DE102018114035A1

DE102018114035A1 - Vorkammerzündungssystem

Info

Publication number: DE102018114035A1
Application number: DE102018114035.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Howard Shelby; Brad Alan VanDerWege
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US10337397B2; CN109083734A; US20180363539A1

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zum Spülen einer Vorkammer bereitgestellt. In einem Beispiel ist ein System mit einem Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird, und einer Vorkammer, die mit dem Brennraum in Fluidverbindung steht, bereitgestellt. Das System ist auch mit einem Spülkanal, der an die Vorkammer gekoppelt und dazu aufgebaut ist, Spülluft in die Vorkammer zu strömen, wobei die Strömung der Spülluft durch den Betrieb einer Spülpumpe angetrieben wird, und einem Kolben, der im Inneren des Brennraums angeordnet ist, bereitgestellt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen ein Vorkammerzündungssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems.
STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
In der Vergangenheit wurde für Motoren die Vorkammerverbrennung genutzt, um die Effizienz der Verbrennung zu steigern und entsprechend Emissionen zu reduzieren. Vorkammerverbrennungssysteme beinhalten typischerweise eine zusätzliche Vorkammer vor dem Hauptbrennraum, mit einer Zündvorrichtung und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an die zusätzliche Vorkammer gekoppelt sind. In solchen Systemen läuft die Verbrennung in der folgenden Reihenfolge ab: (i) eine geringe Kraftstoffmenge wird direkt in die Vorkammer eingespritzt, (ii) dem Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer wird eine Zündung bereitgestellt; und (iii) das heiße Gas schießt in den Hauptbrennraum, um die darin befindliche Ladung zu zünden. Das derartige Einschießen des gezündeten Gases in den Hauptbrennraum ermöglicht es, dass heiße Gasstrahlen tiefer in den Hauptbrennraum eindringen, was im Vergleich zu Motoren, in denen keine Vorkammerlösungen zum Einsatz kommen, eine gleichmäßiger verteilte Zündung bewirkt.
Ein von Attard in US 2012/0103302 dargelegter Ansatz beinhaltet ein System mit einer Zündbaugruppe mit einer Vorkammer, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Zündkerze, die im Zylinderkopf über dem Hauptbrennraum montiert ist. Das Vorkammerzündungssystem nach Attard erzielt eine zügige Verbrennung unter Bedingungen mageren Kraftstoffs. Allerdings haben die Erfinder mehrere mögliche Nachteile im Zusammenhang mit dem System nach Attard und anderen Vorkammerbaugruppen erkannt. Beispielsweise können in der Vorkammer Reste verbrannter Gase zurückbleiben, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch in nachfolgenden Verbrennungstakten verdünnt. Infolgedessen verringert sich der Verbrennungswirkungsgrad, womit eine Emissionserhöhung einhergeht. Darüber hinaus kann es sein, dass der ergänzende Kraftstoff, der in die Vorkammer eingespritzt wird, bei stöchiometrischen Bedingungen die Entzündlichkeit oder Brenngeschwindigkeit nicht erhöht. Folglich lassen sich mit dem System nach Attard Effizienzgewinne nur innerhalb eines begrenzten Fensters des Motorbetriebs erzielen. Die Erfinder haben außerdem erkannt, dass weitere Probleme entstehen könnten, sollte im System nach Attard oder anderen Vorkammerverbrennungssystemen die Abgasrückführung (AGR) zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann sich durch Einströmen von AGR in den Hauptbrennraum das Problem der Vorkammerverdünnung verschärfen, was die Anwendbarkeit von Vorkammerzündungssystemen im Hinblick auf eine Erweiterung der Toleranz des Motors auf hohe AGR-Raten (intern oder extern) begrenzt. Eine Verdünnung mit inertem verbranntem Gas, äußerer AGR oder inneren Resten fördert die Motoreffizienz und kann durch die Entzündlichkeit und durch die Brenngeschwindigkeit begrenzt werden. Wenn im Inneren der Vorkammer eines Vorkammerzündungssystems eine robuste Zündung erreicht werden kann, so wird sie die Brenngeschwindigkeit im Hauptraum beschleunigen und die Motorverdünnungstoleranz und Motoreffizienz verbessern. Es sind Versuche unternommen worden, Vorkammern anhand luftunterstützter Einspritzvorrichtungen zu spülen. Allerdings erforderte die Umsetzung von Systemen, in denen Lufteinspritzvorrichtungen für den sekundären Raum zum Einsatz kommen, in der Vergangenheit komplizierte Steuerungen, Hardware und mechanische Baugruppen, was die Kosten und Komplexität des Motors erhöhte.
Die Erfinder haben die zuvor genannten Probleme erkannt und angesichts dieser Probleme in einem Beispiel ein System entwickelt, um diese Probleme zu beheben. Das System beinhaltet einen Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird, und eine Vorkammer, die mit dem Brennraum in Fluidverbindung steht. Das System beinhaltet auch einen Spülkanal, der an die Vorkammer gekoppelt und dazu aufgebaut ist, Spülluft in die Vorkammer zu strömen, wobei die Strömung der Spülluft durch den Betrieb einer Spülpumpe angetrieben wird, und einen Kolben, der im Inneren des Brennraums angeordnet ist. Auf diese Weise kann Frischluft in die Vorkammer geleitet werden, um Restgase anhand des Betriebs der Spülpumpe aus der Kammer abzuführen. Das Ausspülen der Restabgase aus der Vorkammerverbrennung ermöglicht eine Erhöhung der Verbrennungseffizienz und Reduktion von Emissionen. Konkret ermöglicht das Ausspülen der Vorkammer eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität unter Bedingungen, in denen Reste vorliegen, wie etwa während eines AGR-Betriebs und wenn Innenbrennraumreste auftreten.
Als ein Beispiel kann es sich bei der Spülpumpe in dem System um eine Verdrängerpumpe handeln, die einen an einem Einlassventilschaft angebrachten Plunger beinhaltet, wobei der Spülluftstrom durch Wechselbewegung des Plungers erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Bewegung des Einlassventils verwendet werden, um eine Verdrängerpumpe zur Vorkammerspülung mittels Luftstrom anzutreiben. Folglich kann das System die Vorkammer effizient spülen, ohne dass zusätzliche komplexe und sperrige Spülkomponenten, -steuerungen usw. notwendig sind, so gewünscht. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung der Einlassventilbewegung zum Antreiben des Spülvorgangs, dass der Spülluftstrom zu gewünschten Zeitintervallen (bspw. während eines Ansaugtakts) abgegeben wird, was Spülereignisse zum falschen Zeitpunkt verhütet.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung eines Verbrennungsmotors, beinhaltend ein Vorkammerzündungssystem.
2 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts einer ersten Ausführungsform des in 1 gezeigten Vorkammerzündungssystems.
3 zeigt eine detaillierte Ansicht des in 2 gezeigten Vorkammerzündungssystems, während sich das Einlassventil schließt.
4 zeigt eine detaillierte Ansicht der Düse, die in dem in 3 gezeigten Vorkammerzündungssystem beinhaltet ist.
5 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts einer zweiten Ausführungsform des in 1 gezeigten Vorkammerzündungssystems.
6 zeigt ein Zeitdiagramm eines beispielhaften Vorkammerspülungszyklus.
