DE102018127421A1

DE102018127421A1 - Verfahren und systeme für eine kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102018127421A1
Application number: DE102018127421.1A
Authority: DE
Inventors: Eric Matthew Kurtz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-05-09
Also published as: US20190136745A1; US10544726B2; CN109751144A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Leitung bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Anpassen einer Temperatur der Brennkammergase in einer Brennkammer und/oder Anpassen eines Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion auf eine von einer Photodiode der Leitung erfassten Menge an Licht beinhalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Lufteinbringungsmerkmale umfasst.
Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
Bei Dieselmotoren wird während eines Ansaugtakts Luft in eine Brennkammer gezogen, indem ein oder mehrere Einlassventile geöffnet werden. Dann sind während des anschließenden Verdichtungstaktes die Einlassventile geschlossen und ein sich hin- und herbewegender Kolben der Brennkammer verdichtet die während des Ansaugtaktes eingelassenen Gase, wodurch die Temperatur der Gase in der Brennkammer erhöht wird. Kraftstoff wird dann in das heiße, verdichtete Gasgemisch in der Brennkammer eingespritzt, was zur Verbrennung des Kraftstoffs führt. Somit kann in einem Dieselmotor aufgrund der hohen Temperatur der Luft der Kraftstoff mit der Luft in der Brennkammer verbrennen und kann nicht wie in einem Benzinmotor über eine Zündkerze gezündet werden. Das verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch drückt auf den Kolben, wodurch die Bewegung des Kolbens angetrieben wird, die dann in Drehenergie einer Kurbelwelle umgewandelt wird.
Allerdings haben die Erfinder mögliche Probleme mit derartigen Dieselmotoren erkannt. Als ein Beispiel kann sich Dieselkraftstoff nicht gleichmäßig mit der Luft in der Brennkammer mischen, was zur Bildung von dichten Kraftstofftaschen in der Brennkammer führt. Diese dichten Regionen an Kraftstoff können Ruß erzeugen, während der Kraftstoff verbrannt wird. Somit beinhalten herkömmliche Dieselmotoren Partikelfilter, um eine Menge an Ruß und anderer Feinstaubmasse in ihren Emissionen zu reduzieren. Solche Partikelfilter führen jedoch zu erhöhten Kosten und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Moderne Technologien zum Bekämpfen der Ausgabe von Motorruß beinhalten Merkmale, um vor der Einspritzung mit dem Kraftstoff Luft einzubringen. Dies kann Kanäle beinhalten, die sich in dem Einspritzvorrichtungskörper befinden, als ein Einsatz in der Ebenenfläche des Motorkopfes oder im Motorkopf. Umgebungsluft vermischt sich mit dem Kraftstoff, wodurch die Einspritztemperatur vor der Abgabe des Gemischs an die verdichtete Luft in dem Zylinder gekühlt wird. Indem vor dem Einspritzen mit dem Kraftstoff gekühlte Luft eingebracht wird, wird eine Abhebelänge verlängert und der Beginn der Verbrennung verzögert. Dadurch wird die Erzeugung von Ruß durch eine Spanne von Motorbetriebsbedingungen eingeschränkt, wodurch der Bedarf an einem Partikelfilter reduziert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Einspritzvorrichtungen erkannt. Als ein Beispiel können die vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen die Rußerzeugung angesichts immer strengerer Emissionsstandards nicht mehr länger ausreichend verhindern. Somit können sich Partikelfilter in einem Abgaskanal befinden, wodurch Herstellungskosten und Einbauzwänge des Fahrzeugs erhöht werden.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein System angegangen werden, das eine Brennkammer umfasst, die eine Leitung umfasst, die mindestens einen Durchflusskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, eine Kraftstoffeinspritzung und Brennkammergase aufzunehmen, wobei der Durchflusskanal einen ersten Durchmesser stromaufwärts eines zweiten Durchmessers und größer als dieser, den zweiten Durchmesser stromaufwärts eines dritten Durchmessers und größer als dieser umfasst, und wobei eine erste Differenz zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser größer als eine zweite Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser ist. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Ruß eingeschränkt oder verhindert, wenn eine Vorverbrennung im Kanal erfasst wird.
Als ein Beispiel ist der Durchflusskanal in eine oder mehrere einer Leitung und Düsenspitze der Kraftstoffeinspritzvorrichtung integriert. Der erste Durchmesser entspricht einem Einlass des Durchflusskanals und der dritte Durchmesser entspricht einem Auslass des Durchflusskanals. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Durchmesser der größte Durchmesser des Durchflusskanals sein und der dritte Durchmesser kann der kleinste Durchmesser des Durchflusskanals sein. Dies kann den Durchflusskanal mit einer wesentlichen Trompetenform bereitstellen. Dadurch kann eine Dauer, die eine Kraftstoffeinspritzung im Durchflusskanal bleibt, relativ zum Durchflusskanal mit einem festen Durchmesser verringert werden. Auf diese Weise kann die Feinstaubausgabe verringert und/oder verhindert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an 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 Patentansprüche 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 überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems, das eine Leitung zum Einbringen von Luft in Kraftstoff beinhaltet.
2A zeigt eine seitliche Querschnittsansicht einer Einspritzvorrichtung und der Leitung.
2B zeigt eine detaillierte Ansicht eines einzelnen Kanals der Leitung.
2C zeigt eine perspektivische Ansicht der Leitung.
2A, 2B und 2C sind ungefähr maßstabsgetreu gezeigt.
3 zeigt ein Verfahren zum Anpassen von Zylinderbetriebsbedingungen als Reaktion auf eine Emissionsausgabe.
4 zeigt eine Betriebssequenz auf Grundlage des Motorsystems aus 1, in der das in 3 veranschaulichte Verfahren umgesetzt wird.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorzylinder. Insbesondere betrifft die folgende Beschreibung Systeme und Verfahren zum Einspritzen von Dieselkraftstoff. Ein Motorsystem, wie zum Beispiel das in 1 gezeigte Motorsystem, kann einen oder mehrere Motorzylinder umfassen, die jeweils mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfassen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen können direkte Einspritzvorrichtungen sein, die Kraftstoff direkt in die Motorzylinder einspritzen. Jedoch kann sich Dieselkraftstoff, wenn er direkt in die Zylinder eingespritzt wird, nicht gleichmäßig mit der Luft in den Zylindern vermischen, was zu Taschen aus dichterem und/oder weniger oxygeniertem Kraftstoff in den Zylindern führt, in denen während des Brennzyklus Ruß erzeugt werden kann.
Um die von einem Motor erzeugte Menge an Ruß zu reduzieren, können Luftkanäle in dem Motor enthalten sein. Insbesondere können die Luftkanäle in einem Abschnitt einer Düse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in fluidischer Kommunikation mit den Brennkammern positioniert sein und sich darin befinden. Auf diese Weise können Gase aus einer Brennkammer durch die Luftkanäle fließen, wo sich die Gase vor der Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung vermischen können. Dadurch kann sich die Luft-Kraftstoff-Vermischung verbessern und eine Wahrscheinlichkeit der Bildung von Kraftstofftaschen reduziert werden.
Um die Menge an von dem Motor erzeugtem Ruß weiter zu reduzieren, kann eine oder können mehrere Leitungen mit jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Motors verbunden sein. Die Leitungen können ein oder mehrere Lufteinbringungsmerkmale umfassen, die ausgelegt sind, um Zylinderluft vor dem Einspritzen mit der Kraftstoffeinspritzung zu vermischen. In einem Beispiel entsprechen die Lufteinbringungsmerkmale Auslässen der Kanäle gekühlter Luft. Dies kann die vorzeitige Zündung der Kraftstoffeinspritzung verhindern, während eine Abhebelänge erweitert und der Beginn der Zündung verzögert wird. Somit wird die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemischs erhöht, wodurch die Bildung von Kraftstofftaschen in dem Zylinder minimiert wird.
In einigen Beispielen, wie etwa in dem in 2A beschriebenen Beispiel, können die Luftkanäle in einer Leitung enthalten sein, die an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt ist und in einen Zylinderraum unterhalb eines Zylinderkopfes ragt. Die Leitung ist ausgelegt, um die Luft-Kraftstoff-Vermischung über sich darin befindende Flächenmerkmale zu erhöhen. Ein Luftkanal der Leitung ist in 2B in einer ausführlicheren Ansicht gezeigt. Die Leitung, beinhaltend Auslässe ihrer Luftkanäle, ist in 2C ausführlicher gezeigt.
In einigen Beispielen beinhalten Verfahren und Systeme das Anpassen von Motorbetriebsbedingungen auf Grundlage von Bedingungen im Zylinder und/oder in der Düse oder in der Leitung. Zum Beispiel kann eine Photodiode in der Leitung und/oder Düse emittiertes Licht verfolgen, wodurch eine Verbrennung in der Leitung und/oder Düse angegeben wird. Ein Verfahren zum Anpassen der Motorbetriebsparameter auf Grundlage von emittiertem Licht ist in 3 gezeigt. Eine beispielhafte Zeitachse zum Anpassen von Motorbetriebsparametern auf Grundlage des Verfahrens aus 3 ist in 4 gezeigt.
Die 1-2C zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als sich Flächen teilend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein anderes Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Außerdem 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 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 Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Außerdem können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. Man wird verstehen, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch“ bezeichnet werden, sich je nach Herstellungstoleranzen (z. B. mit 1-5 % Abweichung) voneinander unterscheiden.
Es ist zu beachten, dass 2A und 2B Pfeile zeigen, die angeben, wo es Raum für einen Gasfluss gibt, und dass die durchgezogenen Linien der Vorrichtungswände die Stellen zeigen, an denen der Fluss blockiert wird und aufgrund des Fehlens einer fluidischen Verbindung keine Verbindung möglich ist, was dadurch verursacht wird, dass sich die Vorrichtungswände von einem Punkt zu einem anderen erstrecken. Die Wände erzeugen eine Trennung zwischen Bereichen, außer an Öffnungen in der Wand, welche die beschriebene Fluidverbindung ermöglichen.
Luft in den Brennkammern kann die Luftkanäle durchlaufen und es kann vor der Verbrennung eine gründlichere und gleichmäßige Vermischung des Kraftstoffs und der Luft erreicht werden. Insbesondere kann die Abhebelänge, ein Begriff, der vom Fachmann häufig verwendet wird, um den Abstand zwischen dem Kraftstoffnebel und der Zündflamme zu beschreiben, erhöht werden. Somit kann durch den Kraftstoff vor der Verbrennung mehr Luft eingebracht werden. Damit kann die Verbrennung verzögert werden und die Einbringung von Luft durch den Kraftstoff kann erhöht werden, was zu einer vollständigeren und rußfreien Verbrennung führt.
1 stellt ein Motorsystem 100 für ein Fahrzeug dar. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug sein, das Antriebsräder aufweist, die einen Straßenbelag berühren. Das Motorsystem 100 beinhaltet den Motor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst. 1 beschreibt eine(n) derartige(n) Zylinder oder Brennkammer ausführlich. Die verschiedenen Komponenten des Motors 10 können durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert werden.
