DE102017124897A1

DE102017124897A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit drei Stufen

Info

Publication number: DE102017124897A1
Application number: DE102017124897.8A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US10605153B2; CN108005825B; US20180119599A1; CN108005825A; RU2017133800A

Abstract

Ein Motor, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein Verfahren werden offenbart. Das Verfahren kann das Ausrichten eines Abgaskanals mit einer Abgasquelle, um dem Abgas zu ermöglichen, für eine erste Dauer in eine Vorkammer einzutreten; das Ausrichten eines Kraftstoffkanals mit einer Kraftstoffquelle, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, für eine zweite Dauer in die Vorkammer einzutreten; und das Ausrichten von Einspritzdüsenverbindungsstücken mit Einspritzdüsen für eine dritte Dauer beinhalten, um einem Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas zu ermöglichen, aus der Vorkammer in die Brennkammer eingespritzt zu werden.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Vorkammer und drei Stufen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Während des Betriebs von Brennkraftmaschinen hängt die Qualität der Verbrennungsvorgänge von verschiedenen Bedingungen ab. Bei einer Bedingung handelt es sich darum, wie gut der Kraftstoff mit Luft in der Brennkammer vermischt ist. Ein schlechtes Luft-Kraftstoff-Gemisch kann unerwünschte Ruß- und/oder Kohlenwasserstoffemissionen erzeugen. Dies kann insbesondere während Kaltstarts auftreten.
Bisher wurden Kraftstoffeinspritzvorrichtungen verwendet, um Kraftstoff in die Brennkammer von Motoren mit in der Regel hoher Geschwindigkeit einzuspritzen, in dem Bestreben, den Kraftstoff zu zerstäuben. Dennoch können Kraftstoffeinspritzvorrichtungen immer noch eine enttäuschende Luft-Kraftstoff-Mischung bereitstellen. Zusätzlich kann eine lange Sprühdurchdringung, die oftmals kennzeichnend für die Einspritzvorrichtungen sind, dazu führen, dass der Sprühnebel die Brennkammerwand trifft, die, besonders unter kalten Motorbedingungen, dazu neigt, den Kraftstoff in einem kühleren, flüssigen Zustand zu halten.
Die US-Patentschrift 7.458.364 an Allen offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem, in der versucht wird, die Zerstäubung zu verbessern. Die .364-Offenbarung beinhaltet eine sogenannte Mischkammer, in die eine positive Verdrängerpumpe eine abgemessene Menge an Kraftstoff einspritzt. Eine Luft- oder Abgasleitung stellt der Mischkammer ein gasförmiges Ergänzungsvolumen bereit, während ein Teilvakuum in der benachbarten Brennkammer erzeugt wird, um Abgas und Kraftstoff in einem kombinierten Strom in die Brennkammer zu ziehen, in dem Bestreben, den Kraftstoff in den Abgasstrom einzubringen. Das Vakuum wird in der Brennkammer erzeugt, indem das Öffnen eines Einlassventils verzögert wird, während der Kolben einen Abwärtshub beginnt. Die Mischkammer beinhaltet eine Zerstäuberdüse an einer Auslassseite davon, um die Strömung zu beschleunigen.
Dieser Ansatz weist eine Reihe von Defiziten auf. Zum einen erfordert das .364-System einen ganz besonderen Betrieb des Ladelufteinlassventils, um ein Vakuum in der Brennkammer zu erzeugen, um Luft oder Abgas zu veranlassen, durch die Mischkammer zum Einbringen des Kraftstoffs zu strömen. Die .364-Ausgestaltung ist dazu vorgesehen, mit kleineren Einzylindermotoren verwendet zu werden, die keine Kraftstoffpumpe beinhalten. Die positive Verdrängerpumpe ist zur dosierten Einspritzung, nicht für erhöhten Druck ausgestaltet. Zusätzlich scheint es eine relativ kurze Zeitspanne zu geben, während der der Kraftstoff der vorbeiströmenden Luft- oder Abgasströmung ausgesetzt ist. Ebenfalls scheint es wenig Zeit für irgendeine nennenswerte Wärmeübertragung zwischen dem Kraftstoff und dem Abgas zu geben. Der Abgasstrom und der Kraftstoffstrom scheinen kaum vermischt zu sein. Es scheint, dass der Kraftstoff nur dann zerstäubt wird, wenn er innerhalb der Mischung von der Zerstäuberdüse in die Brennkammer strömt.