7 zeigt ein Verfahren für den Betrieb eines Vorkammerzündungssystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft ein System und Verfahren zum Ausspülen einer Vorkammer in einem Verbrennungsmotor. Das System kann in einem Beispiel einen Spülkanal beinhalten, der an eine Vorkammer gekoppelt ist und dieser Spülluft bereitstellt. In einem solchen System wird der Spülluftstrom durch die Vorkammer durch eine am Spülkanal angebrachte Spülpumpe angetrieben. Die Wirkung des Spülluftstroms besteht darin, Restgase in der Vorkammer zwischen zyklischen Vorkammerzündungsereignissen auszuspülen, während derer ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer gezündet und anschließend in den Brennraum geschossen wird. Das Spülen der Vorkammer mit Einlassluft geht mit mehreren Vorteilen gegenüber vorherigen Systeme einher, wozu das Erhöhen der Brenngeschwindigkeit der Verbrennung und das Verbessern der Verbrennungsstabilität zählen. Die Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und Verbesserungen der Verbrennungsstabilität können unter Bedingungen mit Resten besonders ausgeprägt sein, in denen nach einem Ausstoßtakt im Brennraum Restgase vorhanden sind (bspw. AGR-Reste, innere Reste). Folglich lassen sich Verbrennungseffizienzgewinne und Emissionsreduktionen gemeinsam erzielen. In einem Beispiel kann es sich bei der Spülpumpe um eine Verdrängerpumpe handeln, welche die Wechselbewegung des Einlassventils erwirkt, um den Spülluftstrom in die Vorkammer anzutreiben. Indem man die Wechselbewegung des Einlassventils für die Spülpumpbewegung nutzt, lässt sich nicht nur die Kompaktheit und Effizienz des Systems erhöhen; außerdem kann die Zeitsteuerung des Spülluftstroms mit dem Hub des Einlassventils koordiniert werden. Folglich können, so gewünscht, Spülereignisse zum falschen Zeitpunkt verhütet werden. Darüber hinaus können die Kosten und Komplexität des Vorkammerzündungssystems reduziert werden, wenn das Einlassventil nicht nur den ventiltypischen Betrieb, sondern auch eine Pumpbewegung in einer Spülpumpe bereitstellt. Zudem kann die Spülpumpe in einem solchen Beispiel bei Einlasskanaldruck betrieben werden. Infolgedessen kann der Vorkammer eine gewünschte Menge an Spülluft bereitgestellt werden, während der Einlasskanaldruck aufgrund von Motorbetriebsbedingungen variiert.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Motors, bei dem ein Vorkammerzündungssystem mit Spülfähigkeiten zum Einsatz kommt. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des in 1 gezeigten Vorkammerzündungssystems. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht der ersten Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems mit Strömungsprofilen, die einen Einblick in die Strömungsdynamik der Vorkammer während der Vorkammerspülung verschafft. 4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Aufbaus der Düse in der ersten Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems, gezeigt in 3. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des in 1 gezeigten Vorkammerzündungssystems. 6 zeigt ein Zeitdiagramm der Ereignisse bezüglich Einlassventil, Vorkammerzündung, Vorkammerfunkenzündung und Vorkammerspülung in einem Vorkammerzündungssystem. 7 zeigt ein Verfahren für den Betrieb eines Vorkammerzündungssystems.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Motor 10 mit einem Vorkammerzündungssystem 12 in einem Fahrzeug 14 schematisch dargestellt. Zwar stellt 1 eine schematische Abbildung verschiedener Motor- und Vorkammerzündungssystemkomponenten bereit, doch versteht es sich, dass zumindest manche der Komponenten eine andere räumliche Position und eine größere strukturelle Komplexität als die in 1 gezeigten Komponenten aufweisen können. Die strukturellen Details der Komponenten werden hier in Bezug auf die 2-5 ausführlicher erläutert.
Ein Einlasssystem 16, das einem Brennraum 18 Einlassluft bereitstellt, ist ebenfalls abgebildet. Der Brennraum 18 ist durch einen an einen Zylinderkopf 21 gekoppelten Zylinderblock 19 ausgebildet. Allerdings bildet 1 den Motor 10 mit einem Zylinder ab. In anderen Beispielen kann der Motor 10 eine andere Anzahl an Zylindern aufweisen. Zum Beispiel kann der Motor 10 in anderen Beispielen zwei Zylinder, drei Zylinder, sechs Zylinder usw. beinhalten.
Das Einlasssystem 16 beinhaltet eine Einlassleitung 20 und eine Drossel 22, die an die Einlassleitung gekoppelt ist. Die Drossel 22 ist dazu ausgelegt, die Menge an Luftstrom zu regulieren, die dem Brennraum 18 bereitgestellt wird. Im dargestellten Beispiel führt die Einlassleitung 20 einem Einlassventil 24 Luft zu. In anderen Beispielen, wie etwa im Falle eines mehrzylindrigen Motors, kann das System dabei ferner einen Ansaugkrümmer beinhalten.
Das Einlassventil 24 kann durch einen Einlassventilaktor 26 betätigt werden. Auf ähnliche Weise kann ein Auslassventil 28 durch einen Auslassventilaktor 30 betätigt werden. In einem Beispiel können sowohl der Einlassventilaktor 26 als auch der Auslassventilaktor 30 Nocken gebrauchen, die jeweils an eine Einlass- bzw. Auslassnockenwelle gekoppelt sind, um die Ventile zu öffnen/schließen. Um mit dem Beispiel des durch einen Nocken angetriebenen Ventilaktors fortzufahren, können die Einlass- und Auslassnockenwellen drehbar an eine Kurbelwelle gekoppelt sein. In solch einem Beispiel können die Ventilaktoren eines oder mehrere der Systeme zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilsteuerung (Variable Valve Timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL) zum Variieren des Ventilbetriebs nutzen. Somit können Nockenansteuerungsvorrichtungen verwendet werden, um die Ventilansteuerzeit zu variieren, so gewünscht. Daher versteht es sich, dass eine Ventilüberschneidung auftreten kann. In einem anderen Beispiel können die Einlass- und/oder Auslassventilaktoren 26 und 30 durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel können die Ventilaktoren 26 und 30 elektronische Ventilaktoren sein, die über eine elektronische Betätigung gesteuert werden. In einem weiteren Beispiel kann der Brennraum 18 alternativ ein Auslassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Einlassventil, das mittels Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können das Einlass- und Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem gesteuert werden.
Das Vorkammerzündungssystem 12 ist dazu ausgelegt, die Verbrennung in einer Vorkammer 32 zu initiieren. Eingehender betrachtet, beinhaltet das Vorkammerzündungssystem 12 eine Vorkammerzündvorrichtung 34 (bspw. eine Zündkerze) und eine an die Vorkammer 32 gekoppelte Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36. Die Vorkammerzündvorrichtung 34 ist dazu ausgelegt, der Vorkammer 32 in gewünschten Zeitintervallen eine Funkenabgabe bereitzustellen. Ein Zündsystem 35 kann der Vorkammerzündvorrichtung 34 Leistung bereitstellen. Außerdem ist die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 dazu ausgelegt, in ausgewählten Zeitintervallen Kraftstoff in die Vorkammer 32 einzuspritzen. Ein beispielhaftes Schema der Funkenabgabe und Kraftstoffzufuhr in der Vorkammer ist in 6 dargestellt und wird hier ausführlicher erläutert.
Das Vorkammerzündungssystem 12 beinhaltet zudem eine Vorkammerdüse 38, die eine Fluidverbindung zwischen der Vorkammer 32 und dem Brennraum 18 bereitstellt. Die Vorkammerdüse 38 ist dazu ausgestaltet, während des Arbeitshubs teilweise verbrannte Gase in den Brennraum 18 zu schießen, um im Brennraum eine Zündung zu initiieren. Konkret kann die Vorkammerdüse 38 Öffnungen beinhalten, die mit Durchlässen verbunden sind, welche die Vorkammer 32 fluidisch mit dem Brennraum 18 verbinden. Das Ausstoßen der heißen Gasstrahlen in den Brennraum ermöglicht es, dass die Strahlen tief in den Brennraum eindringen, was im Vergleich zu bisherigen Systemen, in denen die Funkenabgabe direkt in den Hauptbrennraum erfolgt, eine gleichmäßiger verteilte Zündung bewirkt.