Der Motor 10 beinhaltet einen Zylinderblock 14 mit mindestens einer Zylinderbohrung 20 und einen Zylinderkopf 16 mit Einlassventilen 152 und Auslassventilen 154. In anderen Beispielen kann der Zylinderkopf 16 einen oder mehrere Einlassanschlüsse und/oder Auslassanschlüsse beinhalten, in Beispielen, in denen der Motor 10 als ein Zweitaktmotor ausgelegt ist. Der Zylinderblock 14 beinhaltet Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Zylinderbohrung 20 kann als das von den Zylinderwänden 32 eingeschlossene Volumen definiert werden. Der Zylinderkopf 16 kann an den Zylinderblock 14 gekoppelt sein, um die Zylinderbohrung 20 einzuschließen. Somit können der Zylinderkopf 16 und der Zylinderblock 14, wenn sie aneinander gekoppelt sind, eine oder mehrere Brennkammern bilden. Insbesondere kann die Brennkammer 30 das Volumen sein, das zwischen einer oberen Fläche 17 des Kolbens 36 und einem Feuerdeck 19 des Zylinderkopfes 16 enthalten ist. Somit ist das Volumen der Brennkammer 30 auf Grundlage einer Schwingung des Kolbens 36 angepasst. Die Brennkammer 30 kann hierin auch als Zylinder 30 bezeichnet werden. Der Darstellung nach kommuniziert die Brennkammer 30 über entsprechende Einlassventile 152 und Auslassventile 154 mit dem Ansaugkrümmer 144 und dem Abgaskrümmer 148. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Alternativ können eines oder mehrere des Einlass- und Auslassventils durch eine elektromechanisch gesteuerte Baugruppe aus Ventilspule und Anker gesteuert werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Somit können die Brennkammer 30 und die Zylinderbohrung 20, wenn die Ventile 152 und 154 geschlossen sind, fluidisch abgedichtet sein, sodass Gase nicht in die Brennkammer 30 eintreten oder diese verlassen können.
Die Brennkammer 30 kann durch die Zylinderwände 32 des Zylinderblocks 14, den Kolben 36 und den Zylinderkopf 16 gebildet sein. Der Zylinderblock 14 kann die Zylinderwände 32, den Kolben 36, die Kurbelwelle 40 usw. beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, ein oder mehrere Einlassventile 152 und ein oder mehrere Auslassventile, wie etwa die Auslassventile 154, beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann über Befestigungen, wie zum Beispiel Bolzen und/oder Schrauben, an den Zylinderblock 14 gekoppelt sein. Insbesondere können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16, wenn sie gekoppelt sind, über eine Dichtung in dichtendem Kontakt miteinander sein, und somit können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16 die Brennkammer 30 abdichten, sodass Gase nur über den Ansaugkrümmer 144 in die und/oder aus der Brennkammer 30 fließen können, wenn die Einlassventile 152 geöffnet sind, und/oder über den Abgaskrümmer 148, wenn die Auslassventile 154 geöffnet sind. In einigen Beispielen kann für jede Brennkammer 30 nur ein Einlassventil und ein Auslassventil enthalten sein. In anderen Beispielen jedoch kann mehr als ein Einlassventil und/oder mehr als ein Auslassventil in jeder Brennkammer 30 des Motors 10 enthalten sein.
Eine Leitung 18 befindet sich unterhalb des Zylinderkopfes 16 in der Brennkammer 30. Konkret befindet sich die Leitung 18 vollständig innerhalb eines Volumens der Brennkammer 30. Alternativ befindet sich die Leitung 18 teilweise in der Brennkammer 30 und innerhalb des Zylinderkopfes 16. Der Abschnitt der Leitung 18, der sich in der Brennkammer 30 befindet, kann mit einem oder mehreren Luftkanälen ausgelegt sein, um Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 mit Brennkammergasen zu vermischen, wie nachfolgend in 2A, 2B und 2C beschrieben wird. In einigen Beispielen kann die Leitung 18 zusätzlich oder alternativ weggelassen sein und die Einspritzvorrichtung 66 kann sich durch den Zylinderkopf 16 und in die Brennkammer 30 erstrecken. Ein Abschnitt der Einspritzvorrichtung 66, der sich in der Brennkammer 30 unterhalb des Zylinderkopfes 16 befindet, kann mit Luftkanälen hergestellt sein, um Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 mit Brennkammergasen zu vermischen, wie nachfolgend in 3 beschrieben wird.
Die Zylinderwände 32, der Kolben 36 und der Zylinderkopf 16 können damit die Brennkammer 30 bilden, wobei eine obere Fläche 17 des Kolbens 36 als die Bodenwand der Brennkammer 30 dient, während eine gegenüberliegende Fläche oder ein Feuerdeck 19 des Zylinderkopfes 16 die obere Wand der Brennkammer 30 bildet. Somit kann die Brennkammer 30 das Volumen sein, das in der oberen Fläche 17 des Kolbens 36, der Zylinderwände 32 und des Feuerdecks 19 des Zylinderkopfes 16 enthalten ist.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 kann so positioniert sein, dass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Konkret ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 positioniert, um Kraftstoff direkt in den Abschnitt der Leitung 18, der sich in der Brennkammer 30 befindet, einzuspritzen. Somit kann Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 66 durch die Leitung 18 und dann in die Brennkammer 30 fließen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 gibt Flüssigkraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12 ab. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet. Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 wird Betriebsstrom von dem Treiber 68 zugeführt, der auf die Steuerung 12 reagiert. In einigen Beispielen kann der Motor 10 ein Dieselmotor sein und kann der Kraftstofftank Dieselkraftstoff enthalten, der durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer 30 eingespritzt werden kann. In anderen Beispielen kann der Motor 10 jedoch ein Benzinmotor sein und kann der Kraftstofftank Benzinkraftstoff enthalten, der durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer eingespritzt werden kann. Ferner kann der Motor 10 in solchen Beispielen, in denen der Motor 10 als Benzinmotor ausgelegt ist, eine Zündkerze beinhalten, um die Verbrennung in der Brennkammer 30 zu initiieren.
In einigen Beispielen kann die Leitung 18 enthalten sein, um die Temperatur von Luft, die durch den von der Einspritzvorrichtung 66 eingespritzten Kraftstoff eingebracht wird, zu reduzieren. Konkret kann sich Kraftstoff, wenn er die Einspritzvorrichtung 66 während der Kraftstoffeinspritzung verlässt, über eine Strecke bewegen, während er sich vor der Verbrennung mit Luft in der Leitung 18 vermischt. In der Beschreibung hierin kann die Strecke, welche der Kraftstoffnebel vor der Verbrennung zurücklegt, als „Abhebelänge“ bezeichnet werden. Insbesondere kann sich die Abhebelänge auf die Strecke beziehen, die der eingespritzte Kraftstoff zurücklegt, bevor der Verbrennungsprozess beginnt. Somit kann die Abhebelänge eine Strecke zwischen einer Öffnung der Einspritzvorrichtung 66, aus welcher der Kraftstoff die Einspritzvorrichtung 66 verlässt, zu einer Stelle in der Brennkammer 30, an der die Verbrennung des Kraftstoffs stattfindet, sein.
Die Leitung 18 kann die Temperatur der Gase reduzieren, die sich vor der Verbrennung in der Brennkammer 30 mit dem Kraftstoff vermischen. Außerdem kann die Leitung 18 eine höhere axiale Sprühgeschwindigkeit für eine Kraftstoffeinspritzung von der Einspritzvorrichtung 66 in und an einem Auslass des Kanals 18 ermöglichen, wodurch das Einbringen von Luft in die Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffdurchdringung in die Brennkammer 30 erhöht werden. Auf diese Weise kann die Abhebelänge des Kraftstoffnebels erhöht werden und/oder kann eine Menge der Lufteinbringung in den Kraftstoffnebel erhöht werden. Die Leitung 18 kann innerhalb der Brennkammer 30 positioniert und in fluidischer Kommunikation damit sein, sodass Gase in der Brennkammer 30 in den einen oder die mehreren Durchflusskanäle der Leitung 18 eintreten und in die Brennkammer 30 rückgeführt werden können. Als ein Beispiel kann Ansaugluft, die während eines Ansaugtaktes in die Brennkammer 30 eingeführt wird, während des gesamten Verdichtungstaktes oder eines Teils davon in die Leitung 18 gedrückt werden. In weiteren Beispielen kann die Leitung 18 teilweise außerhalb der Brennkammer 30 positioniert sein, sodass zumindest ein Abschnitt der Leitung 18 innerhalb der Brennkammer 30 positioniert sein kann und ein übriger Abschnitt außerhalb der Brennkammer 30 in dem Zylinderkopf 16 positioniert sein kann.
In einigen Beispielen, wie in dem Beispiel aus 1, kann die Leitung 18 vertikal unterhalb des Zylinderkopfes 16 in Bezug auf den Boden positioniert sein, wenn sie in einem Straßenfahrzeug gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann im Wesentlichen die gesamte Leitung 18 außerhalb des Zylinderkopfes 16 positioniert sein, sodass sich kein Abschnitt der Leitung 18 in den Zylinderkopf 16 erstreckt. In anderen Beispielen kann sich jedoch ein Abschnitt der Leitung 18 in den Zylinderkopf 16 erstrecken.
In einigen Beispielen, wie etwa dem in 1 gezeigten Beispiel, kann die Leitung 18 zwischen einem oder mehreren Auslässen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 und der Brennkammer 30 positioniert sein. Somit kann von der Einspritzvorrichtung 66 eingespritzter Kraftstoff die Leitung 18 durchlaufen, bevor er in die Brennkammer 30 eintritt. Insbesondere kann die Einspritzvorrichtung 66 an eine Oberseite der Leitung 18 gekoppelt sein, wo der Durchflusskanal bzw. die Durchflusskanäle der Leitung 18 zu der Brennkammer 30 offen ist bzw. sind. Zum Beispiel, wie nachfolgend in Bezug auf 2A dargestellt, kann die Oberseite und/oder der obere Abschnitt der Leitung 18 gegen das Feuerdeck 19 des Zylinderkopfes 16 gedrückt werden und/oder kann einstückig einen Abschnitt des Feuerdecks 19 bilden. Somit kann Kraftstoff aus der Einspritzvorrichtung 66 eingespritzt werden und kann die Einspritzvorrichtung 66 aus einer Position vertikal oberhalb der Brennkammer 30 und des Zylinderblocks 14 und vertikal oberhalb des Feuerdecks 19 des Zylinderkopfes 16 verlassen.
Eine Glühkerze kann zusätzlich enthalten sein, um durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 eingespritzten Kraftstoff zu erwärmen, um die Verbrennung zum Beispiel während eines Motorstarts oder Motorkaltstarts zu erhöhen. In einigen Beispielen, wie Beispielen, in denen die Leitung 18 zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 und der Brennkammer 30 enthalten ist, kann die Glühkerze an die Leitung 18 gekoppelt sein und kann sich in die Leitung 18 erstrecken. In anderen Beispielen kann die Glühkerze an die Brennkammer 30 gekoppelt sein und kann sich in die Brennkammer 30 erstrecken.
Der Darstellung nach kommuniziert der Ansaugkrümmer 144 mit einer optionalen elektronischen Drossel 62, welche eine Stellung einer Drosselklappe 64 anpasst, um den Luftstrom zu dem Motorzylinder 30 zu steuern. Dies kann eine Steuerung des Luftstroms von aufgeladener Luft aus einer Ansaugladedruckkammer 146 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Drossel 62 weggelassen sein und Luftstrom zu dem Motor kann über eine einzelne Lufteinlasssystemdrossel (AIS-Drossel) 82, die an den Luftansaugkanal 42 gekoppelt ist und sich stromaufwärts der Ansaugladedruckkammer 146 befindet, gesteuert werden. In noch anderen Beispielen kann die Drossel 82 ausgelassen sein und kann der Luftstrom zu dem Motor mit der Drossel 62 gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen ist der Motor 10 zum Bereitstellen einer Abgasrückführung oder AGR ausgelegt. Wenn sie enthalten ist, kann die AGR als Hochdruck-AGR und/oder Niedrigdruck-AGR bereitgestellt sein. In Beispielen, in denen der Motor 10 eine Niedrigdruck-AGR beinhaltet, kann die Niedrigdruck-AGR über den AGR-Kanal 135 und das AGR-Ventil 138 zu dem Motorlufteinlasssystem in einer Position stromabwärts der Lufteinlasssystem(AIS)-Drossel 82 und stromaufwärts des Verdichters 162 von einer Stelle in dem Abgassystem stromabwärts der Turbine 164 bereitgestellt sein. Die AGR kann aus dem Abgassystem in das Ansaugluftsystem gesaugt werden, wenn eine Druckdifferenz vorliegt, um die Strömung anzutreiben. Eine Druckdifferenz kann erzeugt werden, indem die AIS-Drossel 82 teilweise geschlossen wird. Die Drosselklappe 84 steuert den Druck an dem Einlass zu dem Verdichter 162. Das AIS kann elektrisch gesteuert werden und seine Position kann auf Grundlage von optionalen Positionssensoren 88 angepasst werden.
