabile Strömung in einem Fluidoszillator, der im Inneren oder im Allgemeinen stromabwärts eines Hauptkraftstoffinjektors vorgesehen ist, erzeugt wird, wird eine wischende/pulsierende oder eine im Allgemeinen turbulente Kraftstoffströmung erzeugt, die aus einem Oszillatorauslass und (von dort) in einen Einlasstrakt oder eine Hauptbrennkammer strömt. Dadurch kann eine vollständigere Vermischung von Kraftstoff mit einer Fluidmischung im Inneren eines Einlasstraktes oder einer Hauptbrennkammer erzielt werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Im Folgenden wird ein Betrieb der Brennkraftmaschine 100 in Zusammenhang mit den 1, 2, 4A, 4B und 5A–C beschrieben. Es wird jedoch anerkannt werden, dass die nun folgende Beschreibung zum Herstellen des in den 1, 2, 4A, 4B und 5A–C gezeigten Vorbrennkammeraufbaus 130 gleichsam auf jede der anderen in den 9 und 11–13 gezeigten Vorkammeraufbauten (930, 1130, 1230, 1330) und insbesondere auf jede der anderen hier beschriebenen zweiten Gehäuse (908, 1138, 1238, 1338) angewandt werden kann.
Beginnend mit einem Gasaustauschprozess kann das Auslassventil 118 öffnen, um zu ermöglichen, dass Abgas die Hauptbrennkammer 110 durch den Abgastrakt 120 verlassen kann. Gleichzeitig kann sich der Kolben 106 in der Hauptbrennkammer 110 nach oben zum oberen Totpunkt bewegen, sodass das Abgas (E) mit Hilfe einer Bewegung des Kolbens 106 durch den Abgastrakt 120 transportiert wird. Gleichzeitig kann eine Kraftstoffinjektion durch den Hauptkraftstoffinjektor 124 und den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 den Beginn einer Kraftstoffströmung in dem Einlasstrakt 114 bzw. der Vorkammer 134 einleiten. Kraftstoff im Einlasstrakt 114 kann sich mit einem Oxidationsmittel vermischen, um eine magere Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung zu erzeugen, die der Hauptbrennkammer 110 zugeführt wird. Darüber hinaus wird Kraftstoff durch den Fluidoszillator 136, wie in den 4A und 4B gezeigt, transportiert und in die Vorkammer 134 als im Allgemeinen turbulenter oder wischender/pulsierender Jet mit einem Strömungsverlauf in Form einer Welle mit beispielsweise den in den 5A–C gezeigten Wellenformen eingeleitet. Die Strömungsverläufe hängen von einem Zufuhrdruck eines Fluidstroms 450 und von geometrischen Größen der Oszillatorwände wie beispielsweise der ersten und zweiten Oszillatorwand (402a, 402b), den Rückführkanälen 404 und dem Vorkammerzufuhranschluss 332 ab.
Wenn das Abgas E ausreichend vollständig aus der Hauptbrennkammer 110 entfernt ist, kann das Einlassventil 116 öffnen, um zu ermöglichen, dass eine frische, magere Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung (I) der Hauptbrennkammer 110 aus dem Einlasstrakt 114 zugeführt wird und die Abgase ersetzt. Anschließend kann das Auslassventil 118 schließen. Ein in der Hauptbrennkammer 110 aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens 106 erzeugtes Vakuum kann die frische, magere Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung (I) in die Hauptbrennkammer 110 führen. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 106 kann ferner eine Fluidmischung durch die mehreren Öffnungen 232 in der Spitze 206 und hinein in die Hauptbrennkammer 110 saugen. Jedoch können während des Einlasstaktes Kraftstoff, Oxidationsmittel oder beides über die mehreren Öffnungen 232 von der Hauptbrennkammer 110 in die Vorkammer 134 strömen durch Diffusion, Konvektion, die durch eine Ladebewegung im Inneren der Hauptbrennkammer 110 hervorgerufen wird, oder durch andere Massentransportprozesse. Darüber hinaus wird der Vorkammerkraftstoffinjektor 132 den Fluidoszillator 136 weiterhin mit Kraftstoff versorgen, welcher wiederum dazu führt, das eine im Allgemeinen turbulente Strömung oder eine wischende/pulsierende Jetströmung an Kraftstoff erzeugt wird, in die Vorkammer 134 strömt und sich mit einer Fluidmischung in der Vorkammer 134 vermischt.