Das Vorkammerzündungssystem 12 beinhaltet zudem einen Spülkanal 40, der derart aufgebaut ist, dass er einen Spülluftstrom zur Vorkammer 32 lenkt. Anders formuliert, steht der Spülkanal 40 in Fluidverbindung (bspw. direkter Fluidverbindung) mit der Vorkammer 32. Konkret kann der Spülkanal 40 einen Auslass, der sich in die Vorkammer 32 öffnet, einen Einlass, der sich in den Spüldurchlass 44 öffnet, und einen Durchlass, der sich zwischen dem Einlass und dem Auslass erstreckt, beinhalten, um die zuvor genannte Fluidverbindung bereitzustellen. Das Ausspülen der Vorkammer 32 mit Spülgas ermöglicht es, die Brenngeschwindigkeit der Verbrennung zu erhöhen und die Verbrennungsstabilität zu verbessern (bspw. zu steigern). Folglich werden die Verbrennungseffizienz erhöht und Emissionen reduziert. Im abgebildeten Beispiel beinhaltet der Spülkanal 40 ein Spülventil 42, das die Strömung der Spülluft in die Vorkammer 32 reguliert. Konkret kann das Spülventil 42 dazu ausgestaltet sein, die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren (bspw. zu verhüten), dass verbrannte Gase und Hochdruck aus der Vorkammer 32 zurück zum Spüldurchlass 44 und der Pumpe 213 wandern. In einem Beispiel kann es sich bei dem Spülventil 42 um ein Rückschlagventil handeln, das dazu ausgelegt ist, sich zu öffnen, wenn ein Druck im Spüldurchlass 44, im Vorkammerzündungssystem 12, einen Druck in der Vorkammer (32) um einen geringen Schwellenwert (bspw. 1-5 kPa) überschreitet. Auf ähnliche Weise kann das Spülventil 42 dazu ausgelegt sein, sich zu schließen, wenn der Druck im Spüldurchlass 44 unter einen Schwellenwert abfällt. Das Rückschlagventil kann geeignete Mechanismen wie etwa eine Feder beinhalten, die an eine Kugel oder Scheibe gekoppelt ist, welche sich über einen Ventildurchlass hinweg erstreckt, um die zuvor genannte Funktionalität zu ermöglichen. Dabei sind auch andere Ventilarten vorgesehen. Daher kann das Spülventil 42 in anderen Beispielen ein aktives Ventil sein, das anhand einer Steuerung 100 einstellbar ist. Beispielsweise kann das Spülventil 42 ein elektronisch gesteuertes Magnetventil sein.
Der Spüldurchlass 44 ist an eine Spülpumpe 46 gekoppelt und nimmt Luftstrom davon auf. In einem Beispiel kann die Spülpumpe 46 eine Verdrängerpumpe sein. Konkret kann die Wechselbewegung des Einlassventils 24 in einem solchen Beispiel eine Pumpbewegung in der Spülpumpe 46 bewirken. Beispielsweise kann die Spülpumpe 46 eine Ventilschaftkammer beinhalten, die einen Einlassventilschaft umgibt. Um mit einem solchen Beispiel fortzufahren, kann die Spülpumpe 46 zudem einen Plunger beinhalten, der an den Ventilschaft gekoppelt (bspw. fest gekoppelt) und in der Ventilschaftkammer angeordnet ist. Der Plunger kann sich in axial entgegengesetzte Richtungen in der Ventilschaftkammer bewegen, um einen Vorkammerspülluftstrom zu erzeugen. Dabei sind auch andere Energiequellen vorgesehen, die Pumpbewegungen in der Spülpumpe antreiben. Beispielsweise kann die Spülpumpe 46 durch Rotationsenergie von einer Kurbelwelle, einer Energiespeichervorrichtung usw. angetrieben werden. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei der Spülpumpe um eine Verdrängerpumpe handeln, die durch ein Auslassventil, einen elektrischen Verdichter, eine Vorrichtung mit elektrisch unterstützter Aufladung (bspw. einen elektrischen Kompressor oder Turbolader), eine von der Kurbel oder dem Nocken angetriebene mechanische Pumpe, einen durch die Nockenwelle angetriebenen Plunger usw. angetrieben wird. In dem Beispiel, in welchem das Auslassventil die Pumpe antreibt, kann Zuluft für die Pumpe von einer Stelle im Einlasssystem bezogen werden, die sich im Verhältnis zu einem AGR-Auslass stromaufwärts befinden kann.
Ein Kraftstoffzufuhrsystem 48 ist ebenfalls in 1 gezeigt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 48 stellt der Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 druckbeaufschlagten Kraftstoff bereit. Das Kraftstoffzufuhrsystem 48 stellt der Darstellung gemäß auch einer Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung 50 und/oder einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 52 druckbeaufschlagten Kraftstoff bereit. Das Kraftstoffzufuhrsystem 48 kann herkömmliche Komponenten wie etwas Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen, Rückschlagventile, Rückförderleitungen usw. beinhalten, um es zu ermöglichen, dass Kraftstoff den Einspritzvorrichtungen mit gewünschten Drücken bereitgestellt wird. Es versteht sich, dass die Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung 50 oder die Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 52 in anderen Beispielen vom Motor 10 weggelassen werden können.
Ein Abgassystem 54, das zum Handhaben von Abgas aus dem Brennraum 18 ausgelegt ist, ist ebenfalls in dem in 1 abgebildeten Fahrzeug 14 beinhaltet. Das Abgassystem 54 beinhaltet das Auslassventil 28, das an den Brennraum 18 gekoppelt ist, und eine Auslassleitung 56. Das Abgassystem 54 beinhaltet außerdem eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung 58. Die Emissionsbegrenzungsvorrichtung 58 kann zum Reduzieren von Auspuffemissionen Filter, Katalysatoren, Absorber usw. beinhalten.
Das Fahrzeug 14 beinhaltet ferner ein Abgasrückführungs(AGR)-System 60 mit einer AGR-Leitung 62 und einem AGR-Ventil 64. Die AGR-Leitung 62 beinhaltet einen Einlass 66, der an die Auslassleitung 56 stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 58 gekoppelt ist, und einen Auslass 68, der sich in die Einlassleitung 20 stromabwärts der Drossel 22 öffnet. Dabei sind auch andere Führungsanordnungen für die AGR-Leitung vorgesehen, wie etwa eine AGR-Leitung mit einem Einlass stromabwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung. Ferner, in einem weiteren Beispiel, kann der Auslass der AGR-Leitung stromaufwärts oder stromabwärts eines Verdichters positioniert sein, was im Falle eines aufgeladenen Motors gilt. Es versteht sich, dass das AGR-System in anderen Beispielen von dem Fahrzeug weggelassen werden kann.
1 zeigt außerdem eine Steuerung 100 in dem Fahrzeug 14. Konkret ist die Steuerung 100 in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen Nur-LeseSpeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 100 ist dazu ausgelegt, verschiedene Signale von Sensoren, die an den Motor 10 gekoppelt sind, zu empfangen. Zu den Sensoren können ein Motorkühlmitteltemperatursensor 120, Abgassensoren 122, ein Ansaugluftstromsensor 124 usw. gehören. Zudem ist die Steuerung 100 auch dazu ausgelegt, die Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor 112 zu empfangen, der an ein Pedal 114 gekoppelt ist, das durch einen Fahrzeugführer 116 betätigt wird.
Zudem kann die Steuerung 100 dazu ausgelegt sein, einen oder mehrere Aktoren anzusteuern und/oder Befehle an Komponenten zu senden. Zum Beispiel kann die Steuerung 100 die Einstellung der Drossel 22, des AGR-Ventils 64, der Spülpumpe 46, des Einlassventilaktors 26, des Auslassventilaktors 30, des Zündsystems 35 und/oder des Kraftstoffzufuhrystems 48 auslösen. Konkret kann die Steuerung 100 dazu ausgelegt sein, Signale an die Vorkammerzündvorrichtung 34, die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36, die Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung 50 und/oder die Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 52 zu senden, um die Funktion von Zündfunken und Kraftstoff, die an die Vorkammer 32 sowie den Brennraum 18 abgegeben werden, einzustellen. Demnach empfängt die Steuerung 100 Signale von den verschiedenen Sensoren und setzt die verschiedenen Aktoren ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen einzustellen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Demnach versteht es sich, dass die Steuerung 100 Signale an das Vorkammerzündungssystem 12 senden und von diesem empfangen kann.
Beispielsweise kann das Einstellen der Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung ein Einstellen eines Kraftstoffeinspritzvorrichtungsaktors beinhalten, um die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung einzustellen. In einem weiteren Beispiel kann die Kraftstoffmenge, die über die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung, Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung und/oder Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung zuzuführen ist, empirisch bestimmt und in vorgegebenen Umsetzungstabellen oder Funktionen gespeichert werden. Beispielsweise kann eine Tabelle dem Bestimmen der Vorkammereinspritzmengen entsprechen, eine Tabelle kann dem Bestimmen der Direkteinspritzungsmengen entsprechen und eine Tabelle kann dem Bestimmen der Saugrohreinspritzungsmengen entsprechen. Die Tabellen können auf Motorbetriebsbedingungen indiziert sein, wie unter anderen Motorbetriebsbedingungen etwa Motordrehzahl und Motorlast. Außerdem können die Tabellen eine Kraftstoffmenge ausgeben, die in jedem Zylinderzyklus über eine Vorkammerkraftstoffeinspritzung, Saugrohrkraftstoffeinspritzung und/oder Direkteinspritzung in den Brennraum einzuspritzen ist.