Umgebungsluft wird über den Ansaugkanal 42, der den Luftfilter 156 beinhaltet, in die Brennkammer 30 gezogen. Somit tritt Luft zuerst über den Luftfilter 156 in den Ansaugkanal 42 ein. Der Verdichter 162 zieht dann Luft von einem Luftansaugkanal 42, um die Ladedruckkammer 146 über ein Verdichterauslassrohr (in 1 nicht gezeigt) mit verdichteter Luft zu versorgen. In einigen Beispielen kann der Luftansaugkanal 42 eine Airbox (nicht gezeigt) mit einem Filter beinhalten. In einem Beispiel kann der Verdichter 162 ein Turbolader sein, bei dem Leistung an den Verdichter 162 von dem Strom an Abgasen durch die Turbine 164 gezogen wird. Konkret können Abgase die Turbine 164, die über die Welle 161 an den Verdichter 162 gekoppelt ist, zum Drehen bringen. Ein Wastegate 72 lässt zu, dass Abgase die Turbine 164 umgehen, sodass Ladedruck unter variierenden Betriebsbedingungen geregelt werden kann. Das Wastegate 72 kann als Reaktion auf einen erhöhten Aufladebedarf, wie etwa während einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, geschlossen werden (oder eine Öffnung des Wastegate kann verkleinert werden). Durch das Schließen des Wastegates können Abgasdrücke stromaufwärts von der Turbine erhöht werden, was die Drehzahl und Spitzenleistungsabgabe der Turbine steigert. Dies ermöglicht eine Steigerung des Ladedrucks. Zusätzlich kann das Wastegate in Richtung der geschlossenen Position bewegt werden, um den gewünschten Ladedruck beizubehalten, wenn das Verdichterrückführungsventil teilweise offen ist. In einem anderen Beispiel kann das Wastegate 72 als Reaktion auf einen verringerten Aufladebedarf, wie etwa während eines Loslassens des Pedals durch den Fahrzeugführer, geöffnet werden (oder eine Öffnung des Wastegates kann vergrößert werden). Durch das Öffnen des Wastegates können Abgasdrücke reduziert werden, was die Turbinendrehzahl und Turbinenleistung reduziert. Dies ermöglicht eine Senkung des Ladedrucks.
Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen der Verdichter 162 ein Kompressor sein, bei dem Leistung an den Verdichter 162 aus der Kurbelwelle 40 gezogen wird. Somit kann der Verdichter 162 über eine mechanische Verbindung wie zum Beispiel einen Riemen an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein. Damit kann ein Teil der von der Kurbelwelle 40 ausgegebenen Drehenergie auf den Verdichter 162 übertragen werden, um den Verdichter 162 anzutreiben.
Das Verdichterrückführungsventil 158 (compressor recirculation valve - CRV) kann in einem Verdichterrückführungsweg 159 um den Verdichter 162 herum bereitgestellt sein, sodass sich Luft von dem Verdichterauslass zu dem Verdichtereinlass bewegen kann, um einen Druck zu reduzieren, der sich an dem Verdichter 162 entwickeln kann. Ein Ladeluftkühler 157 kann in der Ladedruckkammer 146 stromabwärts des Verdichters 162 positioniert sein, um die an den Motoreinlass gelieferte aufgeladene Ladeluft abzukühlen. Jedoch kann in anderen Beispielen, wie in 1 gezeigt, der Ladeluftkühler 157 stromabwärts der elektronischen Drossel 62 in einem Ansaugkrümmer 144 positioniert sein. In einigen Beispielen kann der Ladeluftkühler 157 ein Luft-Luft-Ladeluftkühler sein. Jedoch kann in anderen Beispielen der Ladeluftkühler 157 ein Flüssigkeit-zu-Luft-Kühler sein.
In dem dargestellten Beispiel ist der Verdichterrückführungsweg 159 dazu ausgelegt, gekühlte verdichtete Luft von stromabwärts von dem Ladeluftkühler 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. In alternativen Beispielen kann der Verdichterrückführungsweg 159 dazu ausgelegt sein, verdichtete Luft von stromabwärts von dem Verdichter und stromaufwärts von dem Ladeluftkühler 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. Das CRV 158 kann über ein elektrisches Signal von der Steuerung 12 geöffnet und geschlossen werden. Das CRV 158 kann als Dreizustandsventil ausgelegt sein, das eine standardmäßige halboffene Position aufweist, aus der es in eine vollständig offene Position oder eine vollständig geschlossene Position bewegt werden kann.
Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda(UEGO)-Sonde 126 an den Abgaskrümmer 148 gekoppelt, welcher stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 ist. Die Emissionssteuervorrichtung kann ein Katalysator sein und kann als solcher hierin als Katalysator 70 bezeichnet werden. Alternativ kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbricks beinhalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen mit jeweils mehreren Bricks verwendet werden. Bei dem Katalysator 70 kann es sich in einem Beispiel um einen Dreiwegekatalysator handeln. Während das dargestellte Beispiel die UEGO-Sonde 126 stromaufwärts der Turbine 164 zeigt, versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen die UEGO-Sonde in dem Abgaskrümmer, welcher stromabwärts der Turbine 164 und stromaufwärts des Katalysators 70 ist, positioniert sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Katalysator 70 einen Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC) und/oder einen Dieselkaltstartkatalysator (diesel cold-start catalyst) umfassen.
In einigen Beispielen kann ein Dieselpartikelfilter (DPF) 74 stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt sein, um Ruß in einer Richtung des Abgasflusses einzufangen. In einigen Beispielen kann eine selektive Katalysatorreduzierungsvorrichtung und/oder eine Mager-NO_x-Falle zwischen dem Katalysator 70 und dem DPF 74 vorliegen. Der DPF 74 kann aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt sein, einschließlich Cordierit, Siliziumkarbid und weiterer Hochtemperatur-Oxidkeramiken. Der DPF 74 kann regelmäßig regeneriert werden, um Rußablagerungen in dem Filter, die dem Abgasstrom widerstehen, zu reduzieren. Die Filterregeneration kann durch Erwärmen des Filters auf eine Temperatur erreicht werden, bei der die Rußpartikel in einer schnelleren Rate verbrannt werden, als dass sich neue Rußpartikel ablagern, zum Beispiel bei 400-600 °C.
Jedoch ist in anderen Beispielen aufgrund des Einschlusses der Leitung 18 und/oder des Durchflusskanals bzw. der Durchflusskanäle in einer Düse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 der DPF 74 gegebenenfalls nicht im Motor 10 enthalten. Somit wird durch Einschluss der Leitung 18 eine Menge an Luft, die vor der Verbrennung in der Brennkammer 30 durch den Kraftstoff in der Leitung 18 eingebracht wird, erhöht. Dadurch kann die Rußerzeugung während des Verbrennungszyklus reduziert werden. In einigen Beispielen können die Rußwerte aufgrund der erhöhten Vermischung von Kraftstoff und Luft vor der Verbrennung/Zündung des Gemischs in der Brennkammer 30 auf annähernd null reduziert werden. Dadurch kann in einigen Beispielen während des Verbrennungszyklus von dem Motor 10 annähernd kein Ruß (z. B. null Ruß) erzeugt werden. In anderen Beispielen kann die Rußerzeugung aufgrund des Einschlusses der Leitung 18 reduziert werden und somit kann der DPF 74 weniger häufig regeneriert werden, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch reduziert.
Während des Verbrennungszyklus kann jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 einen Viertaktzyklus durchlaufen, beinhaltend: einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt und einen Ausstoßtakt. Während des Ansaugtaktes und Arbeitstaktes bewegt sich der Kolben 36 weg von dem Zylinderkopf 16 in Richtung eines Bodens des Zylinders, wodurch das Volumen zwischen der Oberseite des Kolbens 36 und dem Feuerdeck 19 erhöht wird. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Ansaug- und/oder Arbeitstaktes befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Umgekehrt bewegt sich der Kolben 36 während des Verdichtungs- und Ausstoßtaktes weg von dem UT in Richtung einer Oberseite des Zylinders (z. B. Feuerdeck 19), wodurch das Volumen zwischen der Oberseite des Kolbens 36 und dem Feuerdeck 19 reduziert wird. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe der Oberseite des Zylinders und am Ende seines Verdichtungs- und/oder Ausstoßtaktes befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Somit bewegt sich der Kolben 36 während des Ansaug- und Arbeitstaktes vom OT zum UT und bewegt sich der Kolben 36 während des Verdichtungs- und Ausstoßtaktes vom UT zum OT.
Im Allgemeinen schließen sich ferner während des Ansaugtaktes die Auslassventile 154 und öffnen sich die Einlassventile 152, um Ansaugluft in die Brennkammer 30 einzubringen. Während des Verdichtungstaktes können beide Ventile 152 und 154 geschlossen bleiben, während der Kolben 36 das während des Ansaugtaktes eingebrachte Gasgemisch verdichtet. Während des Verdichtungstaktes können Gase in der Brennkammer 30 aufgrund des positiven Drucks, der von dem Kolben 36 erzeugt wird, während er sich in Richtung der Leitung 18 bewegt, in die Leitung 18 gedrückt werden. Die Gase von der Brennkammer 30 können Wärme durch eines oder mehrere von dem Zylinderkopf 16 und Umgebungsluft über Leitung und/oder Konvektion ableiten. Somit kann die Temperatur der Gase in der Leitung 18 relativ zur Temperatur der Gase in der Brennkammer 30 reduziert werden.
Wenn sich der Kolben 36 während des Verdichtungs- und/oder Arbeitstaktes nahe des oder am OT befindet, wird Kraftstoff durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer 30 eingespritzt. Während des nachfolgenden Arbeitstaktes bleiben die Ventile 152 und 154 geschlossen, während das expandierende und verbrennende Kraftstoff- und Luftgemisch den Kolben 36 in Richtung des UT drückt. In einigen Beispielen kann Kraftstoff eingespritzt werden, bevor der Kolben 36 den OT erreicht, während des Verdichtungstaktes. Jedoch kann in anderen Beispielen Kraftstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 36 den OT erreicht. In noch weiteren Beispielen kann Kraftstoff eingespritzt werden, nachdem der Kolben 36 den OT erreicht und beginnt, sich während des Arbeitstaktes zurück in Richtung des UT zu bewegen. In noch weiteren Beispielen kann Kraftstoff sowohl während des Verdichtungs- als auch des Arbeitstaktes eingespritzt werden.
Kraftstoff kann über eine Dauer eingespritzt werden. Eine Menge an eingespritztem Kraftstoff und/oder die Dauer, über die Kraftstoff eingespritzt wird, kann über Impulsbreitenmodulation (pulse width modulation - PWM) gemäß einer oder mehreren linearen oder nicht linearen Gleichungen variiert werden. Ferner kann die Einspritzvorrichtung 66 eine Vielzahl von Einspritzöffnungen beinhalten und eine Menge an aus jeder Öffnung eingespritztem Kraftstoff kann nach Bedarf variiert werden.
Der eingespritzte Kraftstoff bewegt sich durch ein Volumen der Leitung 18, bevor er in die Brennkammer 30 eintritt. Anders gesagt beinhaltet die Leitung 18 Luftkanäle und Kraftstoffkanäle, um Luft und Kraftstoff einzubringen, wobei sich die Kanäle innerhalb der Brennkammer 30 befinden. Jedoch sind die Kanäle durch Flächen der Leitung 18 definiert und Kraftstoff und Luft fließen durch diese Kanäle, bevor sie aus der Leitung 18 und in die Brennkammer 30 fließen, um sich mit nicht vermischten Brennkammergasen zu vermischen. Der Fluss von Luft und Kraftstoff durch die Leitung 18 wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Es versteht sich, dass das gleiche Phänomen auftreten kann, wenn die Leitung weggelassen wird und Kanäle stattdessen in eine Düse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 integriert sind.