Nachdem der Gasaustauschprozess beendet ist, kann ein Kompressionstakt beginnen. Insbesondere wenn sich der Kolben 106 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, kann eine Kraftstoffeinspritzung in den Einlasstrakt 114 und in die Vorkammer 134 enden und kann das Einlassventil 116 geschlossen werden. Es sollte anerkannt werden, dass Kraftstoff von dem Vorkammerkraftstoffinjektor 132 direkt in die Vorkammer 134 strömen kann für eine Zeitspanne von ungefähr 500°, vorzugsweise 50°, weiter vorzugsweise 5° Kurbelwinkel bevor der Kolben 106 den oberen Totpunkt eines Verdichtungstaktes erreicht bis ungefähr zu der Zeit, zu der das Einlassventil 116 schließt. Dementsprechend wird, sobald das Einlassventil 116 geschlossen ist, die frische, magere Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung (I) und eine kombinierte Mischung von der Vorkammer 134, die aufgrund der vorangegangenen Bewegung des Kolbens 106 nun unten in der Hauptbrennkammer 110 ist, als eine gemeinsame Fluidmischung während des Aufwärtsbewegens des Kolbens 106 komprimiert. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 106 kann einen Teil der insgesamten Fluidmischung über die mehreren Öffnungen 232 in die Vorkammer 134 drücken.
Anschließend kann eine Hochtemperaturverbrennung der insgesamten Fluidmischung in der Hauptbrennkammer 110 durch eine Zündung mithilfe der Zündvorrichtung 138 erfolgen. Die Zündung mithilfe der Zündvorrichtung 138 kann insbesondere eine Hochtemperaturflamme erzeugen, die in Form von Jets aus den mehreren Öffnungen 232 austritt und eine Fluidmischung in der Hauptbrennkammer 110 entzündet. Die Verbrennung in der Hauptbrennkammer 110 setzt ausreichend viel Energie frei, um den Kolben 106 nach unten zu bewegen, sodass der Zyklus anschließend erneut beginnen kann.
Der Fluidoszillator 136 weist zwei Rückführkanäle 404 auf, die, während einer Zeit, in der der Kraftstoff durch den Vorkammerkraftstoffinjektor 132 strömt, eine Hin- und Herbewegung (Wischbewegung) des Kraftstoffs am Oszillatorauslass 330 erzeugen. Wenn der Fluidoszillator 136 vier Rückführkanäle 404 aufweist, kann Kraftstoff innerhalb einer kurzen Zeit nach und nach durch jede der Rückführkanäle strömen, so dass ein rotierender Jet erzeugt wird.
Wie in den 2 und 11–13 gezeigt, kann eine Oszillatorachse A₂ unter verschiedenen Oszillatorwinkeln θ angeordnet sein. Jeder der hier beschriebenen Fluidoszillatoren (136, 936, 1136, 1236, 1336) kann entlang einer speziellen Achse ausgebildet sein, sodass der aus den Fluidoszillatoren heraustretende Kraftstoff zu einem Bereich im Inneren der Vorkammer 134 geleitet wird, in dem die Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung in einem turbulenten Zustand ist oder strömt, um eine vollständigere Durchmischung zu ermöglichen. Wenn beispielsweise die Form der Wände, die die Vorkammer 134 definieren, eine rotierende Bewegung der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung fördern, beispielsweise während des Verdichtungstaktes, bei dem eine Fluidmischung in die Vorkammer 134 strömt, kann die Oszillatorachse A₂ wie in 2 gezeigt angeordnet sein. Wenn die Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung folglich an einem äußeren Bereich in der Nähe der Wände, die die Vorkammer 134 definieren, verwirbelt wird, wird Kraftstoff aus dem Fluidoszillator 136 direkt in die Strömung der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung eingespritzt und kann sich effektiver mit der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung vermischen.