2 zeigt eine erste Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems 12 im Querschnitt. In 2 ist der Brennraum 18, welcher durch den Zylinderkopf 21 und den Zylinderblock 19 ausgebildet wird, dargestellt. Außerdem sind das Auslassventil 28 und das Einlassventil 24 in der Darstellung an den Brennraum 18 gekoppelt. Dementsprechend sind die Einlassleitung 20 und die Auslassleitung 56, die eine Fluidverbindung zwischen stromaufwärts gelegenen Einlasssystemkomponenten und stromabwärts gelegenen Auslasssystemkomponenten bereitstellen, ebenfalls in 2 abgebildet. Das Einlassventil 24 beinhaltet einen Einlassventilschaft 200 und einen Einlassventilteller 202. Der Einlassventilteller 202 sitzt dichtend auf einem Einlassventilsitz 204 im Zylinderkopf 21, wenn sich das Einlassventil 24 in einer geschlossenen Position befindet. Allerdings bildet 2 das Einlassventil 24 in einer offenen Position ab, in welcher der Einlassventilteller 202 vom Einlassventilsitz 204 beabstandet ist. Andererseits befindet sich das Auslassventil 28 in 2 in einer geschlossenen Position, in welcher ein Auslassventilteller 209 auf einem Auslassventilsitz 211 sitzt und abgedichtet ist. Zudem ist ein Kolben 206 im Brennraum 18 angeordnet und mit einer Kurbelwelle 208 verbunden.
Die Vorkammer 32 in dem Vorkammerzündungssystem 12 ist in der Darstellung in Bezug auf eine Mittelachse 207 des Brennraums 18 vertikal über dem Brennraum 18 positioniert. Außerdem ist die Vorkammer 32 im dargestellten Beispiel auch horizontal zwischen dem Einlassventil 24 und dem Auslassventil 28 positioniert. Die Koordinatenachsen X und Z sind zur Orientierung bereitgestellt. In einem Beispiel kann die Z-Achse parallel zu einer Gravitationsachse verlaufen. Ferner kann die X-Achse eine seitliche oder horizontale Achse sein. Dabei kann das Vorkammerzündungssystem 12 in anderen Beispielen andere Ausrichtungen aufweisen. Darüber hinaus sind auch andere Positionen der Vorkammer 32 vorgesehen. Beispielsweise kann die Vorkammer 32 in anderen Beispielen an einer Einlassseite oder Auslassseite des Brennraums, zwischen zwei Einlassventilen, zwischen zwei Auslassventilen, an einer Brennraumseite zwischen Einlass- und Auslassventilen eines Vierventilmotors usw. positioniert sein.
Um mit 2 fortzufahren, sind auch die Vorkammerzündvorrichtung 34 und die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 des Vorkammerzündungssystems 12 gezeigt. Wie zuvor erläutert, ist die Vorkammerzündvorrichtung 34 dazu aufgebaut, der Vorkammer 32 eine Funkenabgabe bereitzustellen, und die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 ist dazu aufgebaut, der Vorkammer 32 zugemessenen Kraftstoff bereitzustellen. Beispielsweise kann die Vorkammerzündvorrichtung 34 eine Elektrode beinhalten, die dazu ausgelegt ist, einen Zündfunken in der Vorkammer zu erzeugen, wenn sie Leistung erhält. Außerdem kann die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 eine Düse beinhalten, die Kraftstoff von einem Injektorkörper erhält, welcher einen Aktor (bspw. eine Zylinderspule) aufweist, der die Kraftstoffzuteilung der Düse reguliert. Dabei sind auch andere Arten von Zündvorrichtungen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen vorgesehen.
Der Spülkanal 40 mit dem Spülventil 42 ist in 2 ebenfalls gezeigt. Wie zuvor erläutert, reguliert der Spülkanal 40 gemeinsam mit dem Spülventil 42 den Spülluftstrom in die Vorkammer 32, beispielsweise auf Grundlage eines Schwellendrucks. Auf diese Weise kann der Vorkammer 32 in gewünschten Zeiträumen ein Spülluftstrom bereitgestellt werden.
Der Spülkanal 40 ist in 2 am Spüldurchlass 44 angebracht. Der Spüldurchlass 44 quert in der Darstellung einen Abschnitt des Zylinderkopfs 21 horizontal zwischen dem Einlassventil 24 (bspw. Einlassventilschaft 200) und dem Auslassventil 28 (bspw. Auslassventilschaft 210). Konkret erstreckt sich der Spüldurchlass 44 in der Darstellung vertikal und horizontal zum Einlassventilschaft 200. Ein derartiges Führen des Spüldurchlasses 44 ermöglicht es, eine kompakte Anordnung des Vorkammerzündungssystems zu erzielen, was Platzeinsparungsgewinne bereitstellt. In einem Beispiel kann der Spüldurchlass 44 durch den Zylinderkopf geführt werden, sodass Strömungsverluste reduziert werden. Beispielsweise kann ein kurzer Weg mit gekrümmten Bögen gewählt werden, um Leitungsreibungsverluste zu reduzieren. Dabei können beim Führen des Spüldurchlasses auch zusätzliche Ausgestaltungsparameter berücksichtigt werden, wie etwa die Beanspruchungen des Zylinderkopfs, das Profil des Kühlmittelmantels usw.
Zudem steht der Spüldurchlass 44 mit einer Ventilschaftkammer 212 in Fluidverbindung. Die Ventilschaftkammer 212 erstreckt sich im dargestellten Beispiel nach oben in den Zylinderkopf 21, weg vom Einlassventilteller 202. Auf diese Weise ist die Ventilschaftkammer kompakt in den Zylinderkopf 21 integriert. Dabei sind auch andere Ventilschaftkammerprofile vorgesehen. Außerdem weist die Ventilschaftkammer 212 einen darin angeordneten Plunger 214 auf. Der Plunger 214 ist darüber hinaus an den Einlassventilschaft 200 gekoppelt (bspw. fest gekoppelt). Der Plunger 214, die Ventilschaftkammer 212 und der Einlassventilschaft 200 bilden im dargestellten Beispiel eine Verdrängerpumpe 213 aus. Im Wesentlichen fungiert die Ventilschaftkammer 212 als Pumpkammer, und der Plunger 214 fungiert als Pumpenkolben, der sich in der Pumpkammer bewegt, um einen Spülluftstrom zu erzeugen, der in den Spüldurchlass 44 ausgestoßen wird. Daher kann die Wechselbewegung des Einlassventils 24 und somit des Plungers 214 verwendet werden, um einen Spülluftstrom in die Vorkammer 32 hinein und mithilfe der Vorkammerdüse 38 aus der Vorkammer heraus zu erzeugen. Auf diese Weise kann das Einlassventil mit Doppelverwendungsfunktionalität ausgestaltet sein. Infolgedessen können die Merkmale des Vorkammerzündungssystems erweitert werden, um eine Vorkammerluftspülung bereitzustellen und zugleich eine kompakte Anordnung beizubehalten, so gewünscht. Außerdem wird die Zeitsteuerung der Spülpumpe mit dem Einlassventilhub koordiniert, um Spülereignisse zum falschen Zeitpunkt zu verhüten.
In einem Beispiel können sowohl die Ventilschaftkammer 212 als auch der Plunger 214 den Einlassventilschaft 200 zumindest teilweise umlaufend umgeben. Zudem kann der Plunger 214 mit einer Wand 216 der Ventilschaftkammer 212 in engem Kontakt stehen, um einen effizienten Pumpbetrieb zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Plungerring gebraucht werden, um die Luftmenge, die zwischen dem Plunger und der Wand 216 in die Einlassleitung 20 passiert, zu reduzieren. Dabei sind auch andere Grenzflächen zwischen der Ventilschaftkammer und dem Plunger vorgesehen. Zudem ist ein Plungerventil 218, das hier unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher erläutert wird, auch in 2 gezeigt. Die Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung 50 und die Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 52 sind ebenfalls in 2 abgebildet. Wie zuvor erwähnt, sind die Saugrohr- und Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung dazu ausgelegt, Kraftstoff an den Brennraum 18 abzugeben. Auf diese Weise wird im Brennraum eine Ladung bereitgestellt, welche das eingeschossene Gas aus der Vorkammerdüse 38 zünden kann.