Während des Ausstoßtaktes können sich die Auslassventile 154 öffnen, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 148 abzugeben, und der Kolben 36 kehrt zum OT zurück. Abgase können weiter über den Abgaskanal 180 von dem Abgaskrümmer 148 zu der Turbine 164 fließen. Sowohl die Abgasventile 154 als auch die Einlassventile 152 können zwischen jeweiligen geschlossenen ersten Positionen und offenen zweiten Positionen angepasst werden. Ferner kann die Position der Ventile 154 und 152 auf eine beliebige Position zwischen ihren jeweiligen ersten und zweiten Positionen eingestellt werden In der geschlossenen ersten Position der Einlassventile 152 fließt keine Luft und/oder kein Luft-Kraftstoff-Gemisch zwischen dem Ansaugkrümmer 144 und der Brennkammer 30. In der offenen zweiten Position der Einlassventile 152 fließt Luft und/oder kein Luft-Kraftstoff-Gemisch zwischen dem Ansaugkrümmer 144 und der Brennkammer 30. In der geschlossenen zweiten Position der Auslassventile 154 fließt keine Luft und/oder kein Luft-Kraftstoff-Gemisch zwischen der Brennkammer 30 und dem Abgaskrümmer 148. Jedoch kann Luft und/oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, wenn sich die Auslassventile 154 in der offenen zweiten Position befinden, zwischen der Brennkammer 30 und dem Abgaskrümmer 148 fließen.
Es ist zu beachten, dass das vorstehende Schema bezüglich des Öffnens und Schließens der Ventile lediglich als Beispiel dient und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen von Einlass- und Auslassventilen variieren können, beispielsweise, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, einen Nur-LeseSpeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen unterschiedliche Signale von den an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, die Folgendes beinhalten: eine Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der an eine Eingabevorrichtung 130 zum Erfassen der Eingabevorrichtungspedalposition (PP) gekoppelt ist, die durch einen Fahrzeugführer 132 angepasst wird; einen Klopfsensor zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht gezeigt); eine Messung des Motorkrümmerdrucks (engine manifold pressure - MAP) von einem Drucksensor 121, der an den Ansaugkrümmer 144 gekoppelt ist; eine Messung von Ladedruck von einem Drucksensor 122, der an die Ladekammer 146 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor einströmenden Luftmasse von einem Sensor 120 (z. B. einem Hitzdraht-Luftmassenmesser); und eine Messung der Drosselposition von einem Sensor 58. Der barometrische Druck kann ebenfalls zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Vorzeitige Verbrennung kann von einer Photodiode 92 erfasst werden, die Lumen in der Leitung 18 zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 misst. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Hall-Effekt-Sensor 118 eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer sich die Motordrehzahl (U/Min) bestimmen lässt. Die Eingabevorrichtung 130 kann ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal umfassen. Somit können Ausgaben von dem Positionssensor 134 verwendet werden, um die Position des Gaspedals und/oder Bremspedals der Eingabevorrichtung 130 zu bestimmen und damit ein gewünschtes Motordrehmoment zu bestimmen. Somit kann ein gewünschtes Motordrehmoment wie von dem Fahrzeugführer 132 gefordert auf Grundlage der Pedalposition der Eingabevorrichtung 130 geschätzt werden.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, anzupassen. Zum Beispiel kann das Einstellen von Zylindertemperaturen basierend darauf, dass ein erfasstes Licht größer als ein Schwellenlicht ist, das Einstellen einer Menge an AGR, die zu dem Motor 10 fließt, beinhalten. Zum Beispiel kann das AGR-Ventil 138 näher an die vollständig offene Position bewegt werden. In einem Beispiel basiert das Schwellenlicht auf einer Menge an Licht entsprechend der Vorzündung in der Leitung 18. Somit ist das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in der Leitung 18 zu heiß und kann gezündet werden, bevor es in die Brennkammer fließt. Auf diese Weise kann die Bildung von Ruß größer als ein gewünschter Wert sein. Das Einstellen der Menge der AGR-Einspritzung kann das Erhöhen der Menge an AGR beinhalten, um Brennkammertemperaturen zu reduzieren, was die Vorzündung in dem Kanal 18 verringern kann.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 59 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 61. Bei der elektrischen Maschine 61 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 40 des Motors 10 und die elektrische Maschine 61 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 59 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 40 und der elektrischen Maschine 61 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 61 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 40 mit bzw. von der elektrischen Maschine 61 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 61 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 61 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 59 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 61 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2A wird eine seitliche Querschnittsansicht 200 der Einspritzvorrichtung 66 des Motors 10 gezeigt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Demnach sind die zuvor vorgestellten Komponenten in den nachfolgenden Figuren ähnlich nummeriert. 2A beinhaltet ferner ein Achsensystem 290, das verwendet werden kann, um die relative Positionierung von Komponenten des Motorsystems zu beschreiben. Das Achsensystem 290 kann eine vertikale Achse 292 parallel zu einer Schwerkraftrichtung 299 und eine Querachse 294 parallel zu einer horizontalen Richtung 296 beinhalten, wobei die Schwerkraftrichtung 299 senkrecht zur horizontalen Richtung 296 ist. Die Achsen 292 und 294 können orthogonal zueinander sein, wodurch sie ein dreidimensionales Achsensystem definieren. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegend ausführlicher beschriebene Leitung 18 dreidimensional ist und Merkmale der Leitung 18 auf dreidimensionale Weise fortfahren und/oder sich wiederholen, wie vorliegend ausführt wird, wie etwa in 2C. Im hierin verwendeten Sinne kann sich „oben/unten“, „obere(r/s)/untere(r/s)“ und „über/unter“ auf die vertikale Achse 292 beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander entlang der vertikalen Achse 292 zu beschreiben. Somit kann eine erste Komponente, die als „vertikal über“ einer zweiten Komponente beschrieben wird, vertikal über der zweiten Komponente und/oder höher als diese relativ zur vertikalen Achse 292 positioniert sein (z. B. in einer positiven Richtung entlang der Achse 292 relativ zur zweiten Komponente). Ebenso kann „links/rechts von“ und „seitlich von“ verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander entlang der lateralen Achse 294 zu beschreiben und kann verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander entlang der lateralen Achse 294 zu beschreiben.
Wie in der Ausführungsform 2A dargestellt, kann die Leitung 18 physisch an eine Düse 212 gekoppelt sein, die sich von einem Einspritzkörper 210 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 erstreckt. Der Abschnitt der Leitung 18 oberhalb des Zylinderkopfes 16 kann über einen Knopf, eine Presspassung, Schrauben, Klammern, Fusionen und/oder Schweißungen an den Kopf gekoppelt sein. Das physikalische Koppeln kann die Leitung 18 hermetisch mit dem Zylinderkopf 16 abdichten, sodass unter Druck gesetzte Inhalte in dem Zylinder nicht durch die Kopplung fließen. Auf diese Weise können Abschnitte der Leitung 18 außerhalb der Brennkammer 30 und in dem Zylinderkopf 16 keine Brennkammergase aufnehmen.
Zusätzlich oder alternativ kann sich die Leitung 18 vollständig unterhalb des Zylinderkopfes 16 befinden. Somit kann eine Oberseite der Leitung 18 bündig mit dem Feuerdeck 19 des Zylinderkopfes 16 sein. Es versteht sich, dass die Leitung 18 über ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Kopplungselemente physikalisch an das Feuerdeck 19 gekoppelt sein kann. Zusätzlich können Abschnitte der Leitung 18 gegen das Feuerdeck 19 gedrückt werden, um eine hermetische Dichtung zu bilden, die den Durchlass von Gasen und/oder Flüssigkeiten dazwischen verhindert. Dies kann verhindern, dass sich Partikel und/oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zwischen der Leitung 18 und dem Feuerdeck 19 ansammeln.
Das Feuerdeck 19 stellt einen untersten Abschnitt des Zylinderkopfes 16 relativ zur vertikalen Achse 292 dar. Somit ist das Feuerdeck 19 eine Fläche des Zylinderkopfes 16, die der Brennkammer 30 zugewandt ist. Ferner können Brennkammergase in Kontakt mit dem Feuerdeck 19 kommen. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Volumen der Brennkammer 30 durch den Zylinderkopf 16, einen Kolben (z. B. den Kolben 36 aus 1) und Zylinderseitenwände (z. B. die Zylinderseitenwände 32 aus 1) begrenzt. Das Volumen der Brennkammer 30 beinhaltet zumindest einen Abschnitt der Leitung 18 oder sogar die vollständige Leitung 18. Während das Volumen der Brennkammer 30 über den Kolben einstellbar ist, ist jedoch ein Volumen der Leitung 18 fest und ändert sich nicht. Somit ist der Kolben, wenn er in einer OT-Position ist, der Leitung 18 am nächsten und das Volumen der Brennkammer 30 ist am kleinsten. Alternativ ist der Kolben, wenn er in einer UT-Position ist, am weitesten von der Leitung 18 und das Volumen der Brennkammer 30 ist am größten. Somit ist die Leitung 18 während des gesamten Verbrennungszyklus vertikal über einem Kolben (z. B. dem Kolben 36 aus 1) positioniert, sodass sich die Leitung 18 vertikal über dem Kolben bei OT und UT und in einer beliebigen Position dazwischen befindet. Somit ist die Leitung 18 vertikal über dem Kolben positioniert und kontaktiert den Kolben bei OT, UT und einer beliebigen Position dazwischen nicht. In einem Beispiel ist die Leitung 18 fest und bewegt sich nicht. Somit kann die Leitung 18 nicht elektrisch, hydraulisch, mechanisch und/oder pneumatisch angetrieben werden.
Die Mittelachse 298 kann Mittelachsen sowohl für die Leitung 18 als auch für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 darstellen, wobei die Mittelachse 298 parallel zur vertikalen Achse 292 und eine Bewegungsrichtung des Kolbens ist. Auf diese Weise kann die Mittelachse 298 geometrische Mitten des Kolbens, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 und der Leitung 18 durchlaufen. Es versteht sich, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 und die Leitung 18 in einigen Ausführungsformen zur Mittelachse 298 versetzt sein können, sodass die Leitung 18 und die Einspritzvorrichtung 66 zur Mittelachse 298 angewinkelt und/oder von der Mittelachse 298 versetzt sind. Zum Beispiel kann die Leitung 18 in einigen Ausführungsformen relativ zur vertikalen Achse 292 angewinkelt sein.
Die Leitung 18 kann einen kreisförmigen Querschnitt entlang der seitlichen Achse 294 und einen rechteckigen Querschnitt entlang der vertikalen Achse 292 umfassen. Somit ist die Leitung 18 in einem Beispiel zylindrisch, wie etwa in dem in 2C gezeigten Beispiel. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die Leitung 18 andere Formen aufweisen kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Leitung 18 frustokonisch, kubisch, trigonal, pyramidal und dergleichen sein.
Die Leitung 18 kann eine Vielzahl von Materialien umfassen, die für den Verbleib in einer Verbrennungsumgebung geeignet sind. Zum Beispiel kann die Leitung 18 Eisen, Aluminium, Kohlenstofffaser, Magnesium, Stahl, Keramik und dergleichen umfassen. In einem Beispiel imitiert die Leitung 18 ein Material der Brennkammer 30 oder des Zylinderkopfes 16. Zusätzlich oder alternativ kann die Leitung 18 eine Beschichtung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Partikel auf die Oberflächen der Leitung 18 auftreffen.
Die Leitung 18 kann mehrere Durchflusskanäle 230 unterhalb des Zylinderkopfes 16 beinhalten. Eine Anzahl an Durchflusskanälen 230, die in der Leitung 18 enthalten sind, kann gleich einer Anzahl an Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sein, mit der eine Düsenspitze 214 zum Einspritzen konfiguriert ist. Die Durchflusskanäle 230 können zwischen dem oberen 202 und unteren 204 Abschnitt des Kanals 18 gebildet sein. Der obere 202 und untere 204 Kanal der Leitung 18 können durchgehend und gleichmäßig sein, wie in dem Beispiel aus 2C gezeigt. In den Querschnitten aus den 2A und 2B jedoch sind der obere 202 und untere 204 Abschnitt getrennt dargestellt, um die Durchflusskanäle 230 zu veranschaulichen.