Die verbesserte Mischung des Kraftstoffs aus dem Vorkammerkraftstoffinjektor 132 mit der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung im Inneren der Vorkammer 134 kann bedingt durch die Größe der Vorkammer 134 und der Zeit, die dem Fluid zum Vermischen während eines Verbrennungszyklus zur Verfügung steht, mehrere Vorteile haben. Kraftstoff, der der Vorkammer 134 zugeführt wird, kann weniger als 3 % der insgesamten Kraftstoffmenge sein, die der Hauptbrennkammer 110 während des selben Verbrennungszyklus zugeführt wird. Darüber hinaus, kann die Dauer eines Verbrennungszyklus nicht ausreichend lang sein, um eine Mischung des Kraftstoffs aus dem Vorkammerkraftstoffinjektor 132 mit der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung in der Vorkammer 134 zu erzeugen. Ein turbulenter oder wischender/pulsierender Kraftstoffstrom in der Vorkammer 134, der durch jede der hier beschriebenen Fluidoszillatoren (136, 996, 1136, 1236, 1336) erzeugt wird, kann dazu führen, dass Kraftstoff aus dem Vorkammerkraftstoffinjektor 132 in der kurzen Zeit vor der Verbrennung besser in die Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung in der Vorkammer 134 eingetragen und mit dieser vermischt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Erhöhung einer Vermischung eines von einem Vorkammerkraftstoffinjektor 132 zur Verfügung gestellten Kraftstoffs mit der Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung in der Vorkammer 134 zu einer erhöhten Kraftstoffmenge führen, die während eines Verbrennungsprozesses entzündet wird. Folglich kann eine vollständigere Verbrennung der insgesamten Kraftstoff-Oxidationsmittel-Mischung in der Vorkammer 134 und der Hauptbrennkammer 110 erfolgen. Wie erwähnt, kann eine verbesserte Durchmischung ferner geringere NOx-Werte, eine höhere thermische Effizienz und geringere Vorkammeroberflächenmaximaltemperaturen während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 100 sowie eine höhere Betriebszeit der Vorkammer 134 ermöglichen.
Jedes der hier beschriebenen Verfahren oder jede der hier beschriebenen Funktionen können durch die Steuerung 126 durchgeführt oder gesteuert werden. Ferner können die hier beschriebenen Verfahren oder Funktionen auf einem maschinenlesbaren nicht flüchtigen Medium implementiert sein, sodass die Steuerung 126 die hier beschriebenen Verfahren und Funktionen ausführen kann. Derartige maschinenlesbare, nicht flüchtige Medien können Magnetspeicher, optische Speicher, Solid State Discs, Kombinationen davon oder andere bekannte maschinenlesbare, nicht flüchtige Medien sein. Darüber hinaus wird anerkannt werden, dass die hier beschriebenen Verfahren und Funktionen in größeren Steuerverfahren für einen Motor, eine Maschine oder Kombinationen davon implementiert werden können und mit anderen hier beschriebenen Verfahren und Funktionen kombiniert werden können.
Die vorstehende Beschreibung gibt lediglich Ausführungsbeispiele des offenbarten Systems und der offenbarten Technik wieder. Es ist deshalb möglich, dass sich andere Ausgestaltungen der Offenbarung in Einzelheiten von den vorstehenden Beispielen unterscheiden. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder entsprechende Beispiele betreffen spezielle Ausführungsbeispiele, die bislang diskutiert wurden, und sind nicht zur beschränkenden Auslegung der vorliegenden allgemeinen Offenbarung bestimmt. Eine abgrenzende oder herabsetzende Wortwahl mit Bezug auf bestimmte Merkmale der vorliegenden Offenbarung ist nur als auf eine fehlende Bevorzugung dieses Merkmals hinweisend zu verstehen. Eine solche Wortwahl soll ein derartig bezeichnetes Merkmal aber nicht vom Umfang der vorliegenden Offenbarung ausschließen, es sei denn, dass dies ausdrücklich gewollt ist.
Die in der vorliegenden Offenbarung aufgeführten Bereiche dienen lediglich als Hinweis und schließen jeden einzelnen sich innerhalb dieser Bereiche befindlichen Wert mit ein, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen wird. Demnach sind hier alle sich innerhalb der Bereiche befindlichen Werte in die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung aufgenommen als ob sie explizit aufgeführt wären. Alle in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren können in jeder beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, es sei denn, dass dies explizit verneint ist oder in einem offensichtlichen Widerspruch zum Kontext steht.