Die Erfinder offenbaren hierin einen Motor, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors, welches ein verbessertes Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitstellt. Das Verfahren kann das Drehen eines inneren Elements relativ zu einem Einspritzkörper um einen ersten Drehbetrag und das Ausrichten eines Abgaskanals mit einer Abgasquelle beinhalten, um dem Abgas zu ermöglichen, für eine erste Dauer in eine Vorkammer einzutreten. Das Verfahren kann ebenfalls das Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen zweiten Drehbetrag und das Ausrichten eines Kraftstoffkanals mit einer Kraftstoffquelle beinhalten, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, für eine zweite Dauer in eine Vorkammer einzutreten. Das Verfahren kann ebenfalls das Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen dritten Drehbetrag und das Ausrichten eines Einspritzdüsenverbindungsstücks mit Einspritzdüsen für eine dritte Dauer beinhalten, um einem Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas zu ermöglichen, aus der Vorkammer in die Brennkammer eingespritzt zu werden. Ausführungsformen können eine dreistufige (genau dreistufig in einem Beispiel) Kraftstoffeinspritzvorrichtungskonfiguration bereitstellen, die eine heiße Abgasströmung innerhalb einer Vorkammer innerhalb der Düsennadel einleitet, um eine Kraftstoffverdampfung vor dem Einspritzen in den Verbrennungszylinder zu fördern.
Auf diese Weise kann eine bedeutendere Aussetzung von Kraftstoff gegenüber erwärmtem Abgas über eine vorbestimmte zeitliche Aussetzung und über eine ausreichende räumliche Aussetzung erreicht werden. Auf diese Weise kann der Kraftstoff in der Vorkammer erwärmt werden. Mit einer Abgasversorgung kann dem Kraftstoff genügend Wärmeübertragungsaussetzung bereitgestellt werden, um den Kraftstoff auf vorteilhafte Temperaturen zu erwärmen. Auf diese Weise kann der Kraftstoff ebenfalls im erwärmten Abgas verdampft werden.
Die vorstehenden Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung erschließen sich ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese alleine für sich oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

Bei 1 handelt es sich um ein schematisches Systemdiagramm eines Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Bei 2 handelt es sich um eine schematische Teilquerschnittszeichnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Bei 3A und 3B handelt es sich um schematische Teilquerschnittsansichten der in 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang der Linie 3A-3A bzw. 3B-3B, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer Aus-Position darstellen.
Bei 4A und 4B handelt es sich um schematische Teilquerschnittsansichten der in 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang der Linie 3A-3A bzw. 3B-3B, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der ersten Stufe darstellen.
Bei 5A und 5B handelt es sich um schematische Teilquerschnittsansichten der in 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang der Linie 3A-3A bzw. 3B-3B, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der zweiten Stufe darstellen.
Bei 6A und 6B handelt es sich um schematische Teilquerschnittsansichten der in 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang der Linie 3A-3A bzw. 3B-3B, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der dritten Stufe darstellen.
Bei 7 handelt es sich um ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Brennkraftmaschine 10, die eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen ein Zylinder in 1 dargestellt ist, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 beinhaltet eine Brennkammer 30 und die Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein Schwungrad kann mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein.
Der Darstellung nach kommuniziert die Brennkammer 30 über ein entsprechendes Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Der Einlassnocken 51 und Abgasnocken 53 können relativ zu der Kurbelwelle 40 bewegt werden.
Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 derart positioniert, dass sie Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann Kraftstoff in einen Ansaugkanal eingespritzt werden, was dem Fachmann als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 kann flüssigen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals von der Steuerung 12 zuführen. Der Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht dargestellt) beinhaltet.
Der Darstellung nach kommuniziert der Ansaugkrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drossel 62, die eine Position der Drosselklappe 64 einstellt, um die Luftströmung vom Lufteinlass 42 zum Ansaugkrümmer 44 zu steuern.
In einem Beispiel kann ein Direkteinspritzsystem mit Niederdruck verwendet werden, bei dem der Kraftstoffdruck auf annähernd 20 - 30 bar erhöht werden kann. Alternativ dazu kann ein zweistufiges Kraftstoffsystem mit Hochdruck verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke zu erzeugen.