In dem Querschnitt aus 2A spritzt die Düsenspitze 214 der Darstellung nach zwei Einspritzungen 242 ein. Somit sind zwei Durchflusskanäle 230 gezeigt. In einem Beispiel gibt es genau sechs Durchflusskanäle 230. Auf diese Weise können Brennkammergase in die und aus den Durchflusskanälen fließen, ohne aus der Brennkammer 30 zu fließen. Die Leitung 18 kann Öffnungen 232 beinhalten, die in einem Abschnitt der Durchflusskanäle 230 über einem niedrigsten Punkt der Düsenspitze 214 angeordnet sind. Das heißt, dass die Öffnungen 232 derart angeordnet sein können, dass Luft durch die Öffnungen 232 und in die Leitung 18 über dem Beginn der Einspritzungen 242 fließen kann.
Ein optionaler, sekundärer Luftkanal ist durch das Rohr 252 gezeigt, das sich in einer Richtung parallel zur Mittelachse 298 erstrecken kann. Das Rohr 252 kann dazu konfiguriert sein, zu ermöglichen, dass Brennkammergase in die Leitung 18 gelangen und mit den Einspritzungen 242 in den Durchflusskanälen 230 vermischt werden. Somit kann das Rohr 252 hinsichtlich der Funktion ähnlich wie die Öffnungen 232 sein.
Wie gezeigt, können die Bahnen 282 der Einspritzungen 242 relativ zum ersten Deck 19 angewinkelt sein. Die Winkel, die zwischen den Einspritzungen 242 und dem Feuerdeck 19 gebildet werden, können zwischen 5-60° betragen. In einem Beispiel sind die Winkel, die zwischen jedem der Einspritzungen 242 und des Feuerdecks 19 gebildet werden, gleich 20°. Außerdem können die Bahnen 282 an einem Mittelpunkt von jedem der Durchflusskanäle 230 ausgerichtet sein. Dadurch kann ein Kontakt zwischen den Bahnen 242 und den Oberflächen der Durchflusskanäle 230 und der Leitung 18 verhindert und/oder reduziert werden.
Auf diese Weise kann es sich bei den Durchflusskanälen 230 um angewinkelte Kanäle handeln, die durch eine gesamte Oberfläche der Leitung 18 angeordnet sind. Die Durchflusskanäle 230 sind an Einspritzlöchern der Düsenspitze 214 ausgerichtet, sodass Einspritzungen 242, die von dieser ausgestoßen werden, ununterbrochen durch die Durchflusskanäle 230 gelangen können.
Unter Bezugnahme auf 2B ist eine detaillierte Ansicht eines Durchflusskanals 231 gezeigt, der im Wesentlichen identisch mit jedem der Durchflusskanäle 230 aus 2A ist.
Eine Öffnung 233, die identisch mit jeder der Öffnungen 232 ist, kann eine einzelne, zusammenhängende Öffnung sein, die sich entlang eines gesamten Umfangs des oberen Abschnitts 202 der Leitung 18, die die Durchflusskanäle 230 fluidisch an die Brennkammer 30 koppelt, erstreckt. Eine Anzahl an Öffnungen 232 kann im Wesentlichen gleich einer Anzahl an Durchflusskanälen 230 sein. Somit kann jeder der Durchflusskanäle dazu konfiguriert sein, Luft mit einer Einspritzung der Einspritzungen 242 einzubringen.
Der Durchflusskanal 231 kann sich von seinem Einlass 234 zu seinem Auslass 236 erstrecken, wobei der Auslass 236 nahe einem unteren Abschnitt der Leitung 18 angeordnet ist. Der Durchflusskanal 231 kann eine Form einer Innenfläche 224 des oberen 202 und unteren 204 Abschnitts der Leitung 18 annehmen. In einem Beispiel ist der Durchflusskanal 231 symmetrisch und die Innenfläche 224 des oberen 202 und unteren 204 Abschnitts ist im Wesentlichen identisch. Konkret ist die Innenfläche 224 eine einzelne Fläche der Leitung, die dem Durchflusskanal 231 entspricht, wobei die Innenfläche 224 physikalisch an jede einer Außenfläche 222 und einer unteren Fläche 226 gekoppelt ist. Die Außenfläche 222 kann sich um einen größten Umfang der Leitung 18 erstrecken, die dem Durchflusskanal 231 entspricht. Die untere Fläche 226 kann sich von der Außenfläche 222 zur Innenfläche 224 nahe dem Auslass 236 des Durchflusskanals 231 erstrecken. In einem Beispiel ist die Außenfläche 222 linear und parallel zur Mittelachse 298 und die untere Fläche 226 ist linear und senkrecht zur Mittelachse 298.
Der Durchflusskanal 231 kann einen ersten Durchmesser am Einlass 234 umfassen. Die Innenfläche 224 kann derart profiliert sein, dass der Durchflusskanal 231 einen zweiten Durchmesser an einem Bereich 238 und einen dritten Durchmesser am Auslass 236 umfasst. In einem Beispiel ist der erste Durchmesser ein größter Durchmesser des Durchflusskanals 231, wobei der zweite Durchmesser geringer als der erste Durchmesser ist und der dritte Durchmesser geringer als der zweite Durchmesser ist. Somit kann der dritte Durchmesser der kleinste Durchmesser des Durchflusskanals 231 sein. Zusätzlich oder alternativ ist eine Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser geringer als eine Differenz zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser. Auf diese Weise ist die Kontur der Innenfläche 224 vom Einlass 234 zum Bereich 238 extremer als vom Bereich 238 zum Auslass 236. Anders formuliert, nimmt ein Krümmungsradius der Leitung 18 vom Einlassbereich 234 zum Auslassbereich 236 ab. In einem Beispiel ist ein Krümmungsradius zwischen dem Bereich 238 und dem Auslass 236 im Wesentlichen gleich null (z. B. ist die Innenfläche 224 zwischen dem Bereich 238 und dem Auslass 236 linear). Vorliegend kann der Abschnitt des Durchflusskanals 231 zwischen dem Einlass 234 und dem Bereich 238 als ein trompetenförmiger Bereich bezeichnet werden, und der Abschnitt des Durchflusskanals 231 zwischen dem Bereich 238 und dem Auslass 236 kann als der Düsenbereich bezeichnet werden.
Konkret kann sich die Innenfläche 224 von der Außenfläche 222 nach innen zur Mittelachse 298 zwischen dem Einlass 234 und dem Bereich 238 erstrecken. Somit kann die Innenfläche 224 zu einer Bahn 283 einer Einspritzung 243 zwischen dem Einlass 234 und dem Bereich 238 konvex sein. Diese Verlängerung nach innen kann den Durchflusskanal 231 derart einschränken, dass sein zweiter Durchmesser am Bereich 238 zwischen 60-75 % seines ersten Durchmessers am Einlass 234 beträgt. Die Innenfläche 224 kann den Durchflusskanal 231 vom Bereich 238 zum Auslass 236 (z. B. den Düsenbereich) weiter verengen und/oder einschränken. Die Verengung zwischen dem Bereich 238 und dem Auslass 236 ist weniger stark als die Verengung zwischen dem Einlass 234 und dem Bereich 238. Der dritte Durchmesser am Auslass 236 kann ähnlich wie 50 % des ersten Durchmessers sein. Auf diese Weise kann der Durchflusskanal 231 eine Trompetenform mit einem kreisförmigen Querschnitt entlang der seitlichen Achse 294 umfassen, wobei ein Durchmesser des Querschnitts vom Einlass 234 zum Auslass 236 abnimmt. Es versteht sich, dass andere Abmessungen (z. B. Durchmesser und Winkel) verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wie gezeigt, ist die Innenfläche 224 entlang des Durchflusskanals 231 ohne Vertiefungen oder Vorsprünge, die sich davon erstrecken, glatt. Der Durchschnittsfachmann wird jedoch verstehen, dass die Innenfläche 224 Vertiefungen und/oder Vorsprünge umfassen kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Als ein Beispiel nimmt der erste Durchmesser bei einer ersten Rate zum zweiten Durchmesser im trompetenförmigen Bereich ab und der zweite Durchmesser nimmt bei einer zweiten Rate zum dritten Durchmesser zu. Die erste Rate kann zwei- bis fünfmal größer als die zweite Rate sein. In Kombination damit, dass der trompetenförmige Bereich kürzer als der Düsenbereich entlang der vertikalen Achse 292 ist, führt dies zu einer ungleichmäßigen Einschränkung des Durchflusskanals. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Rate null betragen und die erste Rate kann abnehmen, sodass der Krümmungsradius des Durchflusskanals 231 vom Einlass 234 zum Bereich 238 abnimmt, um eine Krümmung mit konvexer Form zu erzeugen.
Durch das Einschränken des Durchflusskanals 231 kann eine Zeitdauer, in der die Kraftstoffeinspritzung 243 von der Düsenspitze 214 der Einspritzvorrichtung 66 im Durchflusskanal 231 bleibt, relativ zu einem Kanal mit einer gleichmäßigen Breite und/oder einem gleichmäßigen Durchmesser verringert werden. Somit erhöht das Verringern des Durchmessers des Durchflusskanals 231 die Einspritzgeschwindigkeit am Auslass 236 der Leitung 18, wodurch das Einbringen von Luft am Auslass 236 zunimmt. Die Trompetenform kann ferner ermöglichen, dass Brennkammergase (durch die Pfeile 244 gezeigt) durch die Öffnungen 232 und in die Durchflusskanäle 230 strömen, wo die Brennkammergase sich mit der Kraftstoffeinspritzung 242 vermischen und/oder verbinden und/oder kombinieren können. Somit kann die Kraftstoffeinspritzung 242 mit den Brennkammergasen 244 eingebracht werden, bevor sie durch den Auslass 236 der Durchflusskanäle 230 und in die Brennkammer 30 fließt. In einem Beispiel kann die Leitung 18 ermöglichen, dass die Kraftstoffeinspritzungen 242 im Vergleich zu einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ohne die Leitung 18 tiefer in die Brennkammer 30 eindringen.
Im Rahmen der Ausführungsform aus 2A kann die Brennkammer 30 ein Volumen der Brennkammer 30 darstellen, das die Durchflusskanäle 230 und andere Abschnitte der Leitung 18 ausschließt. Auch wenn Abschnitte der Leitung 18 in der Brennkammer 30 angeordnet sind, ist die Beschreibung von Gasen, die durch diese Abschnitte fließen (z. B. die Durchflusskanäle 230 und die Öffnungen 232), unabhängig beschrieben. Zum Beispiel können die Kraftstoffeinspritzungen 242 und Brennkammergase 244 in den Durchflusskanälen 230 nicht in Berührung mit anderen Brennkammergasen in der Brennkammer 30 und außerhalb der Durchflusskanäle 230 sein, bis die Kraftstoffeinspritzungen 242 und Brennkammergase 244 durch den Auslass 236 der Durchflusskanäle 230 fließen. Als ein anderes Beispiel können Brennkammergase, die durch die Öffnungen 232 fließen, von der Brennkammer 30 und zu den Durchflusskanälen 230 fließen.
Durch das Einbringen der Kraftstoffeinspritzung 242 und der Brennkammergase 244 in die Leitung 18 können sich keine Taschen von unverbranntem Kraftstoff in der Brennkammer bilden, was die Kraftstoffeffizienz erhöhen und Feinstaubausgabe verringern kann.