3 zeigt eine detaillierte Ansicht des in 2 abgebildeten Vorkammerzündungssystems 12, während sich das Einlassventil 24 schließt. Insbesondere zeigt 3 den Einlassventilteller 202, der sich in einer Schließrichtung 300 auf einen Einlassventilsitz 204 im Zylinderkopf 21 zu bewegt. Somit bewegt sich das Einlassventil 24 entlang einer Betätigungsachse 302 des Einlassventils 24. Die Z-Achse und X-Achse sind auch hier zur Orientierung bereitgestellt. 3 zeigt das Auslassventil 28 in einer geschlossenen Position und die Auslassleitung 56.
Eine Bewegung des Einlassventils 24 in die Schließrichtung 300 bewegt den Plunger 214 entsprechend in die Schließrichtung 300. Die derartige Bewegung des Plungers 214 erzeugt einen Spülluftstrom aus der Ventilschaftkammer 212 in den Spüldurchlass 44. Wenn der Druck im Spüldurchlass 44 den Schwellendruckwert des Spülventils 42 im Spüldurchlass 40 überschreitet, öffnet sich das Spülventil 42 und Spülluft wird in die Vorkammer 32 gespült. Die nachfolgend beschriebenen Pfeile geben über die allgemeine Strömungsdynamik des Spülvorgangs im Vorkammerzündungssystem 12 Aufschluss. Dabei versteht es sich, dass die Komplexität des Strömungsprofils größer sein kann als dargestellt. Eingehender betrachtet, zeigt Pfeil 304 die allgemeine Richtung des Luftstroms aus der Ventilschaftkammer 212 in den Spüldurchlass 44 an. Pfeil 306 zeigt die allgemeine Richtung des Luftstroms im Spüldurchlass 44 an. Pfeil 308 zeigt die allgemeine Richtung des Luftstroms aus dem Spüldurchlass 40 in die Vorkammer 32 an, und die Pfeile 310 bilden die allgemeine Richtung des Spülluftstroms in die Vorkammer 32 ab. Ähnlich dazu bilden die Pfeile 312 die allgemeine Richtung von Spülluft ab, die aus der Vorkammerdüse 38 in den Brennraum 18 ausgestoßen wird.
3 zeigt zudem das Plungerventil 218 im Plunger 214. Das Plungerventil 218 kann dazu ausgelegt sein, sich zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der Einlassleitung 20 und der Ventilschaftkammer 212 bereitzustellen, während sich der Plunger 214 auf den Einlassventilsitz 204 zu bewegt. Ähnlich dazu kann das Plungerventil 218 dazu ausgelegt sein, sich zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der Einlassleitung 20 und der Ventilschaftkammer 212 zu verhindern, während sich der Plunger 214 vom Einlassventilsitz 204 weg bewegt. Demnach kann es sich bei dem Plungerventil 218 um ein Rückschlagventil (bspw. Einwegventil) handeln, das eine Kugel und Feder oder andere Mechanismen beinhaltet, um die zuvor genannte Funktionalität zu ermöglichen. Daher kann sich das Plungerventil 218 öffnen, während sich der Einlassventilteller 202 in einer Öffnungsrichtung vom Einlassventilsitz weg bewegt. Es versteht sich, dass die Öffnungsrichtung der Schließrichtung 300 des Einlassventiltellers 202 entgegengesetzt ist. Auf diese Weise kann die Ventilschaftkammer 212 während eines Einlassventilöffnungsereignisses mit der Einlassleitung 20 druckausgeglichen werden. Anders formuliert, kann die Spülpumpe bei Einlasskanaldruck betrieben werden. Infolgedessen kann der Vorkammer eine gewünschte Menge an Spülluft bereitgestellt werden, während der Einlasskanaldruck aufgrund von Motorbetriebsbedingungen variiert, und es kann verhütet werden, dass die Spülpumpe 46 während eines Ventilöffnungsereignisses ein Vakuum zieht. Allerdings kann die Quelle der Luft in der Ventilschaftkammer 212 in anderen Beispielen von einer anderen Stelle bezogen werden, bspw. von einer Stelle stromaufwärts eines AGR-Auslasses im Einlasssystem.
4 zeigt eine detaillierte Ansicht der Vorkammerdüse 38, wie in Bezug auf die in 3 gezeigt Z-Achse in Aufwärtsrichtung betrachtet. Die Vorkammerdüse 38 beinhaltet Öffnungen 400, die eine Fluidverbindung zwischen der Vorkammer 32 und dem Brennraum 18, gezeigt in den 2-3, bereitstellen. Es wird eine Mittelachse 402 der Vorkammerdüse 38 dargestellt. In einem Beispiel kann die Mittelachse 402 der Vorkammerdüse 38 parallel zur Mittelachse 207 des Brennraums 18, gezeigt in 2, verlaufen. Dabei sind auch andere Düsenanordnungen vorgesehen. Es versteht sich, dass die Öffnungen 400 in einem Beispiel dazu ausgelegt sein können, während eines Arbeitstakts (bspw. eines frühen Teils des Arbeitstakts) des Kolbens 206, gezeigt in 3, heißes, teilweise verbranntes Gas in den Brennraum 18 strömen zu lassen. Die Zeitsteuerung des Zündstrahls kann in einem Fall dem Zündzeitpunkt im Motor ähnlich sein. Daher kann der Zündstrahl während eines späteren Teils des Verdichtungstakts oder OT, in anderen Beispielen, in den Brennraum geströmt werden. Daher können die Öffnungen an einem Durchlass gekoppelt sein, der sich in die Vorkammer erstreckt und eine Fluidverbindung zwischen der Vorkammer und dem Brennraum bereitstellt. Auf diese Weise können heiße Gase tiefer in den Brennraum eindringen, was eine gleichmäßiger verteilte Brennraum-Einbringung ermöglicht. Dies führt zu einer Erhöhung der Verbrennungseffizienz und Reduktion von Emissionen.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems 12. Die Z-Achse und X-Achse sind zur Orientierung bereitgestellt. Die zweite Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems und die erste Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems 12 beinhalten mehrere sich deckende Komponenten. Deswegen sind ähnliche Komponenten entsprechend gekennzeichnet, und auf redundante Beschreibungen wird verzichtet. Dabei versteht es sich, dass die sich deckenden Komponenten ähnliche Funktionalitäten, Bauweisen usw. gemeinsam haben können.
Das in 5 gezeigte Vorkammerzündungssystem 12 beinhaltet die Spülpumpe 46. Die Spülpumpe 46 stellt dem Spüldurchlass 44 Spülluft bereit. Die Spülpumpe 46 kann durch Leistung von einer Energiespeichervorrichtung (bspw. einer Batterie, einem Schwungrad usw.) angetrieben werden und/oder mittels Rotationsenergie von der Kurbelwelle angetrieben werden. Ferner kann die Spülpumpe in einem Beispiel ein druckbeaufschlagter Behälter sein. In einem solchen Beispiel kann die Spülpumpe einen glatten Strom erzeugen, im Gegensatz zu einem pulsierenden Strom.
Auch hier gilt, dass der Spülkanal 40 mit dem Spülventil 42 dazu ausgelegt ist, den Luftstrom in die Vorkammer 32 zu regulieren. Die Betätigung der Spülpumpe 46 kann getaktet sein, um in einem Beispiel einen Spülluftstrom in die Vorkammer 32 während eines Ansaugtakts des Kolbens 206 zu erzeugen. Konkret kann der Spülluftstrom während eines Schließereignisses des Einlassventils 24 erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Spülvorgang zwischen zyklischen Verdichtungs- und Arbeitstakten des Kolbens durchgeführt werden. In anderen Beispielen kann der Spülluftstrom allerdings während andere Intervalle erzeugt werden, wie etwa während eines Öffnungsereignisses des Einlassventils 24.
Die Spülpumpe 46 ist im dargestellten Beispiel in Bezug auf eine horizontale Achse zwischen dem Einlassventil 24 und dem Auslassventil 28 positioniert. Konkret ist die Spülpumpe 46 zwischen der Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 36 und dem Einlassventil 24 positioniert. Außerdem befindet sich die Spülpumpe 46 neben der Vorkammerzündvorrichtung 34. Ein derartiges Positionieren der Spülpumpe 46 kann das Erzielen von Platzeinsparungsgewinnen ermöglichen. Dabei sind auch andere Positionen der Spülpumpe vorgesehen. Beispielsweise kann die Spülpumpe in einem Beispiel um den Auslassventilschaft integriert sein. In einem anderen Beispiel kann die Spülpumpe einen Plunger, der von einer der Nockenwellen angetrieben wird, beinhalten und oberhalb der Nockenabdeckung montiert sein. In einem weiteren Beispiel kann die Spülpumpe außerhalb des Motors montiert sein. In einem solchen Beispiel kann das Spülventil 44 ein Magnetventil sein.