In einigen Beispielen können die Drossel 62 und die Drosselklappe 64 derart zwischen dem Einlassventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 positioniert sein, dass die Drossel 62 eine Saugrohrdrossel ist.
Ein Zündsystem 88 kann der Brennkammer 30 als Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken bereitstellen. Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda-(Universal Exhaust Gas Oxygen - UEGO-)Sonde 126 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt, der dem Katalysator 70 vorgelagert ist. Alternativ dazu kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden.
In einem anderen Beispiel kann der Motor an ein Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Ferner können in einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen eingesetzt sein, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine beinhalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen, die jeweils mehrere Bausteine aufweisen, verwendet werden. Bei dem Katalysator 70 kann es sich in einem Beispiel um einen Dreiwegekatalysator handeln. Eine Temperatur des Katalysators 70 kann über die Motordrehzahl, Motorlast, Motorkühlmitteltemperatur und den Zündzeitpunkt gemessen oder geschätzt werden.
In 1 ist die Steuerung 12 als ein herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, Nur-Lese-Speicher 106 (z. B. nichtflüchtiger Speicher), Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus beinhaltet. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 verschiedene Signale von den an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, zusätzlich zu denjenigen Signalen, die zuvor erläutert wurden, einschließlich: der Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) vom Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Positionssensors 134, der an ein Gaspedal 130 zum Erfassen einer durch den Fuß 132 ausgeübten Kraft gekoppelt ist; einer Messung des Motorkrümmerdrucks (Engine Manifold Pressure - MAP) vom Drucksensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; eines Motorpositionssensors von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; einer Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120; eines Maßes der Straßenneigung vom Neigungsmesser 35 und einer Messung der Drosselposition vom Sensor 58. Atmosphärendruck kann ebenfalls zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht darstellt).
In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer sich die Motordrehzahl (U/min) bestimmen lässt.
In einem anderen Beispiel kann der Motor an ein Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Ferner können in einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen eingesetzt sein, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Während des Betriebs wird jeder Zylinder in dem Motor 10 üblicherweise einem Viertaktzyklus unterzogen: Der Zyklus beinhaltet den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingebracht und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Takts befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann üblicherweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft innerhalb der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann üblicherweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem nachfolgend als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie etwa die Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. In beispielhaften Dieselanwendungen kann der Kraftstoff über eine Selbstzündung durch erhöhte Verdichtung verbrannt werden. Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegungen in ein Drehmoment der rotierenden Welle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel dient und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Die Steuerung 12 kann konfiguriert sein, Eingaben vom Motor 10, wie in 1 im Detail dargestellt, zu empfangen und einen Drehmomentausgang des Motors und/oder den Betrieb des Drehmomentwandlers, Getriebes, DISG (driveline integrated starter/generator - integrierter Antriebstrangstartergenerator), der Kupplungen und/oder der Bremsen entsprechend zu steuern. Als ein Beispiel kann eine Motordrehmomentausgabe durch das Einstellen einer Kombination aus Zündzeitpunkt, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulstaktung und/oder Luftladung gesteuert werden, indem die Drosselöffnung und/oder Ventilsteuerung, der Ventilhub und der Ladedruck für per Turbolader oder Kompressor geladene Motoren gesteuert werden. Im Falle eines Dieselmotors kann die Steuerung 12 die Motordrehmomentausgabe durch das Steuern einer Kombination aus Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulstaktung und Luftladung steuern. Die Motorsteuerung kann auf einer Zylinder-pro-Zylinder-Basis durchgeführt werden, um die Motordrehmomentausgabe zu steuern.
Verschiedene Ausführungsformen können ein Motorsystem 150 bereitstellen, das eine Brennkammer 30 zum Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs beinhalten kann. Eine Kraftstoffleitung 152 kann beinhaltet sein, um einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zur Verbrennung in der Brennkammer 30 zu liefern. Das Motorsystem 150 kann eine Kraftstoffpumpe 154 beinhalten, die konfiguriert ist, Kraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) über eine vorgelagerte Kraftstoffleitung 156 zu bewegen. Die Kraftstoffpumpe 154 kann ebenfalls den Kraftstoff mit Druck beaufschlagen, um dadurch den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff bereitzustellen.