Anders formuliert, umfasst die Leitung 18 einen Durchflusskanal 230, der unter dem Feuerdeck 19 des Zylinderkopfes 16 angeordnet ist. Die Öffnungen 232 sind zwischen dem Einlass 234 des Durchflusskanals 230 und dem Feuerdeck 19 angeordnet. Die Düsenspitze 214 kann positioniert sein, um unter den Öffnungen 232 und in die Durchflusskanäle 230 einzuspritzen. Somit können die Düsenspitze 214 und die Durchflusskanäle 230 entlang der Mittelachse 298 ausgerichtet sein. Die Kraftstoffeinspritzung 242 kann durch die Durchflusskanäle 230 gelangen, wobei eine Flussrate der Kraftstoffeinspritzung 242 aufgrund der Einschränkung und/oder Verengung der Durchflusskanäle 230 zunimmt. Diese Erhöhung der Flussrate kann dazu führen, dass Brennkammergase 244 durch die Öffnungen 232 und in die Durchflusskanäle 230 fließen.
Unter Bezugnahme auf 2C wird eine dreidimensionale Ansicht der Leitung 18 gezeigt. Wie gezeigt, erstrecken sich die Öffnungen 232 und die Durchflusskanäle 230 durch eine gesamte Dicke der Leitung 18. Außerdem sind die Öffnungen 232 parallel zur seitlichen Achse 294 und die Durchflusskanäle 230 sind zur seitlichen 294 und vertikalen 292 Achse angewinkelt. Zusätzlich sind die Öffnungen 232 und die Durchflusskanäle 230 koaxial um eine Achse 284, wobei die Achse 284 parallel zur vertikalen Achse 292 sein kann. Eine Öffnung der Öffnungen 232 kann direkt über den Durchflusskanälen 230 angeordnet sein, wobei die Öffnungen 232 vertikal über einem niedrigsten Punkt der Düsenspitze 214 angeordnet sind. Wie gezeigt, umfassen die Öffnungen 232 einen Durchmesser, der kleiner als ein Durchmesser der Auslässe 236 der Durchflusskanäle 230 ist. In anderen Beispielen können die Öffnungen 232 zusätzlich oder alternativ ähnlich wie die Auslässe der Durchflusskanäle bemessen sein.
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 ein Verfahren 300 zum Anpassen von Motorbetriebsparametern als Reaktion auf die Ausgabe von Motorruß gezeigt. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 300 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 des Motorsystems, wie etwa den vorangehend in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren anzupassen.
Bei 302 beinhaltet das Verfahren 300 Bestimmen, Schätzen und/oder Messen aktueller Motorbetriebsparameter. Aktuelle Motorbetriebsparameter können unter anderem eines oder mehrere von Ansaugkrümmerdruck, Ansaugkrümmertemperatur, Drosselposition, Motordrehzahl, Motortemperatur, Kühlmitteltemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, AGR-Flussrate und Luft-Kraftstoff-Verhältnis beinhalten.
Bei 304 kann das Verfahren 300 Messen eines Lichts, das von einem Durchflusskanal übertragen wurde, beinhalten, wobei der Durchflusskanal eine Leitung ist (z. B. Durchflusskanäle 230 der Leitung 18 in 2A). Wie vorstehend beschrieben, kann der Kanal mit einer Photodiode ausgelegt sein, die ausgelegt ist, um eine Menge an von der Leitung übertragenem Licht zu messen. Eine gemessene Menge an Licht kann auf einen Grad der Vorzündung hinweisen. Somit nimmt der Grad der Vorzündung zu, wenn die Menge an Licht zunimmt und kann zu weniger als einer gewünschten Menge an Gas-/Kraftstoffvermischung führen. Dies kann zu einer erhöhten Rußbildung im Vergleich zu keiner stattfindenden Vorzündung führen.
Bei 306 beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen, ob das von der Photodiode erfasste Licht größer als eine Schwellenmenge an Licht ist. In einem Beispiel ist das Schwellenlicht gleich einer Menge an von der Leitung emittiertem Licht entsprechend der Rußausgabe des Motors, die größer als eine Schwellenrußausgabe ist. In einem Beispiel ist die Schwellenrußausgabe gleich einem Emissionsstandard. In einem weiteren Beispiel ist die Schwellenrußausgabe gleich null. Wenn das erfasste Licht weniger als das Schwellenlicht ist, dann ist die Rußausgabe des Motors weniger als die Schwellenrußausgabe und das Verfahren 300 geht zu 308 über, um aktuelle Motorbetriebsparameter beizubehalten. Auf diese Weise ist die Rußausgabe des Motors relativ gering und/oder null und Motorbetriebsparameter werden nicht eingestellt, um die Rußausgabe des Motors zu reduzieren.
Wenn das Licht größer als das Schwellenlicht ist, dann findet zu viel Vorzündung statt und die Rußausgabe des Motors ist größer als die Schwellenrußausgabe. Das Verfahren 300 kann zu 310 übergehen, um Motorbetriebsparameter anzupassen.
In einigen Ausführungsformen wird zusätzlich oder alternativ der Grad der Vorzündung auf Grundlage von Feedback von einem oder mehreren von einem Druckwandler und Dehnungsmesser in der Leitung berechnet. Zusätzlich oder alternativ kann die Berechnung ferner Feedback von einem Abgassensor, der sich in einem Abgassystem befindet, beinhalten. Wenn übermäßiger Druck (z. B. Druck, der größer als ein Schwellendruck ist), übermäßige Dehnung (z. B. Dehnung, die größer als eine Schwellendehnung ist) und/oder übermäßiger Ruß (z. B. Ruß, der größer als die Schwellenrußausgabe ist) detektiert werden, dann kann zu viel Vorzündung stattfinden und das Verfahren kann zu 310 übergehen. Jedes von dem Schwellendruck und der Schwellendehnung kann dem gleichen Grad der Vorzündung wie das Schwellenlicht entsprechen.
Bei 310 beinhaltet das Verfahren 300 eines oder mehrere von dem Erhöhen der AGR bei 312, dem Reduzieren des Ansaugkrümmerdrucks bei 314, dem Reduzieren der Ansaugtemperatur bei 316, dem Erhöhen der Kühlung in dem Bereich der Leitung bei 318 und dem Erhöhen einer Wassereinspritzung bei 320. Das Erhöhen der AGR bei 312 kann das Anpassen eines AGR-Ventils zu einer offeneren Position beinhalten, um zu ermöglichen, dass eine größere Menge an AGR in den Ansaugkanal fließt. Das Reduzieren eines Ansaugkrümmerdrucks kann das Bewegen eines Drosselventils zu einer weniger offenen Position beinhalten. Zusätzlich kann der AGR-Fluss zu dem Ansaugkrümmer abnehmen, um den Ansaugkrümmerdruck weiter zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ werden Ansauggase durch einen Ladeluftkühler (z. B. den CAC 157 aus 1) geleitet, um den Ansaugkrümmerdruck weiter zu reduzieren. Somit kann die AGR bei 312 immer noch erhöht sein, aber die AGR wird durch einen AGR-Kühler geleitet, bevor sie zu dem Ansaugkrümmer fließt. Das Reduzieren einer Ansaugtemperatur kann das Einspritzen von Wasser in einen Ansaugkanal und/oder Ansaugkrümmer stromaufwärts der Brennkammer beinhalten. Das Erhöhen der Kühlung in dem Bereich der Leitung beinhaltet das Strömen von Kühlmittel zu Abschnitten eines Zylinderkühlmantels proximal zur Leitung und/oder Düsenspitze. Das Erhöhen der Wassereinspritzung kann beinhalten, einem Aktor einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die sich im Zylinder befindet, zu signalisieren, ein größeres Volumen an Wasser einzuspritzen. Zusätzlich oder alternativ kann als Reaktion darauf, dass das gemessene Licht größer als das Schwellenlicht ist, ein Einspritzdruck erhöht werden. Auf diese Weise kann die Einspritzung schneller in die Brennkammer fließen als niedrigere Einspritzdrücke, wodurch eine Wahrscheinlichkeit einer vorzeitigen Zündung minimiert wird. In einigen Beispielen kann der Einspritzdruck als Reaktion darauf abnehmen, dass das gemessene Licht größer als das Schwellenlicht ist.
In einem Beispiel kann das Verfahren eine oder mehrere der Anpassungen bei 310 auf Grundlage einer Differenz zwischen dem übertragenen Leitungslicht und dem Schwellenlicht anwenden. Wenn zum Beispiel die Differenz relativ hoch ist und somit das übertragene Leitungslicht viel größer als das Schwellenlicht ist, dann kann eine oder können mehrere der Anpassungen eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ wird eine Größe der Einstellungen als Reaktion darauf, dass die Differenz relativ hoch ist, erhöht. Zum Beispiel wird eine Menge der Wassereinspritzung erhöht. Wenn die Differenz relativ gering ist (z. B. geringer als die relativ hohe Differenz), dann können weniger der Anpassungen eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Größe der Anpassungen leicht verringert oder nicht erhöht werden. Zum Beispiel ist eine Menge der Wassereinspritzung eine Ausgangsmenge (z. B. geringste Menge). Auf diese Weise können Brennkammergase eines oder mehrere von Luft, Wasser und/oder AGR beinhalten.
Auf diese Weise kann das Verfahren 300 Motorbetriebsparameter als Reaktion darauf anpassen, dass übertragenes Licht größer als das Schwellenlicht ist. Die Motorbetriebsparameter können angepasst werden, um die Vorzündung in der Leitung zu minimieren, wodurch sich das übertragene Leitungslicht reduziert. Dadurch werden weniger Partikel, wenn überhaupt, durch das Auslassventil der Brennkammer zu dem Abgaskrümmer ausgestoßen.
Mehrere Photodioden können in der Leitung und/oder Düsenspitze enthalten sein. Somit können die Einstellungen auf Grundlage von einem oder mehreren einer übersteigenden Anzahl an Schwellenlichtern und einer Größe, bei der jedes der Schwellenlichter überstiegen wird, durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel eine gemessene Menge an Licht das erste Schwellenlicht und das zweite Schwellenlicht übersteigt, aber nicht das dritte Schwellenlicht übersteigt, dann kann das Verfahren 400 Wasser einspritzen und den AGR-Fluss reduzieren. Wenn jedoch eine Menge an Licht jedes von dem ersten, zweiten und dritten Schwellenlicht übersteigt, dann kann das Verfahren 400 in einem Beispiel Wasser einspritzen, den AGR-Fluss reduzieren und einen Einspritzdruck erhöhen.
Bei 322 beinhaltet das Verfahren 300 Fließen von Brennkammergasen zum Durchflusskanal, der sich in der Leitung befindet. Vor dem Einspritzen können die Brennkammergase durch den Durchflusskanal fließen, der sich in der Leitung befindet. Aufgrund des Wesens der Kraftstoffeinspritzung fließen Brennkammergase jedoch durch eine Öffnung der Leitung, durch einen Einlass des Durchflusskanals und in den Durchflusskanal, in dem sich die Brennkammergase mit einer Kraftstoffeinspritzung vermischen. Die Brennkammergase können nach den vorstehend beschriebenen Anpassungen bei 310 im Vergleich zu den Brennkammergastemperaturen vor der Vorzündung kühler sein. Auf diese Weise kann es unwahrscheinlich sein, dass eine Vorzündung in der Leitung stattfindet.
Bei 324 beinhaltet das Verfahren 300 Einspritzen und Vermischen von Kraftstoff mit Brennkammergasen in der Leitung. Wie vorstehend beschrieben, fließt die Kraftstoffeinspritzung durch ein Kraftstoffrohr der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bevor sie aus einer oder mehreren Einspritzöffnungen fließt, die auf den einen oder die mehreren Auslasskanäle ausgerichtet sind. Brennkammergase aus der Brennkammer fließen durch die Öffnung und in den Durchflusskanal, wo sich die Brennkammergase mit einer Kraftstoffeinspritzung vermischen, bevor sie die Auslasskanäle verlassen. Dieses Mischen kann begrenzen oder verhindern, dass Partikelmasse aus dem Zylinder entweicht. Insbesondere kann eine einzuspritzende Menge an Kraftstoff auf Grundlage von einem oder mehreren von einem vom Fahrer geforderten Drehmoment, einem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Massenluftstromrate usw. bestimmt werden. Ferner kann der Einspritzzeitpunkt auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen angepasst werden. Konkret kann der Kraftstoff in Richtung der Brennkammer eingespritzt werden. In einigen Beispielen kann der Kraftstoff im Wesentlichen parallel zu und/oder in Einklang mit einer Kraftstoffnebelleitung des Durchflusskanals eingespritzt werden. Somit umfasst das Verfahren 300 das Vermischen des eingespritzten Kraftstoffs und der Brennkammergase im Durchflusskanal innerhalb der Brennkammer.