Das Vorkammerzündungssystem 12 beinhaltet auch einen Spülpumpeneinlasskanal 500, welcher der Spülpumpe 46 Zuluft bereitstellt. Der Spülpumpeneinlasskanal 500 beinhaltet einen Einlass 502, der sich an einer Stelle stromaufwärts des Auslasses 68 der AGR-Leitung 62, woran das AGR-Ventil 64 gekoppelt ist, in die Einlassleitung 20 öffnet. Der Einlass 502 ist im dargestellten Beispiel auch stromabwärts der Drossel 22 positioniert. In einem beispielhaften Motor, der dazu ausgestaltet ist, Aufladung zu erzeugen und Niederdruck-AGR bereitzustellen, kann die Spülluft von zwischen dem Luftfilter und dem AGR-Eintrittspunkt stromaufwärts des Turbokompressors abgezogen werden. Auf diese Weise kann Zuluft für die Spülpumpe von einer Stelle stromaufwärts von der Stelle abgezogen werden, an welcher AGR-Gas in das Einlasssystem ausgestoßen wird. Demzufolge kann die Spülpumpe saubere Luft ziehen, um ein Spülen der Vorkammer mit AGR-Gasen zu verhüten und eine Umsetzung des AGR-Vorgangs ohne Beeinflussung des Vorkammerspülvorgangs zu ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich Reste in der Vorkammer weiter reduzieren, was die Zündfolge in der Vorkammer verbessert. Außerdem ist der Einlass 66 der AGR-Leitung 62 in der Darstellung stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 58 in der Auslassleitung 56 positioniert. Allerdings kann der Einlass 66 in anderen Beispielen stromabwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 58 positioniert sein. Ferner kann der in 5 gezeigte Spülpumpeneinlasskanal 500 in einem anderen Beispiel auf die Ausführungsform der Spülpumpe, die in 2 gezeigt ist, angewendet werden. In einem solchen Beispiel kann die Verbindung der Spülpumpe mit dem Einlasskanal vom System weggelassen werden.
An dieser Stelle wird auf 6 Bezug genommen; das dort gezeigte Diagramm 600 bildet Beispiele für die Ventilsteuerzeit, Spülluftzeitsteuerung, Vorkammerkraftstoffeinspritzungszeitsteuerung und Vorkammerzündzeitpunkte in Bezug auf eine Kolbenposition für einen Motorbrennraum ab, beinhaltend ein Einlassventil, ein Auslassventil und Vorkammerzündungssystem, wie etwa in den 1-5 beschrieben. Das Beispiel von 6 ist im Wesentlichen maßstabsgetreu gezeichnet, wenn auch nicht jeder einzelne Punkt mit Zahlenwerten gekennzeichnet ist. Somit lassen sich relative Unterschiede der Zeitsteuerungen anhand der Abmessungen der Zeichnungen abschätzen. So gewünscht, können jedoch auch andere relative Zeitsteuerungen verwendet werden.
Um mit 6 fortzufahren, stellt das Diagramm 600 auf der X-Achse eine Motorposition in Grad Kurbelwinkel (Grad KW) dar. Kurve 602 bildet Kolbenpositionen (auf der Y-Achse) ab, in Bezug auf ihre Lage vom oberen Totpunkt (OT) und/oder unteren Totpunkt (UT), und ferner in Bezug auf ihre Lage innerhalb der vier Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen) eines Motorzyklus.
Während des Motorbetriebs durchläuft der Brennraum typischerweise einen Viertaktzyklus, zu dem ein Ansaugtakt, ein Verdichtungstakt, ein Arbeitstakt und ein Ausstoßtakt gehören. Während des Ansaugtakts schließen sich im Allgemeinen die Auslassventile, und die Einlassventile öffnen sich. Luft wird über die entsprechende Einlassleitung in den Brennraum eingeleitet, und der Kolben bewegt sich zum Boden des Brennraums, sodass sich das Volumen im Inneren des Brennraums vergrößert. Die Position, an der sich der Kolben nahe dem Boden des Brennraums und am Ende seines Taktes befindet (z. B., wenn der Brennraum sein größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind die Einlassventile und die Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft im Inneren des Brennraums zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn der Brennraum sein geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem hier als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in den Brennraum eingeleitet. In einem hier als Zündung bezeichneten Prozess wird der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff durch Strahlen aus heißem, teilweise verbranntem Gas aus der Vorkammerdüse gezündet, was zur Verbrennung führt. Es versteht sich, dass Kraftstoff und Zündfunken ebenfalls in die Vorkammer eingeleitet werden, bevor das heiße Gas in den Brennraum geschossen wird. Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UT. Eine Kurbelwelle wandelt diese Kolbenbewegung in ein Drehmoment der rotierenden Welle um. Während des Ausstoßtakts werden die Auslassventile in einer herkömmlichen Ausgestaltung geöffnet, um das restliche verbrannte Luft-KraftstoffGemisch in die entsprechenden Auslassdurchlässe freizugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück.
Kurve 604 bildet Einlassventilsteuerzeit, Hub und Dauer für ein Einlassventil ab. Der Darstellung gemäß ist das Einlassventil während des Ansaugtakts des Kolbens geöffnet. Allerdings versteht es sich, dass die Einlassventile mit einer anderen Zeitsteuerung betrieben werden können, indem Verstellung, Hub oder und/oder Dauer in anderen Beispielen auf Grundlage von Motorbedingungen eingestellt werden. L bildet das Maß des Ventilhubs ab, und D die Dauer der Ventilöffnung.
Kurve 606 bildet (auf der Y-Achse) den Spülluftstromdruck ab. Wie gezeigt, ist der Spülluftstrom mit einem Ventilschließhub koordiniert. Demzufolge kann der Spülluftstrom während eines gewünschten Zeitintervalls ohne Störung von Vorkammerzündungs- und - einspritzereignissen umgesetzt werden. PD gibt die Spüldauer an, während derer in der Vorkammer ein Spülluftstrom auftritt.
Kurve 608 bildet (auf der Y-Achse) den Druck der Vorkammerkraftstoffeinspritzung ab. FID gibt die Dauer der Vorkammerkraftstoffeinspritzung an. Wie gezeigt, wird die Vorkammerkraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts des Kolbens durchgeführt. Konkret kann die Vorkammereinspritzung in einem Beispiel während oder nach dem Spülluftstrom in die Vorkammer und erst dann umgesetzt werden, damit sie sich mit dem Funkenabgabeereignis überschneidet. Dabei sind auch andere Zeitschemata für die Vorkammereinspritzung vorgesehen.
Verlauf 610 bildet (auf der Y-Achse) das Vorkammerzündsignal ab. ID gibt die Dauer der Zündung an. Wie gezeigt, kann die Vorkammerzündung während des Verdichtungstakts des Kolbens durchgeführt werden. Konkret wird der Vorkammerzündzeitpunkt in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen variiert werden, ähnlich dem, wie der Zeitpunkt der Funkenabgabe in herkömmlichen Zündsystemen variiert wird. Unter Bedingungen, in denen eine Verdünnung vorliegt, kann die Vorkammerzündung vorgezogen oder herausgezögert werden, um Klopfen zu verhüten oder um eine Phasenregelung mit später Verbrennung bereitzustellen, um die Temperatur des Nachbehandlungssystems zu erhöhen. Die Zündzeitpunkte können in einem Beispiel von 50° vor OT bis 20° nach OT variieren. Dabei sind auch andere Zeitschemata für die Vorkammerzündung vorgesehen.
Wie in 6 gezeigt, wird der Spülluftstrom während des Ansaugtakts vor dem Verdichtungstakt umgesetzt, wenn das Vorkammereinspritzungsereignis und das Vorkammerzündungsereignis erfolgen. Auf diese Weise kann die Vorkammer zwischen Vorkammereinspritzungs- und -zündungsereignissen mit einem Luftstrom gespült werden. Somit lassen sich mehrere Vorteile erzielen. Beispielsweise kann die Brenngeschwindigkeit der Verbrennung nebst der Verbrennungsstabilität erhöht werden, was bei Bedingungen, in denen Reste (bspw. AGR-Reste und/oder innere Reste) vorliegen, besonders vorteilhaft sein kann. Folglich kann die Verbrennungseffizienz erhöht werden, während Emissionen reduziert werden. Zudem kann die Kraftstoffeffizienz verbessert werden, da kein überschüssiger Kraftstoff in den Brennraum und/oder die Vorkammer eingespritzt werden muss, um ein stöchiometrisches Verhältnis aufrechtzuerhalten.