Eine Verbindungsleitung 158 kann ebenfalls bereitgestellt sein, um einen Teil des Abgases aus der Brennkammer 30 zu portieren. Die Verbindungsleitung 158 kann fluidisch mit einer Abgasrückführungsleitung (exhaust gas recirculation - EGR-Leitung) 160 gekoppelt sein. Ein EGR-Ventil 162 kann bereitgestellt sein, um mindestens teilweise das EGR-System zu regulieren. Die Verbindungsleitung 158 kann ebenfalls einen Regulierungsmechanismus, wie etwa ein Ventil (nicht dargestellt), beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsleitung 158 fluidisch an das Motorabgas in anderen Weisen gekoppelt sein, die möglicherweise keine EGR-Leitung beinhalten.
2 - 7 stellen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten dar. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie mindestens in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die aneinander anliegend oder benachbart dargestellt sind, mindestens in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem Flächen teilenden Kontakt zueinander liegen, als in Flächen teilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum dazwischen ist und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren dargestellt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als ein „Oberteil“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als ein „Unterteil“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne kann sich Oberteil/Unterteil, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug zueinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen dargestellt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen (wie z. B. kreisförmig, gerade, eben, gebogen, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die so dargestellt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
Auch unter Bezugnahme auf 2 - 6B kann das Motorsystem 150 nun eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 200 beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 200 kann einen Einspritzkörper 202 und ein inneres Element 222 beinhalten, das innerhalb und drehbar relativ zum Einspritzkörper 202 angeordnet ist. Eine Vorkammer 215 kann innerhalb des inneren Elements 222 zwischen Abschnitten des inneren Elements 222 und des Einspritzkörpers 202 definiert sein. Das innere Element 222 kann drehbar sein, um selektiv einen ersten Kanal 224 zwischen der Vorkammer 215 und der Verbindungsleitung 158 auszurichten, um dem Abgas zu ermöglichen, in die Vorkammer 215 zu gelangen. Das innere Element 222 kann ebenfalls drehbar sein, um selektiv einen zweiten Kanal 226 zwischen der Vorkammer 215 und der Kraftstoffleitung 152 auszurichten, um einen Kraftstoff in die Vorkammer 215 zu leiten. Der erste und der zweite Kanal können ein oder mehrere Segmente beinhalten, die ausgerichtet werden können, um einem Fluid zu ermöglichen, dorthindurch zu gelangen. Das innere Element 222 kann ebenfalls drehbar sein, um ein oder mehrere Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 zwischen der Vorkammer und der einen oder den mehreren Einspritzdüsen 208 zum Einspritzen eines Kraftstoff-Abgas-Gemischs aus der Vorkammer in die Brennkammer 30 auszurichten. Die selektive Drehung des inneren Elements 222 relativ zum Einspritzkörper 202 kann direkt oder indirekt durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Drehung kann durch einen Aktor 230, wie etwa eine Spule oder dergleichen, bewirkt werden.
Das innere Elemente 222 kann eine im Wesentlichen zylindrische äußere Wand 213 oder eine Kammerwand 213 beinhalten, welche die Mischkammer 215 umgibt und definiert. Bei dem einen oder den mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücken 228 kann es sich beispielsweise um acht Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 handeln, die sich in Umfangsrichtung in acht im Wesentlichen gleichen Intervallen radial durch die äußere Wand 213 erstrecken. Der Einspritzkörper 202 kann eine im Wesentlichen zylindrische Körperwand 233 beinhalten, welche die im Wesentlichen zylindrische äußere Wand 213 des inneren Elements 222 umgibt. In ähnlicher Weise kann es sich bei der einen oder den mehreren Einspritzdüsen 208 um acht Einspritzdüsen 208 handeln, die sich radial nach außen und in Längsrichtung in Richtung eines Mittelbereichs der Brennkammer 30 erstrecken. Sie können beispielsweise einen Winkel mit einer zentralen Achse 235 des Einspritzkörpers 202 bilden.