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

EP 2700796 A1 [0005, 0005, 0005, 0005, 0005]

Claims

Vorbrennkammeraufbau (130) für eine Hubkolbenmaschine, mit: einem Hauptkörper (300) mit: einer Vorbrennkammer (134), mehreren Öffnungen (232), die sich durch den Hauptkörper (300) erstrecken und eine Fluidverbindung zwischen der Vorbrennkammer (134) und einer Hauptbrennkammer (110) der Hubkolbenmaschine bewirken, einer Kraftstoffeinlassleitung (316) mit einem Auslass (326), und einem Fluidoszillatorkanalsystem (400) mit einem Oszillatoreinlass (328), der in Fluidverbindung mit dem Auslass (326) der Kraftstoffeinlassleitung (316) steht, und einem Oszillatorauslass (330), der in Fluidverbindung mit der Vorbrennkammer (134) steht, einer Zündvorrichtung (138), die betriebsmäßig mit der Vorbrennkammer (134) verbunden ist, wobei das Fluidoszillatorkanalsystem (400) mehrere Oszillatorkanäle (402, 404) aufweist, die strömungstechnisch parallel miteinander verbunden sind, so dass jeder Oszillatorkanal der mehreren Oszillatorkanäle (402, 404) eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass (328) und dem Oszillatorauslass (330) bewirkt.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach Anspruch 1, wobei der Oszillatorauslass (330) stromaufwärts der Vorbrennkammer (134) angeordnet ist.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Oszillatorkanäle (402, 404) folgende Komponenten aufweisen: einen zentralen Oszillatorkanal (402), der durch Wände des Hauptkörpers (300), die sich von dem Oszillatoreinlass (328) zum Oszillatorauslass (330) divergierend erstrecken, definiert ist, und mehrere Rückführkanäle (404), die in Fluidverbindung mit einem Ende des zentralen Oszillatorkanals (402), dem Oszillatorauslass (330) und dem Oszillatoreinlass (328) stehen, wobei sich der zentrale Oszillatorkanal (402) entlang einer Längsachse (A₂) des Fluidoszillatorkanalsystems (400) erstreckt.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach Anspruch 3, wobei jeder Rückführkanal (404) folgende Komponenten aufweist: einen ersten Teilkanal (404a), der sich senkrecht zur Längsachse (A₂) des Fluidoszillatorkanalsystems (400) von einer zwischen dem zentralen Oszillatorkanal (402) und dem Oszillatorauslass (330) befindlichen Position erstreckt, einen zweiten Teilkanal (404b), der sich von dem ersten Teilkanal (404a) parallel zur Längsachse (A₂) des Fluidoszillatorkanalsystems (400) erstreckt und einen dritten Teilkanal (404c), der sich von dem zweiten Teilkanal (404b) parallel zum ersten Teilkanal (404a) bis zu einer zwischen dem Oszillatoreinlass (328) und dem zentralen Oszillatorkanal (402) befindlichen Position erstreckt.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die mehreren Rückführkanäle (404) zwei Rückführkanäle (404) aufweisen, die um die Längsachse des Fluidoszillatorkanalsystems (400) in einer Umfangsrichtung gleich beabstandet sind.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die mehreren Rückführkanäle (404) vier Rückführkanäle (404) aufweisen, die um die Längsachse des Fluidoszillatorkanalsystems (400) in einer Umfangsrichtung gleich beabstandet sind.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei sich die Längsachse (A₂) des Fluidoszillatorkanalsystems (400) parallel zu einer Längsachse (A₃) des Vorbrennkammeraufbaus (130) erstreckt.
Vorbrennkammeraufbau (130) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Hauptkörper (300) einen Fluiddurchlass (700) definiert, der sich durch den Hauptkörper (300) erstreckt und sich der Fluiddurchlass (700) im Inneren des Hauptkörpers (300) um das Fluidoszillatorkanalsystem (400) benachbart zu den mehreren Rückführkanälen (404) erstreckt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Zündenergie für eine Hauptbrennkammer (110) einer Brennkraftmaschine durch einen mit der Hauptbrennkammer (110) in Fluidverbindung stehenden Vorbrennkammeraufbau (130), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Zuführen eines ersten Kraftstoffstroms und eines Oxidationsmittelstroms über die Hauptbrennkammer (110) zu einer durch den Vorbrennkammeraufbau (130) definierten Vorbrennkammer (134), Zuführen eines zweiten Kraftstoffstroms zu einem Oszillatoreinlass (328) eines Fluidoszillatorkanalsystems (400), das mehrere Oszillatorkanäle (402, 404) aufweist, die strömungstechnisch parallel miteinander verbunden sind, so dass jeder Oszillatorkanal (402, 404) der mehreren Oszillatorkanäle (402, 404) eine Fluidverbindung zwischen dem Oszillatoreinlass (328) und einem Oszillatorauslass (330) bewirkt, passives Induzieren einer periodischen Modulation des zweiten Kraftstoffstroms, der den Oszillatorauslass (330) verlässt, Vermischen des zweiten Kraftstoffstroms mit dem ersten Kraftstoffstrom und dem Oxidationsmittelstrom im Inneren der Vorbrennkammer (134), Zuführen der Zündenergie zur Vorbrennkammer (134) und Zünden der Mischung in der Vorbrennkammer (134) zum Erzeugen von Verbrennungsprodukten und Ausleiten der Verbrennungsprodukte aus der Vorbrennkammer (134) durch die mehreren in der Vorbrennkammer (134) vorhandenen Öffnungen (232), um der Hauptbrennkammer (110) die Zündenergie zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Kraftstoffstrom den Oszillatorauslass (330) in einer Wellenform, die eine Sinuswelle, eine Sägezahnwelle und/oder eine Rechteckwelle ist, verlässt.