Bei 326 beinhaltet das Verfahren 300 Leiten des Gemischs, beinhaltend die Kraftstoffeinspritzung und Brennkammergase, um diese mit nicht vermischten Brennkammergasen zu vermischen. Die nicht vermischten Brennkammergase können als Brennkammer definiert werden, die nicht mit Kraftstoff vermischt sind. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann während eines oder mehrere von dem Verdichtungstakt und/oder dem Arbeitstakt in die Brennkammer fließen.
Bei 328 umfasst das Verfahren 300 das Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer. In einigen Beispielen kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch aufgrund von Temperaturen und Druck in der Brennkammer spontan verbrennen. In anderen Beispielen kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine Glühkerze gezündet werden.
Bei 330 beinhaltet das Verfahren 300 das Ausstoßen der Gase in der Brennkammer während eines Ausstoßtaktes. Insbesondere kann das Verfahren 300 das Öffnen eines oder mehrerer Auslassventile (z. B. der vorstehend in 1 beschriebenen Auslassventile 154) und das Ausstoßen der Brennkammergase zu einem Abgaskrümmer (z. B. dem vorstehend in 1 beschriebenen Abgaskrümmer 148) umfassen. Das Verfahren 300 kann umfassen, die Gase in der Brennkammer lediglich während eines Ausstoßtaktes des Kolbens an den Abgaskrümmer auszustoßen.
In einigen Beispielen kann ein Kraftstoffverteilerdruck proportional zu einer Menge an Feinstaub, der in der Brennkammer erzeugt wird, sein. Somit kann der Kraftstoffverteilerdruck zunehmen, wenn die Menge an Feinstaub zunimmt. Im Gegensatz dazu kann der Kraftstoffverteilerdruck abnehmen, wenn die Menge an erzeugtem Feinstaub abnimmt. In einem Beispiel kann das Zunehmen des Kraftstoffverteilerdrucks eine Zeitdauer verringern, die die Kraftstoffeinspritzung in den Durchflusskanälen 230 bleibt. Das Zunehmen des Kraftstoffverteilerdrucks kann auch die Menge an Brennkammergasen erhöhen, die in den Durchflusskanal fließen, um sich mit der Kraftstoffeinspritzung zu vermischen. Somit kann das Verringern des Kraftstoffverteilerdrucks die Zeitdauer erhöhen, die die Kraftstoffeinspritzung in den Durchflusskanälen 230 bleibt. Wenn beispielsweise das übertragende Leitungslicht größer als das Schwellenlicht ist, kann die Menge an erzeugtem Feinstaub höher als eine gewünschte Menge sein und der Kraftstoffverteilerdruck kann erhöht werden. Diese Anpassung kann parallel zu einer oder mehreren der Anpassungen bei 310 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die Anpassung des Kraftstoffverteilerdrucks unabhängig von den Anpassungen bei 310 erfolgen.
Nun wird unter Bezugnahme auf 4 eine Betriebssequenz 400 gezeigt, die beispielhafte Ergebnisse für einen Motor veranschaulicht, der eine Steuerung aufweist (z. B. den Motor 10 und die Steuerung 12 aus 1), die das Verfahren 400 aus 4 ausführt. Linie 410 repräsentiert eine Brennkammergastemperatur, Linie 420 repräsentiert eine FS-Ausgabetemperatur und Linie 422 repräsentiert eine Schwellen-FS-Ausgabe, Linie 430 repräsentiert eine Einspritzabhebelänge und Linie 432 repräsentiert eine Schwelleneinspritzabhebelänge, Linie 440 repräsentiert eine gemessene Menge an Licht und Linie 442 repräsentiert eine gemessene Schwellenmenge an Licht, Linie 450 repräsentiert eine AGR-Flussrate und Linie 460 repräsentiert, ob eine Wassereinspritzung in der Brennkammer stattfindet, und Linie 470 repräsentiert einen Kraftstoffverteilerdruck. Die horizontale Achse jedes Verlaufs stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu.
Vor t₁ sind eine Brennkammergastemperatur und/oder eine Brennkammergastemperatur relativ niedrig, wie durch die Linie 410 gezeigt. Jedoch nimmt die Brennkammergastemperatur zu einer hohen Temperatur zu. In einem Beispiel liegt dies an steigender Motorlast. Somit beginnt das Einspritzabheben von einer relativ hohen Länge in Richtung der Schwellenabhebelänge abzunehmen, wie jeweils durch die Linien 430 und 432 gezeigt. Die Abhebelänge nimmt aufgrund von steigenden Brenngastemperaturen ab, was zu einer früheren Verbrennung als gewünscht führen kann. Somit beginnt die FS-Ausgabe ebenfalls von einer relativ geringen Menge in Richtung der Schwellen-FS-Ausgabe zuzunehmen, wie jeweils durch die Linien 420 und 422 gezeigt. Während die Abhebelänge abnimmt, nimmt eine von einem Lichtsensor in einer Leitung und/oder einem Durchflusskanal gemessene Menge an Licht in Richtung der Schwellenmenge an gemessenem Licht zu, jeweils durch die Linien 440 und 442 gezeigt. In einem Beispiel befindet sich der Lichtsensor 92 aus 1 in den Durchflusskanälen 230 aus 2A. Die Schwellenmenge an gemessenem Licht ist im Wesentlichen dem Schwellenlicht ähnlich, das bei 306 in dem Verfahren 300 aus 3 beschrieben wird. Somit kann die Verbrennung in der Leitung oder in dem Durchflusskanal stattfinden, bevor das Gemisch aus Kraftstoff/Brennkammergasen in die Brennkammer fließt, wenn das gemessene Licht größer als die Schwellenmenge an Licht ist. Eine AGR-Flussrate ist relativ gering, wie durch die Linie 450 gezeigt. Eine Wassereinspritzung ist aus, wie durch die Linie 460 gezeigt. Ein Kraftstoffverteilerdruck ist relativ gering, wie durch die Linie 470 gezeigt.
Bei t₁ erreicht die Brennkammergastemperatur eine relativ hohe Temperatur. Als Ergebnis erhöht sich die FS-Ausgabe zu einer FS-Ausgabe, die größer als die Schwellen-FS-Ausgabe ist. Außerdem reduziert sich das Einspritzabheben auf eine Abhebelänge, die weniger als die Schwellenabhebelänge ist. Somit ist durch den Lichtsensor gemessenes Licht größer als die Schwellenmenge an Licht. Somit sind Brennkammertemperaturen zu hoch, was zu vorzeitiger Verbrennung (z. B. Brennen) von Kraftstoff in einem Durchflusskanal der Leitung führt. In einem Bemühen, die FS-Ausgabe zu reduzieren und die Einspritzabhebelänge zu erhöhen, erhöht sich die AGR-Flussrate und wird die Wassereinspritzung aktiviert. Der Kraftstoffverteilerdruck nimmt zu, um eine Wahrscheinlichkeit der Vorverbrennung, die in dem Durchflusskanal auftritt, zu verringern.
Nach t₁ und vor t₂ wird die Wassereinspritzung fortgesetzt und die AGR-Flussrate nimmt weiter in Richtung einer relativ hohen AGR-Flussrate zu, um dabei zu helfen, Brennkammergastemperatur zu verringern. Dadurch reduziert sich die Brennkammergastemperatur und als Ergebnis erhöht sich das Einspritzabheben zurück in Richtung des Schwellenabhebens, reduziert sich die FS-Ausgabe in Richtung der Schwellen-FS-Ausgabe und nimmt das gemessene Licht in Richtung der Schwellenmenge an gemessenem Licht ab. Der Kraftstoffverteilerdruck nimmt weiter zu, bis der Kraftstoffverteilerdruck einen relativ hohen Druck erreicht.
Bei t₂ hat sich die Brennkammergastemperatur ausreichend reduziert, sodass sich die FS-Ausgabe zu einer FS-Ausgabe reduziert, die weniger als die Schwellen-FS-Ausgabe ist, das Einspritzabheben zu einem Einspritzabheben erhöht, das größer als das Schwellenabheben ist und das gemessene Licht zu einer Menge an Licht abnimmt, die weniger als die Schwellenmenge an gemessenem Licht ist. Somit ist die Wassereinspritzung beendet und die AGR-Flussrate nimmt ab. Die Wassereinspritzung kann durch eine Einspritzvorrichtung durchgeführt werden, die positioniert ist, um Wasser in die Brennkammer in einem Bereich außerhalb von und/oder beabstandet zu der Leitung oder Düsenspitze einzuspritzen. In einigen Beispielen werden zusätzlich oder alternativ eines oder mehrere von der Wassereinspritzung und der AGR-Flussrate beibehalten, um die Brennkammergastemperatur relativ niedrig zu halten. Dies kann auf einer Verbrennungsstabilität, einem AGR-Bedarf und/oder einer Menge an Wasser basieren, die von einem Wasserbehälter verfügbar ist, der fluidisch an eine Einspritzvorrichtung gekoppelt ist, die ausgelegt ist, um in den Zylinder einzuspritzen. Der Kraftstoffverteilerdruck kann als Reaktion darauf beginnen abzunehmen, dass die FS-Ausgabe unter die Schwellen-FS-Ausgabe abnimmt.
Nach t₂ reduziert sich die Brennkammergastemperatur auf eine relativ geringe Temperatur. Die FS-Ausgabe ist weniger als die Schwellen-FS-Ausgabe. Das Einspritzabheben ist größer als das Schwelleneinspritzabheben. Das gemessene Abheben ist weniger als das gemessene Schwellenlicht. Die AGR-Flussrate nimmt weiter ab und die Wassereinspritzung bleibt deaktiviert. Der Kraftstoffverteilerdruck kehrt zu einem relativ geringen Druck zurück.
Auf diese Weise kann eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Leitung ausgestattet sein, umfassend einen Durchflusskanal. Der Durchmesser des Durchflusskanals nimmt von seinem Einlass, der sich benachbart zu einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungsdüse befindet, zu seinem Auslass distal zur Kraftstoffeinspritzvorrichtungsdüse ab. Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzung für eine kürzere Zeitdauer in dem Durchflusskanal bleiben, während sie noch immer ausreichend mit den Brennkammergasen vermischt wird, um Feinstaubausgabe zu verringern. Der technische Effekt des Vermischens von Brenngasen mit einer Kraftstoffeinspritzung innerhalb des Durchflusskanals, bevor die Kraftstoffeinspritzung zu der Brennkammer fließt, ist die Reduzierung der Ausgabe von Feinstaubmasse. Durch vorheriges Vermischen des Kraftstoffs und Brenngases können sich in der Brennkammer keine Taschen aus nicht verbranntem Kraftstoff bilden, wodurch sich nicht nur die Kraftstoffeffizienz erhöhen, sondern auch die Ausgabe von Feinstaubmasse verhindert werden kann.
Ein System umfasst eine Brennkammer, die eine Leitung umfasst, die mindestens einen Durchflusskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, eine Kraftstoffeinspritzung und Brennkammergase aufzunehmen, wobei der Durchflusskanal einen ersten Durchmesser stromaufwärts eines zweiten Durchmessers und größer als dieser, den zweiten Durchmesser stromaufwärts eines dritten Durchmessers und größer als dieser umfasst, und wobei eine erste Differenz zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser größer als eine zweite Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser ist. Ein erstes Beispiel des Systems beinhaltet ferner, dass der erste Durchmesser einem Einlass des Durchflusskanals entspricht und der dritte Durchmesser einem Auslass des Durchflusskanals entspricht. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Durchflusskanal unter einem Feuerdeck eines Kopfes der Brennkammer angeordnet ist, und wobei die Leitung ferner mindestens eine Öffnung zwischen dem Durchflusskanal und dem Feuerdeck umfasst, wobei die mindestens eine Öffnung den Durchflusskanal fluidisch an die Brennkammer koppelt. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Durchflusskanal eine Kraftstoffeinspritzung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkammer durch seinen ersten Durchmesser aufnimmt, und wobei Brennkammergase durch die mindestens eine Öffnung fließen und sich mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Durchflusskanal vermischen. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Leitung ferner eine Photodiode umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine Menge an Licht zu messen, die von der Leitung übertragen wird.