Wie angemerkt, kann der Einspritzkörper 202 eine zentrale Achse 235 aufweisen. Das innere Element 222 kann ebenfalls eine zentrale Achse aufweisen, die mit der zentralen Achse 235 des Einspritzkörpers 202 übereinstimmen kann. Alternativ dazu kann die zentrale Achse des inneren Elements 222 versetzt von, parallel oder in einem Winkel zu der zentralen Achse 235 des Einspritzkörpers 202 angeordnet sein. In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform befindet sich die zentrale Achse 235 zentral zur zylindrischen äußeren Wand bzw. Kammerwand 213. Die Abgasdüse 224 und die Kraftstoffdüse 226 können sich an einer ersten in Längsrichtung gelegenen Position relativ zur zentralen Achse 235 befinden und das eine oder die mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 kann/können sich an einer zweiten in Längsrichtung gelegenen Position relativ zur zentralen Achse 235 befinden. Die zweite in Längsrichtung gelegene Position kann sich von der ersten in Längsrichtung gelegenen Position unterscheiden; d. h. die Abgasdüse 224 und die Kraftstoffdüse 226 können durch eine erste Ebene verlaufen und das eine oder die mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 kann/können durch eine zweite Ebene verlaufen. Die zentrale Achse 235 kann sowohl zur ersten als auch zur zweiten Ebene senkrecht verlaufen und die erste und die zweite Ebene können zueinander parallel sein.
3A und 3B veranschaulichen das innere Element 222, das im Einspritzkörper 202 in einer Start- oder geschlossenen oder Nullwinkel-Position 248 positioniert ist, wobei weder Abgas noch Kraftstoff in die Vorkammer 215 eintreten kann. 4A und 4B veranschaulichen das innere Element 222, das im Einspritzkörper 202 in einer ersten Stufenposition positioniert ist, wobei das innere Element 222 um einen ersten Winkel 250 gedreht ist, um dem Abgas zu ermöglichen, in die Vorkammer 215 einzutreten. 5A und 5B veranschaulichen das innere Element 222, das im Einspritzkörper 202 in einer zweiten Stufenposition positioniert ist, wobei das innere Element 222 um einen zweiten Winkel 252 gedreht ist, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, in die Vorkammer 215 einzutreten. 6A und 6B veranschaulichen das innere Element 222, das im Einspritzkörper 202 in einer dritten Stufenposition positioniert ist, wobei das innere Element 222 zu einen dritten Winkel 254 gedreht ist, um dem Kraftstoff-Abgas-Gemisch zu ermöglichen, aus der Vorkammer 215 ausgestoßen und in eine Brennkammer 30 eingespritzt zu werden. Diese Figuren stellen ebenfalls eine beispielhafte Beabstandung oder Ausrichtung der jeweiligen Kanäle, Verbindungsstücke und Düsen dar.
Die Abgasdüse 224 und die Kraftstoffdüse 226 können sich radial durch die zylindrische äußere Wand oder Kammerwand 213 erstrecken und können winkelmäßig voneinander um beispielsweise annähernd 11 Grad beabstandet sein. Zusätzlich kann eines des mindestens einen Einspritzdüsenverbindungsstücks 228 winkelmäßig vom Kraftstoffkanal um beispielsweise annähernd 23 Grad beabstandet sein. Bei dem einen oder den mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücken 228 kann es sich um acht Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 handeln, die winkelmäßig voneinander um annähernd 45 Grad beabstandet sind.
Verschiedene Ausführungsformen können ebenfalls eine Einspritznadel 240 beinhalten, die konfiguriert sein kann, in die Vorkammer 215 zu gelangen, um das Kraftstoff-Abgas-Gemisch aus der Vorkammer 215 durch die Einspritzdüsen 208 und in die Brennkammer 30 zu drängen.
Wie angemerkt, ist die Verbindungsleitung 158 in einigen Fällen konfiguriert, Abgas aus einer einem Abgaskrümmer 48 nachgelagerten EGR-Leitung 160 aufzunehmen. Eine Vielzahl von ähnlichen, einer Vielzahl von ähnlich konfigurierten Brennkammern 30 nachgelagerten Abgaskanälen kann fluidisch in einem gemeinsamen Strömungspfad münden.