Es versteht sich, dass die in 6 gezeigten Verläufe beispielhafter Natur sind und dass die Zeitsteuerung des Einlassventils und damit des Vorkammerspülstroms und/oder der Vorkammereinspritzung und Vorkammerzündung in anderen Beispielen anders ausfallen können. Beispielsweise kann die Ventilsteuerzeit im Falle von Motoren mit variabler Ventilsteuerung (VVL) und von Motoren mit Atkinson- und Miller-Kreisprozess anders sein; so können sie eine frühe oder späte Einlassventilschließung aufweisen. 7 zeigt ein Verfahren 700 für den Betrieb eines Vorkammerzündungssystems. Das Verfahren 700 kann anhand des Vorkammerzündungssystems, das oben in Bezug auf 1-6 beschrieben wurde, umgesetzt werden, oder, in anderen Beispielen, kann es anhand anderer geeigneter Vorkammerzündungssysteme umgesetzt werden. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 700 und anderer hier beschriebener Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren im Motor und in entsprechenden Systemen, wie etwa den weiter oben in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren der Motorsysteme einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 702 beinhaltet das Verfahren ein Bereitstellen von Kraftstoff an einen Brennraum. Das Bereitstellen von Kraftstoff an den Brennraum kann beinhalten: bei 704 ein direktes Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum aus einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung und/oder bei 706 ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Einlassleitung aus einer Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung. Auf diese Weise ist im Vorgriff auf ein Einbringungsereignis aus der Vorkammer ein Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum vorhanden. Das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum und/oder die Einlassleitung kann in einem Beispiel ein Senden eines Befehlssignals (bspw. eines Pulsbreitensignals) von einer Steuerung an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, was die Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge in den Brennraum und/oder die Einlassleitung bewirkt.
Anschließend, bei 708, beinhaltet das Verfahren ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Vorkammer aus einer Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung, die an die Vorkammer gekoppelt ist. In einem Beispiel kann das Einspritzen von Kraftstoff in die Vorkammer aus der Vorkammereinspritzvorrichtung durch eine Steuerung durchgeführt werden, die ein Befehlssignal (bspw. ein Pulsbreitensignal) an das Ventil der Vorkammereinspritzvorrichtung sendet, was die Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge in die Vorkammer bewirkt. Bei 710 beinhaltet das Verfahren ein Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer mittels einer Zündvorrichtung, die an die Vorkammer gekoppelt ist, und bei 712 beinhaltet das Verfahren ein Schießen zumindest teilweise verbrannter Gase aus der Vorkammer in den Brennraum (infolge des Zündens und Verbrennens eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer). Das Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemischs kann in einem Beispiel ein Senden eines Signals von einer Steuerung an einen Aktor in der Vorkammerzündvorrichtung beinhalten, um zu bewirken, dass in der Vorkammer in einem gewünschten Zeitintervall eine Funkenabgabe erzeugt wird. Außerdem kann das Schießen der teilweise verbrannten Gase in den Brennraum zum Beispiel ein Strömen heißer Gase durch die Vorkammerdüse kurz vor einem Arbeitstakt des Kolbens und/oder während dessen beinhalten. Somit werden heiße Gasstrahlen aus der Vorkammer in den Brennraum eingebracht. Es versteht sich, dass die Schritte 708-710 während eines Verdichtungstakts eines Kolbens umgesetzt werden und Schritt 712 zu dem Zeitpunkt umgesetzt wird, zu dem es gewünscht ist, die Hauptladung zu zünden (bspw. früh im Verdichtungstakt oder spät im Arbeitstakt). Allerdings können die Schritte 708 und 710 in anderen Beispielen sowohl während des Verdichtungstakts als auch des Arbeitstakts oder allein während des Arbeitstakts umgesetzt werden.
Bei 714 beinhaltet das Verfahren ein Strömen von Spülluft aus einer Verdrängerpumpe zur Vorkammer. Beispielsweise kann die Spülpumpe einen Luftstrom erzeugen, der auf einen Spüldurchlass, vom Spüldurchlass zu einem Spülkanal und vom Spülkanal in die Vorkammer gerichtet wird. Zudem kann ein Spülventil in einem Beispiel im Spülkanal beinhaltet sein, der sich öffnet und der Vorkammer auf Grundlage von Betriebsbedingungen einen Spülluftstrom bereitstellt. Beispielsweise kann sich das Spülventil automatisch öffnen, wenn ein Druck im Spülkanal einen Schwellenwert überschreitet, oder als Reaktion darauf, dass eine Steuerung Öffnungsanweisungen an einen Spülventilaktor sendet.
Schritt 714 kann während eines Ansaugtakts und/oder früh während eines Verdichtungstakts umgesetzt werden. Auf diese Weise kann der Vorkammer frische Einlassluft bereitgestellt werden, um Restgase in der Vorkammer auszuspülen, die im Laufe von Verbrennungsereignissen in der Vorkammer entstehen. Demnach besteht der technische Effekt des Bereitstellens von Frischluft an die Vorkammer in einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und Verbrennungsstabilität, was wiederum die Verbrennungseffizienz erhöht und Emissionen reduziert.
Das Verfahren kann, bei 716, ein Strömen von Abgas aus einer AGR-Leitung zu einer Einlassleitung an einer Stelle stromabwärts eines Einlasses eines Spülpumpeneinlasskanals beinhalten, welcher der Verdrängerpumpe Luft bereitstellt. Auf diese Weise kann der Verdrängerpumpe Einlassluft von einer Stelle stromaufwärts eines AGR-Auslasses bereitgestellt werden. Infolgedessen kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer während des AGR-Betriebs leichter gezündet werden. Allerdings kann die Verdrängerpumpe in anderen Beispielen einen Plunger beinhalten, der Luft aus dem Einlasskanal zieht, wie in der ersten Ausführungsform des Vorkammerzündungssystems der Fall, die weiter oben in Bezug auf die 2-4 beschrieben wird. In einem solchen Beispiel kann die Verdrängerpumpe ferner eine Ventilschaftkammer beinhalten, welche den Einlassventilschaft zumindest teilweise umlaufend umgibt. Um mit einem solchen Beispiel fortzufahren, kann der Plunger an einem Einlassventilschaft angebracht sein, und der Spülluftstrom kann durch die Wechselbewegung des Plungers in der Ventilschaftkammer erzeugt werden.
1-5 zeigen beispielhafte Auslegungen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt zueinander liegen, als in flächenteilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich dazwischen lediglich ein Raum befindet und keine anderen Komponenten, zumindest in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, auf entgegengesetzten Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionen von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Somit sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Um ein weiteres Beispiel zu nennen, können ferner Formen der Elemente, die in den Figuren gezeigt sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Abschnitten weiter beschrieben. In einem Aspekt ist ein System bereitgestellt. Das System umfasst einen Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird, eine mit dem Brennraum in Fluidverbindung stehende Vorkammer und einen Spülkanal, der an die Vorkammer gekoppelt und dazu aufgebaut ist, Spülluft in die Vorkammer zu strömen, wobei die Strömung der Spülluft durch den Betrieb einer Spülpumpe angetrieben wird, und einen Kolben, der im Inneren des Brennraums angeordnet ist.
In einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Vorkammerzündungssystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: während eines Verdichtungstakts, Einspritzen von Kraftstoff in eine Vorkammer aus einer an die Vorkammer gekoppelte Vorkammereinspritzvorrichtung und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer anhand einer an die Vorkammer gekoppelten Zündvorrichtung, und, während eines Ansaugtakts, Strömen von Spülluft aus einer Verdrängerpumpe zur Vorkammer.
In einem weiteren Aspekt ist ein Vorkammerzündungssystems bereitgestellt. Das Vorkammerzündungssystem beinhaltet einen Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird, eine mit dem Brennraum in Fluidverbindung stehende Vorkammer, einen mit einem Spüldurchlass in Fluidverbindung stehenden Spülkanal, eine mit dem Spüldurchlass in Fluidverbindung stehende Ventilschaftkammer, einen an einen Einlassventilschaft gekoppelten Plunger, wobei die Wechselbewegung des Plungers einen Spülluftstrom aus der Ventilschaftkammer zur Vorkammer durch den Spüldurchlass und den Spülkanal erzeugt, und einen im Inneren des Brennraums angeordneten Kolben.