Ein Verfahren umfasst Messen einer Menge an Licht, die in einem Kanal erfasst wurde, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung über eine Photodiode fluidisch an eine Brennkammer koppelt, Vergleichen der Menge an Licht mit einem Schwellenlicht und Anpassen eines Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion auf das Vergleichen. Ein erstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner, dass das Schwellenlicht auf in dem Kanal freigesetztem Licht beruht, wenn Feinstaub oberhalb einer gewünschten Menge erzeugt wird. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass Anpassen des Kraftstoffverteilerdrucks Erhöhen des Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion darauf beinhaltet, dass die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass das Erhöhen ferner Anpassen eines Ausmaßes des Erhöhens als Reaktion auf die Differenz zwischen der gemessenen Menge an Licht und dem Schwellenlicht beinhaltet, wobei das Ausmaß zunimmt, wenn die Differenz zunimmt. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner Anpassen einer AGR-Flussrate, eines Krümmerdrucks, einer Krümmertemperatur und einer Wassereinspritzmenge als Reaktion auf das Vergleichen. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Kanal unter einem Kopf der Brennkammer angeordnet und an einer Mittelachse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkammer ausgerichtet ist.
Ein Motorsystem umfasst eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die zum Einspritzen an einer Öffnung in eine Leitung positioniert ist, wobei ein Durchmesser der Leitung an einem ersten Ende nahe der Einspritzvorrichtung am größten ist, wobei der Durchmesser bei einer ersten Rate in einem trompetenförmigen Bereich abnimmt, und wobei der Durchmesser bei einer zweiten Rate in einem Düsenbereich stromabwärts des trompetenförmigen Bereichs abnimmt, und wobei die zweite Rate geringer als die erste Rate ist. Ein erstes Beispiel des Motorsystems beinhaltet ferner, dass die erste Rate zwei bis fünf Mal größer als die zweite Rate ist. Ein zweites Beispiel des Motorsystems, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der trompetenförmige Bereich einem Einlass eines Durchflusskanals der Leitung entspricht, und dass der Düsenbereich einem Auslass des Durchflusskanals entspricht, und dass der Einlass über die Öffnung fluidisch an eine Brennkammer gekoppelt ist und der Auslass direkt fluidisch an die Brennkammer gekoppelt ist. Ein drittes Beispiel des Motorsystems, das optional das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Durchmesser entlang einer Richtung des Kraftstoffeinspritzflusses durch die Leitung abnimmt. Ein viertes Beispiel des Motorsystems, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die bei Ausführung der Steuerung ermöglichen, eine Brennkammertemperatur als Reaktion auf eine von einem Lichtsensor in der Leitung gemessenen Menge an Licht zu verringern, wenn die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet. Ein fünftes Beispiel des Motorsystems, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Leitung einen Durchflusskanal umfasst, der an einer Düse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang einer Mittelachse ausgerichtet ist, und wobei die Leitung ferner eine konturierte Innenfläche in flächenteilendem Kontakt mit dem Durchflusskanal umfasst. Ein sechstes Beispiel des Motorsystems, das optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Innenfläche einen ersten Winkel relativ zur Mittelachse im trompetenförmigen Bereich umfasst, und wobei die Innenfläche einen zweiten Winkel relativ zur Mittelachse im Düsenbereich umfasst, und wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist. Ein siebentes Beispiel des Motorsystems, das optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Winkel zwischen 45 und 80 Grad beträgt und wobei der zweite Winkel zwischen 5 und 30 Grad beträgt. Ein achtes Beispiel des Motorsystems, das optional eines oder mehrere des ersten bis siebenten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Leitung keine anderen Einlässe oder zusätzlichen Auslässe als die Öffnung und ein Auslass des Düsenbereichs umfasst.
Es ist anzumerken, 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 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 konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/r oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen 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-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche 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 Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Brennkammer, die eine Leitung umfasst, die mindestens einen Durchflusskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, eine Kraftstoffeinspritzung und Brennkammergase aufzunehmen, wobei der Durchflusskanal einen ersten Durchmesser stromaufwärts eines zweiten Durchmessers und größer als dieser, den zweiten Durchmesser stromaufwärts eines dritten Durchmessers und größer als dieser umfasst, und wobei eine erste Differenz zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser größer als eine zweite Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser ist.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der erste Durchmesser einem Einlass des Durchflusskanals und der dritte Durchmesser entspricht einem Auslass des Durchflusskanals, wobei der erste Durchmesser einem konvexen Abschnitt der Leitung entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Durchflusskanal unter einem Feuerdeck eines Kopfes der Brennkammer angeordnet, und wobei die Leitung ferner mindestens eine Öffnung zwischen dem Durchflusskanal und dem Feuerdeck umfasst, wobei die mindestens eine Öffnung den Durchflusskanal fluidisch an die Brennkammer koppelt.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt der Durchflusskanal eine Kraftstoffeinspritzung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkammer durch seinen ersten Durchmesser auf, und wobei Brennkammergase durch die mindestens eine Öffnung fließen und sich mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Durchflusskanal vermischen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leitung ferner eine Photodiode, die dazu konfiguriert ist, eine Menge an Licht zu messen, die von der Leitung übertragen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Messen einer Menge an Licht, die in einem Kanal erfasst wurde, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung über eine Photodiode fluidisch an eine Brennkammer koppelt; Vergleichen der Menge an Licht mit einem Schwellenlicht; und Anpassen eines Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion auf das Vergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform beruht das Schwellenlicht auf in dem Kanal freigesetztem Licht, wenn Feinstaub oberhalb einer gewünschten Menge erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Anpassen des Kraftstoffverteilerdrucks Erhöhen des Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion darauf, dass die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erhöhen ferner Anpassen eines Ausmaßes des Erhöhens als Reaktion auf die Differenz zwischen der gemessenen Menge an Licht und dem Schwellenlicht, wobei das Ausmaß zunimmt, wenn die Differenz zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Anpassen einer AGR-Flussrate, eines Krümmerdrucks, einer Krümmertemperatur und einer Wassereinspritzmenge als Reaktion auf das Vergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kanal einem Kopf der Brennkammer angeordnet und an einer Mittelachse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkammer ausgerichtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die zum Einspritzen an einer Öffnung in eine Leitung positioniert ist, wobei ein Durchmesser der Leitung an einem ersten Ende nahe der Einspritzvorrichtung am größten ist, wobei der Durchmesser bei einer ersten Rate in einem trompetenförmigen Bereich abnimmt, und wobei der Durchmesser bei einer zweiten Rate in einem Düsenbereich stromabwärts des trompetenförmigen Bereichs abnimmt, und wobei die zweite Rate geringer als die erste Rate ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Rate zwei bis fünf Mal größer als die zweite Rate.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der trompetenförmige Bereich einem Einlass eines Durchflusskanals der Leitung, und wobei der Düsenbereich einem Auslass des Durchflusskanals entspricht, und wobei der Einlass über die Öffnung fluidisch an eine Brennkammer gekoppelt ist und der Auslass direkt fluidisch an die Brennkammer gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt der Durchmesser entlang einer Richtung des Kraftstoffeinspritzflusses durch die Leitung ab.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die bei Ausführung der Steuerung ermöglichen, eine Brennkammertemperatur als Reaktion auf eine von einem Lichtsensor in der Leitung gemessenen Menge an Licht zu verringern, wenn die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leitung einen Durchflusskanal, der an einer Düse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang einer Mittelachse ausgerichtet ist, und wobei die Leitung ferner eine konturierte Innenfläche in flächenteilendem Kontakt mit dem Durchflusskanal umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Innenfläche einen ersten Winkel relativ zur Mittelachse im trompetenförmigen Bereich, und wobei die Innenfläche einen zweiten Winkel relativ zur Mittelachse im Düsenbereich umfasst, und wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der erste Winkel zwischen 45 und 80 Grad und wobei der zweite Winkel zwischen 5 und 30 Grad beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leitung keine anderen Einlässe oder zusätzlichen Auslässe als die Öffnung und ein Auslass des Düsenbereichs.

Claims

Verfahren, umfassend: Messen einer Menge an Licht, die in einem Kanal erfasst wurde, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung über eine Photodiode fluidisch an eine Brennkammer koppelt; Vergleichen der Menge an Licht mit einem Schwellenlicht; und Anpassen eines Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion auf das Vergleichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schwellenlicht auf in dem Kanal freigesetztem Licht beruht, wenn Feinstaub oberhalb einer gewünschten Menge erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Anpassen des Kraftstoffverteilerdrucks Erhöhen des Kraftstoffverteilerdrucks als Reaktion darauf beinhaltet, dass die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erhöhen ferner Anpassen eines Ausmaßes des Erhöhens als Reaktion auf die Differenz zwischen der gemessenen Menge an Licht und dem Schwellenlicht beinhaltet, wobei das Ausmaß zunimmt, wenn die Differenz zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anpassen einer AGR-Flussrate, eines Krümmerdrucks, einer Krümmertemperatur und einer Wassereinspritzmenge als Reaktion auf das Vergleichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kanal unter einem Kopf der Brennkammer angeordnet und an einer Mittelachse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkammer ausgerichtet ist.
Motorsystem, umfassend: eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die zum Einspritzen an einer Öffnung in eine Leitung positioniert ist, wobei ein Durchmesser der Leitung an einem ersten Ende nahe der Einspritzvorrichtung am größten ist, wobei der Durchmesser bei einer ersten Rate in einem trompetenförmigen Bereich abnimmt, und wobei der Durchmesser bei einer zweiten Rate in einem Düsenbereich stromabwärts des trompetenförmigen Bereichs abnimmt, und wobei die zweite Rate geringer als die erste Rate ist.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei die erste Rate zwei bis fünf Mal größer als die zweite Rate ist.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei der trompetenförmige Bereich einem Einlass eines Durchflusskanals der Leitung entspricht, und wobei der Düsenbereich einem Auslass des Durchflusskanals entspricht, und wobei der Einlass über die Öffnung fluidisch an eine Brennkammer gekoppelt ist und der Auslass direkt fluidisch an die Brennkammer gekoppelt ist.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei der Durchmesser entlang einer Richtung des Kraftstoffeinspritzflusses durch die Leitung abnimmt.
Motorsystem nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die bei Ausführung der Steuerung ermöglichen, eine Brennkammertemperatur als Reaktion auf eine von einem Lichtsensor in der Leitung gemessenen Menge an Licht zu verringern, wenn die gemessene Menge an Licht das Schwellenlicht überschreitet.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei die Leitung einen Durchflusskanal umfasst, der an einer Düse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang einer Mittelachse ausgerichtet ist, und wobei die Leitung ferner eine konturierte Innenfläche in flächenteilendem Kontakt mit dem Durchflusskanal umfasst.
Motorsystem nach Anspruch 12, wobei die Innenfläche einen ersten Winkel relativ zur Mittelachse im trompetenförmigen Bereich umfasst, und wobei die Innenfläche einen zweiten Winkel relativ zur Mittelachse im Düsenbereich umfasst, und wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist.
Motorsystem nach Anspruch 12, wobei der erste Winkel zwischen 45 und 80 Grad beträgt und wobei der zweite Winkel zwischen 5 und 30 Grad beträgt.
Motorsystem nach Anspruch 7, wobei die Leitung keine anderen Einlässe oder zusätzlichen Auslässe als die Öffnung und ein Auslass des Düsenbereichs umfasst.