Ausführungsformen können eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 200 bereitstellen, die einen Einspritzkörper 202 beinhalten kann, der Kanäle dorthindurch definiert. Die Kanäle können einen oder mehrere Abgaskanäle 204, einen oder mehrere Kraftstoffkanäle 206 und eine oder mehrere Einspritzdüsen 208 beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 200 kann ebenfalls ein inneres Element 222 beinhalten, das eine Kammerwand 213 aufweist, die eine Vorkammer 215 darin definiert. Die Kammerwand 213 kann dorthindurch verlaufende Kanäle aufweisen. Die Kanäle können eine oder mehrere Abgasdüsen 224, eine oder mehrere Kraftstoffdüsen 226 und ein oder mehrere Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 beinhalten. Das innere Element 222 kann im Wesentlichen innerhalb des Einspritzkörpers 202 angeordnet sein und kann relativ zum Einspritzkörper 202 bewegbar sein, um selektiv Folgendes auszurichten: die eine oder die mehreren Abgasdüsen 224 mit dem einen oder den mehreren Abgaskanälen 204, die eine oder die mehreren Kraftstoffdüsen 226 mit dem einen oder den mehreren Kraftstoffkanälen 206 und das eine oder die mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 mit der einen oder den mehreren Einspritzdüsen 208, um ein Gemisch aus Kraftstoff und Abgas in eine Brennkammer 30 eines Motors 10 einzuspritzen. Nach der Einspritzung des Kraftstoff-Abgas-Gemischs kann sich das innere Element 222 zurück zur Nullwinkel-Position drehen oder nicht.
Ausführungsformen können eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 200 bereitstellen, bei der das innere Element 222 innerhalb des Einspritzkörpers 202 drehbar ist, um mit aufeinanderfolgenden Bewegungen Folgendes auszurichten: eine Abgasdüse 224 mit einem Abgaskanal 204, eine Kraftstoffdüse 226 mit einem Kraftstoffkanal 206 und ein oder mehrere Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 mit der einen oder den mehreren Einspritzdüsen 208.
Unter besonderer Bezugnahme auf 1 weist das innere Element 222 in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen zylindrische äußere Wand 213 auf, welche die Vorkammer 215 darin definiert. Das innere Element 222 kann um eine zentrale Achse 235 des Einspritzkörpers 202 schwenkbar sein. Bei der einen oder den mehreren Abgasdüsen 224 kann es sich um eine Abgasdüse 204 handeln, die radial durch die äußere Wand 213 an einer in Umfangsrichtung gelegenen ersten Position der äußeren Wand 213 des inneren Elements und an einer in Längsrichtung gelegenen ersten Position verlaufen kann. In ähnlicher Weise kann es sich bei der einen oder den mehreren Kraftstoffdüsen 226 um eine Kraftstoffdüse 226 handeln, die radial durch die äußere Wand 213 an einer in Umfangsrichtung gelegenen zweiten Position der äußeren Wand 213 des inneren Elements und an der in Längsrichtung gelegenen ersten Position verläuft. Das eine oder die mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 kann/können durch die äußere Wand 213 des inneren Elements an einer in Längsrichtung gelegenen zweiten Position verlaufen.
Der Einspritzkörper 202 kann einen Raum 225 darin definieren, in dem das innere Element 222 zur Einpassung angeordnet sein kann. Ein Dichtelement, beispielsweise ein erster O-Ring 242, kann in dem Raum 225 in dichtendem Eingriff mit der äußeren Wand 213 des inneren Elements oberhalb der Abgasdüse 224, des Abgaskanals 204, der Kraftstoffdüse 226 und des Kraftstoffkanals 206 positioniert sein, um den Austritt von Abgas oder Kraftstoff zu verhindern oder zu verringern. Ein zweiter O-Ring 244 kann in dem Raum 225 in dichtendem Eingriff mit der äußeren Wand 213 des inneren Elements unterhalb der Abgasdüse 224, jedoch oberhalb der Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 und den Einspritzdüsen 208 positioniert sein. Auf diese Weise kann der Austritt des Kraftstoff-Abgas-Gemischs und/oder eine direkte Strömung aus dem Abgaskanal 204 und dem Kraftstoffkanal 206 verhindert oder verringert werden.
Bei dem einen oder den mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücken 228 kann es sich um acht Einspritzdüsenverbindungsstücke 228 handeln, die radial durch die äußere Wand 213 an acht im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandeten Positionen verlaufen. Das eine der Einspritzdüsenverbindungsstücke kann mit der Kraftstoffdüse einen zweiten Winkel definieren und die Kraftstoffdüse kann mit der Abgasdüse einen ersten Winkel bilden, und wobei eine Summe des ersten Winkels 250 und des zweiten Winkels 252 im Wesentlichen gleich dem dritten Winkel 254 ist, der beispielsweise 45 Grad betragen kann.