In jedem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann es sich bei der Spülpumpe um eine Verdrängerpumpe handeln, die einen an einem Einlassventilschaft angebrachten Plunger beinhaltet, wobei der Spülluftstrom durch die Wechselbewegung des Plungers erzeugt wird.
In jedem beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner einen mit dem Spülkanal in Fluidverbindung stehenden Spüldurchlass und eine Ventilschaftkammer, welche den Einlassventilschaft zumindest teilweise umlaufend umgibt, beinhalten, wobei die Verdrängerpumpe ferner die Ventilschaftkammer beinhaltet.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Spüldurchlass einen Abschnitt des Zylinderkopfs, der zwischen dem Einlassventilschaft und einem Auslassventilschaft positioniert ist, in Bezug auf eine horizontale Achse queren.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner ein Plungerventil in dem Plunger beinhalten, wobei das Plungerventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen einer Einlassleitung und der Ventilschaftkammer bereitzustellen, während sich ein Einlassventilteller in einer Öffnungsrichtung von einem Einlassventilsitz im Zylinderkopf weg bewegt.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Plunger einen Luftstrom in die Vorkammer erzeugen, wenn sich ein Einlassventilteller in einer Schließrichtung auf einen Einlassventilsitz im Zylinderkopf zu bewegt.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Spülkanal ein Spülventil beinhalten, das dazu aufgebaut ist, die Strömung der Spülluft in die Vorkammer zu regulieren und eine Rückströmung von Verbrennungsprodukten in die Spülpumpe zu verhüten, und wobei das Spülventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen, wenn ein Druckverlust zwischen der Vorkammer und dem Spülkanal einen Schwellenwert überschreitet.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Vorkammer in Bezug auf eine Mittelachse des Brennraums vertikal über einem Einlassventilteller positioniert sein.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner eine an die Vorkammer gekoppelte Zündvorrichtung und eine an die Vorkammer gekoppelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann sich ein Auslass einer Abgasrückführungs(AGR)-Leitung in eine Einlassleitung stromabwärts eines Einlasses eines Spülpumpeneinlasskanals, welcher der Spülpumpe Luft bereitstellt, öffnen.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Einspritzen von Kraftstoff aus einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung in den Brennraum beinhalten.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verfahren ferner ein Strömen von Abgas aus einer Abgasrückführungs(AGR)-Leitung zu einer Einlassleitung an einer Stelle stromabwärts eines Einlasses eines Spülpumpeneinlasskanals, welcher der Verdrängerpumpe Luft bereitstellt, beinhalten.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Verdrängerpumpe einen Plunger und eine Ventilschaftkammer beinhalten, wobei die Ventilschaftkammer einen Einlassventilschaft zumindest teilweise umlaufend umgibt und der Plunger an dem Einlassventilschaft angebracht ist, wobei der Spülluftstrom durch die Wechselbewegung des Plungers in der Ventilschaftkammer erzeugt wird.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Vorkammerzündungssystem ferner ein Spülventil beinhalten, das im Spülkanal positioniert ist, wobei das Spülventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen, wenn ein Druck im Spüldurchlass über einem Schwellenwert liegt.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Vorkammerzündungssystem ferner ein Plungerventil in dem Plunger beinhalten, wobei das Plungerventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen einer Einlassleitung und der Ventilschaftkammer bereitzustellen, während sich ein Einlassventilteller in einer Öffnungsrichtung von einem Einlassventilsitz im Zylinderkopf weg bewegt.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte erzeugt der Plunger einen Luftstrom in die Vorkammer, wenn sich ein Einlassventilteller in einer Schließrichtung auf einen Einlassventilsitz im Zylinderkopf zu bewegt.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Spüldurchlass den Zylinderkopf an einer Stelle zwischen dem Einlassventilschaft und einem Auslassventilschaft in Bezug auf eine horizontale Achse queren.
In beliebigen der vorliegenden Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Vorkammerzündungssystem ferner eine an die Vorkammer gekoppelte Zündvorrichtung und eine an die Vorkammer gekoppelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, wiedergeben. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code repräsentieren, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, zu dem die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung gehören, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne 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 Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der unterschiedlichen Systeme und Auslegungen und weitere vorliegend 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 sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, werden solche Ansprüche ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen 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 2012/0103302 [0003]

Claims

System, umfassend: einen Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird; eine Vorkammer, die mit dem Brennraum in Fluidverbindung steht; einen Spülkanal, der an die Vorkammer gekoppelt und dazu aufgebaut ist, Spülluft in die Vorkammer zu strömen, wobei die Strömung der Spülluft durch den Betrieb einer Spülpumpe angetrieben wird; und einen Kolben, der im Inneren des Brennraums angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Spülpumpe um eine Verdrängerpumpe handelt, die einen an einem Einlassventilschaft angebrachten Plunger beinhaltet, wobei der Spülluftstrom durch Wechselbewegung des Plungers erzeugt wird.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend einen mit dem Spülkanal in Fluidverbindung stehenden Spüldurchlass und eine Ventilschaftkammer, welche den Einlassventilschaft zumindest teilweise umlaufend umgibt, wobei die Verdrängerpumpe ferner die Ventilschaftkammer beinhaltet.
System nach Anspruch 3, wobei der Spüldurchlass einen Abschnitt des Zylinderkopfs, der zwischen dem Einlassventilschaft und einem Auslassventilschaft positioniert ist, in Bezug auf eine horizontale Achse quert.
System nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Plungerventil in dem Plunger, wobei das Plungerventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen einer Einlassleitung und der Ventilschaftkammer bereitzustellen, während sich ein Einlassventilteller in einer Öffnungsrichtung von einem Einlassventilsitz im Zylinderkopf weg bewegt.
System nach Anspruch 2, wobei der Plunger einen Luftstrom in die Vorkammer erzeugt, wenn sich ein Einlassventilteller in einer Schließrichtung auf einen Einlassventilsitz im Zylinderkopf zu bewegt.
System nach Anspruch 1, wobei der Spülkanal ein Spülventil beinhaltet, das dazu aufgebaut ist, die Strömung der Spülluft in die Vorkammer zu regulieren und eine Rückströmung von Verbrennungsprodukten in die Spülpumpe zu verhüten, und wobei das Spülventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen, wenn ein Druckverlust zwischen der Vorkammer und dem Spülkanal einen Schwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer in Bezug auf eine Mittelachse des Brennraums vertikal über einem Einlassventilteller positioniert ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine an die Vorkammer gekoppelte Zündvorrichtung und eine an die Vorkammer gekoppelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Auslass einer Abgasrückführungs(AGR)-Leitung, der sich in eine Einlassleitung stromabwärts eines Einlasses eines Spülpumpeneinlasskanals, welcher der Spülpumpe Luft bereitstellt, öffnet.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Spülventil, das im Spülkanal positioniert ist, wobei das Spülventil dazu aufgebaut ist, sich zu öffnen, wenn ein Druck im Spüldurchlass über einem Schwellenwert liegt.
Verfahren für den Betrieb eines Vorkammerzündungssystems, umfassend: während eines Verdichtungstakts, Einspritzen von Kraftstoff in eine Vorkammer aus einer an die Vorkammer gekoppelten Vorkammereinspritzvorrichtung und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer anhand einer an die Vorkammer gekoppelten Zündvorrichtung; und während eines Ansaugtakts, Strömen von Spülluft aus einer Verdrängerpumpe zur Vorkammer.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Einspritzen von Kraftstoff aus einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung in den Brennraum.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Strömen von Abgas aus einer Abgasrückführungs(AGR)-Leitung zu einer Einlassleitung an einer Stelle stromabwärts eines Einlasses eines Spülpumpeneinlasskanals, welcher der Verdrängerpumpe Luft bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verdrängerpumpe einen Plunger und eine Ventilschaftkammer beinhaltet, wobei die Ventilschaftkammer einen Einlassventilschaft zumindest teilweise umlaufend umgibt und der Plunger an dem Einlassventilschaft angebracht ist, wobei der Spülluftstrom durch die Wechselbewegung des Plungers in der Ventilschaftkammer erzeugt wird.