Ausführungsformen können ein Verfahren 700 zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Motors bereitstellen. Das Verfahren 700 kann bei 702 das Drehen eines inneren Elements relativ zu einem Einspritzkörper um einen ersten Drehbetrag und das Ausrichten eines Abgaskanals mit einer Abgasquelle beinhalten, um dem Abgas zu ermöglichen, für eine erste Dauer in eine Vorkammer einzutreten. Das Verfahren 700 kann bei 704 das Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen zweiten Drehbetrag und das Ausrichten eines Kraftstoffkanals mit einer Kraftstoffquelle beinhalten, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, für eine zweite Dauer in eine Vorkammer einzutreten. Das Verfahren 700 kann bei 706 ebenfalls das Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen dritten Drehbetrag und das Ausrichten eines Einspritzdüsenverbindungsstücks mit Einspritzdüsen beinhalten, um einem Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas zu ermöglichen, für eine dritte Dauer aus der Vorkammer in die Brennkammer eingespritzt zu werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 700 das Bewegen einer Einspritznadel 240 in die Vorkammer 215 beinhalten, um das Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas in die Brennkammer zu drängen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Ausrichten des Abgaskanals mit der Abgasquelle bewirkt werden, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um 11 Grad gedreht wird; das Ausrichten des Kraftstoffkanals mit der Kraftstoffquelle kann bewirkt werden, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um weitere 11 Grad gedreht wird; und das Ausrichten der Einspritzdüsenverbindungsstücke mit den Einspritzdüsen kann bewirkt werden, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um 23 Grad gedreht wird.
Die Summe des ersten Drehbetrags plus des zweiten Drehbetrags plus des dritten Drehbetrags kann im Wesentlichen gleich 360 Grad geteilt durch eine Anzahl von Düsenkanälen sein, die gleichmäßig radial um einen Umfang des Düsenkörpers beabstandet sind. Beispielsweise kann die Anzahl von Düsenkanälen acht betragen und die Summe des ersten Drehbetrags plus des zweiten Drehbetrags plus des dritten Drehbetrags kann im Wesentlichen gleich 45 Grad sein.
Wie angemerkt, kann das innere Element 222 in die jeweils erste, zweite und dritte Stufe für vorbestimmte Zeitdauern gedreht und somit relativ zum Einspritzkörper 202 ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann ein wirkungsvolles Mischen und/oder eine wirkungsvolle Wärmeübertragung erreicht werden. Beispielsweise kann die erste vorbestimmte Dauer 10 ms betragen, die zweite vorbestimmte Dauer kann 15 ms betragen und die dritte vorbestimmte Dauer kann 60 ms betragen.
Ein Fachmann erkennt, dass die vorliegende Offenbarung, obwohl sie beispielhalber unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden ist, nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass eine oder mehrere Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen oder alternativen Ausführungsformen konstruiert werden könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Entsprechend versteht es sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Natur sind und diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Anordnungen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet betrachtet.
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

US 7458364 [0004]

Claims

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Motors, umfassend: Drehen eines inneren Elements relativ zu einem Einspritzkörper um einen ersten Drehbetrag und Ausrichten eines Abgaskanals mit einer Abgasquelle, um dem Abgas zu ermöglichen, für eine erste Dauer in eine Vorkammer einzutreten; Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen zweiten Drehbetrag und Ausrichten eines Kraftstoffkanals mit einer Kraftstoffquelle, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, für eine zweite Dauer in eine Vorkammer einzutreten; und Drehen des inneren Elements relativ zum Einspritzkörper um einen dritten Drehbetrag und Ausrichten von Einspritzdüsenverbindungsstücken mit Einspritzdüsen für eine dritte Dauer, um einem Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas zu ermöglichen, aus der Vorkammer in die Brennkammer eingespritzt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bewegen einer Einspritznadel in die Vorkammer umfasst, um das Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Abgas in die Brennkammer zu drängen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Ausrichten des Abgaskanals mit der Abgasquelle bewirkt wird, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um 11 Grad gedreht wird; das Ausrichten des Kraftstoffkanals mit der Kraftstoffquelle bewirkt wird, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um weitere 11 Grad gedreht wird; und das Ausrichten der Einspritzdüsenverbindungsstücke mit den Einspritzdüsen bewirkt wird, indem das innere Element relativ zum Einspritzkörper um 23 Grad gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Summe des ersten Drehbetrags plus des zweiten Drehbetrags plus des dritten Drehbetrags im Wesentlichen gleich 360 Grad geteilt durch eine Anzahl von Düsenkanälen ist, die gleichmäßig radial um einen Umfang des Düsenkörpers beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Summe des ersten Drehbetrags plus des zweiten Drehbetrags plus des dritten Drehbetrags im Wesentlichen gleich 45 Grad ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorbestimmte Dauer 10 ms beträgt, die zweite vorbestimmte Dauer 15 ms beträgt und die dritte vorbestimmte Dauer 60 ms beträgt.
Motorsystem, umfassend: eine Brennkammer zum Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs; eine Kraftstoffleitung, um einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zur Verbrennung in der Brennkammer zu liefern; eine Verbindungsleitung, um einen Teil des Abgases aus der Brennkammer zu portieren; und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einschließlich eines Einspritzkörpers und eines inneren Elements, das innerhalb und drehbar relativ zum Einspritzkörper darin angeordnet ist, einer Vorkammer, die innerhalb des inneren Elements zwischen Abschnitten des inneren Elements und des Einspritzkörpers definiert ist, wobei das innere Element drehbar ist um selektiv: einen ersten Kanal zwischen der Vorkammer und der Verbindungsleitung auszurichten, um dem Abgas zu ermöglichen, in die Vorkammer zu gelangen, und einen zweiten Kanal zwischen der Vorkammer und der Kraftstoffleitung auszurichten, um einen Kraftstoff in die Vorkammer zu leiten, und ein oder mehrere Einspritzdüsenverbindungsstücke zwischen der Vorkammer und der einen oder den mehreren Einspritzdüsen zum Einspritzen eines Kraftstoff-Abgas-Gemischs aus der Vorkammer in die Brennkammer auszurichten.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei der Kraftstoff vor dem Eintreten in die Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch eine Kraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagt wird.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei: das innere Element eine im Wesentlichen zylindrische äußere Wand beinhaltet, welche die Mischkammer umgibt und definiert, und wobei es sich bei dem einen oder den mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücken um acht Einspritzdüsenverbindungsstücke handelt, die sich in Umfangsrichtung in acht im Wesentlichen gleichen Intervallen radial durch die äußere Wand erstrecken; und der Einspritzkörper eine im Wesentlichen zylindrische Körperwand beinhaltet, welche die im Wesentlichen zylindrische äußere Wand des inneren Elements umgibt, und es sich bei der einen oder den mehreren Einspritzdüsen um acht Einspritzdüsen handelt, die sich radial nach außen und in Längsrichtung in Richtung eines Mittelbereichs der Brennkammer erstrecken.
Motorsystem nach Anspruch 9, wobei: das innere Element eine zentrale Achse aufweist, die sich zentral zur zylindrischen äußeren Wand befindet; und sich die Abgasdüse und die Kraftstoffdüse an einer ersten in Längsrichtung gelegenen Position relativ zur zentralen Achse befinden, und wobei sich das eine oder die mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücke an einer zweiten in Längsrichtung gelegenen, von der ersten in Längsrichtung gelegenen Position verschiedenen Position relativ zur zentralen Achse befindet/befinden.
Motorsystem nach Anspruch 10, wobei: sich die Abgasdüse und die Kraftstoffdüse radial durch die zylindrische äußere Wand oder Kammerwand erstrecken und winkelmäßig voneinander um 11 Grad beabstandet sind.
Motorsystem nach Anspruch 10, wobei eines des mindestens einen Einspritzdüsenverbindungsstücks winkelmäßig vom Kraftstoffkanal um annähernd 23 Grad beabstandet ist.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei: es sich bei dem einen oder den mehreren Einspritzdüsenverbindungsstücken um acht Einspritzdüsenverbindungsstücke handelt, die winkelmäßig voneinander um annähernd 45 Grad beabstandet sind.
Motor nach Anspruch 7, der ferner eine Einspritznadel beinhaltet, die konfiguriert ist, in die Vorkammer zu gelangen, um das Kraftstoff-Abgas-Gemisch aus der Vorkammer durch die Einspritzdüsen und in die Brennkammer zu drängen.
Motor nach Anspruch 7, wobei die Verbindungsleitung konfiguriert ist, Abgas aus einer EGR-Leitung aufzunehmen; einem Abgaskrümmer nachgelagert; wobei eine Vielzahl von ähnlich konfigurierten Abgaskanälen fluidisch in einem gemeinsamen Strömungspfad mündet.